JP2610801B2 - 液晶光学表示装置 - Google Patents

液晶光学表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は、マトリクスアドレス式液晶光学表示装置に
関する。
先行技術 液晶とは、分子が配向特性を示すような液体である。
配向特性は、液晶分子の局部的な整列状態によつて特徴
づけられる。この局部的な整列の方向、すなわち液晶分
子の空間的配向特性は、電界を印加することにより変化
させることができ、その変化に伴なつて、液晶の光学的
特性も変わる。たとえば、電界の印加により液晶の空間
的配向特性が変化すると、光、たとえば液晶に入射する
4500〜8000オングストロームの範囲の可視光の偏光に影
響を及ぼす。可視入射光の偏光状態の変化は、たとえ
ば、偏光板と検光板との間で液晶を観察することにより
認められる。すなわち、可視入射光の偏光状態が変化す
ると、液晶を適切な向きに配置した偏光板と検光板との
間に置いたときに液晶を透過する光の量が変化する。
少なくとも一方が光を透過するような２つの境界表面
の間に液晶を封入した装置を、液晶セルという。液晶の
封入には、２枚のガラス板を使用するのが普通である。
さらに、本明細書中では画素と呼ばれる液晶の複数の不
連続液晶部分に電界を印加することにより、画素の空間
的形状、すなわち画素の光学的透過特性を変化させるた
めに、通常は、ガラス板の上に複数の電極が接着され
る。従つて、画素の一部が入射光を透過し、他の画素は
光を透過しないようにすれば、情報を表示する光学的な
効果が得られる。
液晶ツイストセルと呼ばれる特別な種類の液晶セルの
場合、液晶分子は、適切な電界を印加されたとき、少な
くとも２つの異なる空気的形状を示す。それらの形状の
うち少なくとも１つの状態にあるとき、液晶分子は、境
界表面に対して垂直である螺旋の軸についてねじれた螺
旋の形状をとる。平面偏光された入射光が液晶ツイスト
セルを通過するとき、光の偏光平面は液晶分子の螺旋配
向性によつて回転する。液晶分子が第２の状態にあると
きは、分子の配向特性が異なるので、入射光の偏光に対
する効果も異なる。たとえば、液晶ツイストセルを２枚
の交差する偏向板の間に配置すると、一方の空間的形状
をとる画素は入射光を透過し、他方の空間的形状をとる
画素は入射光を透過しないので、画素の明暗が分かれ
る。
液晶セルは、画素の数が約100未満の比較的小型の光
学表示装置において使用されている。このような比較的
小型の表示装置には、現在一般的になつている液晶表示
腕時計が含まれている。このような小型の表示装置で
は、多くの場合、表示装置の各々の画素に接続される電
線を介して個々の画素に電圧パルスを印加して、対応す
る画素を個々に電気的に駆動することにより、画素の液
晶の空間的配向特性を調節している。このように個々に
駆動される電線を使用する方法は比較的小型の光学表示
装置には適していると考えられるが、この方法は複雑で
且つ製造コストも高いので、画素の数が約100を越える
大型の光学情報表示装置には適用できないというのが現
状である。
液晶セルは、電力消費量が少なく、薄いために、約10
0を越える画素から構成される平坦なパネル状の大型の
光学情報表示装置の構成要素としても使用されている。
このような大型の表示装置では、多数の画素の光学的透
過状態を、電線により個々に駆動して調節する方法を採
用しておらず、コストを低減し且つ構成を簡単にするた
めに、多数の画素を、行電極と列電極との交点として形
成しているのが普通である。それらの交点は、液晶画素
のマトリクスを規定する。画素の位置で交差する列電極
と行電極に適切な電圧を印加し、交点における電圧の相
互作用によつて、各々の液晶画素の光学的透過特性を１
つの状態から別の状態に切換える。このようなマトリク
スにおいて、個々の画素を他の画素に少しの影響も与え
ずに１つの光学的透過状態から別の光学的透過状態に切
換えることを、動的マトリクスアドレシング方式とい
う。
双安定状態を示さない液晶表示装置を動的にマトリク
スアドレスする場合、表示装置のサイズ、すなわちアド
レス可能な行又は列の数に制限がある。サイズの限界
は、表示装置をマトリクスアドレスするために採用され
る方式の種類と、表示装置の特性とによつて決まる。双
安定状態を示す液晶セルとは、液晶の２つの異なる空間
的配向特性（セルの２つの異なる光学的透過状態に対応
する）に関して復原力を示す液晶セルである。すなわ
ち、たとえば、セルに比較的高い電圧を印加することに
より、セルの液晶を新しい空間的配向特性に切換えるこ
とができ、電圧が全く印加されなくなつても又は電圧が
ゼロに近い値、すなわち保持電圧まで下がつても、液晶
は新しい配向特性を保つている。さらに、双安定液晶セ
ルにおいては、たとえばセルに比較的低い（保持電圧よ
り低い）電圧を印加することにより、セルの液晶は元の
配向特性に切換えられて、比較的低い電圧が印加されな
くなつた後又は電圧が保持電圧の値まで戻された後で
も、依然としてその状態にとどまつている。双安定状態
を示さない液晶表示装置の場合には、光学的なコントラ
ストを維持するために、適切な電圧信号を印加すること
により画素を継続的に回復させなければならない。印加
される交流電界の二乗平均（実効）値に応答する液晶セ
ル（この場合は液晶ツイストセル）を含む双安定でない
液晶マトリクス表示装置においては、マトリクス表示装
置の行又は列の数の上限値は、許容しうる光学的コント
ラストを得るために必要な実効電圧比の二乗に反比例す
る。従つて、表示装置の行又は列の数を増加させるため
には、それに対応して実効電圧比を小さくしなければな
らない（クメツツ（Kmetz）、フオン・ヴイリゼン（von
Willisen）の共編による「ノンエミツシブ・エレクト
ロオプテイツク・デイスプレイズ（Nonemissive Electr
ooptic Displays）（1976年刊、ニユーヨーク、プレナ
ム）の中のクメツツの論文270〜273ページを参照）。実
際には、液晶表示装置において得られる実効電圧値の比
を無制限に小さくすることはできないので、双安定状態
を示さない液晶マトリクス表示装置の行又は列の数は制
限される。これに対し、双安定状態を示す液晶マトリク
ス表示装置については、このような制限は原則的には全
くない。従つて、完壁な大型の液晶マトリクス情報表示
装置を得ようとする試みの中で、双安定状態を示す液晶
マトリクス表示装置を製造することが重要な目的となつ
た。
双安定液晶表示装置を開発する努力を重ねた結果、一
時的に双安定状態を示す液晶セルが開発された（たとえ
ば、クメツツ、フオン・ヴイリゼン共編の「ノンエミツ
シブ・エレクトロオプテイツク・デイスプレイズ」（19
76年刊、ニユーヨーク、プレナム）の中のエーピー・ラ
イネス（E.P.Raynes）の論文、29〜36ページを参照）。
一時的に双安定状態をしめす双安定液晶セルは２つの状
態を示す。セルに閾値電圧に等しいか又はそれより高い
電圧を印加することにより、セルはいずれか一方の状態
に切換えられる。電圧が印加されなくなると、セルは直
ちに他方の状態に戻るが、閾値電圧より低いバイアス電
圧を印加することにより、この復帰を幾分遅らせること
ができる。
一時的に双安定状態を示す液晶マトリクス表示装置と
共に、「３対１」マトリクスアドレシング方式と「２対
１」マトリクスアドレシング方式という２つのマトリク
スアドレシング方式が採用された。クメツツは、クメツ
ツ、フオン・ヴイリゼン共編の「ノンエミツシブ・エレ
クトロオプテイツク・デイスプレイズ」（1976年間、ニ
ユーヨーク、プレナム）の268〜269ページで、これらの
マトリクスアドレシング方式を一時的に双安定状態を示
す液晶マトリクス表示装置に適用した結果について論じ
ている。２つのマトリクスアドレシング方式は、共に、
液晶が一方の状態から他方の状態に弛緩するのを遅らせ
るためにバイアス電圧を使用する。マトリクス表示装置
は一時的にしか双安定状態を示さず、従つて、周期的に
復電圧信号を必要とするので、マルチプレクシング能力
（アドレスしうる列又は行の数）が制限される。マトリ
クス表示装置のマルチプレクシング能力の上限は、どの
アドレシング方式、すなわち３対１アドレシング方式又
は２対１アドレシング方式を採用するかによつて異な
る。一般に、ある特定の装置についてどちらのアドレシ
ング方式が好ましいかを予測することはできない。上述
のクメツツが検討した特定の一時的に双安定状態を示す
装置（269ページ）については、３対１アドレシング方
式ではなく２対１アドレシング方式を採用した結果、動
作電圧が高く、多少のちらつきがあるという欠点はあつ
たが、書込み速度とマルチプレクシング能力を多少は改
良することができた。
