JPH0833712B2 - 電気的に制御される記憶情報表示装置 - Google Patents

電気的に制御される記憶情報表示装置

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JPH0833712B2
JPH0833712B2 JP60000084A JP8485A JPH0833712B2 JP H0833712 B2 JPH0833712 B2 JP H0833712B2 JP 60000084 A JP60000084 A JP 60000084A JP 8485 A JP8485 A JP 8485A JP H0833712 B2 JPH0833712 B2 JP H0833712B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、安定化電界により記憶効果が得られるよう
な強誘電体スメクチック液晶を用いるマトリックス・ア
ドレッシング型記憶表示装置に関するものである。
〔従来の技術〕
液晶は表示装置の分野において現在非常に重要な地位
を占めている。その理由は、特に、ねじれネマチック型
の液晶により与えられる電気光学的効果によるものであ
る。この効果の大きな成功面は使用が簡単なこと、制御
電圧が低いこと、消費電力が少ないことである。それら
の装置の主な欠点は、この分野で多くの研究が行なわれ
ているにもかかわらず、その多重化率が約100に限定さ
れことである。このことは、例えば数10のキャラクタ行
を有する高分解能マトリックススクリーン用にその効果
を使用するには疑いもなく不利である。したがって、研
究は、多重化率が理論的には無限である記憶電気光学効
果へ向けられるようになった。
２つの種類に分けることができる解決技術を用いるこ
とにより、多重化率は大幅に増大された。第１の種類
は、各画素がバリスタの非直線素子と、薄膜トランジス
タと、逆直列接続されたダイオード型等とに直列接続さ
れるような集積化された制御マトリックスを備える装置
であり、第２の種類は記憶電気光学的効果を有する材料
を使用する装置である。この第２の種類の装置のうち
で、スメクチック液晶における熱的効果と電気的効果を
組合わせて用いるものがある。また、ネマチック液晶に
おけるハイブリッド状態への電界の効果を使用するもの
がある。これは、本願出願人により1983年５月17日付で
行われたフランス特許出願番号83 08135の要旨を構成す
るものである。
強誘電体スメチック液晶において観察される電気光学
的効果は、固有の記憶効果の諸問題に対する興味ある解
決法を提供するものである。数多く行なわれた研究によ
り、強誘電スメクチック相における強誘電電界分極を反
転することにより電気的光学的効果を得られることが判
明している。スメクチック層の面に対して分子が垂直で
あるスメクチックＡに関しては、強誘電体スメクチック
液晶の分子は一般に層の面に対して傾斜している。それ
らの分子の傾斜方向も、層の面への法線を中心として小
さなピッチのねじれ（数ミクロン）で起る。
1980年１月10日付でクラーク（Clark）およびラーガ
ーウォール（Lagerwall）により出願されたヨーロッパ
特許出願公開番号0032362号には、薄いセルでは互いに
逆向きの光軸と、互いに逆極性の分極電界を形成できる
液晶分子の２つの安定な向きを誘導することが可能であ
ることが示されている。それら２つの向きの間の切り換
えは適切な電界を加えることにより行なわれる。基本的
な光弁として用いられるそれらのセルは、安定であるの
で記憶機能を有すること、応答が速いこと、制御電圧が
低いこと、電消費量が少ないことなどの主な特徴を有す
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、この種の装置には２つの主な欠点がある。そ
の１つは、分子の２つの安定な向きに対応する２つの状
態が印加電界が存在しない時に同時に存在できるよう
に、それら２つの状態に等しいエネルギーを与えるため
に、セルを支持する板の２つの内面を表面処理しなけれ
ばならないことである。しかし、この表面処理は、１つ
の状態から別の状態へ切り換わる間に、表面が分子を滑
らせるものでなければならない。それら２つの特性を有
する表面処理は、再現できるやり方で行うことは非常に
困難である。第２に、それらの装置は、強誘電体液晶分
子のカイラルティのためにねじれの限られた表面による
ブロッキングを必要とし、したがって液晶層は非常に薄
くなる。そのように薄い（３ミクロン未満）層を広い表
面において工業的に得ることは非常に困難である。
〔問題点を解決する手段〕
それらの欠点を解消するために、本発明は、直流電界
により誘起された安定な状態を、厚さおよび機械的な拘
束手段によるのではなくて、交流ブロッキング電界によ
