JPS61246724A - 液晶装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶表示素子や液晶−光シヤツタアレイ等に
適用する液晶光学素子に関し、詳しくは表示ならびに駆
動特性を改善した液晶光学素子に関する。

〔従来の技術〕

従来の液晶素子としては１例えばエム、シャット（Ｍ、
５ｃｈａｄｔ）とダブリュー、ヘルフリツヒ（Ｗ、Ｈｅ
１ｆｒｉｃｈ）著“アプラタ イド、フィジックス・レダーズ″　（”Ａｐｐｌｉｅｄ
　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ”）第１８巻、
第４号（１９７１年２月１５日発行）、第１２７頁〜１
２８頁の“ボルテージ・ディペンダントφオプティカル
・アクティビティ−・オブ・ア・ツィステッド・ネマチ
ック＄リキッド・クリスタル”　　（”Ｖｏ　ｉｔ　ａ
ｇｅＤｅｐｅｎｄｅｎｔ　　０ｐｔｉｃａｌ　　Ａｃｔ
ｉｖｉｔｙ　　ｏｆ　　ａ　　Ｔｗｉｓｔｅｄ　　Ｎｅ
ｍａｔｉｃ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌ”）に
示されたツィステッド・ネマチック（ｔｗｉｓｔ　ｅｄ
　　Ｎｅｍａｔ　ｉｃ）液晶を用いたものが知られてい
る。このＴＮ液晶は、画素密度を高くしたマトリクス電
極構造を用いた時分割駆動の時、クロストークを発生す
る問題点があるため、画素数が制限されていた。

又、各画素に薄膜トランジスタによるスイッチング素子
を接続し、各画素毎をスイッチングする方式の表示素子
が知られているが、基板上に薄膜トランジスタを形成す
る工程が極めて煩雑な上、大面積の表示素子を作成する
ことが難ずかしい問題点がある。

このような従来型の液晶素子の欠点を改善するものとし
て、双安定性を有する液晶素子の使用がクラーク（Ｃ１
ａｒｋ）およびラガウェル（Ｌａｇｅ　ｒｗａ　１１）
により提案されている（特開昭５６−１０７２１６号公
報、米国特許第４３６７９２４号明細書等）、双安定性
を有する液晶としては、一般に、カイラルスメクチック
Ｃ相（ＳｍＣ”）又はＨ相（ＳｍＨ”）を有する強誘電
性液晶が用いられる。この液晶は電界に対して双安定状
態を有し、従って前述のＴＮ型の液晶で用いられた光学
変調素子とは異なり、例えば一方の電界ベクトルに対し
て１つの光学的安定状態に液晶が配向し、他方の電界ベ
クトルに対しては他方の光学的安定状態に液晶が配向さ
れる。またこの型の液晶は、加えられる電界に応答して
、極めて速やかに上記２つの安定状態のいずれかを取り
、且つ電界の印加のないときはその状態を維持する性質
を有する。このような性質を利用することにより、上述
した従来のＴＮ型素子の問題点の多くに対して、かなり
本質的な改善が得られる。この点は、本発明と関連して
、以下に、更に詳細に説明する。しかしながら、この双
安定性を有する強誘電性液晶素子は、一般にセル厚が２
１Ｌｍ以下で、それ以上のセル厚となると高コントラス
トの表示が得られない問題点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、前述した事情に鑑み１表示特性及び駆
動特性を改善した液晶光学素子を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段、作用〕本発明は、 ａ、電界が印加されていない時、第１の安定配向と第２
の安定配向を有する双安定配向状態のうち何れか１つの
安定配向に配向する強誘電性スメクチック液晶を１対の
基板間に配置した液晶セルと、 ｂ６第１の安定配向に配向した時の強誘電性スメクチッ
ク液晶を第３の安定配向に配向させ、第２の安定配向に
配向した時の強誘電性スメクチック液晶を第４の安定配
向に配向させる交流電界を印加する手段と、 Ｃ，マトリクス電極手段と、 ｄ、前記マトリクス電極手段に走査選択信号を印加する
手段と走査選択信号に同期して情報信号を印加する手段
を有しており、全部又は所定の画面に対応する強誘電性
スメクチック液晶を前記交流電界が印加されていない時
の第１の安定配向に配向させる第１のステップと、走査
選択信号に同期して第１のステップで配向した強誘電ス
メクチック液晶を前記交流電界が印加されていない時の
第２の安定配向に選択的に配向させる情報信号を印加す
る第２のステップとを有する電界印加手段と。