単に一時的に双安定状態を示すのではなく、真に双安
定である液晶ツイストセルが、1980年12月６日発行のデ
ー・ダブリユー・ベレマン（D.W.Berreman）とダブリユ
ー・アール・ヘフナー（W.R.Heffner）の米国特許第4,2
39,345号に記載されている。このセルは少なくとも２つ
の安定状態を有することを特徴とし、セルに外部から閾
値エネルギー、たとえばある閾値を越える電圧が印加さ
れない限り、安定状態が失なわれることはない。セルの
安定状態を切換える場合にのみ、外部のエネルギーが必
要となる。この双安定液晶ツイストセル又は他のそ套挿
液晶ツイストセル、すなわち真に双安定であるセルを、
原則的にサイズに制限のない大型の光学情報表示装置の
製造にどの程度まで利用しうるかということは、まだ明
らかになつていない。
発明の概要 本発明は、動的マトリクスアドレス式双安定液晶光学
表示装置は提供する。光学表示装置は、Proc.SID 22号
（1981年刊）の191ページ、及び1980年10月20日出願の
デー・ダブリユー・ベレマン及びダブリユー・アール・
ヘフナーの米国特許出願（出願番号198,294）に記載さ
れているような種類の双安定液晶ツイストセルを含む。
液晶表示装置において採用されるマトリクスアドレシン
グ方式は、他のマトリクスアドレシング方式に比べて、
表示装置の双安定状態の固有の利点を有効に利用するの
みならず、表示装置の動作特性を高めるようなものであ
る。
本発明の光学表示装置において使用される液晶ツイス
トセルは、２つの安定状態を示し、安定状態は、いずれ
も、所定の電圧範囲内にある任意の単一の保持電圧を印
加することにより保持される。２つの安定状態の切換え
は、セルが安定状態を保つ保持電圧の範囲外にあるスイ
ツチング電圧を、液晶を１つの状態から他の状態に変換
するために必要な短い時間にわたつて印加することによ
り行なわれる。この切換えの間に、セルに回位（液晶分
子の配向特性の不連続状態）を生じさせることはない。
切換え後電圧は保持電圧範囲内の電圧に戻されるが、セ
ルは新しい形状のまま安定している。
本発明の光学表示装置においては、１つ以上の行又は
１つ以上の列の全ての画素に、十分な時間にわたつて所
定の保持電圧範囲の下限を下まわる電圧を印加して、画
素の液晶を一方の安定状態に切換えることにより、１つ
以上の行又は１つ以上の列の全ての画素を無作為にほぼ
同時に「クリア」する（画素を交差する偏光板の間に配
置したとき又は光学的な変化を生じさせる他の手段を使
用したときに、画素は光を透過しない）。次に、選択さ
れた画素に、十分な長さの時間にわたつて所定の保持電
圧範囲の上限を上まわる電圧を印加して、画素の液晶を
他方の安定状態に切換えることにより、選択されたれ画
素が「書込まれる」（交差する偏光板の間に配置したと
き又は光学的な変化を生じさせる他の手段を使用したと
きに、選択されたれ画素は光を透過する）。「書込み」
ステツプ中に、選択されなかつた画素には保持電圧を印
加するのが好ましい。「書込み」ステツプに続いて、全
ての画素に保持電圧が印加される。
本発明の光学表示装置は、前述の方式によりマトリク
スアドレスしたとき、他のマトリクスアドレシング方式
をほ採用したときより高い動作速度を示すという利点が
ある。
以下、添付の図面を参照して本発明のマトリクスアド
レス式液晶光学表示装置のいくつかの実施例について説
明する。
実施例の説明 本発明は、好都合なように行と列とから成るマトリク
スとして配列された複数の液晶画素を含むマトリクスア
ドレス式双安定液晶光学情報表示装置に関する。液晶表
示装置は双安定であるので、原則的には、大きさ、すな
わち表示装置の行又は列の数に制限がない。液晶表示装
置により表示される情報の内容は、表示装置の動作特性
を向上させるようなマトリクスアドレス方式により変更
される。たとえば、このマトリクスアドレス方式は、本
発明により表示される情報の内容を、従来のマトリクス
アドレス方式に比べてより速く且つより確実に変更する
ことができる。
本発明のマトリクス状の液晶光学表示装置は、デー・
ダブリユー・ベレマン（D.W.Berreman）とダブリユー・
アール・ヘフナー（W.R.Heffner）の米国特許出願（出
願番号198,294、出願日1980年10月20日）に記載されて
いるような双安定液晶ツイストセルを含む。この種のセ
ルは、本発明の表示装置の実施例からもわかるように、
比較的多くの画素を含み、通常の場合、画素の数は百を
越える。双安定液晶ツイストセルについては、先に挙げ
た米国特許出願に詳細に説明されているが、本発明を完
全に理解するために、以下に簡単に説明する。
第１図は、本発明の光学表示装置において使用しうる
双安定液晶ツイストセル10の一実施例を示す。このセル
は、２つの境界平面16及び22を含む。これらの境界表面
16及び22は、それらの間に双安定液晶ツイストセル10の
液晶材料を封入し、液晶材料の上方と下方の境界面を規
定する作用をする。液晶セルの厚さとして規定されるこ
れらの境界表面の間の距離は、典型的には約１マイクロ
メートルから約100マイクロメートルであるが、約５マ
イクロメートルから約20マイクロメートルであるのが好
ましい。境界表面の少なくとも一方、たとえば境界表面
16は、問題となる種類の電磁放射線を透過する。たとえ
ば、本発明の光学表示装置が人間に対して情報を表示す
るとすれば、境界表面16は、450〜800ナノメートルの範
囲の可視入射光を透過する。また、本発明の光学表示装
置をコンピュータ等の機械との通信に使用する場合に
は、境界表面16は、その目的のために使用される入射電
磁放射線、たとえば約800ナノメートルを越える波長を
有する赤外線を透過する。可視入射光を透過する２つの
境界表面16及び22は、それぞれ、ガラス板14の下面と、
ガラス板20の上面として形成すると便利である。
双安定液晶ツイストセル10は、本発明の光学情報表示
装置に含まれる液晶画素を規定する電極をさらに含む。
本発明の一実施例においては、電極は、境界表面16及び
22の各々に蒸着された１本以上の導電性条片18及び24、
たとえば酸化インジウムの条片から形成される。第１図
においては、上方の境界表面16の電極18は互いに平行で
あるように図示されており、下方の境界表面22の電極24
も互いに平行であるように示されているが、電極が互い
に電気的に接触することはないので、必ずしもこのよう
な配列にしなくてもよい。さらに、電極18及び24は第１
図に示されているような直線状の条片である必要はな
く、湾曲した形状、たとえば英数字の特徴を表わす形状
にすることもできる。また、電極18及び24の幅は均一で
なくてもよい。しかしながら、電極18と電極24とは相互
に横に走る関係（平行ではない）となるように配列され
ている。電極18を電極24の上に投影すると、液晶のいく
つかの独立した部分、すなわち柱状部19が規定される。
これらの柱状部は、本発明の光学表示装置の画素を構成
する。従つて、電極18及び24が直線状であれば、互いに
横に走る関係の対の電極は、それぞれ１つの画素を規定
する。双安定液晶ツイストセル10がｍ本の直線状の電極
に対して横の向きを有するｎ本の直線状の電極を有する
とき、画素の数はｎ×ｍである。
原則的には、電極18及び24を形成する酸化インジウム
条片の幅に制限はないが、約0.0025cm以上であるのが好
ましい。条片の幅が0.0025cmより狭いと、画素の横幅
（酸化インジウム条片をそれに対して横の向きに走る酸
化インジウム条片の上に投影することにより規定され
る）が画素の高さ（境界表面16及び22の距離）と同じに
なつて、以下に説明するように、双安定液晶ツイストセ
ルの好ましい動作が得られなくなる。
本発明の光学表示装置において使用される双安定液晶
ツイストセル10は、２つの安定した状態を有するという
点で、他の多くの液晶セルと異なつている。２つの安定
状態は、いずれも同じ保持電圧により維持されるが、空
間的な分子の配向という点では異なる。さらに、双安定
液晶ツイストセルは、セルに回位（液晶分子の配向が不
連続である線）を生じることなく、一方の状態から他方
の状態へ切換えられる。
双安定液晶ツイストセル10の２つの安定状態の光学的
透過特性は互いに異なる。すなわち、各々の安定状態
は、入射して平面偏光される光を異なるように偏光す
る。双安定液晶ツイストセル10は、２つの安定状態を光
学的に識別する装置を含む。この装置は、第１図に示す
ように、偏光板12と、交差検光板26と、反射板28という
好都合な形態をとつている。
双安定液晶ツイストセル10の双安定状態は、２つの多
少螺旋形にねじれた状態の間にある。この双安定状態
は、２つの条件を満たすことにより得られる。満たすべ