り維持することを提案するものである。
したがって、本発明は、強誘電性を示すらせんスメク
チックＣまたはＨ型の液晶の膜を有するセルを備え、前
記液晶膜は平行な２枚の透明板の間に配置され、前記各
透明板はその内面に、前記液晶膜の少くとも１つの領域
内に電界を加えるための少くとも１つの透明電極を支持
し、前記透明板は前記液晶膜に隣接した分子に対する平
面的向きを与える表面処理が行われており、液晶膜のら
せん状構造を除去して２つの識別できる状態を前記液晶
膜の内部に発生させる手段と、極性に応じて発生した前
記２つの状態のうちの１つを選択する連続な電界を発生
する手段とを備えた電気的に制御される記憶情報表示装
置において、前記液晶は負の誘電異方性を有し、前記２
枚の透明板間の間隔は、それ以下では前記液晶のらせん
構造が生じない臨界間隔を超えるようにされ、前記装置
は交流電界がないときに先に選択された状態を維持する
交流電界を発生させる手段とを備え、この交流電界の周
波数は前記液晶材料の弛緩周波数を超える周波数を持つ
たことを特徴とる、電気的に制御される記憶情報表示装
置を提供するものである。
雑誌「ジュルナル・ド・フィジク（Journal dePhysiq
ue）」36巻（1975,L69）所載のメイエ（Meyer）他の論
文には、カイラルＣスメクチック液晶およびカイラルＨ
スメクチック液晶のような液晶は強誘電性であることが
述べられている。それらの物質中では電気双極子Ｐは分
子の向きに垂直で、スメクチック液晶の面に平行であ
る。カイラリティによりそれらの物質にらせん構造が与
えられるから、巨視的には、最終的に生ずる分極は回転
対称性を通じて零であるようにされる。そうすると、分
極はらせんすなわちねじれが破壊された後でのみ現れる
ことになる。それらの相において自然に起る分極は加え
られた電界Ｅによるものではないから、電界Ｅと分子の
向きとの間の結合は一次である。これは、その結合が二
次である誘電体とは異なる。強誘電体液晶の場合には、
その結合は加えられた電界の向きに依存する。また、弱
い電界Ｅでは、その結合は液晶の誘電体異方性に基づく
結合よりも強いようである。マルチノおよびラギャルド
（MARTINO−LAGARDE）は、電界中でのそれらの強誘電体
双極子の反転について研究した（Le Jaurnal de Physqu
e,Volume 38,January 1977,pages L17−L19）。ラギャ
ルドは永久分極Ｐと、その永久分極の温度による変化
と、双極子の反転時間とを初めて直接に測定した。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。
まず、カイラルＣスメクチック型強誘電液晶の分子の
種々の位置を表すために一般に使用される記号について
説明することにする。
第１図および第２図はここで使用する記号を説明する
ための図である。ここで対象とする物質の秩序を支配す
るねじれ構造を示すために、頂点を通って底面へおろし
た垂線を一致させて頂点が接触させられた円錐1,2で構
成されたモデルが示されている。分子の空間的な配置
は、共通の頂点を中心として旋回させることにより、２
個の円錐の包絡線を覆うことができるモデルの母面とし
て示すことができるようなものである。分子の位置を空
間内に置くためには、釘の記号が最も明らかなものであ
る。したがって、第１図において、母線３の上に位置さ
せられている分子は、直流三面体Oxyzに属し、釘4,5に
より、平面xoz,xoyにおいてそれぞれ表される。釘の頭
は、分子の対応する部分が、図を見ている人の前にある
ことを意味する。これは、モデルが前から見られるか、
または上から見られるかに応じて、平面xozとxoyに対し
てなぜ釘が異って見えるかを説明するものである。
第２図においては、分子は母線６に沿って、すなわ
ち、平面xoz内に位置させられている様子が示されてい
る。この場合には、釘の記号は頭部がなく、直線７で十
分である。一方、釘８で示されているように、分子は平
面xoyの中に斜めに入る。
第３図はＣスメクチック型またはＨスメクチック型の
カイラル液晶の既知の表現を示すものである。この図は
第１、２図に基づいて描かれたものである。液晶は層か
ら形成されている。各層において、分子の平均的な向き
は、場合に応じて、釘または直線により表される単位ベ
クトルｎにより与えられる。図の左側に示されている一
連の円錐11により、１つの層から別の層へ移る時の分子
の向きの回転が理解できる。それらの円錐は、円錐の頂
点を通って層の面に垂直に延びる直線に沿って整列させ
られる。分子12〜24はその直線に対して角度φ0だけ傾
いている。各分子は電気双極子Ｐを有する。その電気双
極子Ｐは分子の主軸線に垂直で、層10に平行である。