ｅ、第３の安定配向に配向した強誘電性スメクチック液
晶を通過した光線と第４の安定配向に配向した強誘電性
スメクチック液晶を通過した光線との光学的相違を検知
する手段。

とを有する液晶光学素子を特徴を有している。

〔実施例〕

以下、必要に応じて図面を参照しつつ１本発明を更に詳
細に説明する。

本発明で用いる液晶材料として、特に適したものは、カ
イラルスメクチック液晶であって、強誘電性を有するも
のである。具体的にはカイラルスメクチックＣ相（Ｓ　
ｍＣ”）　、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＧ”）、
カイラルスメクチックＦ相（ＳｍＦ”）、カイラルスメ
クチックＩ相（ＳｍＩ末）又はカイラルスメクチックＨ
相（ＳｍＨ”）の液晶を用いることができる。

強誘電性液晶の詳細については、たとえば”ル争ジュル
ナール・ドーフイジイク・レットル”　（“ＬＥ　　Ｊ
ＯＵＲＮＡＬ　　ＤＥＰＨＹＳ工ＱＵＥ　　ＬＥＴＴＲ
Ｅ″）３６　（Ｌ−６９）１９７５年「フェロエレクト
リック・リキッド・クリスタルＪ　　（Ｆｅｒｒｏｅｌ
ｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌｓ；　“
アプライド・フイジイツクラ・レターズ″（“ＡＰＰｌ
ｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ”）３６
　（１１）１９８０年「サプミクＣＩ会−ｔ：ｊｙ７ド
・バイスティプル・エレクトロオプティック・スイッチ
ング・イン・リキッド拳りリスタルスＪ　　（ｒＳｕｂ
ｍｉｃｒｏ　　５ｅｃｏｎｄＢｉｓｔａｂｌｅ　　Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ−二 ｉｌ特に、好ましい強誘電性液晶としては、これより高
温側でコレステリック相を示すものを用いることができ
、例えば下達の実施例に挙げた相転移温度を示すフェニ
ルエステル系液晶を用いることができる。

これらの材料を用いて素子を構成する場合。

液晶化合物が所望の相となるような温度状態に保持する
為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込まれた銅ブロ
ック等により支持することができる。

第１図は、強誘電性液晶の動作説明のために、セルの例
を模式的に描いたものである。以下、所望の相としてＳ
ｍＣ”を例にとって説明する。

１１ａとｌｌｂは、Ｉ　ｎ２０３　、Ｓ　ｎ０２あるい
はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ　　０ｘｉｄｅ）等の
薄膜からなる透明電極で被覆された基板（ガラス板）で
あり、その間に液晶分子層１２がガラス面に垂直になる
ように配向したＳｍＣ”相の液晶が封入されている。太
線で示した線１３が液晶分子を表わしており、この液晶
分子１３は基板の面方向に連続的にらせん構造を形成し
ている。このらせん構造の中心軸１５と液晶分子１３の
軸方向とのなす角度を■として表わす、この液晶分子１
３は、その分子に直交した方向に双極子モーメン）ＣＰ
上）１４を有している。基板１１ａとｌｌｂ上の電極間
に一定の閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子１３の
らせん構造がほどけ、双極子モーメン）　ＣＰ上）１４
がすべて電界方向に向くよう、液晶分子１３は配向方向
を変えることができる。液晶分子１３は、細長い形状を
有しており、その長袖方向と短軸方向で屈折率異方性を
示し、従って例えばガラス面の上下に互いにクロスニコ
ルの偏光子を置けば、電圧印加極性によって光学特性が
変わる液晶光学素子となることは、容易に理解される。

本発明の液晶光学素子で好ましく用いられる液晶セルは
１例えば１０％以下とすることができる。このような液
晶層が薄くなるにしたがい、第２図に示すように電界を
印加していない状態でも液晶分子のらせん構造がほどけ
、非らせん構造となり、その双極子モーメン）Ｐａまた
はｐｂは上向き（２４ａ）又は下向き（２４ｂ）のどち
らかの状態をとる。この液晶分子軸２３ａの分子軸と２
３ｂのなす角度の１／２の角度をチルト角（Ｏ）と称し
、このチルト角（■）はらせん構造をとる時のコーンの
なす頂角に等しい、このようなセルに、第６図に示す如
く一定の閾値以上の極性の異る電界Ｅａ又はＥｂを電圧
印加手段２１＆と２１ｂにより付与すると、双極子モー
メントは、電界Ｅａ又はＥｂの電界ベクトルに対応して
上向き２４ａ又は下向き２４ｂと向きを変え、それに応
じて液晶分子は、１つの安定配向２３ａかあるいは他の
安定配向２３ｂの何れか一方に配向する。

