JPH05281580A - グレースケール表示装置 - Google Patents

グレースケール表示装置

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JPH05281580A
JPH05281580A JP3343478A JP34347891A JPH05281580A JP H05281580 A JPH05281580 A JP H05281580A JP 3343478 A JP3343478 A JP 3343478A JP 34347891 A JP34347891 A JP 34347891A JP H05281580 A JPH05281580 A JP H05281580A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】印加電界と分子配向との強い結合を効果的に利
用して、高速で、印加電圧に高感度なスレッシュホール
ド動作を示し且つ長寿命のメモリ機能を有する強誘電性
液晶電気光学装置を用いたグレイスケール装置を提供す
ること。 【構成】一対の電極と、長軸を有する複数の分子から組
織された複数の層からなり、前記複数の分子の長軸がバ
ルク状態で螺旋を形成するカイラルスメチック液晶であ
って、前記カイラルスメチック液晶が前記螺旋の形成を
抑制するに十分小さい距離に設定された前記一対の電極
間に配置され、印加された電界に対して複数の配向状態
を生じ、前記電極間領域で非線形性を示すカイラルスメ
チック液晶と、前記一対の電極間に印加するパルスの振
幅又はパルスの幅を変調させる手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液晶電気光学装置を用い
たグレースケール表示装置に関し、特に印加電圧と分子
配向との強い結合により迅速に印加電圧に応答する液晶
電気光学装置を用いたグレースケール表示装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】液晶は種々の電気光学装置に応用されて
いる。特に時計および計算機に用いられる表示装置のよ
うな、小型でかつエネルギ効率のよい電圧制御ライトバ
ルブ（voltage-controlled light valve）が必要とされ
る装置に用いられている。これ等の装置は、ネマティッ
ク（nematic ）、コレステリック（cholesteric ）、お
よびスメクティック（smectic ）相における誘電整列効
果（dielectric alignment effect ）を利用している。
誘電異方性（ anisotropy ）により、上記各相の平均分
子長軸は印加電界中で好ましい配向をとる。このような
機構での印加電界と誘電異方性との結合はかなり弱いの
で、多数の潜在的応用例があるにもかかわらず上記装置
の電気光学的応答時間は極めて遅い。
【０００３】液晶装置（Ｌiquid crystal device（ＬＣ
Ｄ））は低圧電圧動作や低電力動作などの多数の特異な
特性を有している。このような特性によって、液晶装置
は非放射性電気光学表示装置として最も有望視されてい
る。一方、ＬＣＤは応答が遅くかつ充分な非線型性を有
していないので、ＬＣＤは使用上大きな制約を受けてい
る。ＬＣＤ装置において指定される素子の数が増加する
につれて、応答速度が遅いということはますます大きな
問題となる。このような制約が存在するので、コンピュ
ータ端末器、オシロスコープ、レーダあるいはテレビス
クリーンに平面パネル表示装置を用いようとすると、そ
の製造費が実用化できないほど高くなってしまう。
【０００４】図１は、カイラルスメクティック（chiral
smectic ）ＣまたはＨ液晶の概略図である。液晶１００
は複数の分子層１０２からなる。各層１０２内の分子の
長軸の平均配向は単位ベクトルｎで表示されている。上
記平均配向ｎは層の法線に対してΨ0 だけ傾いている。
Ｌe Ｊournal de Ｐhysique の第３６巻（１９７５年３
月、Ｌ−６９頁−Ｌ−７１頁）の“強誘電性液晶”とい
う題の論文の中で、Ｍeyer等は、光学活性な分子からな
