JPH0623818B2 - 液晶双安定記憶装置 - Google Patents

液晶双安定記憶装置

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JPH0623818B2
JPH0623818B2 JP60081513A JP8151385A JPH0623818B2 JP H0623818 B2 JPH0623818 B2 JP H0623818B2 JP 60081513 A JP60081513 A JP 60081513A JP 8151385 A JP8151385 A JP 8151385A JP H0623818 B2 JPH0623818 B2 JP H0623818B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は液晶装置、さらに具体的には液晶媒体によつて
具体化されるメモリもしくは記憶セルに関する。
［開示の概要］ 本考案の液晶メモリは少なく共３つの別個の電極によつ
て間隔が隔てられたスメクチツク相の液晶媒体を含む。
第１の電極は接地面を与え、第１の電極と間隔を隔てた
第２の電極はメツシユ状もしくは指電極構造に配列され
ていて、同じく液晶媒体と接触し、第３の電極は絶縁媒
体によつて第２の電極と間隔が隔てられている。この様
な第３の電極は第２の電極と直交もしくは平行関係にあ
る。第２及び第３の電極の各々に選択的に電圧を印加す
ると、液晶層の安定状態は秩序（ホメオトロピツク）状
態、即ち透明（明）状態と無秩序（焦点円錐）即ち暗状
態の間で変化する。
［従来技術］ 過去１０年来、計算器、デイジタル時計、小さなスクリ
ーンのテレビジヨン・セツト等の装置に使用される液晶
表示装置に対して大きな興味がもたれている。
色々の液晶材料が研究されているが、これ等の材料はネ
マテイツク、スメクチツク、コレステリツクのみならず
他の相を示す。この様に分類された相の内で、温度、電
場及び他のパラメータに依存して異なる分子配列が生ず
る。これ等の配列の一つは均一配列と呼ばれるが、これ
はセルの形成に使用された板の平行な配列をさし、他方
板の両方に分子が垂直な時はホメオトロピツク配列が生
ずる。他に焦点円錐構造が存在し、これは無秩序即ち散
らばつた方向によつて特徴付けられる。上述のものの各
々、即ち均一、ホメオトロピツクもしくは焦点円錐構造
は以下液晶材料の状態、従つて液晶が一部となるセルの
状態と呼ぶ。例えば米国特許第４２９１９４８号を参照
するに、種々のカラー状態を与え、記憶モードで動作出
来る液晶表示セルが正もしくは負の誘電異方性を有する
材料から形成されている。この特許ではスメクテイツク
液晶媒体が論ぜられている。この様な媒体は極めて大き
な傾斜角で、平行な即ち均一な整列を生ずる様に処理さ
れた電極板間に配列されている。この特許に説明されて
いる如く、この傾斜角は印加交流電圧の強さを増大する
事によつて前進的に増大し、これによつて交差した偏光
子を通して見た時にニユートン色を生ずる。この特許第
４２９１９４８号に説明された一つの実施例に従えば、
記憶モードは上述の傾斜角の変動によつて達成されてい
る。即ち初期値から傾斜角が増大する時、これを生じた
励起電場を除去した後もその角度が維持される事が判明
した。しかしながら、この特許に説明された様に、セル
は加熱及び冷却サイクルによつて元の下限傾斜角にスイ
ツチして戻される。この時材料はそのネマチツク相を通
つてスメクテイツク相になる。これについては、この特
許の第４図を参照されたい。該米国特許第４２９１９４
８号に開示された代表的のセルの動作を要約すると、セ
ルは交流電圧を印加する事によつて、唯一つの方向にス
イツチ出来る。他方熱サイクルが反対方向にスイツチす
るのに使用される。さらに、上述の如く、達成される任
