JPS6040012B2 - エレクトロ・オプテイツク像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はェレクトロ・オプティック像形成装置に関し、
特にェレクトロ・オプティツク液晶物質を用いるェレク
トロ・オプティック像形成装置に関する。

最近、“液晶”を呼ばれる物質群のより有用な用途の発
見に多くの関心が寄せられている。

“液晶”という名称は典型的に液体に属する特性と典型
的に固体独特の特性との二重の物理的特性を示す液晶物
質の総称である。液晶は通常液体に付随している粘性の
ようなレオロジー特性を示す。しかし、液晶の光学的特
性は通常結晶性固体に独特な特性と非常に類似している
。液体または流体では、分子は物質全体にわたって典型
的にでたらめな分布をし、無秩序な配向をしている。反
対に、結晶性固体中の分子は一般に一定の配向および配
列をしていて特定の結晶構造を形成している。液晶は液
晶組成物の分子が結晶性固体中の分子の配向および構造
に類似した形で（程度は低いが）規則正しく配向してい
るという点で固体結晶に似ている。比較的狭い温度範囲
内で多くの物質が液晶特性を示すことが知られており、
これらの物質はこの液晶特性を示す温度範囲により低い
温度では典型的に結晶性固体の性質を示し、この温度範
囲より高温では典型的な液体として振舞う。液晶はスメ
テイック、ネマテイック、コレステリックという３つの
異なる中間相構造で現われることが知られている。これ
らの各構造中では、分子は典型的に独特の配向状態で配
列している。ネマティック液晶中間相構造では、分子の
主軸が互に平行に並んでいるが、分子はその他の形では
特定の配列をしていない。ネマティック液晶は電界に対
して感応性であることが知られており、例えばウィリア
ムズの米国特許第３３２２４８５号、フロィンドらの米
国特許第３３６４４３３号、ハイルマィャーらの米国特
許第３４９９１１２号、ゴールドマッカーらの米国特許
第３４９９７０２号に記載されているように種々のェレ
クトロ・オプティックセルおよび像形成法に使用されて
いる。

既知のネマティック液晶光線バルブおよび表示装置の多
くは層の厚さ方向に電界をかけてあるネマティック液晶
物質層の動的光散乱特性を利用している。スメクティツ
ク構造では、分子は層状に配列し、分子の主軸は互にほ
ぼ平行に且つ上記層の平面にほぼ垂直になっている。

一つの層の内部では、分子は一様な列をなして並んでい
ても、あるいは層全体にわたって無秩序に分布していて
もよいが、いずれの場合でも主軸は層平面に対してほぼ
垂直になっている。層と層との間に働く引力は比較的弱
いので、層は互に自由に動くことができる。従って、ス
メクティック液晶物質は平面的すなわち二次元的な石け
ん様流体の機械的性質を示す。コレステリック構造では
、分子はスメクティック構造中の分子のような一定の層
状構造で配列しているが、一つの層の中では分子はネマ
テイツク液晶の構造に似た形で主軸をほぼ平行にして配
列していると考えられる。

コレステリック構造中の分子の主軸が層の平面に平行で
あるので分子層は極めて薄い。コレステリック液晶構造
を示す物質は典型的にコレステリン誘導体の分子または
形がコレステリン分子に非常によく似た分子を持ってい
るためにこの名称で呼ばれる。上言己のようなコレステ
リック物質分子の形のために、コレステリック構造では
上記のおのおのの薄い層中の分子の主軸の方向は隣りの
分子層中の分子の主軸の方向から僅かに変位している。
コレステリック液晶物質を通って物質内の分子平面に対
して垂直な仮想的な直線軸と比較する場合、おのおのの
相隣る分子層内の分子軸の方向の角度変位を結ぶとこの
仮想的な直線軸のまわりにらせん状軌跡が得られる。コ
レステリツク液晶は電界に対して感応性であることが知
られている。