るカイラルスメクティックＣまたはＨ液晶は、一般的に
電気双極子密度Ｐを有する強誘電体であろうと述べてい
る。そうして、上記電気双極子密度Ｐ（ベクトル量）は
分子の傾斜方向ｎに対して直角であり、スメクティック
層の面と平行である。上記の説明は、スメクティックＨ
相にも適用である。スメクティックＨ相は、構造がスメ
クティックＣ相と似ているが、各層に垂直な軸のまわり
を運動するベクトルｎが再配向する際に高い粘性を示
す。これ等のカイラルスメクティック液晶内に電気双極
子があることによって、印加電界Ｅ（ベクトル量）と分
子配向との間に強い結合が生じる。この結合は誘電異方
性により得られるものより強い。さらに、上記結合は極
性的なものであり、好ましいＰの配向はＥと平行であ
る。その結果、印加電圧の極性を反転させることによっ
て好ましい配向Ｐを反転させることができるので、電界
の反転を分子配向の制御に有効に用いることができる。
【０００５】強誘電性スメクティック液晶の以下に述べ
る２つの特性により、それ等が有する固有の長所を利用
しようとする試みが妨げられている。第１の特性は、強
誘電性スメクティック液晶の分極は図１に示すように各
層の面に平行でなければならないが、一方この分極は自
由に運動できなければならない。その結果、液晶性強誘
電体とは異なり、バルク状態においてＰの一様な配向を
有するドメイン（domain ）を自発的に形成することは
ない。なぜなら、自発的にそのようなドメインを形成す
るには、たとえば結晶性強誘電体の結晶格子によって設
けられるような好ましい配向方位を必要とするからであ
る。
【０００６】第２の特性は、分子のカイラリティ（chir
ality ）の結果として、バルク状態の強誘電性スメクテ
ィックＣまたははＨ液晶は、図１に示すように単位ベク
トルｎと分極Ｐとがサンプルの層から層にわたって各層
に直角な軸のまわりでねじれることである。このねじれ
によって巨視的な双極子モーメントは相殺される。この
ねじれは、結晶性強誘電体でドメインが形成されれば、
分極が巨視的に相殺されることに対応している。
【０００７】図１に示された各層１０２の円錐（cone）
１０４は、各層内において分子がとりうる配向の軌跡を
示す。上記円錐は長手方向の軸に対して角度Ψ0 をなし
ている。単位ベクトルｎ１０６〜１３０は、各層内の分
子の長軸の平均配向を示す。図から明らかなように、図
面上へのベクトル１０６の投影図は層１０２の面に対し
て垂直な線となる。ベクトル１０６に対応する層より下
の層にゆくにつれて分子の平均単位ベクトルｎはねじれ
る。単位ベクトルのねじれを方位角φで示すと、図１の
ベクトル１０６と１１２との間ではφ＝９０°となって
いる。またベクトル１１２と１２４との間ではφ＝１８
０°である。最後に、単位ベクトルはベクトル１２４と
１３０との間でされに９０°ねじれる。その結果、ベク
トル１０６から１３０までの総ねじれは３６０°とな
る。したがって、単位ベクトル１０６を有する層内の分
子の平均単位ベクトルｎは、単位ベクトル１３０を有す
る層内の分子の平均単位ベクトルｎと平行である。単位
ベクトル１０６を有する層と単位ベクトル１３０を有す
る層との間の距離は、層に垂直な方向に分子によって形
成されるらせん（helix ）のピッチと称される。各層の
強誘電性分極Ｐはｎに対して直角な方向を向き、かつ各
層の面内にある。
【０００８】カイラルネマティック液晶に見られると同
様の印加電界によるねじれの歪みおよびねじれの解除現
象はカイラルスメクティック液晶でも知られている。こ
れについては文献を参照のこと。Ｍeyer等による前述の
文献、Ｌe Ｊournal de Ｐhysique Ｃolloq ，３７巻
（１９７６年，Ｃ３−１２９頁〜Ｃ３−１３２頁）に記
載されたＭartinot −Ｌegarde による“カイラルスメ
クティックＣ液晶中における強誘電性モノドメイン（Ｆ
erroelecrical Ｍono −domains ）の観察”、Ｌe Ｊou
rnal de Ｐhsique，３８巻（１９７７年１月、Ｌ−１７
頁〜Ｌ−１９頁）に記載されたＭartinot −Ｌegarteに
