JPS60110782A - 液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱書き込み方式に用いうる液晶素子に関し、
詳しくはレーザビーム、具体的にはヘリウム−ネオンレ
ーザ、ＹＡＧレーザや半導体レーザあるいはアルゴンレ
ーザから生じた光信号に対応した光学像を形成しうる液
晶素子に関するものである。

これまで、２枚のガラス基板の間に負の誘電異方性をも
つネマチック液晶とコレステリック液晶との程合液晶あ
るいは正の誘電異方性をもつスメクチック液晶をｆＪ！
、６１した液晶素子を用意し、この液晶素子にレーザビ
ームを照射すると、その個所が局部的にイントロビック
相まで加熱され、その後の急激な冷却により初期の一様
な配向状態と異なったランダムな配向状態の液晶相が形
成される。その結果、レーザビームが照射された個所で
は光１１に乱を生じ、一様な配向状態にある背景域の液
晶相とで光学的特性に相違が生じることになる。

この種の液晶素子は、前述の如き方法でレーザ１Ｂき込
みにより形成された光学像を消去することも可能である
。すなわち、液晶素子を構成してｌ、）る２枚の基板に
それぞれ電極を設け、レーザビームとは別の熱源（例え
ばヒーター）で液晶素子の全体に亘って加熱することに
より、液晶相をイソトロピック相まで加熱し、次いで前
述の電極間に電圧を印加した状１ムで、例えばスメクチ
ック液晶の場合ではホメオトロピックＭ１織、あるいは
コレステリック−ネマチック液晶の場合ではグランシュ
アン組織が形成されるまで冷却することによって、先の
書き込みにより形成していた光学像を消去することがで
きる。

この液晶素子は、画素を形成するマトリクス電極構造を
必要とせず、単に電気信号から変換された光信号の走査
によって画像パターンを形成することができ、しかもそ
れを大画面で得られる点に利点を有している。

一方、コンピュータ端末からの電気信号を光信号に変換
する手段として、これまでレーザビームをデジタル画像
情報に応じた駆動信号によって変調させ、この変調され
たレーザ・ビームを結像ｉ／ンズ、ガルバノミラ−等の
光偏向器からなる光学系を介して、走査する方式が採用
されている。特に、近年ではかかる光信号発生器のビー
ム源として半導体レーザが用いられる様になって来た。

前述の半導体レーザは、一般に長波長域（例えば７５０
　ｍｍ以上）にその発振波長をもっているにもかかわら
ず、前述の液晶素子では長波長ビームに対する熱変換効
率が低く、このため半導体レーザを用いて液晶素子に書
き込みを行なう際には、高パワーのレーザビームを照射
することが必要となっていた。しかし、半導体レーザは
一般にアルゴンレーザ、ヘリウム−ネオンレーザなどの
ガスレーザに較べそのパワーが小さく、そのため前述の
如き液晶素子に半導体レーザを用いた光信号発生器より
の光信号を走査させても十分な書き込みが行なえないか
、又はその光信号の走査スピードを十分に遅くすること
によってしか書き込みが行□なえないという欠点力１つ
だ。

このために、従来では例えば”５ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆＩ
ｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ。

Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒ
″Ｐ、Ｐ３４−４９，１７２−１８７　。

２３Ｂ−２５３（１９８２）に開示されている様にスメ
クチック液晶に黒色の色素を混入したゲスト−ホストタ
イプのレーザ熱書き込み方式の液晶素子が提案されてい
る。

しかし、この種の液晶素子でも半導体レーザからのレー
ザビームを吸収し熱エネルギーに変換する効率が十分な
ものではなく、高パワー又は低スピードの光信号走査を
必要としている。この点で芙国公開２０９１７５３号公
報に開示された方式の液晶素子における欠点と共通して
いる。しかも前述の黒色の色素を用いた液晶素子では黒
色背景の中に白色の画像パターンが形成されているため
、人間工学上良好な表示とはならない欠点がある。