（ｗ．ｊ．ハーバー著分子結晶、第１巻、１９６句王３
２５−３３２ページ“コレステリック液晶における電圧
の影響”参照）。液晶物質の試料に対する電界の影響は
例えば米国特許第３８０４６１８号および仏国特許第１
４８４５８４号に記載したような透明電極間にサンドィ
ッチした液晶膜から成るセル中で観察されている。上記
の２つの参考文献では液晶を電界に感応して像形成を行
うために用いている。先行技術の装置での嫁形成は典型
的に初めの液晶中間相形態すなわちスメクティック、ネ
マティックまたはコレステリックを保持して液晶物質の
光学的物質を変化させることから成っている。しかし、
最近、ＮＭＲスペクトルの研究は磁界によりコレステリ
ック液晶物質が相転移してネマティツク液晶構造に移行
することを示した（１９６７年１１月８日発行のＪ．Ａ
ｍ．Ｃｈｅｍ．ＳｏＣ．８９：７３のサックマン、メイ
ブーム、およびスナイダーの“ネマティツク中間相とコ
レステリツク中間相との関係について”参照）。また、
ワインッキらの米国特許第３６５２１４８号には電界を
用いてコレステリック液晶をネマティック液晶構造へ相
転移させる方法を記載している。最近、ハースらの米国
特許第３６８７５１５号には層平面に垂直な光学軸を有
する自発的にホメオト。

ピック組織を持つ単光軸ネマティック液晶組成物を単光
軸に垂直な電界をかけることによって光学的に二軸性に
するェレクトロ・オプティツク法が記載されている。液
晶像形成法のような新規の発展しつつある技術分野では
、新しい技術を新しい様式で適用するための新規の方法
、装置、組成物および製品がしばいま発見される。

本発明は液晶像形成部材を用いた新しく且つ有利な像形
成装置に関する。従って、本発明の一つの目的は新期の
ェレクトロ・オプティック像形成装置を提供することで
ある。本発明のもう一つの目的は新規の嫁形成装置を提
供することである。

本発明のもう一つの目的は速度およびコントラストを改
良した新規の液晶像形成装置を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、印加電界によって、一つの
方向に光軸をもつ一つの単光軸状態からこれとほぼ垂直
な光軸をもつもう一つの単光軸状態へ迅速に駆動される
液晶を利用したェレクトロ・オプテイツク像形成装置を
提供することである。

すなわち、本発明の目的は、ェレクトロ・オプティック
セルおよび像形成用セルにおいて電界駆動による単光軸
状態変化を利用したェレクトロ・オプティック像形成装
置を提供することである。

上記の目的およびその他の目的は、本発明によれば本来
的にあるいは電界の存在下にネマティック中間層の単光
軸性の光学的性質を有する液晶物質層と、この液晶物質
層に第１電界を加える第１手段と、前記液晶物質層に第
１電界の方向とほぼ垂直な方向に第２電界を加える第２
手段と、第１電界と第２電界とを選択的に切換えるスイ
ッチと、液晶物質層に隣接して配置された検光子と、液
晶物質層の検光子側と反対の側に配置されて第１電界に
垂直な平面偏光を発生する光源および偏光子とから成る
ェレクトロ・オプティック像形成装置によって達成され
る。第１および第２電界を交互に反復してかけて２つの
単光軸状態間で迅速に反復切換えを行なうこともできる
。すなわち本発明によれば電界駆動によるこの２つの単
光藤状態間の変化を利用するェレクトロ・オプティック
像形成装置が提供される。本発明およびその目的ならび
に特徴をさらによく理解できるようにするため、次に本
発明について添付図面を参照しながら詳しく説明する。

第１図は本発明に適用可能なェレクト。・オプティック
セル１０の一つの例を概略斜視図で示したものである。
１対のほぼ透明な板１１および３０がスべ−サー３１で
隔てられており、単光軸性の液晶組成物１３の層が板１
１および３０によって構成される容積を占めている。

ほぼ透明な板３０の接触表面（すなわち液晶組成物１３
と接触している表表面）上にはほぼ透明な導電性被覆層
３９が付いている。この小容積の端部を密閉し且つ液晶
組成物１３の層を構成するため絶縁性のガスケット型材
料のストリップを用い、板１１および３０および電極１
２Ａおよび１２Ｂ間の容積内に組成物を入れる。作動時
、典型的にはセルをリード１５によって適当な電源１４
および例えば接点３４および３５の中間にあるスイッチ
３２のようなスイッチと接続する。第１図からわかるよ
うに、スイッチ３２が接点３４を接続している場合はほ
ぼ透明な板１１の表面上の電極１２Ａが電源１４の一つ
の極と接続し、電源１４のもう一つの極はほぼ透明な板
３０の接触表面上の電極３９と接続する。スイッチ３２
が接点３５と接続した場合には、ほぼ透明な板１１上の
電極１２Ｂが電源１４の上記のもう一つの極と接続する
。かくして明らかなように、スイッチ３２によって、電
極１２Ａと電極３９の間の電界に伴う電圧が生じる（接
点３４の場合）か、あるいは電極１２Ａと１２Ｂの間の
電界に伴う電圧が生じる（接点３５の場合）。上記のェ
レクトロ・オプテイツクセルでは、ほぼ透明な板１１お
よび３０は適当なほぼ透明な材料であればどんな材料か
ら成っていてもよい。