子のねじれ構造のために、 気双極子は層の面内で可能な全ての向きをとることがで
きる。その理由は、巨視的には総合しての分極が零だか
らである。
分子の特定の位置について考えることにする。それら
の位置は、平面xozに平行な平面内に含まれる囲み板に
垂直な向きをとることができる電気双極子を有する分子
12,18,24の位置である。それらの向きのことを、双極子
の符号に応じて以後＋θまたは−θと呼ぶことにする。
それらは双安定効果を表すものである。
双安定効果を有するセルにカイラルＣスメクチック液
晶またはカイラルＨスメクチック液晶のような物質を使
用できるようにするために、前記ヨーロッパ特許出願に
おいては、それらの物質のねじれ構造を抑制するように
している。ねじれ構造の抑制は次のようにして行われて
いる。セル中の液晶の厚さは、境界における向きの諸条
件を考慮に入れて、ねじれすなわちらせんが生ずること
を阻止するように、十分に薄く（1.5ミクロンのオー
ダ）選択される。それらの厚さ条件と向きの条件は可能
な２つの安定な状態をひき起す。それらの状態は非零の
巨視的分極を有する。
第４図は液晶セルの部分図である。液晶30は２枚の板
31,32の間に挟まれる。それらの板31,32の内面の付近に
位置する分子に優先的な向きを与えるように、それらの
板の内面は処理されている。その他の分子は第３図に示
すようにして向けられる。電気双極子による巨視的分極
は零である。板31と32の間の距離ｈがらせんすなわちね
じれのピッチ（約３ミクロン）より大きい限り、ねじれ
構造は持続する。
第５図は第４図に示すセルと同じ種類のセルである
が、板31と32の間隙ｈがねじれすなわちらせんのピッチ
より小さい場合のセルを示すものである。この場合に
は、ねじれ構造を生じさせることはもはや可能ではな
く、電極分極が各層ごとに１つの向き、または全く逆の
向きであるように分子が向けられる。電気双極子の分布
は不確実となる。実際には、ある向きの分極を示すのは
全領域である。これは第５図に示されているものであ
る。第５図においては、領域33の全体の分極1の符号
はセルの残りの見える分極2の符号とは反対である。
板31,32に垂直な正または負の直流電界を液晶30に
加えると、電界と液晶の分極との結合のために、構
造全体がスイングさせられる。電界が消されると、その
電界の符号に応じてその消失時に優勢であった状態が
維持される。それは全く記憶作用であり、記憶作用は、
厚さと、加えられる係止作用による拘束のために持続さ
れる。
この効果の光学的な読出しは二通りのやり方で行なう
ことができる。セルは、複屈折動作する互いに交差した
偏光器の間に置くことができる。強誘電性液晶中に二色
性染料を含ませることができる。この場合には、１個の
偏光器で十分である。染料の分子に平行な偏光方向を有
する光が吸収され、染料の分子に垂直な偏光方向を有す
る光は吸収されない。
本発明は、強誘電性液晶に対する２種類の電界の効果
を用いることにより、厚さと係止の拘束を解消するもの
である。電界が一次である第１の面は前記結合、Ｅに
よるものである。電界が二次である、第２の面は全ての
液晶に適合できる誘 結合によるものである。第２の面に寄与するのは誘電率
の異方性Δεである。その異方性Δεは、層の面への法
線に平行な誘電率εと、その法線に垂直な誘電率ε⊥
との差である。その誘電率異号性Δεが正の時は液晶の
分子は電界に平行に向けられる。Δεが負の時は液晶の
分子は電界に垂直に向けられる。低周波電界、すなわ
ち、液晶分子の弛緩周波数より低い周波数の電界は優勢
な一次結合を意味する。高周波電界、すなわち、弛緩周
波数より高い周波数の電界に対しては、優勢なのは誘電
結合である。
この周波数挙動は、双安定動作を決定する２つの構造
を安定させるために、本発明において使用される。分子
が電界に対して垂直に向けられるように、強誘電液晶は
負の誘電異方性を持つことが必要である。
使用される液晶は、例えば４′ｎ−ペプチルオキソフ
ェニル−（４″メチルヘキシルオキシ）ベンゾエイト
（４′ｎ−heptloxphenyl−（４″methylhexyloxy）ben
zoateで、それの構造式は次のとおりである。
そして、その液晶は次のように相推移を有する。
カイラルスメクチック液晶または他の相推移を有する
同じ種類の混合物ももちろん使用できる。例えば、次の
ように相の連続を有する物質を使用できる。
Ｋ−▲Ｓ* C▼−SA*−Ｎ−I,K−▲Ｓ* C▼−SA−Ｎ−I,K
−▲Ｓ* C▼−Ｉ相の連続のうちでコレステリック相が存
在する分子の整列が容易となる。カイラルＨスメクチッ
ク液晶のような他の強誘電体も使用できる。
本発明を実施するための基本的なセルは、強誘電液晶
を囲む透明電極が内面に被覆された、例えばガラスで作
られた２枚の透明板で形成される。一様な構造を持つた