き第１の条件は、液晶が液晶層の厚さにほぼ等しいひず
みのないピツチを有していることである。「ピツチ」と
いう用語は、液晶デイレクタ（director）が螺旋軌道に
のつて一回転した距離を意味する。液晶デイレクタは、
液晶分子の配向特性を示すために使用される配向線であ
る（液晶デイレクタの概念のより詳細な定義について
は、たとえば、ピー・ジー・ドウジヤンヌ（P.G.De Gen
nes）著「フイジツクス・オブ・リキツド・クリスタル
ズ」（Physics of Liquid Grystals）（オツクスフオー
ド・クラレンドン・プレス（Glarendon Press Oxfor
d）、1975年刊）の７ページを参照）。「ひずみのない
ピツチ」という句の中の「ひずみのない」という用語
は、液晶がトルクの加わらない状態で螺旋状にねじれた
形状になることを示している。以下、「ピツチ」という
用語は「ひずみのないピツチ」を定義するものとする。
従つて、第１の条件を満たすためには、液晶層の厚さｔ
と、液晶のピツチｐとの比を約１とすべきである。液晶
ツイストセルが双安定状態にとどまることができる厚さ
／ピツチ比t/pの範囲は、液晶材料の特性、液晶デイレ
クタの総回転量並びに境界表面における液晶デイレクタ
の傾きによつて決まる。このことについて以下にさらに
論じる。たとえば、代表的な液晶材料の場合は、t/pが
約0.8から約1.2の範囲にあればセルは双安定である。約
１の厚さ／ピツチ比は、たとえば、適切な量のコレステ
リルノンアノエートCNなどのチラルドーパント（Chiral
dopant、液晶内に螺旋状ツイストを含むドーパント）
を、ブリテイツシユ・ドラツグ・ハウスにおいてＥ−７
の商標名で市販されているシアノビフエニル−テルフエ
ニル混合物のようなネマチック液晶に添加することによ
り得られる。Ｅ−７のピツチｐ（ミクロン）と、CNの重
量パーセントとして表わされるCN、Ｃの濃度との関係
は、式 PC＝18.8μ％ により表わされることがわかつている。これに基づい
て、所望のピツチを得るために必要なＥ−７のCNの適切
な濃度を決定することができる。
液晶材料は、弾性定数Ｋ1、Ｋ2及びＫ3を含むいくつ
かのパラメータによつて特徴づけられる（前述のピー・
ジー・ドウジヤンヌの著書の63ページを参照）。双安定
液晶ツイストセル10において有用である液晶材料は、Ｋ
1がＫ3とほぼ等しく且つＫ2がＫ1又はＫ3の約二分の一
であるような材料である。Ｅ−７の他に、弾性定数がこ
の関係を満たし、双安定液晶ツイストセル10に使用でき
るネマチツク液晶としては、ニユーシヤージー州ナツト
リー（Nutly,NewJersey）のホフマン−ラ・ロシユ社（H
offmann-LaRoche,tnc.）からROTN619の商標名で販売さ
れているネマチツク液晶がある。約１のt/pを得るため
にROTN619に添加されるチラルドーパントは、ニユーヨ
ーク州エルムスフオード（Elmsford,New York）のイー
エム、ラボラトリーズ社（EM Laboratories,Inc.）から
CB-15の商標名で販売されているチラルドーパントなど
である。
双安定状態を達成するために満たすべき第２の条件
は、液晶デイレクタが境界表面16及び22の一方又は双方
において境界表面に対して傾斜していることである。境
界表面16及び22の一方又は双方における液晶デイレクタ
の境界表面に対する傾斜角は、約20度から約50度の範囲
にあるのが好ましい。この傾斜角は、たとえば、境界表
面16及び22に一酸化ケイ素を境界表面に対して約５度の
角度で蒸着することにより得られる。一酸化ケイ素は、
境界表面において液晶デイレクタを傾斜させる。以上２
つの条件が満たされ、液晶デイレクタが２つの境界表面
において傾斜していると、液晶にトルクが加わる。トル
クの軸は、液晶の螺旋状のねじれの軸とほぼ一致し、従
つて境界表面に対して垂直である。この点が、他の液晶
ツイストセル、たとえば、ダブリユー・グロイベル（W.
Greubel）がアプライド・フイジツクス・レターズ（App
lied Physics Letters）第25巻５号（1974）において説
明しているような、液晶デイレクタが境界表面において
境界表面に対して傾斜しておらず、境界比に垂直であつ
て、液晶にトルクが加わらない液晶ツイストセルとは大
きく異なつている。
前述のように、双安定状態を得るために満たすべき２
つの条件の１つには、t/pが約１でなければならないと
いう条件がある。液晶デイレクタを境界表面において約
33度傾斜させ、且つ液晶デイレクタを螺旋状のねじれ軸
を中心として約360度回転させるようにCNを添加したＥ
−７の場合、t/pは約0.8から約12の範囲にある（t/pの
範囲は、境界表面における液晶デイレクタの傾きによつ
て決まる）。t/pの値が約1.2より大きくなると、液晶ツ
イストセルは双安定状態を失うので望ましくない。ま
た、t/pの値が約0.8より小さい場合も、２つの安定状態
の一方から他方へ切換えるために要する時間が長くなる
ので望ましくない。特定の液晶材料については、対照サ
ンプリングを行なうことにより、適切なt/pが容易に求
められる。
第２図は、双安定液晶ツイストセル10の２つの安定し
た螺旋状にねじれた状態、すなわちダウン状態とアツプ
状態を示す。ダウン状態にあるとき、液晶デイレクタ
は、液晶層の中でほぼ一回転し、境界表面16及び22に対
する液晶デイレクタの傾斜角は変わらない。回転の量は
約265度から約400度の範囲にあり、約355度から約365度
であるのが好ましい。ダウン状態は、電界が印加されて
いないときの状態に類似している。アツプ状態は、液晶
層の中央部において、液晶デイレクタが境界表面16及び
22に対してほぼ垂直になるという点で、ダウン状態とは
異なつている。
双安定液晶ツイストセル10の画素19がダウン状態にあ
るとき、入射光の偏光平面は約１回転、すなわち約360
度回転する。その結果、画素は交差する偏光板12と検光
板26との間で暗く見える、すなわちオフされる。画素19
がアツプ状態にあるときは、入射光は画素を通過する間
に楕円偏光され、楕円偏光された光の一部は、入射方向
に対して垂直に、従つて検光板26に平行に偏光されて画
素から射出する。この検光板26に平行な光の成分は、液
晶セルを透過した光エネルギーの半分又はそれ以上のエ
ネルギーを含んでいる。従つて、アツプ状態の画素19は
セルを通して入射光の少なくとも一部を透過し、「オ
ン」状態であるように見える。
双安定液晶ツイストセル10の別の実施例においては、
アツプ状態ではなくダウン状態のときに、光がセルを透
過する。このような実施例の場合は、たとえば、下方の
ガラス板20と検光板26との間に四分の一波長板を配置す
ることにより、ダウン状態のときに光が透過するように
している。四分の一波長板は、アツプ状態のときに発生
するような楕円偏光を平面偏光に変換する。四分の一波
長板を適切に調整し且つ検光板26を四分の一波長板に対
して適切な向きに配置することにより、ダウン状態で入
射光を透過し、アツプ状態においては透過しない構成が
得られる。
双安定液晶ツイストセル10の一実施例においては、液
晶は、約20〜約200000Hz、好ましくは約40〜約600Hzの
周波数を有する交流電界に応答する。実際には、液晶の
空間的な状態は、上述の範囲内の任意の設定周波数にお
ける交流印加電圧の実効値によつて決まる。しかしなが
ら、液晶はこのような周波数における電圧の極性とは無
関係である。
次に、第３図を参照して双安定液晶ツイストセル10の
動作について説明する。第３図は、液晶のギブス（Gibb
s）自由エネルギーと、セルに印加される実効電圧の二
乗（二乗平均電圧と呼ばれる）との関係を質の面から示
すグラフである。わかりやすくするために、本明細書中
で使用される「電圧」という用語は実効電圧を意味する
ものとする。第３図において、点ａと点ｃとを結ぶ線は
ダウン状態のエネルギー曲線を示し、点ｅと点ｇとを結
ぶ線はアツプ状態のエネルギー曲線を表わす。曲線ｅ、
ｃは、アツプ状態とダウン状態との間の中間障壁状態を
表わす。さらに、点ｅに対応する電圧と点ｃに対応する
電圧との間の電圧範囲は、保持電圧範囲を表わし、この
範囲にある間は双安定液晶ツイストセル10は双安定状態
である。
電圧が点ｅに対応する電圧より低いときはダウン状態
のみが存在する。電圧が、点ｅに対応する電圧と点ｃに
対応する電圧との間のある電圧値、すなわちVhのような
保持電圧範囲内の任意の電圧値まで上昇しても、セルは
依然としてダウン状態のままである。しかしながら、電
圧が点ｃに対応する電圧を越えるまで上昇すると、すな
わち、電圧が保持電圧範囲を越えると、セルはアツプ状
態に切換えられる。セルがアツプ状態に切換えられた