意の記憶は励起電場に応答する傾斜角の変動に基づいて
いる。これに対応する唯一の例外は該米国特許第４２９
１９４８号の第４欄に開示されている示嗟である。この
説明によると或るスメクチツク相材料は交差周波数以下
の低周波数で正の誘電性異方性を示し、交差周波数以上
の高周波で負の誘電性異方性を示す。この特許によれ
ば、材料は両方向の電気スイツチングが可能である。し
かしながら、これは例外であつて、双安定についてのは
つきりした説明によれば液晶セルの安定状態の変化は熱
処理に依存するとある。さらに、該米国特許第４２９１
９４８号の液晶セルは単に均一電場を２つの電極もしく
はセルの板間に埋込まれた液晶媒体に印加する事を含
む。
液晶表示装置の一つの形もしくは他の形の記憶の概念を
開示している他の文献は米国特許第３７０３３３１号及
び第４１０５２８８号である。前記の特許はキラール・
ネマチツク（もしくはコレステリツク）相の液晶材料よ
り構成されている。後者の特許は或る境界条件の下に準
双安定効果を示す液晶材料を開示している。即ち印加電
場が或る閾値に達すると、材料はエネルギ的に安定な
（焦点円錐）構造を通過してホメオトロピツク−ネマチ
ツク配向になる。この配向は電場が第２の閾値以下に減
少する迄保持されるが、元に戻る時、平面−円錐の中間
状態が短時間形成される。
他の興味ある文献は１９７４年１２月刊のジヤーナル・
オブ・アプライド・フイジツクスのＲ．Ａ．ソレフの論
文「櫛状の電極で得られるネマチツク液晶中の電界効
果」である。この論文はネマチツク液晶の或る興味ある
電界効果を開示している。しかしながら、開示された装
置は唯２つの電極が与えられ、永久的もしくは安定な記
憶状態を与えていない。換言すれば、この基本的装置の
構造に含まれる任意の固有もしくは別個の容量上の電荷
を更新するにはリフレツシユ回路が与えられなくてはな
らない。
上述の文献には夫々利点及び特徴があるが、これ等のど
れも本発明の特徴及び利点を開示していない。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の主目的は液晶材料、好ましくはスメクチツク相
より成る液晶材料の使用に基づくが、個別の電極に選択
された電圧パルスを選択的に印加して安定状態を得るメ
モリ状態を与える事にある。
［問題点を解決するための手段］ 本発明に従えば、セル構造体の中に３つの電極を与える
という基本的特徴によつて２つの安定状態が得られる。
３つの電極は別個の電圧に接続される。液晶媒体に隣接
して形成された電極の２つに接続されるビツト及び語線
に例えば離散的に供給される時間的に変化するパルスの
如き電圧を適切に選択的に印加する事によつて、セルは
個別のパルスに応答して２つの個別の電場を発生する。
第２の電極にパルスを印加する事によつて発生されるセ
ルの第１の安定状態は液晶の秩序もしくはホメオトロピ
ツク状態として定義される。第３の電極に印加される電
圧パルスに応答して発生される第２の安定状態は液晶材
料の散乱もしくは焦点円錐状態として定義される。製造
されたままのメモリ装置の第１の状態は暗状態であり、
第２の状態は透明もしくは明状態である。より具体的に
説明すると、セルの第１の状態に含まれる電場構造は非
均一もしくは辺縁電場である。電圧パルスを第３の電極
に印加すると、第３の電極の構造によつて均一な電場と
なる。電極の間の正確な関係は後に詳細に説明される。
ここでは第２の電極はメツシユ（編目）状に配列されて
いると云うだけで十分である。この構造は例えば上述の
Ｒ．Ａソレフの論文に開示されている所謂櫛状電極構造
と似ている。
［実施例］ 図面、特に第１図を参照するに、本発明のメモリ装置の
多くのセルの一つを構成する単位セル構造が示されてい
る。このセル構造は３端子装置１０であり、３つの個別
の電極が与えられている。３つの電極のうち第１の電極