よる“強誘電性カイラルスメクティックＣ液晶の原始分
極（Ｐrimitive Ｐolarization ）の直接電気的測定”
およびＪpanese Ｊournal of ＡppliedＰhysics，１７
巻７号（１９７８年７月、１２１９頁〜１２２４頁）に
記載されたＴakezoe等による“ＤＯＢＡＭＢＣにおいて
電界によって生じたＳm Ａ相での複屈折およびＳm Ｃ相
でのらせん構造の消失”。カイラルスメクティックＣ液
晶での境界条件によるらせんの抑制もまた観察されてい
る。上記境界条件では、境界近傍の分子は表面に平行か
つ特定の方向を向くことが必要である。これについて
は、Ａnn. Ｐhys ．３巻２−３−４号（１９７８年２３
７頁〜２４７頁）に記載された“Ｄefauts dans les Ｓ
mectiques ＣＣhiraux”を参照のこと。
【０００９】電気光学効果を生ずる強誘電性液晶の利点
は認識されていたけれど、そのような電気光学効果は立
証されていなかった。これについてはＭol. Ｃryst. Ｌ
iq.Ｃryst. ，４０巻（１９７７年３３頁〜４８頁、特
に３６，３８〜４０，４７頁）に記載されたＭeyerによ
る“強誘電性液晶の考察”を参照のこと。一方、種々の
いくつかの研究グループが１９７５年から電界に対する
強誘電性液晶の応答を研究しているけれども、すでに存
在する液晶の特性よりも非常に速い応答を有するものは
まだ発見されていない。したがって、強誘電性液晶で得
られる印加電圧と分子配向との強い結合を効果的に利用
した高速でかつ印加電圧に高感度な電気光学装置の誕生
が強く望まれていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、印加電界と
分子配向との強い結合を効果的に利用して、高速で、印
加電圧に高感度なスレッシュホールド動作を示し且つ長
寿命のメモリ機能を有する強誘電性液晶電気光学装置を
用いたグレイスケール装置を提供することを目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の装置は、一対の電極と、長軸を有する複数の
分子から組織された複数の層からなり、前記複数の分子
の長軸がバルク状態で螺旋を形成するカイラルスメチッ
ク液晶であって、前記カイラルスメチック液晶が前記螺
旋の形成を抑制するに十分小さい距離に設定された前記
一対の電極間に配置され、印加された電界に対して複数
の配向状態を生じ、前記電極間領域で非線形性を示すカ
イラルスメチック液晶と、前記一対の電極間に印加する
パルスの振幅又はパルスの幅を変調させる手段と、を有
するグレースケール表示装置である。
【００１２】
【本発明の作用、効果】本発明の装置に用いられる強誘
電性スメクティック液晶は一対の基板の間に配置されて
いる。前記液晶は長軸を有する複数の分子から組織され
た複数の層から構成され、各層は前記基板の面内で互い
に平行に一方向に配列されている。前記一対の基板は、
強誘電性スメクティック液晶の螺旋の形成を抑制するの
に十分小さな距離だけ隔てられている。本発明者は上記
の構造を採用することによって、電界が印加されていな
くとも液晶配向場（ liquid crystal orientation fiel
d)が複数の異なる安定配向状態を有することを発見し
た。本発明の液晶の配向状態は、十分な強度と方向とを
もつ電界を前記複数の層の法線を交差するように印加す
ることによって、複数の安定配向状態のうちの一つから
他の一つに転移できる。この転移を利用すれば光強度の
フラクションを変化させることができるので、新規なグ
レイスケール装置を提供できる。
【００１３】本発明で用いられる強誘電性スメクティッ
ク液晶の基板は例えば透明材料で形成され、電気的に導
電性を有した半透明の層で覆われる。この導電性の層を
介して電界が前記液晶に印加される。分子の配向は上記
電界の強度と方向とを変えることによって変化し、上記
複数の安定配向状態のうちのいずれか１つの状態を選択
する。複数の安定配向状態は異なった方向の光軸を有す
るので、偏向子−液晶−偏向子構造を通過する光強度フ