このような強誘電性を液晶光学素子として用いることの
利点は、先にも述べたが２つある。

その第１は、応答速度が極めて速いことであり、第２は
液晶分子の配向が双安定性を有することである。第２の
点を、例えば第２図によって更に説明すると、電界Ｅ＆
を印加すると液晶分子は１つの安定配向２３ａに配向す
るが、この状態は電界を切っても安定である。又、逆向
きの電界Ｅｂを印加すると、液晶分子は他の安定配向２
３ｂに配向してその分子の向きを変えるが、やはり電界
を切ってもこの状態に留っている。

このような応答速度の速さと、双安定性が有効に実現さ
れるにはセル厚が出来るだけ薄い方が好ましい。

このような強誘電性を有する液晶で素子を形成するに当
って最も問題となるのは、先にも述べたように、ＳｍＣ
”相を有する層が基板面に対して垂直に配列し且つ液晶
分子が基板面に略平行に配向したモノドメイン性の高い
セルを形成することが困難なことである。

ところで、従来より大面積の液晶セルを製造する上で、
基板表面に一軸性の配向処理を施す方法が知られている
。この−軸性の配向処理法としては基板表面をビロード
、布や紙で一方向にラビングする方法あるいは基板表面
にＳｉＯや５ｔｏ２を斜方蒸着する方法などが挙げられ
る。

しかしながら、強誘電性液晶に対して、このようなラビ
ング法や斜方蒸着法を適用しても、配向処理を施すこと
自体が、前記した液晶分子の双安定性を阻害するため、
所謂メモリー性を生かした駆動法を採用する場合には一
軸性配向処理では、不適当なものと考えられていた。

ところが、本発明者らが鋭意検討した結果、基板表面に
適正な一軸性の配向処理を施すことにより、以下に詳述
する如く、ある特定化された双安定状態を達成すること
が可能であり、メモリー性を生かした駆動が達成し得る
ことが明らかとなった。

第３図（Ａ）と（Ｂ）は、本発明の液晶素子の一実施例
を示している。第３図（Ａ）は１本発明の液晶素子の平
面図で、第３図（Ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である。

第３図で示すセル構造体１００は、ガラス板又はプラス
チック板などからなる一対の基板１０１ａと１０１ｂを
スペーサｌＯ４で所定の間隔に保持され、この一対の基
板をシーリングするために接着剤１０６で接着したセル
構造を有しており、さらに基板１０１ａの上には複数の
透明電極１０２からなる電極群（例えばマトリクス電極
構造のうちの走査電圧印加用電極群）が例えば帯状パタ
ーンなどの所定パターンで形成されている。基板１０１
ｂの上には前述の透明電極１０２と交差させた複数の透
明電極１０２ｂからなる電極群（例えば、マトリクス電
極構造のうちの信号電圧印加用電極群）が形成されてい
る。

このような透明電極１０２ｂを設けた基板１０１ｂには
、例えば、−酸化硅素、二酸化硅素、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
素窒化物などの無機絶縁物質や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、
ポリパラキシリレン、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などの有機絶縁物質を用いて被膜形
成した配向制御膜１０５を設けることができる。

この配向制御膜１０５は、前述の如き無機絶縁物質又は
有機絶縁物質を被膜形成した後に、その表面をビロード
、布や紙で一方向に摺擦（ラビング）することによって
得られる。

本発明の別の好ましい具体例では、ＳｉＯや５ｔｏ２な
どの無機絶縁物質を基板１０１ｂの上に斜め蒸着法によ
って被膜形成することによって、配向制御膜１０５を得
ることができる。