例えば、ガラス、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、マィ
ラ（デュポン社から発売されているポリエステルフィル
ム）、チフロン（デュポン社から発売されているポリテ
トラフルオルエチレンフイルム）、または他の適当なほ
ぼ透明な材料を用いることができる。電極１２および３
９は適当な導電性材料から成ることができる。

かかる導電性材料は典型的には電気抵抗率が約１０‐８
〜１０‐３オーム・肌の範囲内にある材料であるが、こ
の範囲外の抵抗率をもつ材料も本発明の種々の実施例に
おいて十分使用できる。本発明で電極として用いるのに
通した典型的な導電性材料には、アルミニウム、銅、銀
、金、酸化錫、クロムその他がある。電極の厚さ、すな
わち透明な表面に対して垂直な方向の電極の長さは典型
的には約２５０ミク。ン以下である。本発明の１個のセ
ルの幅は典型的には約５仇岬以下である。高解像度の像
形成装置および表示装置には、この範囲内で薄い１個１
個のセルまたはセルを組合わせて使用することが好まし
い。電極および透明表面で構成される容積の端部にガス
ケット状材料のストリップを使用することが望ましい場
合、あるいは他の適当な形でガスケツト状材料ストリッ
プを使用した場合、適当なほぼ絶縁性の材料を用いるこ
とができる。

好ましいガスケツト材料は典型的には化学的に不活性で
且つ適当な絶縁特性をもつものである。絶縁性のガスケ
ット材料として使用するに適した材料には、ァセチルセ
ルロース、トリアセチルセルロース、アセチルプチルセ
ルロース、ポリウレタンエラストマー、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリカ
ーボネート、ポリ弗化ピニル、ポリテトラフルオルエチ
レン、ポリエチレンテレフタレート、およびこれらの混
合物およびその他がある。本発明では、外部刺激に感応
して、ネマティック中間相の単光軸性を示すかあるいは
本釆かかる単光軸性を有する液晶物質または組成物を使
用することができる。

外部刺激に感応して単光軸性を示す適当な典型的物質に
はコレステリツク物質：コレステリツク物質とスメクテ
ィック物質の混合物：ネマティツク物質とコレステリッ
ク物質との混合物、例えばメトキシベンジリデン−ｐ−
ｎーブチルアニリン（以下ＭＢＢＡと略称する）約８の
重量％と塩化コレステリル（以下ＣＣと略称する）約２
の重量％との混合物；およびネマティック物質と１−メ
ントールやｄ−カンフルのような非中間相光学活性物質
との混合物がある。

これらの物質および混合物は典型的にコレステリック中
間相の光学的特性を示し、適当な外部刺激に感応して、
上記参考文献として挙げた米国特許第３６５２１４８号
中に記載されている電界によって誘起される相転移のよ
うに、単光軸性ネマティック中間相状態への相転移を行
う。また、ネマティック物質は電界に感応し、且つＰ．
力テレイソがＢ山１．Ｓｏｃ．Ｆｒ．Ｍｉｎｅｒ．Ｃｒ
ｉｓｔ．６６、１０５（１９４３）中に記載しているよ
うな基体をこするような基体処理に感応して単光軸状態
を取る。本来単光軸性を示す適当な典型的物質には本明
細書で参考文献として挙げた米国特許第３６８７５１５
号中に記載してあるようなドープ・ネマティツク物質お
よび光学的性質を補償したコレステリツク物質の混合物
がある。液晶組成物１３に所望な特性を得るため単独で
あるいは組合わせることによって使用することのできる
適当な典型的液晶組成物はワインッキらの米国特許第３
６２２２２４号（特に第３欄、第１群庁から第４欄、第
６２行まで）に記載されている。