ラクションを変えるためには液晶に電界を印加すること
によって少なくとも１つの光軸を再配向させればよい。
【００１４】本発明で用いられる強誘電性スメクティッ
ク液晶では、基板と接する複数の層の表面は互いに平行
に一方向に延びて整列されている。更に前記一対の基板
間の距離は強誘電性スメクティック液晶内に螺旋が形成
されるのを抑制するのに十分小さな距離に保たれてる。
基板表面で各層を整列させ、かつ各層内に螺旋が生じな
いようにすれば、各分子は所謂ゴールドストーンモード
（ goldstone mode ）と呼ばれる極めて低粘性の運動が
可能となり、すかつ複数の安定配向状態を得ることがで
きる。従って複数の安定配向状態のある状態から他の状
態へ高速にスイッチングできると共に、極めて長寿命の
メモリ作用を得ることが可能となる。前記スイッチング
による電気光学的応答速度は、液晶を使用している従来
のスメクティックＣより１０００〜１００００倍も速
い。
【００１５】また、スイッチングに際してのスレッシュ
ホールド動作も従来の液晶に比べて鋭敏に起こる。これ
はある安定配向状態から他の安定状態へ転移するときの
ポテンシャルバリアが鋭いことを意味し、別の見方をす
ればメモリ作用が大きいことを意味する。スイッチング
を行うために必要な印加電界の振幅との印加時間の許容
範囲は極めて狭い。
【００１６】また本発明で用いられる強誘電性スメクテ
ィック液晶によれば、変化の大きな電気光学的応答を得
ることができる。この液晶においては、電界により誘起
される光学的変化は屈折率を有しかつ０．２より大の異
方性Δn を有する単軸材料の光学軸の２０°から６０°
までの回転に対応する。この応答は液晶以外の他の複数
安定電気光学装置において得られる応答より１０〜１０
０倍も多い。
【００１７】更に本発明に用いられる強誘電性スメクテ
ィック液晶にはグレースケールが内蔵されている。スイ
ッチング領域で非線形性を示すので、複数のレベルの記
憶容量を得るために、パルス振幅およびパルス幅変調を
使用できる。
【００１８】またカラー制御も可能である。サンプルの
複屈折および２個の偏向子の配向を制御することによっ
て色効果が得られる。上記したように２個の偏向子間に
配置された単一スメクティックＣサンプルによって、透
過または反射モードにおける複数の色の内のいずれかを
得ることができる。
【００１９】本発明で用いられている液晶は、現在の技
術ではまだ実現できない種々の装置に適用できるであろ
う。本発明の複数安定特性は、多数の電気光学装置、た
とえばグラフティックまたは画像（ pictorial）表示装
置を必要とする場合に有利である。この液晶は複数安定
性を有するので、イメージを維持するために必要な外部
の記憶装置が不要となる。本発明で用いられる液晶はマ
トリックスアドレスビデオ表示装置（matrix-addressed
video display）に効果的に用いることができるであろ
う。各液晶素子の応答速度は十分に速く、フレームは要
求速度で変化できる。かつ液晶素子のスレッシュホール
ドの感度は、所定の素子を変化させるために印加される
パルスによって同じ行または列にある他の素子が変化を
受けないレベルに設定されている。また、電気光学効果
に基づく光学的変化は、使用に便利なように十分大きな
ものである。これに反し、極めて高い電圧で動作する複
数安定結晶性強誘電体の場合には、光学的異方性はたい
へん小さく、光制御効果は表示装置に応用するためには
小さすぎる視角の範囲においてのみ得られるにすぎな
い。
【００２０】本発明で用いられる液晶は電界効果で動作
する。すなわち、極めて高いインピーダンスとこれに反
比例した小さな電流によって動作する。このことは、多
数の応用において必要とされる低消費電力の要求を満足
する。したがって、マイクロセコンドのスイッチング速
度、充分な固有非線型性、および低電力消費の結果とし
て、この液晶は大型マトリックスアドレス指定およびマ
ルチプレクシング装置への応用に適している。したがっ
て、特に液晶に関連したビデオ領域および光通信領域に
おいては新しい分野を切開く。
【００２１】