めには、セルの内面を処理しなければならない。この表
面処理は、分子に平らな向きを与える配向層を堆積する
ことにより行うことができる。したがって、表面では液
晶分子はガラス板に平行で、スメクチック層の面はそれ
らの板に垂直である。２枚の板の間隔は、それ以下では
ねじれ構造がもはや存在しないような臨界間隔より広く
選択される。そうすると、液晶はセルの内側に、与えれ
た向きのガラス板に平行に向けられたねじれ構造を有す
ることになる。
液晶は等方性相にある時に２枚の板の間に入れること
が好ましい。周囲温度に戻ると、分子はそれが通った種
々の相に応じた順序をとる。スメクチック層の向きを改
善するために、囲んでいる板相互間の非常にわずかな滑
りにより発生されるわずかなせん断効果を、ネマチック
−C*スメクチック遷移、またはＡスメクチック−C*スメ
クチック遷移が存在する時にそれらの遷移中に行わせる
ことができる。
負のΔε異方性の液晶層に高周波電界が加えられる
と、この液晶の分子が周囲の板に平行な向きにされる。
そうするとねじれの戻りと、板に平行なアクセスを有す
る円錐を中心とする分子の旋回が生ずる。高周波電界
は、先行技術で用いられている厚さ拘束と同じねじれ阻
止効果を有する。本発明の要旨を成すのはこの効果を使
用することである。前記した２つの状態すなわち状態＋
θまたは−θのうちの一方を選択するために直流電界が
加えられる。その直流電界は所望の状態を引き起す。そ
れから、得られた状態を維持するように交流電界が加え
られる。そうすると、安定化高周波電界によりその効果
が記憶される。
強誘電体結合は、高周波数電界が存在しない時だけ作
用する。選択した状態を維持するための高周波電界は直
流電界と共存できる。
本発明を用いる表示装置は、例えば、既知の技術に従
ってエッチングされた透明な導電性物質の薄い層から形
成された行と列の電極が内面に被覆されている２枚のガ
ラス板の間に置かれた強誘電液晶膜を備えるスクリーン
により表わされる。その導電性物質としてはインジウム
と酸化スズを組合わせたものとすることができる。
第６図は上記のような表示スクリーンの斜視図であ
る。２枚のガラス板40,41が列電極42と行電極43をそれ
ぞれ支持する。シム（図示せず）により板40と41の間に
定められた間隔は約10ミクロンのオーダーである。板40
と41の間の隙間は、例えば前記４′ｎ−ヘプチルオキシ
フェニル−（４″メチルヘキシルオキシ）ベンゾエイト
のような強誘電液晶物質の膜44で充される。このセルの
内面には、液晶の分子に平らな向きを持たせる配向層が
付着される。このようにして、板40,41に垂直な層から
液晶が形成される。配向層は酸化シリコンSiOの斜め蒸
着により、または、こすりつけられもしくはこすりつけ
られない有機ポリマー層から形成される。膜44の厚さは
優勢なものではなく、２つの状態＋θと−θの維持は誘
電体結合により行われるのであって厚さの拘束によるも
のではない。技術的な理由からは約10ミクロンの厚さで
満足できる。
２つの状態＋θと−θの光学的な読取りは前述したよ
うにして行われる。すなわち、第６図に示す装置を交差
偏光器の間に置き、複屈折状態で動作させることにより
行うか、液晶中に二色性染料を含ませるかにより行う。
ここで述べた膜厚では、二色性染料と１個の偏光器を使
用することが好ましい。実際には、複屈折読出しは厚さ
の変化に非常に敏感である。
第7,8,9図はアドレッシングの原理を示すものであ
る。説明の便宜上、表示装置の行電極60〜62と列電極50
〜52だけを示している。第５図と同様に、状態＋θと−
θの状態がある方向または別の方向に傾けられている短
い線で示されている。第７図において、指定された任意
の状態からスタートすることにする。第７図において
は、例えば、電極50と60、51と60、61と51、62と52の交
点に対応する画素に対する＋θ状態をとることにする。
−θの状態は他の画素に対応する。この装置が指定され
た任意の状態にある時には、電源70により列電極へ与え
られる直流電圧は零である。電源71は交流電圧ｖを供給
する。その交流電圧により、状態＋θまたは−θを維持
するための交流電界が発生される。この装置における電
気回路の転属性は電源70,71の接地により保たれる。例
えば行電極61をアドレスするためには、状態を維持して
おり、かつ電極61と電極50,51,52の間で作用している交
流電界（高周波数電界と呼ばれる）を抑制せねばならな
い。これは第７図に示されている状態である。
それから、所望の状態に依存する与えられた極性の電
位を列電極に加えることにより情報の書込みが行われ
る。第８図に示す例においては、電極50に電位＋ｖが与
えられ、電極51,52に電位−ｖが与えられる。この書込
み動作中は電極61と電極50,51,52の間には高周波電界は
存在しない。