ここにこの特許を参考文献として加える。単独でまたは
組合わせて液晶組成物１３の所望な特性を得るために使
用できる適当な典型的液晶組成物はまたワインッキらの
米国特許第３６５２１４８号（特に第４欄、第５餅庁か
ら第５欄、第２餅；まで）およびハースらの米国特許第
３６８７５１５号（特に第３欄、第５９行から第４欄、
第６２行まで）に記載されている。ここにこれらの特許
を参考文献として加える。“ネマティック中間相単光轍
状態の光学的性質を有する液晶組成物を用意する”とい
うことは本明細書では所望の単光軸特性を得るための上
述の手段およびそれと同等の手段を含むことを意味し、
特にコレステリツク中間相からネマティツク中間相への
電界によって誘導される相転移を含むことを意味する。
コレステリック液晶には、平面偏光または自然光（肌ｐ
ｏｌａｒｉｚｅｄｌｉｇｈｔ）がこの液晶のらせん軸方
向に伝播する時、すなわち分子の長軸に直角の方向に光
が入射する時、白色光は波長がほぼ＾。

（ここで入。＝沙ｐであり、ｎはこの液晶物質の屈折率
、ｐはらせん構造のピッチすなわち反復距離である）を
中心とする波長帯以外ではかかる液晶の薄膜を透過する
際本質的になんら影響されないという性質があることが
知られている。ほぼ入。を中心とする波長帯の幅△＾は
典型的には約入。／１４の程度である。＾。の波長の光
に対しては、コレステリツク液晶はこれらの条件の下で
入射光を選択的に反射するため約５０％の光が反射し、
約５０％の光が透過し（通常そうであるが吸収がないと
仮定し）、反射光も透過光も共に円偏光となる。波長が
入。ではないが入。のまわりにある光に対しては完全で
はないが同じ影響がある。透過光は円偏光にはならずに
楕円偏光となる。ほぼ入。の波長を中心とする領域にお
けるこの光を選択的に反射する性質を示すコレステリッ
ク液晶はグランジーン組織すなわち、肌混乱”組織にあ
るといわれる。もし入。が可視スペクトル中にあると、
液晶膜は入。に対応する色に着色して見え、＾。が可視
領域外にある場合には膜は無色に見える。また、液晶物
質の固有のらせんの回転方向により、すなわちその方向
が右回りかまたは左回りかによって、透過光は右円偏光
か左円偏光かのいずれかである。透過光は物質のらせん
性に固有な方向と同じ偏光方向をもって円偏光になって
いる。かくして、左回りの固有のらせん構造を持つコレ
ステリック液晶は左円偏光を透過し、右回りのらせん構
造をもつコレステリック液晶は右円偏光を透過すること
になる。以下、これらのコレステリック液晶物質を入。

における反射光の種類によってごく一般的な呼称で呼ぶ
ことにする。すなわち、膜が右回りだという場合には膜
が右円偏光を反射することを意味し、膜が左回りだとい
う場合は膜が左円偏光を反射することを意味する。従っ
て、右回りのコレステリック液晶物質は入。

においてほぼ完全な左円偏光を透過するが、ほぼ完全な
右円偏光を反射する。逆に左回りの膜は入。において右
円偏光をほぼ完全に透過した円偏光を反射する。平面偏
光または自然光は等量の右円偏光と左円偏光を含んでい
るので、コレステリック液晶膜はこの液晶がそのグラン
ジ−ン組織にある時入。においてこれらの入射光のほぼ
５０％を透過する。例えば塩化コレステリルと炭酸オレ
イルコレステリルの５０−５の重量％混合物のような光
学的性質を補償したコレステリック液晶混合物（無限ピ
ッチにするかまたは近づけるように調節した右回り成分
と左回り成分との混合物）は液晶の平面にほぼ垂直な光
髄をもつ単光軸構造を自発的に取ることができる。

光学的性質を補償したコレステリック液晶混合物を液晶
組成物１３として用いる場合、第１図の装置でこの液晶
混合物を電界によって像形成状態から非像形成状態へ駆
動することができる。もちろん、この光学的性質を補償
したコレステリック混合物はそれ自体この混合物の平面
に平行に光軸を配向させる混合物平面に対してほぼ平行
な印加電界を除去した時混合物の平面にほぼ垂直な光軸
をもつ構造に再配向する。従って、かかる光学的性質を
補償したコレステリツク混合物には第２図のェレクトロ
・オプティックセルを使用するとができる。第２図のセ
ルは第１図のセルに似ており、第２図のセルにほぼ透明
な板３０の電極３９とスべ−サー３１が無い点が異なる
。もう一つ第１図のセルと異なる点はスベーサー３１が
ないので電極１２Ａと１２８を緑部で透明板１１に取付
けて液晶組成物１３をより良く保持することができるこ
とである。この第２図のセルは、ェレクトロ・オプティ
ックセルの一例を示したもので後述するように本発明に
適用することは好ましくない。