【実施例】図２は、本発明に用いられる強誘電性スメク
ティック液晶の構成を概略的に示した斜視図である。複
数の層１０２からなる液晶１００は一様な間隔を有して
設けられた平らまたはほぼ平らなプレート１３２および
１３４の間に配置されている。層１０２の面はプレート
１３２および１３４と直角に形成される。各層内で、分
子の長軸の配向を示すベクトルｎは層１０２の法線に対
して角度Ψ0 をなす。 液晶１００と隣接しているプレ
ート１３２および１３４の表面は、液晶分子配向が好ま
しい方向を向くように処理されている。液晶分子はプレ
ート１３２および１３４の表面に平行名分子長軸の平均
配向を有し、この平均配向はプレート面内の特定の方向
に制限されることはない。この配向を得るための方法は
種々知られている。使用される特別の表面処理は、使用
されるスメクティックＣまたはＨ化合物によって異な
る。たとえば、デシルオキシベンジリデンｐ´−アミノ
２メチルブチルシンナメート（ decyloxybenzylidene
ｐ´-amino２methyl butyl cinnamate（ＤＯＢＡＭＢ
Ｃ））およびヘキシルオキシベンジリデンｐ´−アミノ
２クロロプロピルシンナメート（ hexyloxybenzylidene
ｐ´-amino １chloropropyl cinnamate （ＨＯＢＡ
ＣＰＣ））の化合物の場合、清浄なガラス（clean glas
se）または正常な酸化スズ（ clean tin oxide )層によ
ってこの配向が誘起される。また、ｎ−メチル−３−ア
ミノプロピルトリメトキシシラン（ｎ−menthyl −３−
aminopropyltrimethxoxysilane （ＭＡＰ））などの適
当なポリマーの層を形成することによっても、この配向
が誘起されることが知られている。これについては、Ｐ
roceedings of the ＩＥＥＥ６１巻（１９７３年２８１
頁〜８頁）に記載されたＫahn 等による論文を参照のこ
と。
【００２２】前記したように、層１０２はプレート１３
２および１３４に対して直角かほぼ直角に形成される。
この構造は、高温度でスメクティックＡ相となる材料を
用いて容易に得ることができる。この場合、化合物に依
存するが、スメクティックＡ液晶は等方性またはネマテ
イック相から冷却することによって得られる。上述した
境界条件でスメクティックＡ相を形成することによっ
て、上記境界プレートに対して直角で部分的に円弧状に
曲がった層を有するファン組織が得られる。スメクティ
ックＣまたはＨ相まで冷却する場合、主に層の圧縮に対
して生じる弾性復元力により、上記した層の構成はほと
んど変化しない。
【００２３】たとえば、ライトバルブなどの多くの応用
装置においては、層１０２は平らであって互いに平行に
一方向を向きかつプレート１３２および１３４に対して
一様に垂直になるように配列されることが必要である。
これは種々の方法で実現できる。ネマティック相からス
メクティックＡが形成される場合、プレート１３２およ
び１３４と平行な方向を有する十分大きな磁界を印加す
ると、上記磁界に沿って平均分子配向を有したネマティ
ックモノドメイン（monodomain）が得られる。スメクテ
ィックＡ相に冷却する際、磁界の方向に直角な平らな層
を有するスメクティックＡモノドメインが形成される。
【００２４】スメクティックＡ相が形成される温度範囲
における高温度部端の近傍のスメクティックＡ相におい
て、液晶にせん断応力を印加することによっても、スメ
クティックＡモノドメインを形成できる。この場合、ホ
メオトロピック配列（homeotropic alignment ）が誘起
されないように、一つの境界プレートを他のプレートに
対してゆっくりと移動する。弾性応力を最小にするた
め、層は再配列し、プレートの運動方向と平行になる。
この方法は、ネマティック相を示さない材料または混合
物に対して特に有用である。
【００２５】層１０２が平らで互いに平行に一方向に配
列されかつプレート１３２および１３４に対して直角に
なるように、スメクティックＡサンプルが一旦配列され
ると、スメクティックＣまたはＨ相へ冷却することによ