後、電圧は双安定電圧範囲内の任意の値、たとえば値Vh
に戻るが、セルはアツプ状態のままである。電圧が点ｅ
に対応する電圧より低くなると、セルはアツプ状態から
ダウン状態に切換わる。電圧が双安定電圧範囲内の、た
とえば値Vhまで戻つても、セルはダウン状態のままであ
る。このように、セルの動作は、保持電圧範囲から選択
した保持電圧を双安定液晶ツイストセル10の画素19に印
加すること、及び切換えが必要であるときにのみ、保持
電圧範囲外の電圧を画素に印加することから成る。すな
わち、電圧を十分な長さの時間にわたつて保持電圧範囲
外の値まで上げるか又は下げることにより、切換えが行
なわれる。切換えを行なうのに必要な最短時間をスイツ
チング時間という。
以上説明した双安定液晶ツイストセル10の動作におい
ては、第３図で点ｅが縦軸、すなわちエネルギー軸の右
側にあるものと仮定していた。しかしながら、セルによ
つては、点ｅが実際にはエネルギー軸の左側に位置して
いる場合がある。このような場合には、電圧を点ｅに対
応する電圧より低い値にしただけでは、アツプ状態から
ダウン状態に切換えることができない。アツプ状態から
ダウン状態への切換えは、流体の動的効果を利用する
（米国特許第4,239,345号を参照）か、又は約10KHzより
高い周波数の交流電界との間の誘電異方性反転を利用す
る（ゲリツマ他の（Gerritsma etal）ソリツド・ステー
ト・コミユニケーシヨン（Solid State Comm.）17巻（1
975年）1077ページを参照）ことにより行なわれる。
本発明において使用される双安定液晶ツイストセル10
は、原理の上では無限に双安定の状態にある。すなわ
ち、原理的には、アツプ状態又はダウン状態が無限に安
定している保持電圧範囲が存在する。これを実際に立証
できないことは明らかである。しかしながら、保持電圧
は、少なくとも５分、実際にはそれよりはるかに長い時
間にわたつてアツプ又はダウンの状態を維持することが
できる。
本発明の液晶光学表示装置は、前述の双安定液晶ツイ
ストセル10の変形として、比較的多数の互いに横向きの
関係にある電極18及び24、たとえば互いに横向きの関係
にある酸化インジウム条片を境界表面16及び22の上に配
列して比較的大きな画素マトリクスを形成した液晶ツイ
ストセルも含む。たとえば、液晶光学表示装置は、４本
以上の酸化インジウム条片（行）と交差する４本以上の
酸化インジウム条片（列）を含み、行と列の形に配列さ
れる16以上の画素のアレイを規定している。行と列を構
成する酸化インジウム条片に適切な電圧パルスを適切な
シーケンスで印加する、すなわち光学表示装置を動的に
マトリクスアドレスすることにより、情報が表示され
る。
本発明において採用される動的マトリクスアドツレシ
ングの手順は、本発明の光学表示装置により表示される
情報が２段階で変更させるように定められている。まず
最初に、所定の保持電圧範囲の下限を下まわり（たとえ
ばゼロ電圧）且つスイツチング時間に等しいパルス幅を
有する電圧パルスが、行と列を構成する電極のうちの１
つの行又は全ての行（あるいは１つの列又は全ての列）
の全ての画素に無作為に印加される。その結果、それら
の画素は（アツプ状態である場合には）アツプ状態から
ダウン状態に切換えられる。すなわち、１つ以上の行
（又は２つ以上の列）の全ての画素は、無作為にほぼ同
時にアツプ状態からダウン状態に切換えられる。「ほぼ
同時に」とは、画素をアツプ状態からダウン状態に切換
えるために使用される電圧パルスが１つ以上の行（又は
１つ以上の列）の全ての画素によつて厳密に同時に受信
されるわけではないということを意味している。すなわ
ち、画素は厳密に同時に瞬間的に切換わるとは限らな
い。しかしながら、本発明の光学表示装置が所望の通り
に動作するためには、電圧パルスは比較的短い時間のう
ちに、たとえば印加される交流電圧の周期と同等の時間
のうちに全ての画素に達すればよい。ダウン状態にある
とき、画素は光を透過せず、従つて、暗くすなわち「オ
フ状態」であるように見える。本明細書においては、画
素がアツプ状態からダウン状態に切換わることを、クリ
ア（ｕ→Ｄ）遷移という。第２の情報変更段階において
は、所定の保持電圧範囲の上限を上まわり且つパルス幅
がスイツチング時間と等しいか又はそれより長い電圧パ
ルスが、行と列を構成する電極のうち特定の画素に選択
的に印加される。その結果、それらの特定の画素は（そ
のときダウン状態であれば）ダウン状態からアツプ状態
に切換えられる。アツプ状態にあるとき、画素は光を透
過するので、「オン」状態であるように見える。本明細
書においては、ダウン状態からアツプ状態に切換わるこ
とを書込み（Ｄ→Ｕ）遷移という。
第４（ａ）図は、本発明の好ましい実施例において採
用されるマトリクスアドレシングの手順を示す。この好
ましい実施例では、３対１アドレシング方式、すなわ
ち、１つ以上の行又は１つ以上の列の全ての画素が無作
為にほぼ同時にクリアされ、次に、画素に選択的に書込
みが行なわれるようなアドレシング方式を採用してい
る。３対１マトリクスアドレシング方式は、「選択され
た画素」、「選択された行」及び「選択された列」とい
う３つの用語を使つて説明すると理解しやすい。「選択
された画素」とは、書込み遷移が生じるように選択され
た画素、すなわち、（交差する偏光板12と検光板26との
間で見たときに）光を透過すべき画素として選択された
画素である。第４（ａ）図において丸で囲んである画素
は「選択された画素」である。「選択された行」及び
「選択された列」は、「選択された画素」を含む行と列
である。従つて、「選択された画素」は、「選択された
行」と「選択された列」との交点にある。
この好ましい実施例においては、本発明の他の全ての
実施例と同様に、光学表示装置の１つ以上の行（又は１
つ以上の列）の全ての画像が、最初に、無作為にほぼ同
時にクリアされる。このクリア動作は、たとえば、スイ
ツチング時間と等しいか又はそれより長いパルス幅を有
する電圧パルスを、クリアすべき画素の行を含む行電極
に印加すると共に、全ての列電極に同じ電圧パルスを印
加することにより得られる。定義によれば、画素は、境
界表面16にある１つの電極を、境界表面22にあつて、そ
の電極に対して横の向きに延在している電極の上に投影
することにより規定される液晶の柱状部である。従つ
て、１つの画素を規定する互いに横に向いた関係にある
電極に電圧を印加すると、画素は、電極に印加された電
圧の差のみを「見る。」その結果、クリアすべき画素の
行に含まれる各々の画素は、ゼロ電圧パルス（ゼロ電圧
は保持電圧範囲より低いので、クリア遷移を生じる）を
受取る。これは、その行の各々の画素が、互いに等しい
列電圧と行電圧との間の差に等しい電圧を「見る」ため
である。
好ましい実施例による光学表示装置の１つ以上の画素
の行（又は１つ以上の画素の列）が無作為にほぼ同時に
クリアされた後、書込みが行なわれる。すなわち、選択
された画素が書込み遷移を受ける。選択された画素を書
込み遷移するために、2VHの電圧値を有し且つパルス幅
がスイツチング時間と等しいか又はそれより長い電圧パ
ルスを選択された列電極に印加する。この間、他の選択
されなかつた列電極はゼロ電圧に維持される。ＶHは、
好ましい実施例の画素に印加される保持電圧であり、保
持電圧範囲内の任意の値とすればよい（第３図を参
照）。ここで、理解を容易にするために、電圧ＶHが、
保持電圧範囲の両端の電圧の中間にある電圧に等しいも
のとする。電圧2VHを選択された列電極に印加し、選択
されなかつた列電極をゼロ電圧に維持すると同時に、選
択された行電極は、−ＶHの値を有し且つパルス幅がス
イツチング時間に等しい電圧パルスを受取る。この間、
選択されなかつた行電極はＶHの電圧に維持される。従
つて、選択された画素、すなわち、選択された列電極と
選択された行電極との交点にある画素は、3VHの値（選
択された列の電圧と選択された行の電圧との間の差）を
有する電圧パルスを受取ることになる。一方、選択され
なかつた画素は全て保持電圧（すなわち＋ＶH又は−
ＶH、画素は電圧特性の影響を受けない）に維持され
る。行電極に印加される電圧の値と、列電極に印加され
る電圧の値を入れかえても良いのは明らかである。
異なる書込み手順を採用することにより、本発明の光
学表示装置の好ましい実施例を２通りに変形できる。第
１の変形例においては、行ごとに走査する方式を採用す
る。すなわち、各々の行電極に、−ＶHの値を有する電
圧パルスが順次印加され、その間、他の全ての行電極は
＋ＶHの値の電圧パルスを受取る。同時に、選択された
行電極に−ＶHの値の電圧パルスが印加される間に、行
に選択された画素を含む列電極には2VHの値を有する電
圧パルスが印加され、他の全ての列電極はゼロ電圧とな