光学的性質を補償したコレステリック混合物またはホメ
オトロピック組織のネマティック物質でも、かかる物質
の自然施緩時間（ｎａｔｍａｌｒｅｌａｘａｔｉｏｎｔ
ｉｍｅ）は一般に比較的大きいので、液晶組成物を単光
軸像形成状髄真を非像形成状態の２つの状態間で駆動さ
せるのに電界を用いることが必要である。

例えば、自然施綬時間は組成物によって約２胡軸まで変
化できるが、電界で駆動される光軸の位置変化には約１
〜約１００ミリ秒かかる。すなわち、象形成状態から非
像形成状態を経て像形成状態までを１サイクルと定義す
ると、本発明の電界駆動係では５００サイクル／秒以上
の速度を得ることができる。最高速度の自然施糠サイク
ルは一般に約２０サイクル／秒である。従って、本発明
の目的とする高速の切換え操作のためには、光学的性質
を補償したコレステリック混合物またはホメオトロピッ
ク組織のネマティック物質の場合でも第２図のセルより
第１図のセルの方が好ましい。第３図に見られるように
、本発明の有利な効果は典型的には直線的に偏光ごせ且
つコリメータ−を通した光によって検光子または偏光子
を通して観察される。光は単色光が好ましい。光源は例
えばレーザーのように本来偏光され且つコリメートされ
た光を放射することができる。この場合には検光子また
は偏光子２２だけあればよい。あるいは単色光源または
白色光源を光源として用い、これから出た光をコリメー
ターおよび偏光子を通してもよい。例えば第３図のよう
に光源１７およびコリメーター１８を液晶組成物１３の
層の平面に垂直に置く。コリメーターを通った光は次に
偏光子１９を通って平面偏光となり、ライン２０に沿っ
てエレクトロ・オプテイツクセルに入射するが、スイッ
チ３２が接点３５と接続し且つスイッチ３３が接続３７
と接続している場合には液晶組成物１３の光軸に対して
垂直に入射することになる。スイッチ３２と３３がこの
位置にある時、各電極１２Ａと１２Ｂの間に電位差とそ
れに伴う電界が生じる。この結果、液晶組成物１３層の
平面に平行な一つ以上の電界が生じ、組成物層１３の分
子の主軸を層１３の平面に平行に整列させる。この平行
電界の影響下にある液晶組成物１３はこの時単光藤性で
あり、光軸が層１３の平面に平行になっている。ヱレク
トロ・オプティックセルの反対側にいる観察者は偏光子
１９に対して９０ｏに配向させた偏光子２２を通して、
層１３の平面に垂直で且つ液晶組成物１３の光軸に対し
て垂直な方向から見ており、この平行電界の場合交又し
ている偏光子を４５ｏの角度にする時視野が最も明るく
なることがわかる。この場合、このェレクトロ・オプテ
ィックセルは鞍形成状態にある。このェレクトロ・オプ
ティックセルを非像形成状態にするには、スイッチ３２
を接点３４を接続させて電極３９と電極１２８の間に電
界を生じさせる。この状態で、スイッチ３３と接点３６
とを接続させてすべり接触棒３８と電源１４とを接続し
、このすべり接触棒３８を電極１２Ａと１２Ｂ‘こ接続
するすべてのＩＪードと接触させれば、層１３の大部分
の領域にわたって層１３の平面に垂直な電界を与えるこ
ともできる。この垂直な亀場によって液晶組成物１３の
分子はその、主軸が互に平行でしかも今度は層１３の平
面に垂直になるように配向する。この垂直な電界の影響
下では、液晶組成物１３の光軸は層１３の平面に垂直に
なっている。もし、観察質２１が前と同じようにしてこ
のェレクトロ・オプティックセルを見ると、液晶組成物
１３の光軸に平行に見ることになり、観察者は、偏光子
と検光子とが交差している限り偏光子または検光子の配
向角をどんなに変えても、その検光子からの視界は暗く
なることがわかる。すなわち、この場合には液晶組成物
１３は一様に黒く見える。従って、ェレクトロ・オプテ
ィックセルは非像形成状態にある。第３図からわかるよ
うに、電極３９とほば透明な板１１との間に液晶組成物
１３を入れて閉じ込めて置くためガスケツト３１が付い
ている。好ましい電界強度は約１ぴ〜１『ボルト／弧で
あり、好ましい電極の厚さは約５０Ａ〜約１０仏であり
、好ましい液晶組成物の厚さは約１舷〜約５ゆである。