って、図２に示された構造が得られる。図１に示したよ
うに、厚いサンプルに関して、単位ベクトルｎ１０６〜
１３０および双極子Ｐは各層に対して直角な方向のまわ
りにねじれる。その結果分子が光学的に活性になる。し
かし、このらせんは上記液晶全体に形成されることはな
く、液晶を構成する分子は上記液晶の表面で平板１３２
および１３４に平行であるという境界条件はなお満足さ
れている。平板１３２および１３４間の距離がらせんの
ピッチに接近するように、液晶を薄くすると、容積は減
少し、バルク中のらせんを巻き戻すのに要するエネルギ
ーがより少なくなる。その結果、十分に薄いサンプルの
場合、境界条件は満たされ、らせんは抑制される。らせ
んの抑制はプレートがらせんのピッチより小さい距離だ
け離れているとき通常観測されるが、ある場合にはらせ
んピッチの５倍のオーダーの距離までプレートが隔てら
れている時にも、らせんの抑制が観察される場合があ
る。
【００２６】このらせん抑制によって、図２に示した安
定な分子配向１３６または同様に安定な分子配向１３９
が得られる。図示したように配向１３８は上方を向いた
電気双極子Ｐを有し、配向１３６は下方を向いた電気双
極子Ｐを有する。上記サンプルに電界を印加することに
よっていずれかの配向を選択でき、これにより分極双極
子Ｐと平行な電界が形成される。サンプル内の配向は破
線１４４で図示されたドメイン壁によって分離されてい
る。上記ドメイン壁の構造および幅は、スメクティック
傾斜角を変化させるのに必要なエネルギ、層圧縮エネル
ギ、もっとも重要な表面エネルギ、とディレクタ折り曲
げおよびねじれ弾性エネルギ（directerbend and twist
elastic energies )によって決定される。１．５μｍ
の厚さのＤＯＢＡＭＢＣおよびびＨＯＢＡＣＰＣサンプ
ルにおいて、上記ドメイン壁は１μｍ以下の厚さであ
る。電界をかけると、上記ドメイン壁の分子配向が変わ
り、好ましい配向となる。
【００２７】ドメイン壁は層構造中の欠陥、表面の傷お
よび穴、バルク中および表面上の不純物と相互作用を起
こす。これ等の相互作用は、印加電界によって特定の場
所へ一旦移動させられたドメイン壁の位置を維持する効
果を有する。その結果、上記領域ヒステリシス特性を示
し、これがスレッシュホールド動作および２安定性の基
になる。たとえば配向１３８を選択するために印加され
る電界が短時間印加された後、サンプルが配向１３８状
態に留まるように上記ドメイン壁はすぐに安定にに固定
されるので、２安定性が得られる。同様に、配向１３６
に関する逆極性場についても同様のことが成り立つ。上
記壁が形成されると、それ等を取り去るためには臨界値
より大きな印加電圧を要するので、スレッシュホールド
動作が得られる。
【００２８】スイッチング動作を目的として、電界を突
然印加すると、核生成およびドメイン壁の運動が発生す
る。サンプルの特定領域の状態を変えるために必要な時
間は、ドメイン壁の移動速度（the rate of domain wal
l displacement）および全サンプルを走査するために移
動しなければならない距離によって決定される。一般的
に、電界パルスにより２安定ラッチングを行う場合に
は、上記電界パルスは、上記パルスが印加されている間
に配向の変化が完了するように、充分な持続時間を有し
ていなければならない。印加電界を増すと、より速くド
メイン壁が運動したりあるいはより多数のドメイン壁が
生成されるので、前記持続時間は短くなる。 清浄な酸
化スズで覆われたプレートにより形成されているＴ＝８
８℃で１．５μm の厚さを有するＨＯＢＡＣＰサンプル
に、持続時間τ＝５μｓおよび振幅Ａ＝１０Ｖの矩形電
圧パルスを印加すれば、約５μｓで液晶の配向をスイッ
チングできる。τまたはＡが減少すると、１０Ｖ，４μ
ｓまたは８Ｖ，５μｓのパルスによってはスイッチング
できないようなレベルにスイッチングスレッシュホール
ドは近づけられる。上記サンプルは、逆極性のスレッシ
ュホールドパルスが印加されるまで、スイッチングされ
た状態に維持される。上記したＨＯＢＡＣＰＳサンプル
は、Ａ＝０．２Ｖ，τ＝４μｓからＡ＝５５Ｖ，τ＝５