る。第２の変形例では、列ごとに走査する方式を採用す
る。すなわち、各々の列電極に、2VHの値を有する電圧
パルスが順次印加され、その間、他の全ての列電極はゼ
ロ電圧パルスを受取る。同時に、走査される列電極に含
まれる選択された画素を含む行電極に、−ＶHの値の電
圧パルスが印加され、他の全ての行電極は＋ＶHの値の
電圧を受取る。
前述のように、本発明の光学表示装置をマトリクスア
ドレスするために、光学表示装置のいくつかの動作特性
を決定しなければならない。決定すべき動作特性には、
表示装置の双安定保持電圧範囲と、電圧パルスの電圧値
が既に設定されている場合に、クリア遷移（Ｕ→Ｄ）及
び書込み遷移（Ｄ→Ｕ）を生じさせるために必要な電圧
パルスのパルス幅とがある。たとえば、ゼロ電圧パルス
によりクリア遷移を生じさせるような場合、ゼロボルト
におけるスイツチング時間がわかつていなければならな
い。同様に、たとえば、保持電圧の３倍の高さの電圧パ
ルスにより書込み遷移を生じさせるような場合には、保
持電圧の３倍の電圧におけるスイツチング時間がわかつ
ていなければならない。
本発明の光学表示装置で使用される双安定液晶ツイス
トセルの厚さ／ピツチ比、t/pの変化（厚さのわずかな
変動は殆ど避けられない）により、本発明の光学表示装
置の保持電圧範囲の幅と、スイツチング時間は共に著し
く大きな影響を受ける。許容しうる保持電圧範囲の限界
は範囲の平均値の0.5％以上である。保持電圧範囲の幅
がこれより狭いと、保持電圧範囲はピンチオフされた状
態になる。たとえば、液晶がCNを添加したＥ−７である
とき、t/pが1.0を越えるまで大きくすると（双安定状態
を得るためには、t/pは1.0に等しくなければならな
い）、保持電圧範囲は狭まり、t/pが約1.15になるとピ
ンチオフ状態になる。すなわち、CNを添加したＥ−７に
ついては、t/pは1.15未満、好ましくは約1.10未満の値
に制限される。さらに、t/pの値が約0.95より小さくな
ると、クリア遷移のスイツチング時間が急激に長くなる
ことがわかつている。液晶がCNを添加したＥ−７である
場合、本発明において使用される双安定液晶ツイストセ
ルの厚さ／ピツチ比の変動範囲は約0.95から約1.10であ
るのが好ましい。厚さ／ピツチ比がこの範囲内にあれ
ば、以下に説明するように、本発明の光学表示装置の書
込み遷移及びクリア遷移のスイツチング時間を、それぞ
れ、全ての画素が確実に切換えられるような十分な長さ
に設定できる。
「実際」の保持電圧範囲とは、その範囲にわたつて本
発明の光学表示装置が少なくともある最短時間、たとえ
ば５分間だけは双安定状態にとどまるような範囲であ
る。本発明の光学表示装置について「実際の」双安定電
圧範囲とスイツチング時間を決定する方法の１つとし
て、対照サンプル、すなわち本発明の光学表示装置にお
いて使用される液晶ツイストセルのサンプルについてこ
れらのパラメータを決定する方法がある。対照サンプル
並びに本発明の光学表示装置においては、t/pは殆ど絶
えず多少は変動しており、その他にも欠陥はある。従つ
て、本発明の光学表示装置の双安定電圧範囲は、対照サ
ンプルについて、ダウン状態が安定する最高の電圧及び
アツプ状態が安定する最低の電圧と、対照サンプルのt/
pとの関係を測定し、第５図に示すようなグラフを作成
することにより決定する。対照サンプルの厚さ／ピツチ
比が、たとえば0.95から1.05まで変化すると、実際の双
安定電圧範囲の上限は、t/p＝0.95を表わす線と、ダウ
ン状態が安定する最高の電圧を表わす曲線（第５図では
上の曲線）との交点に対応する電圧ということになる。
実際の双安定電圧範囲の下限は、t/p＝1.05を表わす線
と、アツプ状態が安定する最低の電圧を表わす曲線（第
５図では下の曲線）との交点に対応する電圧である。実
際の双安定電圧範囲の上限と下限を決定すれば、この電
圧範囲は、第５図に示すように、平均値ＶHと平均値か
らの電圧変化量ΔＶとを使用して簡便に定義される。す
なわち、実際の双安定電圧範囲はＶH±ΔＶとして定義
される。
実際の双安定電圧範囲を決定した後は、「オン」スイ
ツチングと「オフ」スイツチング、すなわち書込み遷移
とクリア遷移のスイツチング時間がわかれば、光学表示
装置をマトリクスアドレスできる。たとえば、クリア遷
移を生じさせるためにゼロ電圧パルスを使用し、書込み
遷移を生じさせるために保持電圧の３倍の電圧パルスを
使用するような場合には、ゼロボルトにおけるスイツチ
ング時間と、保持電圧の３倍の電圧におけるスイツチン
グ脂環（前述の通り）とを決定しなければならない。こ
れは、第６図に示すように、対照サンプルについて、ゼ
ロボルトと保持電圧の３倍の電圧とにおけるスイツチン
グ時間と、対照サンプルのt/p測定値との関係を測定
し、それに基づいてグラフを作成することにより行なわ
れる。グラフに基づいて、対照サンプルに保持電圧の３
倍の電圧を印加したときに対照サンプル全体が十分に
「オン」できるスイツチング時間ＴSW（オン）を設定す
る（第６図を参照）。同様にして、対照サンプルにゼロ
ボルトが印加されたときに対照サンプル全体が十分に
「オフ」できる別のスイツチング時間、ＴSW（オフ）を
設定する。これらのＴSW（オン）及びＴSW（オフ）の値
を前後が表示装置に適用することができる。ＴSW（オ
ン）及びＴSW（オフ）より長いスイツチング時間も、当
然使用できる。
前述したように光学表示装置の実際の双安定電圧範囲
と、スイツチング時間ＴSW（オン）及びＴSW（オフ）が
決定されれば、１つの行又は全ての列（及び／又は１つ
の列又は全ての列）の画素が最初は無作為に同時にクリ
アされ、続いて選択的に書込まれるという二段階マトリ
クスアドレシング方式を、本発明の光学表示装置に容易
に適用することができる。
本発明の好ましい実施例に関して、選択された列、選
択された行及び選択されなかつた行に印加される電圧
が、それぞれ、2VH、−ＶH及び＋ＶHと厳密に等しくな
くとも良いことは経験から容易にわかる。ここで、ＶH
は光学表示装置の実際の双安定電圧範囲の平均値であ
る。これらの電圧については、実際の双安定電圧範囲を
定義する際に使用した変化ΔＶに関して変動を生じるこ
とが許容されている。選択された列に印加される電圧を
（２＋Δｘ）ＶH、選択されなかつた行に印加される電
圧を（１＋Δｙ）ＶH、選択された行に印加される電圧
を−（１＋Δｚ）ＶHと定義する（Δｘ、Δｙ及びΔｚ
は正又は負の変化である）と、行ごとに走査する方式を
採用した場合、これらの変化は次のような有効値をと
る。
（１）ΔｙΔV/VH （２）Δｘ−ΔｙΔV/VH （３）ＶH（１＋Δｚ）は、本発明の光学表示装置のあ
らゆる画素がＴSW（オン）の間、安定状態を保つような
値とすべきである。この条件は、たとえばΔｚを、 ΔｚΔV/VH とすることにより満たされる。
列ごとに走査する方法を採用した場合には、変化Δｘ、
Δｙ及びΔｚはそれぞれ次のような有効値をとる。
（１）ΔｙΔV/VH （２）ΔｚΔV/VH （３）ＶH（１＋Δｘ−Δｙ）は、本発明の光学表示装
置のあらゆる画素がＴSW（オン）の間、安定状態を保つ
ような値とすべきである。
この条件は、たとえば、Δｘ−Δｙを、 Δｘ−ΔｙΔV/VH とすることにより満たされる。
例１ 本発明のマトリクスアドレス式双安定液晶表示装置の
好ましい実施例を次のようにして製造した。表示装置
は、４つの行電極と４つの列電極との交差により限定さ
れる16個の画素のアレイを含むものとして製造した。
本発明の光学表示装置の好ましい実施例に含まれる双
安定液晶ツイストセルを製造するために、オハイオ州シ
ンシナテイ（Ohio,Cincinnati）のプラクテイカル・プ
ロダクツ・カンパニー（Practical Products Campany）
から市販されている、酸化インジウムで被覆された矩形
のガラス板を２枚使用した。各々のガラス板の酸化イン
ジウム膜は透明であり、ガラス板の大きさは、それぞれ
2.54cm×3.81cm×0.32cmであつた。各々のガラス板の酸
化インジウム膜の所定の部分をホトリソグラフイにより
取除いて、各々のガラス板の上に４本の平行な酸化イン
ジウム条片を残した。各条片の幅は約1mmとした。次
に、各々のガラス板にガラス板の表面に対して約５度の
角度を成すように一酸化ケイ素を蒸着することにより、
酸化インジウム条片を支持する各々のガラス板の表面を
一酸化ケイ素の膜でさらに被覆した。
２枚のガラス板を互いに横の向きに配置し、ガラス板
の両縁部に沿つて13μｍ厚のマイラのスペーサをガラス
板の間に設けることによりガラス板を離間させた。ガラ
ス板の向きを決定する際には、酸化インジウム条片を支
持する表面が対向し且つ一方の表面にある条片が他方の
表面にある条片に対して垂直となるようにした。さら