第８図に示された装置に於いてペルジャー８０１は吸出
口８０５を有する絶縁基板８０３上に載置され、前記吸
出口８０５から伸びる−（図示されていない）真空ポン
プによりペルジャー８０１が真空にされる。タングステ
ン製又はモリブデン製のるつぼ８０７はペルジャー８０
１の内部及び底部に配置され、るつぼ８０７には数グ５
ムノＳ　ｉ　Ｏ，Ｓ　ｉ　０２、ＭｇＦ２などの結晶８
０ｇが載置される。るつぼ８０７は下方の２つのアーム
８０７ａ、８０７ｂ　’を有し、前記アームは夫々導線
８０９．８１０に接続される。電源８０６及びスイッチ
８０４がペルジャー８０１の外部導線８０９．８１０間
に直列に接続される。基板８０２はペルジャー８０１の
内部でるつぼ８０７の真上にペルジャー８０１の垂直軸
に対しＫの角度を成して配置される。

スイッチ８０４が開放されると、ペルジャー８０１はま
ず約１０−５ｍｍＨｇ圧の真空状態にされ、次にスイッ
チ８０４が閉じられて、るつぼ８０７が適温で白熱して
結晶８０８が蒸発されるまで電源８０６を調節して電力
が供給される。適温範囲（７００〜１０００℃）に対し
て必要な電流は約１００１００ａである。結晶８０８は
次に蒸発され図中Ｓで示された上向きの分子流を形成し
、流体Ｓは、基板８０２に対してＫの角度を成して基板
８０２上に入射され、この結果基板８０２が被覆される
。角度には上記の“入射角”であり、流体Ｓの方向は上
記の“斜め蒸着方向”である、この被膜の膜厚は基板８
０２をペルジャー８０１に挿入する前に行なわれる装置
の時間に対する厚みのキャリブレーションにより決定さ
れる。適宜な厚みの被膜が形成されると電源８０６から
の電力を減少させ、スイッチ８０４を開放してペルジャ
ー８０１とその内部を冷却する０次に圧力を大気圧まで
上げ基板８０２をペルジャー８０１から取り外す。

また、別の具体例ではガラス又はプラスチックからなる
基板１０１ｂの表面あるいは基板１０１ｂの上に前述し
た無機絶縁物質や有機絶縁物質を被膜形成した後に、該
被膜の表面を斜方エツチング法によりエツチングするこ
とにより、その表面に配向制御効果を付与することがで
きる。

前述の配向制御Ｆｓ１０５は、同時に絶縁膜としても機
能させることが好ましく、このためにこの配向制御膜１
０５の膜厚は一般に１００人〜ｌｔｔ、好ましくは５０
０人〜５０００人の範囲に設定することができる。この
絶縁膜は、液晶層１０３に微量に含有される不純物等の
ために生ずる電流の発生を防止できる利点をも有してお
り、従って動作を繰り返し行なっても液晶化合物を劣化
させることがない。

また、本発明の液晶素子では前述の配向制御膜１０５と
同様のものをもう一方の基板１０１ａに設けることがで
きる。

第３図に示すセル構造体１００の中の液晶層１０３は、
ＳｍＣ”とすることが１きる。又、液晶層１０３の厚さ
は充分に薄く、液晶分子はらせん構造を有していない。

第４図は、本発明の液晶素子の別の具体例を表わしてい
る。第４図で示す液晶素子は、一対の基板１０１ａと１
ｏ１ｂの間に複数のスペーサ部材２０３が配置されてい
る。このスペーサ部材２０３は、例えば配向制御ＷＮＩ
Ｏ５が設けられていない基板１０１の上にＳｉｎ、５ｔ
０２　、ＡＪ１２０３．ＴｉＯ２なトノ無機化合物ある
いは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、ポリパラキシリレン、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、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリス
チレン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリャ樹脂、
アクリル樹脂やフォトレジスト樹脂などの樹脂類を適当
な方法で被膜形成した後に、所定の位置にスペーサ部材
２０３が配置される様にエツチングすることによって得
ることができる。

このようなセル構造体１００は、基板１ｏｔａと１０１
ｂの両側にはクロスニコル状態とした偏光子１０７と１
０８がそれぞれ配置されて、この偏光子１０７と１０８
により電極１０２ａと１０２ｂの間に電圧を印加した時
の光学変調を検知することができる。

次に、本発明の液晶素子の作成法について液晶材料とし
てエステル系液晶を例にとって第３図と＠５図に従って
説明する。このエステル化合物は、 Ｃｅ　Ｈ１７−＠−Ｎ　＝　Ｎ−◎−０ＣＯ−ＣＨＯＣ
７Ｈ１５薯 Ｈ３ （１０重量％） Ｈ３ （７０重量％） Ｈ３ （２０重量％） の３成分混合系である。この液晶材料は、降温過程に於
て、下記の如き相転移を示す。