００ｎｓの範囲のパルスによってスイッチングされるの
が観察された。パルスが短くかつ高電圧の場合は、再配
向応答時間が１μｓ以下になることはなかった。
【００２９】コントラスト比は表面処理の質、偏向子、
偏向子の配向、パルスの高さと幅とに大きく左右され
る。５μｓ，１０Ｖのパルスでかつ単純な表面処理の場
合、実験室のサンプルにおいては２０：１以上のコント
ラスト比が容易に得られた。
【００３０】もっと複雑な表面処理を行うと、２安定性
がより確実になる。たとえば、平行に並んだ方形のリッ
ジ（ridge ）（幅が数μm 、高さが数μm 、間隔が数μ
m ）は、分子長軸が上記リッジと平行となるように単位
ベクトルｎを表面で効果的に配向することができる。好
ましい実施例においては、互いに角２Ψ0 をなすように
配向された平行なリッジを２セット用いるのがよい。配
向１３６においては単位ベクトルは１セットのリッジに
平行であり、配向１３８においては単位ベクトルは他の
セットに平行である。このようにして、２つの安定配向
の間を移動するときに見られるヒステリシスが正確に制
御される。
【００３１】図２に関して述べたように、分子配向１３
６は分子配向１３８とは異なる。この差異が以下に述べ
る様に、光制御機構の原理として用いられている。サン
プル１００は偏向シートに配置される。上記好ましい実
施例では、プレート１３２，１３４は自ら偏向する。最
も単純なライトバルブの実施例では、プレート１３２，
１３４は、偏向容易軸Ｐ1 およびＰ2 が互いに直角とな
るように配列される。液晶１００は２軸を有し、かつプ
レート１３２および１３４に平行な光軸を有する面を有
する。上記液晶は、配向１３６のように、安定配向の１
つにおいて、光軸の１つがプレート１３４の偏向方向Ｐ
1 に対して平行となるように配向されている。液晶１０
０が配向１３６にある場合、プレート１３４を透過して
液晶１００に直角に入射する光は、偏向状態を変化しな
いまま上記サンプルを横切る。そうして、直角の偏向方
向Ｐ2 を有するプレート１３２によって消滅させられ
る。液晶１００を配向１３８へ切換えると、液晶の光軸
は回転して、プレート１３４の偏向方向に対して約２Ψ
0 の角度を形成する。そうして、液晶１００の複屈折に
より、光は一般に、液晶１００を横切るにつれて、楕円
偏向する。
【００３２】Ψ0 が約４５°の時は偏向子の配置は変え
なければならない。しかし、現在知られている化合物
は、１５〜２０℃の温度範囲で１０°〜３０°の値のΨ
0 を有する。仮に、Ｐ1 方向に沿って偏向する波長λの
光が結晶１００に直角に入射した場合、透過される光強
度のフラクション（fraction ）Ｆは、次式で与えられ
る。
【００３３】 Ｆ＝Ｆ0 ［sin （４Ψ0 ）・sin （π・Δn ・d ／λ）］2 ただし上式において、ｄはプレート間の距離、Δn は第
１の屈折率の差、Ｆ0 は平行な偏向子のみによって伝達
されたフラクションである。代表的なスメクティックＣ
またはＨ化合物に関し、Ψ0 〜２３°が得られる。（こ
こで、〜は「略等しい」を意味する。）この場合、最適
透過（Ｆ＝Ｆ0 ）は、ｄ〜λ／２Δn 、たとえばΔn 〜
０．２の時ｄ〜１．２μm に関して得られる。したがっ
て、良好な電気光学効果を得るには、極めて薄いサンプ
ルが必要とされる。これは、電気光学効果が生じる入射
角の範囲が大きくなるので好ましい特性である。
【００３４】偏向子−液晶−偏向子という幾何学的配置
は、偏向子および液晶のより一般的な配向に利用され
る。第１の偏向子に存在する光は、偏向容易方向に沿っ
て偏向する。液晶中を通過するにつれて、この光は楕円
偏向する。第２の偏向子は、偏向容易軸に平行に進む上
記楕円偏向した光の成分を選択する。
【００３５】よく知られているように、同実施例に白色
光が入射された場合、この光は複屈折色を呈する。そう
して、この複数屈折色は、サンプルおよび偏向子の適当
な相関配向により選択される。
【００３６】電界を発生することのできる手段ならどん
な手段を用いてもよい。必要なのは、液晶の両側に設け
られる一対の電極である。酸化スズ膜がプレート１３２