に、一酸化ケイ素がガラス板の表面に蒸着される角度が
各々のガラス板で180度異なるように、ガラス板の向き
を定めた。また、一方のガラス板が他方のガラス板から
縦方向に約0.63cmずれるように配置した。
２枚のガラス板を、マイラのスペーサにより離間され
ている２つの縁部に沿つてエポキシ樹脂で接着し、液晶
の充填と電極の接続のために２つの開いた縁部（位置ず
れ縁部）を残した。各々のガラス板は、液晶ツイストセ
ルから延出するひさし部を含むように形成された。（第
１図を参照）。次に、重ね合わせたガラス板樹脂を約１
時間にわたつて約100℃の温度で硬化して、セルの厚さ
を安定させた。その後、光源として可変波長のモノクロ
メーターを使用して単色光干渉じまの数を数えることに
より、セルの厚さを測定した。セルの厚さのばらつき
は、ナトリウムランプの照明の下で干渉じまを写真撮影
することにより記録した。セルの厚さ及び厚さのばらつ
きは、16.2μｍ±1.5％と測定された。
セルの開いた縁部の一方に液晶混合物を１滴ずつ注入
することにより、ガラス板の間の空間を毛管作用によつ
て液晶混合物で満たした。使用した液晶混合物は、ニユ
ーヨーク州エルムスフオードのイーエム・ラボラトリー
ズ社からＥ−７の商標名で市販されているシアノビフエ
ニル−テルフエニルを含む。Ｅ−７には、1.126±1.5％
の厚さ／ピツチ比（前述のセル厚及びセル厚のばらつき
の測定値に基く）を得るために、1.303重量パーセント
のコレステリルノンアノエートを添加した。
添加物を添加しないＥ−７の一酸化ケイ素を蒸着した
表面における液晶デイレクタの傾きを、螺旋状のねじれ
のない別のセルにおいて、コノスコープにより測定した
（ジヤーナル・オブ・フイジツクス、D:アプライド・フ
イジツクス９号（1976年）2001ページのクロスランド
（Crossland）他の論文を参照）。蒸着表面に対して約3
3度の傾斜角が測定された。本発明の光学表示装置にお
いて使用される、ねじれのあるセルについても液晶デイ
レクタの傾斜角は33度であると想定した。
セルと外部電線との間を２本の縞状の条片（導電性エ
ラストマー条片）を介して電気接続した。すなわち、２
本の縞状の条片を、酸化インジウム電極を支持するガラ
ス板の、セルから突出するひさし部の表面に付着させ
た。各々の縞状の条片を、酸化インジウム電極を支持す
るガラス表面の一方に付着させ、電極に対して横の向き
になるように配置した。４本の外部電線を各々の縞状の
条片に装置した。各電線は、（縞状の条片の一方向性導
電特性によつて）縞状の条片を介して１本の酸化インジ
ウム条片のみと接続されている。外部電線から電気信号
が各々の酸化インジウム電極に供給される。
双安定液晶ツイストセルの実際の保持電圧範囲とスイ
ツチング時間を決定するために、最初に、セルの画素に
印加される500Hzの電圧信号の電圧の高さを変え、次に
電圧信号の持続時間を変えながら、交差する偏光板から
見た16個の画素全ての光透過状態を、顕微鏡により観察
した。その結果、室温が約26.5℃であるとき、光学表示
装置の液晶ツイストセルの実際の保持電圧範囲は1.67〜
1.69ボルトであることがわかつた。「実際の」という用
語は、1.67〜1.69ボルトの電圧範囲にわたつて、セルが
少なくとも５分間にわたつて双安定状態を示したという
ことを意味する。光学表示装置をマトリクスアドレスす
るために使用した保持電圧は1.68ボルトであつた。ま
た、セルのスイツチング時間、すなわちＴSW（オン）及
びＴSW（オフ）は、それぞれ約18msecと約130msecであ
ることがわかつた。このＴSW（オン）は、保持電圧（1.
68ボルト）の３倍に等しい電圧において16個の画素全て
の書込み遷移を生じさせるために必要な最短のパルス幅
であり、ＴSW（オフ）は、ゼロボルトで16個の画素全て
のクリア遷移を生じさせるために必要な最短のパルス幅
である。
好ましい実施例の全ての画素を、まず最初にクリア
し、次に、選択された画素から成るパターンを書込ん
だ。選択された画素の行と列の位置を（ｉ、ｊ）によつ
て表わした場合、選択れさた画素の位置は（１、２）、
（１、３）、（２、１）、（２、４）、（３、１）、
（３、４）、（４、２）及び（４、４）であつた。選択
された画素のパターンを、行ごとに走査する方式により
書込むのに要した時間は72msec（＝ＴSW（オン）×４列
＝18×４）であつた。
例２ １つ以上又は全ての列（及び／又は１つ以上又は全て
の列）の全ての画素を最初に無作為に同時にクリアし、
次に特定の画素を選択的に書込む二段階マトリクスアド
レシング方式により、本発明の光学表示装置により表示
される情報の内容を変更する。このアドレシング方式に
よれば、画素を最初から選択的にクリアし、次に選択的
に書込む場合に比べてはるかに速く、本発明の表示装置
により表示される情報の内容を変更することができる。
このことは、本発明において使用される双安定液晶ツイ
ストセルのクリア遷移と書込み遷移についての室温（2
3.5℃）におけるスイツチング時間のスイツチング電圧
ＶSに対する完全な依存性を示す第７図からわかる。
第７図の曲線は、例１において説明した手順に従つて
製造された液晶ツイストセルの比較的均一な部分のスイ
ツチング特性を示す。液晶は、CNを添加したＥ−７であ
る。セルの比較的均一な部分は、厚さが約15μで、厚さ
のばらつきは±0.2％、t/pが約0.983で、t/pのばらつき
は±0.2％である隣接する３つの画素を含んでいた。３
つの隣接する画素についての実際の保持電圧範囲、すな
わち、３つの隣接する画素が少なくとも５分間にわたつ
て双安定状態を保つた電圧範囲は1.780ボルトから1.810
ボルトであつた。３つの隣接する画素のスイツチング特
性を測定する際に使用した保持電圧は、1.785ボルトで
あつた。
３つの隣接する画素のスイツチング特性は、スイツチ
ングが行なわれるまで、３つの画素に印加される500Hz
の電圧信号の実効電圧値と持続時間とを変えることによ
り測定した。同時に、交差偏光板の間に配置されたセル
について、セルの３つの隣接する画素の光透過状態を顕
微鏡により観察した。３つの画素全てが一方の状態から
他方の状態に切換わつたとき、完全なスイツチングが起
こつたものとみなした。１つ又は２つしか切換わらなか
つた場合は、部分的なスイツチングが起こつたものと
し、画素が全く切換わらなかつたときには、スイツチン
グが起こらなかつたものと考えた。
第７図においては、正規化されたスイツチング電圧Ｖ
S/VH（ＶHは保持電圧である）とスイツチング時間との
関係が対数目盛を使用して示されている。いずれの場合
にも、２本の平行な曲線が示されている。上の曲線は、
一方の状態から他方の状態に切換わるのに要する最短の
時間を示し、下の曲線は、スイツチングが起こらないパ
ルス幅を示す。２本の曲線の間の領域は、部分的なスイ
ツチング、すなわち不完全なスイツチングを表わしてい
る。このことは、第８図及び第９図に示される曲線につ
いても当てはまる。
第７図によれば、ＶS/VHが1.0より大きいとき、書込
み遷移が生じる。この領域においては、スイツチング電
圧が上がるにつれて、スイツチング時間は急に短くな
る。ＶS＝2VHのときのスイツチング時間は約52msecであ
り、ＶS＝3VHのときは約20msecである。ＶS/VHが1.0未
満であれば、クリア遷移が起こる。クリア遷移は書込み
遷移よりかなり遅い。ゼロボルトのときのスイツチング
時間が最も短かくて、約200msecである。
１つ以上の行（又は１つ以上の列）の画素を無作為に
ほぼ同時にクリアし、次に一度に１つの行又は列の画素
を選択的に書込む本発明のマトリクスアドレシング方式
と、一度に１つの行に含まれる画素のうち、特定の画素
を選択的にクリアし、次に選択的に書込みを行なう他の
アドレシング方式とを区別しなければならない。本発明
の光学表示装置に、第１に挙げたアドレシング方式を適
用することにより、本発明の光学表示装置の動作速度は
かなり高められる。本発明の光学表示装置の場合、クリ
ア遷移のスイツチング時間が比較的長いので、本発明に
よるアドレシング方式を採用することにより、他のアド
レシング方式に比べてはるかに迅速に表示情報の内容を
変更することができる。
例３ 本発明の光学表示装置に適用されるアドレシング方式
は、一度に１つの行について特定の画素を選択的にクリ
アするのではなく、１つ以上の行（又は１つ以上の列）
の画素を無作為にほぼ同時にクリアするものであるた
め、本発明の光学表示装置は、室温はもちろんのこと、
かなり低い温度においても、比較的高速で動作する。こ
のことは第８図から推論できる。
第８図は、本発明において使用される液晶ツイストセ
ルの（ゼロボルトにおける）クリア遷移のスイツチング