第９図においては、直流電圧は断たれ、電極61と電極
50,51,52の間に高周波の情報維持電界が加えられてい
る。第7,8図に示すステップを同時に実行することが好
ましい。第7,8,9に示すステップは、行に記憶されてい
る情報を変更したい時はいつでも実行できる。
このアドレッシング法は、強誘電体液晶の周波数応答
が与える減結合効果である。ここで説明している実施例
においては、情報を維持するための高周波電圧がスクリ
ーンの行電極に加えら、情報を書込むための正または負
の電圧が列電極に加えられる。スクリーンは、行ごとで
はなくて列ごとの方が困難なしにアドレスできることは
もちろんである。高周波電界の役割は全てを考慮して、
直流電界の存在により乱されることはない。したがっ
て、アドレッシングサイクルの第２のステップのアドレ
ッシング電圧により、記憶情報が乱されることはない。
使用する直流電圧がｖ＝10〜100ボルトのオーダーで
ある。交流電圧の振幅は数キロヘルツの周波数では数10
ボルトのオーダーとすることができる。アドレッシング
速度は直流アドレッシング電圧に関係し、直流電圧が高
くなると速くなる。しかし、直流電圧と交流電圧の差は
大きすぎてはならない。さもないと、記憶点が高すぎる
直流電圧の影響を受ける危険がある。本発明の装置は消
費電力が少ないことにも注意すべきである。
【図面の簡単な説明】
第1,2図は記号の説明図、第３図は公知の強誘電体液晶
の略図、第4,5図は強誘電体液晶の部分図、第６図は表
示スクリーンの斜視図、第７〜９図は本発明のアドレッ
シングの原理を示す略図である。 30……液晶、31,32,40,41……透明板、42,43,50〜52,60
〜62……電極、44……強誘電体液晶膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヤン、ピエール、ル、プザン フランス国26500，ブール、レ、バランス、 リユ、デユ、ジエネラル、オシユ、15、 レ、コロル (72)発明者 ジヤン、ノエル、ペルベ フランス国91190、ジフ、シユール、イベ ツト、アレ、ラ、バニエール、ド、モーペ ルテユイ、34 (56)参考文献 特開 昭60−123825（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】強誘電性を示すらせんスメクチックＣまた
    はＨ型の液晶の膜を有するセルを備え、前記液晶膜は平
    行な２枚の透明板の間に配置され、前記各透明板はその
    内面に、前記液晶膜の少くとも１つの領域内に電界を加
    えるための少くとも１つの透明電極を支持し、前記透明
    板は前記液晶膜に隣接した分子に対する平面的向きを与
    える表面処理が行われており、液晶膜のらせん状構造を
    除去して２つの識別できる状態を前記液晶膜の内部に発
    生させる手段と、極性に応じて発生した前記２の状態の
    うちの１つを選択する連続な電界を発生する手段とを備
    えた電気的に制御される記憶情報表示装置において、 前記液晶は負の誘電異方性を有し、前記２枚の透明板間
    の間隔は、それ以下では前記液晶のらせん構造が生じな
    い臨界間隔を超えるようにされ、 前記装置は交流電界がないときに先に選択された状態を
    維持する交流電界を発生させる手段とを備え、この交流
    電界の周波数は前記液晶材料の弛緩周波数を超える周波
    数を持つことを特徴とする、電気的に制御される記憶情
    報表示装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の表示装置にお
    いて、生じた状態を見ることができるようにするための
    光学手段が設けられることを特徴とする表示装置。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項記載の表示装置にお
    いて、前記光学手段はセルの各側に置かれる互いに交差
    した偏光器を備え、読出しは複屈折により行われること
    を特徴とする表示装置。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第２項記載の表示装置にお
    いて、前記光学手段は前記液晶材料中に溶解した２色性
    染料と偏光器を備えることを特徴とする表示装置。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
    れか１に記載の表示装置において、前記透明板の電極は
    アドレッシング・マトリックスを形成するように行およ
    び列に配置されることを特徴とする表示装置。
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