ＳｍＡ；スメクチックＡ相） 液晶層が充分に厚い場合（〜１００　ＩＬ）、ＳｍＣ末
ではらせん構造をとり、そのピッチは約５１Ｌである。

まず、前述のエステル系液晶が封入されているセル構造
体１００は、セル１００全体が均一に加熱される様な加
熱ケース（図示せず）にセットされる。

次に、セル１００中の化合物が等吉相となる温度（約７
０℃）まで加熱する。しかる後に、加熱ケースの温度を
降温させて、セル１００中の等吉相となっている化合物
を降温過程に移す、この降温過程で等吉相の化合物は、
約６３℃でグランシュアン組織のコレステリック相に相
転移し、ざらに降温過程を続けると約５０℃でコレステ
リック相から一軸異吉相であるＳｍＡに相転移を生じる
ことができる。この時、Ｓ　ｍ　Ａの液晶分子軸は、ラ
ビング方向に揃う。

しかる後に、このＳｍＡより降温過程でＳｍＣ８に相転
移することによって、例えばセル厚を６ｐｍ程度以下と
すると非らせん構造をもつ七ノドメインのＳｍＧ”が得
られる。

第５図は、液晶分子の配向状態を模式的に示すもので、
基板面５０５より上方から見た図である。

図中、５００は一軸性配向処理の方向、即ち１本実施例
ではラビング方向に相当している。ＳｍＡ相では、液晶
分子がラビング方向５００と一致する液晶の平均分子軸
方向５０１をもって配向する。ＳｍＣ”相に於ては液晶
分子の平均的な分子軸方向は、５０２ａの方向に傾き、
ラビング方向５００とＳｍＣ”の平均分子軸方向５０２
ａは、角度θをなして第１の安定配向状態となる。この
状態で上下基板に電圧を印加すると、ＳｍＣ”の液晶分
子の平均的な分子軸方向は、角度θより大きい角度に変
化し、角度０で飽和した第３の安定配向状態をとる。こ
の時の平均分子軸方向を５０３ａとする。

次に、電圧を零に戻すと、液晶分子は再びもとの第１の
分子軸方向５０２ａの状態に戻る。

従って、第１の分子軸方向５０２ａの状態で、液晶分子
はメモリー性を有することになる。

又、分子軸方向５０２ａの状態で、逆方向の電圧を印加
すると、その電圧が充分に高い場合には、液晶分子の平
均的分子軸方向は、飽和して角度０をなす第４の安定配
向状態の平均分子軸方向５０３ｂに転移する。そして、
再び電圧を零に戻すと、液晶分子は、角度θをなす第２
の安定配向状態の平均分子軸方向５０２ｂの状態に落ち
つく、この第１と第２の安定配向状態での液晶セルの厚
さ方向における分子配列状態は、未だ明確に判明してい
るわけではないが。

厚さ方向に何らかの液晶分子の「ねじれ」が存在してい
るものと推測される。又、第３及び第４の配向状態は、
第２図に示した理想的双安定状態に対応しているものと
考えられる。

従って、図に示すように偏光子の一方の偏光軸方向５０
４を角度θをなす分子軸方向５０２ａに合致させること
によって、下達する如き電界による第１と第２の安定配
向状態との間で生じる配向転移とこのメモリー性を生じ
た駆動法を用いた時にオン状態とオフ状態での光学コン
トラストを向上することができる。

第６図には前述のエステル化合物液晶のＳｍ（ｘ相に於
ける一軸性処理方向と平均的分子軸方向のなす角（θ）
及び分子軸５０２ａの状態と５０２ｂの状態での光学的
コントラスト比の液晶層の厚さによる依存性の例が示さ
れている。

曲線６１によれば液晶層の厚さが小さくなるに従い、コ
ントラストは増大する。又、６２は液晶層の厚さとθの
関係を表わしている。尚、これらの測定は、ＳｍＡ→Ｓ
ｍＣ”の相転移温度より７℃だけ低い温度にて行われた
。又、充分に電界（例えば２０Ｖ〜３０Ｖ程度）を印加
したときの平均的分子軸方向（０）の値は、液晶層の厚
さにより若干異なるが約１５６であった。