は上方電極１２で全セル構造に関連して接地平面をなし
ている。この接地平面は勿論大地電圧に接続されてい
る。第２の電極は所謂メツシユ行電極１４の形をなして
いる。メツシユなる用語は単に行電極１４が図示された
如く、２つの薄い、間を置いた条片１４Ａで形成される
事を意味している。条片１４Ａはインジウム錫酸化物で
形成され、２つの条片は共通の電位に接続されている。
本発明のセル構造体においては、誘電体層１６が第２の
電極即ちメツシユ行電極１４と同じくインジウム錫酸化
物で形成された、列電極１８と示された第３の電極の間
に介在している。この誘電体層１６は厚さ約１．６ミク
ロン誘電定数約４．５を有する様に選択される。SiO2の
如き誘電体材料が使用出来る。
行電極１４、誘電体層１６及び列電極１８は一般に知ら
れた製造技術に従つてガラス板２０上に相継いで形成さ
れる。又上方電極１２も対応するガラス板２２上に形成
される。
さらに一般に知られた手順に従い、上方電極１２及びセ
ル構造の底部間の空間は液晶媒体２４で完全に充満され
る。研究及び製造された試料から選択された液晶材料は
主に５０％重量の４−シアノ−４′−ｎ−オクチルビフ
エニル、３９％重量の４−シアノ−４′−ｎ−デシルビ
フエニル及び１１％重量％の４−シアノ−４′−ｎ−ア
ルデシルビフエニルより成るＳ２（ブリテイツシユ・ド
ラツグ・ハウス製）として知られた材料である。この特
定の材料は−１０°乃至４８℃の間でスメクチツクＡ相
を示す材料である。純粋なＳ２もしくは不純物として１
％重量のヘプチルオキシ安息香酸を含むＳ２が使用出来
る。
第１図に示された３端子装置１０が異なる安定状態で動
作出来るのは、３つの電極に適切な電位を供給する事に
よつて、装置の状態が液晶スメクチツク相材料の秩序即
ちホメオトロピツク状態及びこの材料の散乱即ち焦点円
錐状態間を交互に変化出来るからである。従つて、その
相を変化させるのに液晶材料を加熱する必要がない事は
注目に値する。即ち加熱に代つて、３つの電極に適切な
異なる電圧を印加するだけで十分である。この様な事が
可能な理由は液晶材料に異なる電場が加えられる事、具
体的には個別の電極に印加する電圧パルスを適切に選択
して辺縁電場即ち非均一電場が選択的に発生され、又均
一な電場が適切な時刻に発生される事による。
本発明の装置の双安定性の上述の理論を具体化するため
に、次に本発明者によつてなされた研究結果について述
べる。この研究は表示の応用のためのスメクテイツク相
液晶中の非均一電場によつて励起された焦点円錐（Ｆ
Ｃ）構造についてなされものである。第１図に関連して
すでに述べられた様に、液晶媒体はガラス基板即ちガラ
ス板上に形成された２つの、インジウム錫酸化物で被覆
されて電極間にはさまれている。所謂行電極はパターン
化されて、共通の平面上の、間のあいた２つの条片もし
くは指になつている。上述の如くスメクチツク相の液晶
材料はＳ２であり、研究のために１％重量のヘプチルオ
キシ安息香酸を含む、もしくは含まないものが使用され
た。略５００ÅのSiOx層が間のあいた指電極上に斜めに
蒸着され、液晶媒体を整列するのに使用された。交差す
る偏光子と共にライケルト（Reichert）顕微鏡を使用し
て倍率４００の液晶媒体のポラロイド写真が撮影され
た。媒体はアイソトロピツク状態でセル中に充填され
た。室温迄冷却された後のスメクチツク結晶媒体は第２
Ａ図に示された扇状構造を示した。
純粋なＳ２を含む特別に形成された２端子装置（セルの
大きさ１３ミクロン）で、５００ボルト迄の振幅の１０
０ミリ秒の電圧パルスを使用して液晶媒体が励起され
た。試料は４１±１℃に熱的にバイアスされた。電圧パ
ルスの振幅が約６５ボルトを超える時は、液晶媒体は扇
状構造からホメオトロピツク状態に整列された。第２Ｂ
図の上半分は無電場領域に対応する背景の扇状構造を示