従って、本発明の目的は前述の欠点を解消し、特にレー
ザ発振器を用いた光信号発生器からの光信号走査に応じ
て光学像のパターンを形成することができる液晶素子を
提供することにある。

本発明は、液晶中にピリリウム系化合物を溶解させた液
晶組成物を用いる点に特徴を有している。

本発明で用いるピリリウム系化合物は、特に下記一般式
（１）〜（４）によって示すことができ、一般にビリリ
ヴム塩、チアピリリウム塩、セレナピリリウム塩、ベン
ゾビリリウム塩、ベンゾチアピリリウム塩、ベンゾセレ
ナピリリウム塩、ナフトピリリウム塩、ナフトチアピリ
リウム塩１ナフトセレナピリリウム塩などのビリリウム
塩系列の化合物を包含する。

一般式 式中、Ｒ＋　、Ｒ４、Ｒｓ　、Ｒ４およびＲ３は、各々
（ａ）　水素原子 （ｂ）　アルキル基、特に炭素原子数１〜１５のアルキ
ル基：例えば、メチル、エチル、プロピル、イングロビ
ル、ブチル、ｔ−ブチル、アミル、インアミル、ヘキシ
ル、オクチル、ノニル、ドデシル （Ｃ）　アルコキシ基：例えばメトキシ、工ｌ・キシ、
プロポキシ、ブトキシ、アミロキシ、ヘキソキシ、オク
トキ７ （ｄ）　了り一ル基：フェニル、α−ナフチル、β−す
７チル （ｅ）　置換アリール基ニトリル、キシリル、ビフェニ
ル、エチルフェニル−、メトキシフェニル、エトキシフ
ェニル、アミロキシフェニル、ジメトキシフェニル、ジ
ェトキシフェニル、ヒドロキシフェニル、クロロフェニ
ル、ジクロロフェニル、ブロモフェニル、シフロモフェ
ニル、ニトロフェニル、ジエチルアミノフェニル、ジメ
チルアミノフェニル、ジベンジルアミノフェニル （ｆ）ステリル基又は４−フェニル−１，３−ブタジェ
ニル基ニスチリル、４−フェニル−１，３−ブタジェニ
ル （ｇ）　！換スチリル基又は４−フェニル−１，３−ブ
タジェニル基：メトキシスチリル、ジメトキシスチリル
、エトキシスチリル、ジェトキシスチリル、ジメチルア
ミノスチリル、ジエチルアミノスチリル％４−（Ｐ−ジ
メチルアミノフェニル）　−１，３−ブタジェニル、４
−（Ｐ−ジエチルアミノフェニル）−１，３−フタジェ
ニル （ｈ）　Ｒ１とＲ１ならびにＲ４とＲ３は、結合してベ
ンゼン環を形成することができる。

（ｉ）　置換又は未置換の複水環基：例えば、３−カル
バゾリル、９−メチル−３−カルノ＜　／　ＩＪル、９
−エチル−３−カルバゾリル、９−カルバゾリル Ｘは、酸素原子、硫黄原子、セレン原子を表わし、ｚＯ
は、陰イオン例えばバークロレート、フルオロボレート
、アイオダイド、クロライド、ブロマイド、サルフェー
ト、パーアイオダイド、Ｐ−トルエンスルフォネートな
どを表わす。Ｒ６ど）又は了り−ル基（例えば、フェニ
ル、ナフチルなど）を示す。