さて、この様に第１と第２の安定配向状態を有する液晶
セルに、交流電界をスメクチック相の液晶分子層１２と
平行に印加することにより、それぞれ第１と第２の安定
配向状態を第３と第４の安定配向状態へと転換せしめる
ことが可能となった。この様な現象は、液晶材料が負の
誘電異方性をもつことによって生じると推測される。こ
の交流電界の周波数は、所定の電圧値では液晶が応答し
得ない程度に充分に高い値に設定されなければならない
、このとき、クロスニコルの偏光子のうち一方の偏光子
の偏光軸は、第５図に示す第３の安定配向状態の平均分
子軸方向５０３ａ又は第４の安定配向状態の平均分子軸
方向５０３ｂに合致させた。交流電圧は、周波数４００
Ｈｚ以上１００ＫＨｚ以下で、波形としては三角波、正
弦波や矩形波等を用いることが出来、液晶層厚にもよる
が、Ｖｐｐ（ｐｅａｋ−ｔｏ　　ｐｅａｋ）は２０ｖ〜
ｔｏｏｖ程度であった（電圧値が大きくなると見かけ上
０が大きくなり、１５°で飽和した）。

周波数；　１０ＫＨｚ　、ＶＰＰ＝６０Ｖ（７）矩形波
を用いたときの、角度０と、コントラストを第７図に示
す、この図面より明らかなように、第３及び第４の安定
配向状態を利用することによって、セル厚が大きい領域
でも高いコントラストを得ることが可能である。すなわ
ち、第７図中の７１は液晶層の厚さとコントラストとの
関係を明らかにしており、この７１によれば、液晶層の
厚さが大きい領域でも高いコントラストが得られている
。又、図中７２は液晶層のセル厚と０の関係を明らかに
している。

セル厚が薄い場合には、コントラストは第６図の場合と
同程度であるが、光の透過率が増大するというメリット
が出た０例えば、セル厚ｌｐの場合、第１と第２の安定
配向状Ｓ（θ）を用いて表示する場合にくらべ第３と第
４の安定配向状ＭＣ■）を用いて表示すると、「明」状
態の光の透過量が約３倍となった。

本発明の液晶光学素子で用いる駆動法の例を次に示す。

第９図（Ａ）は、表示すべきマトリクス電極構造である
。第９図ＣＢ）に走査信号と情報信号を示す、第９図（
Ｃ）は画素に印加される電圧波形である。

第９図（Ｂ）において、（５Ｌ）は選択時の走査信号、
（ｂ）は非選択時走査信号（Ｃ）は第１の安定配向状態
への書込み信号（情報信号）、（ｄ）は第２の安定配向
状態への書込み信号（情報信号）である。

第９図（Ｃ）において（ａ）は第１の安定配向状態の書
込み時における画素にかかる電圧波形であり、（ｂ）は
第２の安定配向状態への書込み時の画素にかかる電圧波
形であり、（Ｃ）と（ｄ）は走査信号の非選択的におけ
る画素にかかる電圧波形である。

今、説明を簡略化するための白黒の二値信号を表示する
場合を例にとって示す、第９図（Ａ）に於いて斜線で示
される画素が「黒」に、その他の画素が「白」に対応す
るものとする。最初に、画面を「白」に揃えるために強
誘電性スメクチック液晶を第５図に示す第３図の安定状
態に揃える。このためには、全走査電極群に所定の電圧
パルス（例えば電圧３ＶＱ、時間幅Δｔ）の信号を印加
すればよい、或いは全信号電極群に同様の電気信号を印
加することも可能であるし、又必要に応じて所要ブロッ
クの走査電極群又は信号電極群に所要ブロックの強誘電
性スメクチック液晶が第３の安定状態に揃うような電気
信号を印加してもよい、具体的な方法として、全電極同
時に電気信号を印加してもよいし、又、順次走査を行っ
てもよい、いずれにしても、−担画・面を「白」に揃え
た後に、情報信号に応じた情報の書き込みを行う、ｔｌ
とｔ２はそれぞれ情報信号（及び走査信号）が印加され
る位相及び補助信号が印加される位相をあられす０本例
では、ｔ１＝ｔ２＝Δｔの例が示されている。