電界を生じさせるために加える電圧はＤ．Ｃでも、Ａ．
Ｃでもあるいは両方を組合わせてもよい。ェレクトロ・
オプティツクセル及びそれを用いた嫁形成装置について
第１〜第３図を参照しながら説明したが、本発明の新規
の効果を示すためにグリッドまたはビットマトリックス
構造の共面ェレクトロ・オプテイツクセルを用いること
ができるのは言うまでもない。

本発明を液晶組成物、ェレクトロ・オプティツクセルお
よび綾形成法に関してさらに詳しく説明するため以下の
実施例を示す。

この実施例では単光軸液晶組成物をＤ．Ｃ．電界によっ
て光軸が所定の位置にある第１の単光軸状態から光軸が
前記所定の位置とほぼ垂直になる第２の単光軸状態へ駆
動する。実施例中の部および％は特にことわらなし、限
り重量による。以下の実施例は本発明の像形成装置を用
いる新規の液晶ェレクトロ・オプティック法の好ましい
実施態様を示すためのものである。実施例 １ 約７６．２側×２５．４側×１．２７側の顕微鏡用スラ
イドを用いてェレクトロ・オプテイツクセルをつくる。

クロムを厚さ約１００Ａの厚さに真空蒸着し、フィトレ
ジスト被覆層で隔遣された指状の（ｉｎｔｅｒｄｉｇｊ
ｏｔｅｄ）パターンをつくって、隔置された指状の電極
パターン中の各電極の幅が約０．２５４側、隔遣された
指状の電極パターン中の各電極の間隔が０．２５４肋に
なるようにすることにより隔遣された指状のクロム電極
をつくる。

フオトレジストのパターンない領域のクロム被膜をエッ
チングで除去する。この方法で上記のような隔遣された
指状のクロム電極を付けた２枚の顕微鏡用スライドを製
造し、これを適当に電源と接続して、各スライド上の電
極間あるいは第１スライド上の電極との間に電界ができ
るようにする。塩化コレステリル約６０％とノナン酸コ
レステリル約４０％のコレステリック液晶混合物を一方
のスライドの電極面の上に、デュポン社から発売されて
いる厚さ約０．０２５４脚のマィラポリェステル樹脂フ
ィルムのスべーサーガスケット内に置く。このスベーサ
ーをスライドガラスの電極面上に、スライドの全周縁部
に沿って配置し、このスベーサー内に液晶が入るように
する。第２の電極付きスライドガラスを電極面を下にし
て電極が第１スライドの電極と整合するように置いて液
晶と接触させる。液晶混合物は通常光散乱性、乳白色半
透明シートのように見える。この液晶組成物の厚さ方向
に電源から約９．０ボルトの電圧をかけ、約４×１びボ
ルト／伽の電界強度をもつ電界を与える。この電界の存
在により、液晶層の像輪郭は無色透明な外観を呈する。
この電界がかかっている時、像形成部材に垂直に平面偏
光を入射させて直線状検光子で像形成部材を見る。直線
状検光子で見ることにより、光学的に負のコレステリツ
ク相から光学的に正のネマティック相への相転移が観察
される。それは相転移が起こる前にはコレステリック液
晶組成物を平面偏光の入射光で見る時、直線状槍光子で
視野を見えなくすることができないからである。相転移
が起こった後では、垂直に入射した平面偏光は電界譲起
領域を通って平面偏光で現われ、直線状検光子で見る時
視野を暗くすることができる。約９０ボルトの印加電界
はコレステリック中間相からネマティック中間相への転
移が起る閥値しベルを示す。この閥値以上の電界では、
現在ネマティック状になっている液晶組成物を電界で駆
動し、且つ組成物の厚さ方向と組成物の幅方向とに交互
に電界をかけることにより像形成枕態を非像形成状態と
の間でサイクルさせることができる。液晶組成物の両側
からかけていた電圧を各スライド上の個々の電極間に電
界が存在するように切換える。そうすると、像形成部材
に平面偏光を垂直に入射させる時像形成部村は直線状検
光子で見ることができ、複屈折が見られる。複屈折があ
ることは液晶組成物の分子が回転したとを意味する。こ
の回転はほぼ９００であり、液晶組成物の平面に平行で
ある。このことは液晶組成物を透過した液晶組成物の平
面に平行な平行偏光を直線状検光子で見ることによって
示すことができる。この平面偏光は液晶組成物を通って
現われ、直線軸検光子で見る時視野を見えなくすること
ができる。両方の印加電界の影響下でこの液晶組成物を
コノスコープを通して観察することによって、この液晶
組成物は光軸が印加電界に平行になる単光軸性であるこ
とがわかる。この液晶組成物の光学的符号はどちらの印
加電界下においても正である。すなわち光軸万向の光速
度が最大である。次に、このェレクトロ・オブテイツク
セルをラィッジァルックス顕微鏡下で交叉偏光子間に置
く。