および１３４として用いられる場合は、導体は上記膜に
固着され、プレート１３２および１３４間に印加された
電圧によって電界が形成される。
【００３７】図２は、マトリックスアドレスビデオ表示
装置として適用した実施例を示す。電極１４８は、一様
な間隔を有しかつ平行にプレート１３２と接続される。
電極１４６は上記したようにプレート１３４に設けられ
るが、電極１４８と直角方向に設けられる点が異なる。
スイッチ１５０の端子１５２はそれぞれ、電極１４８に
接続されている。同様に、スイッチ手段１５４の端子は
それぞれ電極１４６に接続されている。スイッチ１５０
の端子１５８およびスイッチ１５４の端子１６０は、電
源の両端に接続されている。スイッチ１５０および１５
４は電極１４８および電極１４６に電圧源からの電圧を
供給する手段を有する。
【００３８】したがって、電極１４６および電極１４８
との間に垂直に配置された液晶１００の方形容積は、そ
れぞれ液晶１００内において領域を形成する。スイッチ
手段１５０および１５４は、特定の方形容積に隣接した
電極間に電圧を供給するために制御される。このように
することによって、プレート１３２，１３４に垂直でか
つ層１０２に対して平行な方形容積内に電界が形成され
る。上記方形容積内で、電気双極子Ｐは整列する傾向を
示す。
【００３９】スイッチ１５０，１５４は、電極１４６，
１４８を介して電圧の極性を反転する手段を有するの
で、任意の特定方形容積内で電界の方向を反転できる。
電界の方向を反転することによって、液晶１００の特定
方形容積内の分子の配向を変えることができる。この応
用例において、選択された上記電極１４６および１４８
に印加される電圧によって、電極１４６および１４８の
交点により規定される容積のみをオン・オフする場合に
は、スレッシュホールドの動作が必須である。
【００４０】本発明の極めて少ない好ましい実施例の詳
細をこれまで述べてきたが、本発明の新規性から逸脱す
ることなく、同実施例から多くの変形例を当業者は考案
できる。各層１０２は図２に示されるようにプレート１
３２，１３４の面において互いに平行に一方向に配列し
ていればよい。また反射モードで動作する装置を形成す
るようにプレート１３４の後に背面反射器を配置しても
よい。光は、プレート１３２、サンプル１００、プレー
ト１３４を通過したのち、反射器によって反射され上記
層に戻る。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数のカイラルスメクティックＣまたはＨ液晶
の概略図である。
【図２】本発明に用いられる電気光学装置の概略分解図
である。
【符号の説明】
１００…液晶、１０２…層、１０４…円錐、１０６〜１
３０…単位ベクトルｎ、１３２，１３４…プレート、１
３６．１３８…分子配向、１４６，１４８…電極、１５
０，１５４…スイッチ、１５８，１６０…端子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スベン・テー・ラゲルバル スウェーデン国、ゴテボルグ、スナックベ ーゲン 30

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対の電極と、 長軸を有する複数の分子から組織された複数の層からな
    り、前記複数の分子の長軸がバルク状態で螺旋を形成す
    るカイラルスメチック液晶であって、前記カイラルスメ
    チック液晶が前記螺旋の形成を抑制するに十分小さい距
    離に設定された前記一対の電極間に配置され、印加され
    た電界に対して複数の配向状態を生じ、前記電極間領域
    で非線形性を示すカイラルスメチック液晶と、 前記一対の電極間に印加するパルスの振幅又はパルスの
    幅を変調させる手段と、 を有するグレースケール表示装置。
JP3343478A 1980-01-08 1991-12-25 グレースケール表示装置 Expired - Lifetime JP2558405B2 (ja)

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