時間とt/pとの典型的な依存関係を示す。スイツチング
時間の目盛は、セルの厚さの二乗の逆値（1/t2）である
ので、第８図のグラフは、相対スイツチング時間ＴS/t2
とt/pとの関係を示していることになる。すなわち、第
８図はクリア遷移のスイツチング時間に対する温度の影
響を示す。
第８図に示されるデータは、例２において説明した液
晶ツイストセルの３つの隣接する画素のスイツチング特
性を表わす。３つの画素のスイツチング特性は、例２に
おいて説明した手順に従つて、異なるt/p比を生じさせ
るようにＥ−７中のCNの濃度を変え且つ温度を40.0℃、
23.5℃及び13.0℃として測定した。温度を変えて行なう
測定は、セルをサーモスタツト付きの容器の中で実施し
た。
第８図から明らかなように、クリア遷移のスイツチン
グ時間は、温度が40.0℃から23.5℃、23.5℃から13.0℃
へと下がるにつれて急激に長くなる。スイツチング時間
は、温度が10℃下がるごとに約2.5増す。従つて、一度
に１つの行について、特定の画素を選択的にクリアする
アドレシング方式を本発明に適用した場合、低温での動
作がかなり遅くなる。しかしながら、本発明に適用され
るアドレシング方式では、１つ以上の行の画素が無作為
に同時にクリアされるので、本発明の光学表示装置は低
温でもかなり高速で動作することができる。
次に、比較のために、画素を選択的にクリアし、次に
選択的に書込む２対１アドレシング方式について説明す
る。このアドレシング方式を本発明の光学表示装置に適
用すると、表示装置の動作がかなり遅くなるばかりでな
く、他の表示装置と関連しない悪影響が生じる。
２対１アドレシング方式を第４（ｂ）図に示す。２対
１アドレシング方式においては、１つ以上の選択された
列電極に、ＶH＋δＶの値を有し且つスイツチング時間
に等しいパルス幅を有する電圧パルスが印加される。他
の全ての列電極は保持電圧ＶHに維持される。同時に、
選択された行電極に、−δＶの値を有し且つスイツチン
グ時間に等しいパルス幅を有する電圧パルスが印加され
る。この間、他の全ての行電極はゼロ電圧に維持されて
いる。従つて、選択された画素には、ＶH＋２δＶの値
を有し且つスイツチング時間に等しいパルス幅を有する
電圧パルスが印加されることになる。一方、選択された
行及び選択された列の選択されなかつた画素には、パル
ス幅は等しいが値がＶH＋δＶである電圧パルスを受け
る。その他の選択されなかつた画素は保持電圧に維持さ
れる。２対１アドレシング方式では、δＶが正又は負で
あるため、画素を選択的にクリアし、書込むことができ
る。しかしながら、選択された行と列の選択されなかつ
た画素に、保持電圧とは異なる電圧、すなわちＶH＋δ
Ｖが印加される。このように、選択されなかつた画素が
保持電圧とは異なる電圧を受けることを、「クロストー
ク」という。
第７図は、例２において既に説明したように、クロス
トーク現象を示している。すなわち、第７図は、例２に
おいて説明した液ツイストセルの３つの隣接する画素に
ついて、２対１アドレシング方式を本発明に適用した場
合に発生する２対１アドレシング方式のクロストーク効
果とはどのようなものであるかを示すスイツチングデー
タを含んでいる。データの発生に関しては、ゼロ電圧パ
ルスにより選択された画素をクリアするためにδＶ＝−
ＶH/2（第４（ｂ）図）と設定し、且つ電圧パルス2VHに
より選択された画素を書込むためにδＶ＝＋ＶH/2と設
定することにより、２対１アドレシングが実行されるも
のと仮定した。
第７図に示されるように、２対１アドレシング方式に
よりクリア遷移を生じさせるために、選択されたれ画素
Ａに約200msecのパルス幅を有するゼロ電圧パルスが印
加されると、選択された行と列の選択されなかつた画素
Ｂには、パルス幅が等しく且つ0.5VHの値を有する電圧
パルスを受取る。同様に、２対１アドレシング方式によ
つて書込み遷移を生じさせるために、選択された画素Ｄ
に、2VHの値を有し且つパルス幅が約68msecに等しい電
圧パルスが印加されると、選択された行と列の選択され
なかつた画素には、パルス幅は等しいが電圧値が1.5VH
である電圧パルスを受ける。第７図から明らかなよう
に、クリア遷移の曲線は比較的浅く、原点に近い。点Ａ
及び点Ｂはこの曲線に近接している。選択されなかつた
画素Ｂがクリア遷移しないようにするためには、クリア
遷移を生じさせるために使用される電圧パルスのパルス
幅を非常に精密に設定しなければならない。従つて、本
発明の光学表示装置において２対１アドレシングを実行
するために使用される電子装置は非常に高精度のもので
なければならないので、かなり複雑にならざるをえな
い。さらに、より重要であると思われる問題は、第７図
に示されるクリア遷移と書込み遷移のスイツチング帯域
の幅がセル厚のばらつきが大きくなるにつれて広くなる
ことである。その結果、厚さがそれほど均一でない液晶
ツイストセルの場合には、たとえば点Ｂがクリア遷移の
スイツチング帯域に含まれてしまうことも考えられ、選
択されなかつた画素Ｂは、少なくとも部分的に切換わ
る。このような事態を避けるためには、２対１アドレシ
ング方式でアドレスされるセルの厚さをかなり均一にし
なければならないと考えられるが、そのようなセルを製
造するのは困難である。本発明の光学表示装置において
はクロストーク現象が全くないため、使用する電子装置
はそれほど高い精度を備えている必要がなく、簡単なも
ので良い。さらに、本発明の光学表示装置において使用
されるセルは、厚さがそれほど均一でなくても良いの
で、セルの製造が容易である。
２対１アドレシング方式では、また、選択されなかつ
た画素が累積的なクロストーク効果の影響を受ける。す
なわち、選択されなかつた画素は、選択された異なる画
素のクリアと書込みの間に、保持電圧とは異なる高さの
電圧パルスを連続して受取る。その結果、画素は無作為
に不意に切換わる。このような累積的なクロストーク効
果の問題を解決する方法の１つとして、この効果の影響
が除去されるまで待つという方法がある。本発明の光学
表示装置の好ましい実施例においては、そのような累積
的クロストーク効果が全くないので、効果が消えるのを
待つ必要はなく、従つて、動作速度はかなり高くなる。
２対１アドレシング方式を採用することに関連して発
生するクロストーク現象は、本発明の光学表示装置のt/
pの許容変動範囲をさらに制限して、表示装置の製造を
一層困難にするという欠点ももつている。このことは、
クロストーク現象がt/pの許容変動範囲に与える影響の
１つを示す第９図から推論できる。
第９図は、本発明において使用される液晶ツイストセ
ルの書込み遷移及びクリア遷移t/pに対する相対スイツ
チング時間ＴS/t2の依存性を示す。第９図に示されるデ
ータは、例２において説明した液晶ツイストセルについ
て、Ｅ−７中のCN濃度（すなわちt/p比）を様々に変
え、スイツチング電圧を変えて、３つの隣接する画素の
室温（23.5℃）におけるスイツチング特性を測定するこ
とにより得た。第９図は、書込み遷移のスイツチング電
圧がＶS＝2VHとＶS＝2/3VHのとき、並びにクリア遷移の
スイツチング電圧がＶS＝０とＶS＝1/2VHのときの書込
み及びクリア遷移のt/pに対するＴS/t2の依存性をそれ
ぞれ示している。２対１マトリクスアドレシング方式を
採用すると、書込み遷移を生じさせるために、スイツチ
ング電圧ＶS＝2VH（δＶ＝＋ＶH/2、第４（ｂ）図）が
選択された画素に印加され、選択された行と列の選択さ
れなかつた画素には、クロストーク効果により、スイツ
チング電圧又はクロストーク電圧ＶS＝2/3VHを受ける。
同様に、クリア遷移を生じさせるために、選択された画
素にゼロのスイツチング電圧（δＶ＝−ＶH/2、第４
（ｂ）図）が印加されると、クロストーク効果によつ
て、選択された行と列の選択されなかつた画素には、ス
イツチング電圧又はクロストーク電圧ＶS＝ＶH/2を受け
る。２対１アドレシング方式を採用するためには、書込
みのスイツチング時間を、ＶS/VH＝２の曲線の上方で、
しかもＶS/VH＝3/2の曲線の下方の値となるように（選
択されなかつた画像が切換わるのを防ぐため）設定しな
ければならない。書込みのスイツチング時間は、t/pの
変動に新たな制限を加えることなく設定することができ
るが、第９図から明らかなように、ＶS/VH＝０の曲線の
上方で、しかもＶS/VH＝1/2の曲線の下方の値となるよ
うにクリアのスイツチング時間を設定すると、t/pの許
容変動範囲がさらに制限される。すなわち、２対１マト
リクスアドレシング方式に固有のクロストーク効果によ
り、t/pの許容変動範囲は、さらに狭い範囲、たとえ
ば、CNを添加したＥ−７について先に挙げた0.95から1.