ｍは０．１又は２である。但し、ｍが２の時Ｒ６はそれ
ぞれ同一であってもよく又、異なっていてもよい。

一般式（１）に示す代表的などＩＪ　＋Ｊウム系化合物
を下記に示す。

Ｌ ＣｌＯ２ （１鋤　ＯＣＨｓ ＣｔＨｌｌ （支）） ｔ（２４Ｈ。

一般式（２）に示す代表的などＩＪ　リウム系染料は下
記のとおシである。

また、一般式（３）又は（４）で示されるビリリウム系
染料の代表例は、下記のとおシである〇剃）　■ 町）　■ （ａ９）　■ これらのビＩＪ　１７ウム系化合物は、例えば米国特許
第３，５５４，７４５号公報、同第３，５６７，４３８
号公報、同第３，５７７．２３５号公報、同第３，５８
６，５００号公報、同第３，５９１．３７４号公報、同
第３，６１５，３９４号公報、同第３，６１５，４１６
号公報、同第４，３２７，１６９号公報、同第４，３６
５，０１７号公報、同第４，３１５，９８３号公報など
に記載された方法によって容易に得ることができる。

次に、本発明の液晶素子を図面に従って説明する。

第１図は、本発明の液晶素子の断面図を表わしれる。本
発明の素子で用いる液晶は、スメクチック液晶が適して
おり、特に正の誘電異方性をもつスメクチック液晶のＡ
相又はＣ相が適している。

かかるスメクチック液晶は、レーザビームで局部的に加
熱されるまではホメオトロピック組織のスメクチック相
に配列されており、温度上昇に伴ないホメオトロピック
組織のスメクチック相→ネマチック相→イントロピック
相と相変化することができる。次いで、イントロピック
相から急冷状ｍでスメクチック相へ相変化させると光散
、！ｌＬ特性をもつフォーカルコニック組織のスメチッ
ク相が形成されることになる。従って、レーザビームを
照射して液晶素子中のスメクチック相を局部的にイント
ロピック相まで加熱し、その後急冷するとその個所がフ
ォーカルコニック組織のスメクチック相となり、この状
態が光散乱特性をもっているので、前述のレーザビーム
による光信号走査によって静止画像のパターンを形成す
ることができる。

本発明の液晶素子で用いる正の誘電異方性をもつスメク
チック相を形成しうる化合物としては、例えば特開昭５
８−１５００３０号公報、特開昭５７−４０４２９り公
報、特開昭５７−５１７７８号公報などに記載されたに
対して０．１重量％以上、好ましくは１ｆｆｉ量％〜３
重量％の範囲で液晶組成物１０日中に含有することがで
きる。

又、本発明の液晶素子は、正の誘電異方性をもつスメク
チック液晶とコレステリック液晶の混合液晶を用いるこ
とも可能である。コレステリック液晶は、液晶組成物１
０８中に０，５重量％〜１５重ノ１１％の範囲、好まし
くは１重量％〜５重量％の範囲で含有することが適して
いる。

本発明で用いうるコレステリック液晶としては、コレス
テリルクロライド、コレステリルブロマイト、コレステ
リルヨータイト、コレステリルモトレード、コレステリ
ルクロロデヵノエート、コレステリルブチレート、コレ
ステリルカプレート、コレステリルオレート、コレステ
リルオレ−ト、コレステリルラウレート、コレステリル
゛　ミリステート、コレステ−リルヘプチル力ルバメー
ト、コレステリルデシルエーテル、コレステリルラウリ
ルエーテル、コレステリルオレイルエーテルなどのコレ
ステリル化合物が挙げられる。

かかる混合液晶を用いた液晶素子は、レーザビームの局
部的な加熱によりホメオトロピックのスメクチック相か
らイントロピック相へ相変化を生じ、これを急冷すると
前述と同様にフォーカルコニック組織のスメクチック相
を形成することができる。