今、双安定性を有する液晶セルの第３の安定配向状態（
白）を与えるための印加時間Δｔでの閾値電圧を−Ｖｔ
　ｈ２　（−Ｖｔ　ｈ２は交流電界が印加されていない
時の第１の安定配向を与える閾値）とし、第４の安定状
Ｓ（黒）を与えるための印加時間Δｔでの閾値電圧をＶ
ｔｈｌ（Ｖｔｈｌは交流電界が印加されない時の第２の
安定配向を与える閾値）とすると選択された走査電極に
与えられる電気信号は第９図（Ｂ）−（ａ）に示される
如く位相（時間）Ｌｘでは一２ＶＱを、位相（時間）ｔ
２ではＯとなるような電圧である。又、それ以外の走査
電極は。

第９図（Ｂ）−Ｃｂ）に示す如くアース状態となってお
り電気信号Ｏである。一方、選択された信号電極に与え
られる電気信号は第９図ＣＢ）−（Ｃ）に示される如く
位相ｔ１においてｖ□で、位相ｔ２において−ＶＱであ
り、又選択されない信号電極に与えられる電気信号は第
９図（Ｂ）−（ｄ）に示される如く位相ｔ１において−
ｖＯで、位相ｔ２において＋ｖ□である０以上において
、電圧値ｖＯはｖ□＜ｖｔｈ　ｘ＜３Ｖｏと−Ｖｏ＞−
Ｖｔ　ｈ２＞−３Ｖ。

を満足する所望の値に設定される。

このような電気信号が与えられたときの、各画素に印加
される電圧波形を“第９図（Ｃ）に示す。

第９図（Ｃ）に於て、（ａ）と（ｂ）はそれぞれ選択さ
れた走査線上にあって、「黒」及び「白」を表示される
べき画素に、又（Ｃ）と（ｄ）はそれぞれ選択されてい
ない走査線上の画素に印加される電圧波形である。

走査線上にあって、「黒」と表示すべき画素では第１の
位相ｔ１で、閾値電圧Ｖｔｈｌを越える電圧３ＶＱが印
加されるために第４の光学的安定状態「黒」に転移する
。又、同一走査線上に存在し、「白」と表示すべき画素
では第１の位相ｔ１に於ける印加電圧は閾値電圧ｖｔｈ
１を越えない電圧ｖＯであるために、第３の光学的安定
状態に留ったまま即ち白である。

一方１選択されない走査線上では、すべての画素に印加
される電圧は±Ｖ又は０であって、いずれも閾値電圧を
越えない、従って、液晶分子は、配向状態を変えること
なく走査されたときの信号状態に対応した配向をそのま
ま保持している。即ち、−担一方の光学的安定状態「白
」に揃えられた状態において、走査電極が選択されたと
きに第１の位相ｔ１において−ライン分の信号の書き込
みが行われ、−フレームが終了した後でも、その信号状
態を保持し得るわけである０以上述べた駆動信号を時系
列的に示したのが第１０図である。第１０図では、情報
信号に重畳することによって付与された高周波の交流成
分は簡単のために省略しである。

５１〜Ｓ５は走査電極に印加される電気信号、１１と１
３は、信号電極に印加される電気信号で、ＡとＣはそれ
ぞれ第９図（Ａ）に示した画素ＡとＣに印加される電圧
波形である。

又、本実施例では第１の位相ｔ１で「黒」に書き込むた
めの電圧は３ＶＱであり；印加時間はΔｔである。又、
走査時以外に於て各画素に加わる電圧は最大１±Ｖｏｌ
であり、これが連続して印加される最も長い時間は、第
１θ図で示す１００の個所で２Δｔであり、又、情報信
号が、白→白→黒と続く場合で、２番目の「白」が、走
査時に相当するときが最も厳しい条件であるが、これで
も４Δｔ（１０１）であって、印加時間としては短く、
クロストークは全く起こらず、全画面の走査が一度終了
すると、表示された情報は、半永久的に保持されるため
の双安定性を有さない通常のＴＮ液晶を用いた表示素子
における如き、リフレッシユニ程は全く必要ない。

さて、第２の位相ｔ２の最適時間間隔としては、この位
相に於て、信号電極に印加される電圧の大きさにも依存
し、第１の位相Ｔ１に於て情報信号として付加される電
圧と逆極性の電圧を印加する場合、一般的には電圧が大
きい場合には、時間間隔は短く、電圧が小さい場合には
時間間隔は長くするのが好ましいが、時間間隔が長いと
、一画面全体を走査するに長い時間を要することになる
。このため、好ましくはｔ２≦ｔ１と設定するのがよい
。