10の好ましい範囲より狭い範囲に限定される。たとえ
ば、本発明の前述の好ましい実施例、並びに本発明の他
の実施例においてはクロストーク効果が全くないので、
本発明で使用される液晶ツイストセルの厚さをそれほど
厳密に均一にする必要はなく、従つて、本発明の光学表
示装置は製造が容易である。
２対１アドレシング方式はクロストーク現象を示す
が、３対１アドレシング方式はそのような現象を示さな
い。従つて、本発明の光学表示装置に３対１アドレシン
グ方式を適用すれば、前述の理由により、選択されなか
つた画素がスイツチング遷移を生じる危険は、２対１ア
ドレシング方式を採用した場合に比べて少なくなる。そ
の結果、本発明の光学表示装置に２対１アドレシング方
式を採用するより、３対１アドレシング方式を採用した
ときの方が、より確実に情報を表示できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の光学表示装置において使用される双
安定液晶ツイストセルの一実施例の分解斜視図、 第２図は、本発明の光学表示装置において使用される双
安定液晶ツイストセルが３つの異なる状態、すなわちダ
ウン状態、電界が印加されていない状態及びアツプ状態
にあるときの液晶デイレクタを示す略図、 第３図は、本発明の光学表示装置において、使用される
双安定液晶ツイストセルのダウン状態とアツプ状態につ
いて、ギブズ自由エネルギーと印加電圧を二乗した値と
の関係を示すエネルギー特性図、 第４図は、３対１マトリクスアドレシング方式及び２対
１マトリクスアドレシング方式の説明図、 第５図は、本発明の光学表示装置の実際の双安定電圧範
囲を測定する方法の１つを示し、電圧と厚さ／ピツチ比
との関係を表わす特性図、 第６図は、本発明の光学表示装置のＴSW（オン）及びＴ
SW（オフ）を測定する方法の１つを示し、スイツチング
時間と厚さ／ピツチ比との関係を表わす特性図、 第７図は、本発明の光学表示装置において使用される双
安定液晶ツイストセルのクリア（Ｕ→Ｄ）遷移と書込み
（Ｄ→Ｕ）遷移について、スイツチング時間と、スイツ
チング時間と保持電圧との比との関係を示す特性図、 第８図は、本発明の光学表示装置において使用される双
安定液晶ツイストセルについて、スイツチング電圧がゼ
ロボルトであり、周囲温度がそれぞれ40℃、23.5℃、13
℃のときのクリア（Ｕ→Ｄ）遷移の相対スイツチング時
間と厚さ／ピツチ比との関係を示す特性図、 第９図は、本発明の光学表示装置において使用される双
安定液晶ツイストセルについて、スイツチング時間と保
持電圧との比が種々な値を取る場合のクリア（Ｕ→Ｄ）
遷移と書込み（Ｄ→Ｕ）遷移の相対スイツチング時間
と、厚さ／ピツチ比との関係を示す特性図である。 〔主要部分の符号の説明〕 10……双安定液晶ツイストセル;12……偏光板;14……ガ
ラス板;16……境界表面;18……電極;19……画素;20……
ガラス板;22……境界表面;24……電極;26……検光板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・ルドルフ・ヘフナ− アメリカ合衆国07062ニユ−ジヤ−シ イ・プレインフイ−ルド・タ−リル・ロ −ド212 (72)発明者 アラン・ロバ−ト・クメツツ アメリカ合衆国07928ニユ−ジヤ−シ イ・カザム・エツジウツド・ロ−ド50 (56)参考文献 特開 昭56−107216（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−45128（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−46788（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】コレステリック液晶と； 前記液晶を規定して少なくとも一方が電磁波放射線を透
    過する２つの境界表面であって、表面間距離がｔで与え
    られる２つの境界表面と； 行と列とから成るマトリクスの形状に配列された複数の
    液晶の画素部分のうち１つ又は２つ以上の部分に電圧差
    を印加する電圧手段と； 前記液晶の２つの異なる配向特性を光学的に識別する手
    段とを有する液晶光学表示装置において、 前記液晶は歪のない状態で螺旋状の形態をとり、前記液
    晶の歪のないピッチをＰとするときt/Pの値がおよそ0.8
    ないし1.2の範囲内にあり、少なくとも一方の境界表面
    に隣接する該液晶は前記一方の境界表面に対して傾斜
    し、且つ所定の電圧範囲にある任意の単一の保持電圧が
    印加された状態では、少なくとも２つの安定状態を有
    し、これら２つの安定状態が前記液晶に液晶分子の配向
    特性の不連続状態を生じさせることなく、一方の安定状
    態から他方の安定状態に切換えることができることと； 前記電圧手段は、前記マトリクスの少なくとも１つの行
    又は列に含まれる前記液晶の画素部分の全てに第１の所
    定の時間長にわたって前記保持電圧の前記所定の電圧範
    囲の下限を下まわる電圧を印加することにより、前記少
    なくとも１つの行又は列の前記液晶の画素部分の全てを
    略同時に第１の安定状態から第２の安定状態に切換え、
    次に、前記マトリクスの選択された液晶の画素部分に、
    第２の所定の時間長にわたって前記保持電圧の前記所定
    の電圧範囲の上限を上まわる電圧を印加することによ
    り、前記選択された液晶の画素部分を選択的に前記第２
    の安定状態から前記第１の安定状態に切換えて、情報を
    表示することを含み； 前記保持電圧の前記所定の電圧範囲は、液晶光学表示装
    置の特性により決定されるものであり、前記所定の電圧
    範囲の平均値をＶHとし、前記所定の電圧範囲の限界を
    示す、ＶHからの電圧変化量をΔＶとしたとき、前記所
    定の電圧範囲はＶH±ΔＶにより表わされる液晶光学表
    示装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の液晶光学表示
    装置において、 前記電圧手段は、前記液晶の選択された液晶の画素部分
    に、前記第２の所定の時間長にわたって、保持電圧の３
    倍に略等しい電圧を印加することにより、前記選択され
    た液晶の画素部分を前記第２の安定状態から前記第１の
    安定状態に切換え、一方、選択されなかった液晶の画素
    部分には、保持電圧に略等しい電圧が印加される液晶光
    学表示装置。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項記載の液
    晶光学表示装置において、 前記電圧手段は、各境界表面に配置された複数の電極を
    含み、一方の境界表面上の電極は他方の境界表面上の電
    極に対して交差するように配列され、一方の境界表面上
    の電極を他方の境界表面上の電極の上に投影することに
    より、前記境界表面の画素部分の前記マトリクスを規定
    し、前記マトリクスの行と列とに対応する行電極と列電
    極とから夫々構成する液晶光学表示装置。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第３項記載の液晶光学表示
    装置において、 前記電圧手段は、各々の行電極に電圧−（１＋Δｚ）Ｖ
    Hを順次印加すると共に、その他の全ての行電極に電圧
    （１＋Δｙ）ＶHを印加しそれと略同時に、電圧−（１
    ＋Δｚ）ＶHが印加される行電極と共に選択された液晶
    の画素部分を規定する各々の列電極に電圧（２＋Δｘ）
    ＶHを印加すると共に、他の全ての列電極にゼロ電圧を
    印加することにより、選択された液晶の画素部分を前記
    第２の安定状態から前記第１の安定状態に切換え、前記
    電圧は全て、前記第２の所定の時間長にわたって印加さ
    れ、Δｘ及びΔｙは次のような値に設定され、 ΔｙΔV/VH Δｘ−ΔｙΔV/VH Δｚの値は、前記第２の所定の時間長にわたって電圧Ｖ
    H（１＋Δｚ）が印加されたとき、液晶の画素部分が安
    定状態を保つように設定される液晶光学表示装置。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項記載の液晶光学表示
    装置において、 ΔｚΔV/VHである液晶光学表示装置。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第３項記載の液晶光学表示
    装置において、 前記電圧手段は、各々の列電極に電圧（２＋Δｘ）ＶH
    を順次印加すると共に、他の全ての列電極にゼロ電圧を
    印加し、それと略同時に、電圧（２＋Δｘ）ＶHが印加
    される列電極と共に選択された液晶の画素部分を規定す
    る行電極に電圧−（１＋Δｚ）ＶHを印加すると共に、
    他の全ての行電極に電圧（１＋Δｙ）ＶHを印加するこ
    とにより、選択された液晶の画素部分を前記第２の安定
    状態から前記第１の安定状態に切換え、前記電圧は全
    て、前記第２の所定の時間長にわたって印加され、Δｙ
    及びΔｚは次のように設定され、 ΔｙΔV/VH ΔｚΔV/VH Δｘの値は、前記第２の所定の時間長にわたって電圧Ｖ
    H（１＋Δｘ−Δｙ）が印加されたときに、液晶の画素
    部分が安定状態を保つように設定される液晶光学表示装
    置。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第６項記載の液晶光学表示
    装置において、 Δｘ−ΔｙΔV/VHである液晶光学表示装置。
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