前述の如き方式で記録された液晶素子は、液晶組成物１
０Ｂを全面に例えばヒータにより加熱してイントロビッ
ク相へ相変化させた後に、液晶素子を構成している基板
１０１と１０２　（例えば、透明ガラス板やアクリル板
などのプラスチック板）に設けた電極１０３と１０４の
間に適当な直流又は交流を印加するとともに徐冷するこ
とによって、イントロピック相→ネマチック州→スメク
チック相へ相変化を生じることができる。この際、ネマ
チック相で液晶が正の誘電異方性を有しているために電
界方向にネマチック液晶が配列し、さらに冷却するホメ
オトロピック組織のスメクチックＡ相又はＣ相が形成さ
れて、書き込み画像パターンが消去される。ｉ［極１０
３と１０４は、一般的に酸化インジウム、耐化錫あるい
はＩ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｗ１ｄｅ）の
透明導電膜によって得られ、又必要に応じてアルミニウ
ム、クロム、銀やニッケルなどの金属溝１に膜によって
得られる。この電極１０３と１０４は、ノ、（板１０１
　と１０２の全面に亘って被膜されていることが望まし
く、必ずしも所定のパターン形状あるいはマトリクス電
極構造とする必要がない。しかし、所望に応じて所定の
パターン形状あるいはマ；・リフスミ極構造に設計する
ことも可能である。

本発明の液晶素子は、それぞれの電極１０３と１０４の
上に絶縁性物質の被膜からなる配向制御膜１０６と１０
７を設けることができる。この配向制御１１！２１０Ｂ
　と１０７は、これらの臨界面で接する液晶組成物１０
８の配列方向を所望の状態に制御することができる表面
構造を有している。又、この配向制御１１り１０Ｂと１
０７は液晶組成物１０８を通して流れる電流の発生を防
止することができる絶縁膜としても機能する。この種の
配向制御膜１０Ｂと１０７は、例えば−酸化珪素、二酸
化珪素、酸化アルミニウム、ジルコニア、フッ化マグネ
シウム、酸化セリウム、フッ化セリウム、シリコン窒化
物、シリコン炭化物、ホウ素窒化物、ポリビニルアルコ
ール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイ
ミド、ポリパラキシレリン、ポリエステル、ポリカーボ
ネート、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリ
アミド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミン樹脂
、ユリア樹脂やアクリル樹脂、オルガノシロキサン、ポ
リフッ化円チレンなどの絶縁性物質を蒸着法、浸漬塗布
法、スピンナー塗布法あるいはスプレー塗ｔ１ｉ法によ
り被１１り形成することによって得られる。

配向制御ｌｌｌ１０６とｊ０７は、所定の書き込み方式
に応じて、その表面を布、紙やビロードなどによりラビ
ングするか、あるいは被膜形成時に斜め蒸着法を用いる
ことによって、液晶組成物１０８をホモジニアス配向さ
せる表面構造をもつことができ、あるいはその表面を例
えば特開昭５０−３８１５０号公報に記・１＆、された
パーフルオロアルキル基をもつシラン化合物、特開昭５
０−５０９４７号公報に記載されたアルキルトリアルコ
キシシラン、特開昭５０−８３９５５号公報に記載され
たテトラアルコキシシランなどの化合物により処理する
ことによって。

液晶組成物１０８をホメオトロピック配向させる表面構
造をもつことができる。

配向制御１１９１０８と１０７は、使用した絶縁性物質
の種類によって、その最適な膜厚が異なるが、一般的に
１００Ａ−１ルの範囲、好ましくは５００Ａ〜２０００
Ａの範囲に定めることが適しており、さらにこの配向制
御ＩＩ！１！１０Ｂと１０７が反射防止膜としても作用
する様なＩＩＱ厚に設定しておくことが望ましい。

又、本発明の液晶素子は図示する如く背面方向からレー
ザビーム１１０を照射することによって前述の静止画像
を形成し、正面方向から自然光、ハロゲンランプ光、キ
セノンランプ光、蛍光灯光などの観察光１０９を素子中
に入射させて、この光線をコールドミラー１０５からの
反射光として、前述の静止画像を観察することができる
。このコールドミラー１０５は、一般に可視光に対して
は十分に高い反射率を有し、６００１以上の長波長光に
対しては高い透過率特性を有している。具体的には、Ｇ
ｅ／ＭｇＦ２（１／４λ）　／ＧｅＯ２（１／４人）　
／ＭｇＦ２（１／４人）／ＣｅＯ２（１／４人）からな
る多層膜が知られている。