液晶組成物にその厚さ方向に電界をかけた場合、平行透
過光またはコリメーターを通した透過光で、どんな状態
位置でもセルは暗く見える。そして、各スライドの個々
の電極間に電界をかけ且つ交叉偏光子を各スライドガラ
ス上の個々の電極間の電界の方向に対して４５０の角度
にする時明るさが最大になる。交叉偏光子をそのままの
位置、すなわち各スライドガラス上の個々電極間にかか
る電界方向と４５０の角度をなす位置にしておくと、電
界が液晶像形成層の厚さ方向になるように切換えた時セ
ルは交叉プリズムを通して暗く見え、従って非像形成状
態になる。逆に、電界が各スライドガラス上の個々を電
極間に生じるように切換えた時電界が存在する液晶組成
物の領域内で最高の明るさが得られる。すなわちセルは
像形成状態にある。次に、観察者の代りにフオトダィオ
ードを用い、これをオシロスコープと接続し、両方を鮫
正してフオトダイオードに当たるコリメーターを通した
光がオシロスコ−プ上の強度レベルと整合するようにす
る。

電界を反復して切換える時、ェレクトロ・オプティック
セルは像形成状態から非顔形成状態へ反復して切換えら
れ、セルが像形成状態になる度毎にオシロスコープに方
形波が現われる。このフオトダィオードとオシロスコー
プの組合せはサイクル速度の便利な測定法を与える。サ
イクル速度は非像形成状態から像形成状態を経て非後形
成状態に戻るまで、あるいは像形成状態から非像形成状
態を経て像形成状態へ戻るまでの所要時間のことである
。サイクル時間の逆数は１秒間当たりヱレクトロ・オプ
ティックセルが作動するサイクル数である。電源から９
０ボルトの電圧を加え、この電圧を反復して切換える時
、約２秒のサイクル速度が可能であることがわかった。
各スライドガラス上の個々の電極間の電界強度は約４×
１びボルト／めである。液晶組成物の厚さ方向にかかる
電界強度は約４×１ぴボルト／地である。かくして各ス
ライドガラス上の個々の電極間の間隔が０．２５４脚の
構造では、ェレクトロ・オプティックセルをその嫁形成
状態に切換えた時同一スライドガラス上の個々の電極間
に低レベル電界強度が存在し、従ってこの場合最も遅い
サイクル路を形成することがわかる。印加電圧が９０ボ
ルトで像形成状態と非像形成状態との間の急速な切換え
を行なって、セルのサイクル時が約２秒であることがわ
かった。実施例 ２ 実施例１のェレクトロ・オプティックセルおよび象形成
装置を１００ボルトで作動させ、像形成状態と非像形成
状態との間の切換えを急速に行って、サイクル時間は約
０．９砂であった。

すなわち、この場合、ェレクトロ・オプテイツクセルは
約２サイクル／秒の速度で作動する。実施例 ３ 実施例１のェレクトロ・オプティックセルと像形成装置
とを２００ボルトの電圧で作動させ、像形成状態と非像
形成状態間の切換えを急速に行うことにより、最高サイ
クル速度が０．１秒であり、すなわち嫁形成速度が約１
０サイクル／秒であることがわかった。

実施例 ４ 実施例１の方法を繰返す。

但し印加電圧は６００ボルトである。サイクル速度は１
０ミリ秒、像形成速度は１００サイクル／秒であった。
実施例 ５ ７００ボルトの印放電圧を用いて実施例１の方法を繰返
した結果、サイクル速度は約５ミリ秒、像形成速度は約
２００サイクル／秒であった。

実施例 ６塩化コレステリル５０％と炭酸オレィルコレ
ステリル５０％とから成る光学的性質を補償した混合物
で、光軸がこの混合物を適用する基体に対して垂直な単
光軸構造を自発的にとると上記混合物を第２図のェレク
トロ・オプテイツクセルに入れる。