し、下半分は電場で整列したホメオトロピツク状態を示
す。これ等の領域の両方は裸眼に対して透明である。扇
状構造及びホメオトロピツク状態間の遷移領域は強い光
散乱性を示し、この領域が焦点円錐構造である事を示し
ている。この焦点円錐構造は、電場の勾配が存在する行
電極の端近く（第６図参照）で励起される。
このＦＣ構造の発生の機構は次の様に説明出来る：ネマ
チツク層液晶材料と異なつて、辺縁電場領域（第６図）
に存在するスメクチツク相の液晶材料は空間の関数とし
ての電場の変動に対応出来ない。従つて弾性エネルギ及
び電場のエネルギの和に関連する極小原理がＦＣ構造の
発生に都合よく働くという事が出来る。
印加電圧パルスの振幅が３００ボルト以上の増大する時
は、ＦＣ構造のマルタ十字構造が徐々に発達し始め、電
圧パルスの印加後に顕微鏡の下で見える様になる。パル
スの振幅が増大すると、電極の端近くのＦＣ構造の密度
は増大し、厚さがわずかに厚くなる。同じ電圧パルスが
４６℃にバイアスさた試料に印加されると、ＦＣ構造の
マルタ十字構造は発達して大きな寸法になり、第２Ｄ図
に示された様によりはつきり見える様になり、裸眼でわ
ずかに光散乱性である事がわかる。電極の端近くで発生
するＦＣ構造は均一電場によつて発生するマルタ十字よ
りもはるかに光を散乱する。均一電場でなく電場の勾配
によつてＦＣ構造が発生するという他の証拠が第２Ｃ図
に示されている。この写真は第１図に示された様な３端
子装置の上方電極を接地し、行電極１４の指１４Ａに振
幅７０ボルト、パルス幅８５ミリ秒の電圧パルスを印加
した条件で撮影したものである。２端子装置中の液晶媒
体（Ｓ２＋１％重量のヘプチルオキシ安息香酸）を扇状
構造からホメオトロピツク状態に整列させるための閾値
振幅対パルス幅の実験結果が第３図下方の破線の曲線３
０として示されている。完全な整列のための条件は上方
の破線の曲線３２で示されている。
同様に辺縁電場（即ち電場勾配）により、ＦＣ組織の発
生のための閾値振幅対パルス幅の関係が第３図の２つの
実線３４で示されている。実線間の領域は測定の不確定
性を表わしている。電場の勾配を使用すると、ＦＣ構造
を励起するのに１ミリ秒程も短かい電圧パルスが使用さ
れる事が第３図から明らかであろう。第１図の３端子装
置の如き装置の配列体を使用する事によつて具体化され
た表示パネルの書込み速度は速くなるが、散乱ＦＣ構造
が主に電場の勾配によつて発生されるので電力の消費量
は極めて低い。
次に第１図の装置１０及び多くのこの様な装置を組込ん
だパネル即ち配列体についてさらに説明する。上述の実
験結果によつて精密なセル構造が具体化出来る。この装
置１０は表示の応用のために電場の勾配によつて発生さ
れるＦＣ構造を使用する。上述の様に、液晶媒体２４は
連続した導電性電極（接地平面として使用される上方電
極１２）及び共通の電極に接続された間のあいた条片１
４Ａの形のメツシユ行電極１４の間にある。例えば代表
的配列体の共通の電極１８の間隔を隔てた平行条片は例
えばSiO2の如く誘電体層１６によつてメツシユ行電極１
２から垂直に分離されている。
例示的な構造では、液晶媒体２４の厚さはすでに指定さ
れた様に略１０ミクロン、誘電体層１６は略１．６ミク
ロン、行電極１４の指１４Ａ間の間隔は略１２ミクロン
である。
通常の構造体の語及びビツト線に適切に接続された代表
的な配列体の動作について説明すると、電圧パルスがメ
ツシユ行電極１４を一時に一行ずつストローブする。電
極１４は各セルの所定の行に含まれている事、配列体中
のすべての他のセルにも行電極が与えられている事を理
解されたい。配列体の列の予じめ決まつた位置にある条
片の形の列電極に電圧が印加されず（浮遊状態）、行電
極に１６０ボルトが印加されると、メツシユ行電極に隣
接して生ずる辺縁電場（第６図）によつて、ストローブ
された行の個々のセル中のその行に沿つて散乱ＦＣ構造