しかし、本発明ではコールドミラー１０５の使用を省略
することもできる。又、本発明の素子はコールドフィル
ター（図示せず）を電極１０３　と配向制御膜１０Ｂの
間に設けることもできる。このコールドフィルターは、
可視光に対しては十分に高い透過率を有し、又長波長光
に対しては十分に高い反射率特性を有している。

次に、本発明の液晶素子を用いて表示パターン化合物Ｎ
ｏ、ｇ（ｉの化合物をスメクチック液晶（４，４’−シ
アノオクチルビフェニル；正の誘電異方性をもつ）に対
して２重量％の割合となる様に溶解した。この際、液晶
組成物をイソトロピック相となるまで加熱してから、前
述の化合物を添加し、この液を内壁面がホメオトロピッ
ク配向処理されたセル中に注入し、その後徐冷すること
によってホメ第１・ロピック組織をもつスメクチック相
の液晶を形成させた。

液晶セル２０１に画像を書き込むために使用するレーザ
ビームを発射するレーザ発振器２０２は、液晶中に含有
させた前述の化合物の吸収効率に対応した波長のものか
ら選択することができるが、特にヘリウム−ネオンレー
ザ、半導体レーザあるいはＹＡＧレーザより発射された
長波長のレーザビームあるいはアルゴンレーザより発射
された短波長のレーザビームを用いることができる。レ
ーザ発振器２０２より発射したレーザビーム−は、変調
器２０３、スリット２０４　、　Ｙ輔偏向器２０５　、
　Ｘ軸偏向器２０Ｂを通過して変調と偏向されてから、
書き込みレンズ２０８により集光され、ダイクロイック
ミラー２０８を介して液晶素子２０１の背面から照射さ
れる。前述の変調器２０３　、　Ｙ輛偏向器２０５　、
　Ｘ軸偏向器２０Ｂは、駆動用増幅器２１０を介して信
号＠　２１１と接続されており、これによってレーザビ
ームが制御されて、信号源２１１からのデジタル電気信
号を光信号に変換する。この光信号によって液晶素子２
０１に画像パターンが書き込まれる。

しかる後に、液晶素子２０１の周辺部に取り付けたベル
チェ素子２１２を電源２１３により作動させて、急冷状
態となして、液晶素子２０１を冷却し、フォーカルコニ
ック組織のスメクチック相を形成させ、光信号の照射さ
れた個所が光散乱状態となった画像パターンが形成され
た。この際、ベニルチェ素子２１２は温度コントロール
器２１４により温度コントロールされる。

この画像パターンは、液晶素子２０１の前面に゛配置い
たｉ；ζ−明源２１５を点灯することによって　観察す
ることができる。

次いで、前述の画像パターンを消去するには、液晶素子
２０１に設けた透明ヒータ２１６（例えば、酸化インジ
ウム膜、酸化錫膜、ＩＴＯ膜）を温度コントロール器２
１７を介したヒータ用電源２１Ｂにより加熱し、液晶相
からイソトロピック相へ相変化を生じさせる。しかる後
、液晶素子２０１に設けた電極２１９と２２０の間に交
流電源２２１より電圧を印加しながら、液晶素子２０１
を徐冷して、ホメオトロピック組織のスメクチック相を
形成させた。

この結果、書き込まれた画像パターンが消去された。

本発明の液晶素子は、大画面ディスプレイとして応用す
ることが可能であり、又所定の情報を含む光信号をトラ
ックに沿って走査してピットを形成する記録方式の光デ
イスクシステムにも応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶素子の断面図である。 第２図は、本発明の液晶素子を用いた表示方式の１例を
表わす説明図である。 ＋０１，１０２；基板 １０３、＋０４；電極 １０５；コールドミラー １．０８，１０７；配向制御膜 １０８；液晶組成物 １０８；観察光 １１０；レーザビーム トｔｏｑ しＩ１０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液晶とピリリウム系化合物を含有する液晶組成物を有す
   ることを特徴とする液晶素子〇