約５０ボルトの電圧をかけることにより、第２図の電極
１２Ａと１２Ｂの間に約２．２×１ぴボルト／仇の電界
が生じる。電極１２Ａおよび１２Ｂは高さが約０．０２
５４側で、各電極間の間隔は約０．２５４柵である。こ
の電界を例えば第２図のスイッチ３２と接点３５とを接
続することによってかけると、ェレクトロ・オプティッ
クセルは像形成状態になる。例えばスイッチ３２と接点
３５との接続をはずすことによって電界を非像形成状態
に切換えると、コレステリック液晶混合物は自発的に元
の位置に戻り、ェレクトロ・オプティツクセルは非像形
成状態になる。実施例１で行った光学的試験を行うこと
により、この光学的性質を補償した液晶混合物は単光軸
性であり、その光軸がスライドガラス１１に垂直である
ことがわかった。逆に、電界をかけると、この光学的性
質を補償したコレステリック液晶混合物はその光軸がス
ライドガラス１１および印加電界の方向に平行な単光軸
性を示し、嫁形成状態にある。この場合も、交又偏光子
を電界の方向に対して約４５ｏの角度にする時最も明る
く見える。しかし、印加電界を取除いた時非像形成状態
への施緩時間が比較的長いので、嫁形成速度は極めて遅
かった。実施例 ７ 実施例６の方法を繰返す。

但し、実施例６の液晶混合物を電界によって像形成状態
と非像形成状態との間で駆動することができるように第
１図のェレクトロ・オプテイツクセルを用いる。この場
合、コレステリックーネマティック相転移の閥値レベル
以上で操作する必要がないので実施例１〜５中で使用し
た印加電圧より低い印加電圧で実施例１〜５に匹敵する
像形成速度が得られる。実施例 ８実施例１の方法を繰
返す。

但し、印加電圧は５００ボルトであり、各スライドガラ
ス上の個々の電極間の間隔は０．２５４職でなく僅か約
０．０２５４肋にする。約５００サイクル／秒の像形成
速度が得られたが、印加電圧が５００ボルトより高くな
ると電気的破壊が起こる。以上述べた本発明の像形成装
置とともに用いるのに有利な液晶ェレクトロ・オプティ
ック方法の好ましい実施例の説明では特定の成分および
比率を用いたが、本文中に挙げたような他の適当な材料
および方法の種々の工程の変化を用いても満足な結果お
よび種々の程度の品質のものが得られる。

また、本文中で用いた物質や工程に他の物質や工程を加
え、あるいは本発明の方法を変化させて、本発明の性格
および利益を相剰的に高めたり、増強したりあるいは改
良したりすることができる。例えば、単光軸性であるか
あるいは単光軸性になりうるという所望の性質を有し且
つ所望の光学的性質を示すことによって本発明に使用す
るのに適している他の種々の液晶組成物を発見し且つ本
発明の嫁形成装置に使用することができる。かかる組成
物ではいくらか異なる厚さ、電界、温度範囲および本発
明で好結果を得るための他の条件を必要とするかも知れ
ない。また、他の種々な電界発生手段および本発明の像
形成装置の他の適用手段を用いても良好な結果を得るこ
とができる。本明細書を読んだ後、当業者は本発明の性
格を説明するために本文中に記載した詳細、物質、工程
および機素の配置などの種々の変化が可能であることに
気が付き且つ変化を実施することができるであろうが、
かかる変化は当然本発明の原理および範囲内に包含され
るべきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に適用可能な一つのェレクトロ・オプテ
ィックセルの部分的に概略分解斜視図、第２図はあるェ
レクトロ・オプティックセルの部分的概略斜視図、第３
図は本発明の実施例である像形成装置の部分的概略分解
斜視図である。 １０：エレクトロ・オプテイツクセル、１１，３０：ほ
ぼ透明な板、１３：液晶物質（層）、３１：スべ−サー
、３９，１２Ａ，１２８：電極、１７：光源、１８：コ
リメー夕−、１９：偏光子、２２：検光子または偏光子
、３１：ガスケット。 行ス役 ナ 刀ス役 ２ 力スＧ ３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 本来的にあるいは電界の存在下にネマテイツクの中
   間層の単光軸性の光学的性質を有する液晶物質層と、
   この液晶物質層に第１電界を加える第１手段と、前記液
   晶物質層に第１電解の方向とほぼ垂直な方向に第２電界
   を加える第２手段と、 第１電界と第２電界とを選択的
   に切換えるスイツチと、 液晶物質層に隣接して配置さ
   れた検光子と、 液晶物質層の検光子側と反対の側に配
   置されて第１電界に垂直な平面偏光を発生する光源およ
   び偏光子とから成るエレクトロ・オプテイツク像形成装
   置。