が生ずる。この散乱ＦＣ構造は全行に沿つて暗状態を構
成する。この第１の状態は行電極にもはや電圧パルスが
印加されなくなつても保持される。しかしながらこれ等
の行電極は大地電位に保持される（第５図）。
他方、この行に沿う或る絵素は暗状態でなく明状態にな
ければならない。例えば特定の行及び列位置の或るセル
を明状態になければならないものと仮定する。この様な
場合には、特定の行に印加されるストローブ・パルスと
同じパルス幅を有する２１０ボルトの電圧パルスが同期
して対応する列電極に印加される（第４図）。列の電圧
パルスの振幅は略 に等しい。ここでＶ０はストローブ・パルスの振幅、ｅ
１及びｅ２は夫々液晶媒体２４及び誘電体層１６の誘電
率並びにｈは誘電体層１６の厚さである。この様にして
液晶媒体中の全電場は極めて一様になり、この特定のセ
ルに存在する液晶媒体は明（ホメオトロピツク）状態に
整列する（第４図を参照）。この第２の状態も（スメク
チツクＡ相液晶を使用した場合に）安定状態である。
ストローブ・パルスが終つた後でも、列電圧パルスが列
電極に繰返し印加されると、この明状態はわずかに散乱
状態に戻る。明状態に対し、列電極パルスによつて発生
される電場はメツシユ行電極によつて遮蔽される。遮蔽
の程度は第１図に示されたｄ、ｈ、ｇ及びｗの詳細な寸
法が決定する。
この分野の専門家にとつては、この様な個々のセルを使
用した表示装置即ち配列体の明暗の比は上述のパラメー
タを調節する事によつて最適化出来る事は明らかであろ
う。メツシユ行電極１４は有孔電極によつて置換える事
が出来る。
本発明をよりよく理解するために、等電位曲線を計算し
た。これ等の計算は第１図に示された電極構造及び既に
指定された寸法に基づいている。計算に当り導電性電極
の各々（即ち、接地平面即ち第１の電極１２、メツシユ
行電極即ち第２の電極１４及び列電極即ち第３の電極１
８）の厚さは２２００オングストロームにされる。
第４図はメツシユ行電極１４及び列電極１８の電位が夫
々１６０ボルト及び２１０ボルトにある場合の等電位曲
線を示す。
第５図は列電極１８が２１０ボルトにあり及びメツシユ
行電極１４が接地されている場合を示す。第５図を使用
し、粗い電場曲線を破線の双対ループＡで示された様に
描くと、焦点円錐構造はメツシユ行電極の端の近くに発
生する事が明らかであろう。
第６図はメツシユ行電極が１６０ボルトにあり、列電極
が浮いている場合を示す。電場の勾配によつて焦点円錐
構造が形成されやすい領域は第６図の破線と誘電体層１
６内の領域Ｂで示されている。
第４図及び第６図は夫々液晶媒体２４の明状態及び暗状
態を表わしているので、装置で達成可能な推定明暗比は
略３：１である事がわかる。
明暗比を改善する装置の互換実施例は第１図の接地され
る上方電極をメツシユ行電極の夫々の条片と平行に整列
する複数の条片を含む分割行電極にする事によつて達成
される。この様な構造で、一時に一行の多重アドレス動
作を行うと、ストローブされるメツシユ行電極１４は高
圧状態にされ他方対応する、ストローブされる上方行電
極１２は接地される。この場合の等電位曲線は第６図の
曲線と似ている。ストローブされない行、即ちメツシユ
行電極１４及び上方行電極１２は浮いているので、列電
極１８上に印加される列電圧パルスは非ストローブ行の
位置に存在する液晶媒体にほとんど影響を与えない。明
状態は第４図に示されている。
次に第７図を参照して、第１図に示された装置１０を具
体化したセルの簡単な配列体について説明する。この配
列体は４つのセルを通常の座標位置に配列した例示的２
×２配列体である。ビツト線駆動装置は線１００及び１
０２に接続され、次にこれ等の線は夫々の列中の個々の
セルの列電極１８に接続されている。語線駆動装置は選
択的に線１０４及び１０６に接続され、線１０４及び１
０６は夫々の行中のセルの行電極１４に接続されてい
る。
第７図の配列体の動作を説明すると、語線駆動装置か
ら、１６０ボルトのパルス出力が語線１０４及び１０６
に夫々時刻Ｔ１及びＴ２に選択的に印加される。従つて
時刻Ｔ１に２１０ボルトのパルスがビツト線１００に同
時に印加されると、セル１はすでに説明した理由で第２
の即ち明状態に置かれる。他方もし同じ時刻Ｔ１に浮遊
電位をビツト線１０２、従つてセル２の列電極１８に印
加すると、すでに説明した様に、セル２は第１の即ち暗
状態になる。
時刻Ｔ２に、１６０ボルトのパルスを語線１０６に印加
すると、セル３及び４には、セル１及び２と比較して全
く反対の結果が生ずる事が明らかである。それは時刻Ｔ
２にビツト線１００が浮遊電位にあり、他方ビツト線１
０２が２１０ボルトにあり、セル３が暗状態にあり、セ
ル４が明状態にあるからである。所与の時刻にストロー
ブされる行中のセルだけが状態に影響を受け、１６０ボ
ルトのストローブ・パルスが存在しない時は、液晶材料
の状態を変化するに十分な電場が存在しないからであ
る。
第１図のセル構造体を修正して４電極構造体を与える事
も出来る。それは液晶層２４の上方に隣接して追加の行
電極を加え、接地平面をこの追加の行電極から誘電体層
によつて隔てる事によつて達成される。セルに含まれる
液晶媒体はカラー表示のための二色性色素を含む事も出
来る。
［発明の効果］ 本発明に従い、個別に電極の選択された電圧パルスを選
択的に印加する事によつて、加熱によらず高速に且少な
い消費電力で安定状態を得る事が出来る液晶メモリ装置
を与える事が出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は液晶セル配列体の代表的な単位もしくはセルと
して使用される３端子装置の構造を示した図である。第
２（Ａ）図第２（Ｂ）図、第２（Ｃ）図及び第２（Ｄ）
図は本発明に従つて得られる異なる分子配列の結晶の構
造を示す顕微鏡写真である。第３図は液晶媒体について
行われたいくつかの研究に使用されるパルスの振幅及び
パルス幅の関係を示したグラフである。第４図は行電極
及び列電極が夫々１６０ボルト、２１０ボルトにある時
の等電位曲線の図である。第５図は行電極が接地され、
列電極が２１０ボルトにある時の等電位曲線の図であ
る。第６図は行電極が１６０ボルトにあり、列電極が接
地された時の等電位曲線の図である。第７図は第１図に
示された型の装置を具体化したセルの簡単な配列体の図
である。 １０……３端子装置、１２……上方電極、１４（１４
Ａ）……メツシユ行電極、１６……誘電体層、１８……
列電極、２０、２２……ガラス板。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ホメオトロピツク状態又は焦点円錐状態の
    双安定状態を呈しうるスメクチツク相の液晶層と、 前記液晶層の上面に接地平面として形成され、接地電位
    に維持される第１の電極と、 前記液晶層の下面にメツシユ状に形成された第２の電極
    と、 前記液晶層の下面及び前記第２の電極の下面に形成され
    た誘電体層と、 前記誘電体層の下面に形成された第３の電極と、 前記液晶層の双安定状態を前記ホメオトロピツク状態か
    ら前記焦点円錐状態に変化させるのに十分な勾配の異な
    る電場状態が前記液晶層内に発生されるように、前記第
    ２の電極及び第３の電極の各々に選択的に電圧パルスを
    印加する手段とを備えたこと を特徴とする液晶双安定記憶装置。
JP60081513A 1984-06-29 1985-04-18 液晶双安定記憶装置 Expired - Lifetime JPH0623818B2 (ja)

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