又、別の実施形態例として、高周波交流成分を走査電極
側に与えることも可能である。

さらに、位相を合わせて走査電極側と、信号電極側共に
与えることによって、走査電極側と信号電極側の末端ド
ラバ−ＩＣの必要耐圧を低減させることも可能である。

＄１１図にはさらに別の実施例を示す。

本実施例に於ては、交流信号は走査非選択信号として与
える。走査選択信号は、第９図（Ｂ）（ａ）の波形と同
じ波形を与える０選択時に高周波をＯＦＦすることによ
り、液晶分子は動き易くなり、スイッチングが容易にな
ること、又、選択信号（ａ：低周波成分）と非選択信号
（ｂ＝高周波成分）の重畳を避けることによって走査側
ドライバＩＣの必要耐圧低減のメリットがある。

さて１本実施例に於て述べた液晶材料は、液晶セルの厚
さ約６１Ｌ以下で、電界が印加されていない時に第１と
第２の双安定状態を有する。

このようなセルを高周波電界により第３と第４の双安定
状態に転換させた場合とさらにセル厚が厚く、明確な双
安定状態を示さない（セル厚ｔＳ＝の液晶セル）ような
セルを高周波電界によって、第３と第４の双安定状態に
転換させた場合との、スイッチング特性の比較を次に示
す（第１２図）。

第１２図の１２２は、電界が印加されていない時、らせ
ん構造の強誘電性液晶を生じ、実質的に第５図に示す第
１と第２の安定配向状態を生じないセル厚１５ＩＬの液
晶セルを用い、この時高周波交流電圧としては１０ＫＨ
ｚで±４０ＶＰＰの矩形波を重畳した第９図（Ｂ）に示
す電気信号を印加し、それぞれ第３と第４の安定配向状
態を形成し、第３の安定配向状態が第４の安定配向状態
に、又第４の安定配向状態が第３の安定配向状態に反転
するまでの電圧値（Ｖ）と印加パルス幅（τ）をプロッ
トした時の結果を表わしている。又、第１２図の１２１
は電界が印加されていない時、第５図に示す第１と第２
の安定配向状態の非らせん構造の強誘電性液晶を生じる
セル厚４終の液晶セル、高周波交流電圧として１０ＫＨ
ｚで±２０ＶＰＰの矩形波を用いたほかは前述と同様の
方法によって得た結果を表わしている。従って、第１２
図中横軸はスイッチングに要する駆動パルスの電圧値Ｖ
（閾値）を、縦軸は印加パルス幅（τ）を示している。

尚、第１２図中の０はセル厚４ｐの液晶セルを用いた時
の実測値を、拳はセル厚１５７ｚの液晶セルを用いた時
の実測値を示している。

この第１２図より明らかな様に、 ■　４川のセルの方が、傾むきが急である。

このことは、４ＩＬセルの方が、時分割駆動を行なう上
で、クロストーク防止上、有利であることを意味してい
る。

■　４μセルの方が、駆動電圧が低い。

このことは、４ＩＬセルの方が、低耐圧ＩＣドライバー
の使用が許されることを示している。

第１３図は情報信号電極側に変調波交流成分Ｖａｃを重
畳した場合の駆動回路のブロック図で、１３１はｎＸｍ
（ｎ＊−は整数）の表示マトリクスで、　　３’　ｌ　
、　Ｙ　２−−−−−−Ｙ　ｎが各情報（信号）線、ｑ
ｌ　＋　（１２＋−−−−−−ｑｍが各走査線、１３２
は走査線駆動回路で、そのＣがタイミング入力２　ｄが
転送りロック入力である。

１３３は情報（信号）線駆動回路で、そのａが情報（信
号）入力で、ｂが転送りロック入力、Ｖ　’　１　、　
”ｌ　’　２−−一−−−Ｙ　’　ｎが各出力線である
。１３４は変調波交流成分重畳回路で、Ｘが変調波交流
入力で、７１　、３’　２−−−−−−Ｙ　ＩＩがその
出力線で、入力Ｘと入力ｙ′の加算出力をｙとする。す
なわち、 ＸΦｙ　’　ｔ＝ｙｉ ＸΦ３”　２＝７２ ＸΦＶ　’　ｎ＝Ｙｎ である。

第１４図は、走査電極側に変調波交流成分Ｖａｃを重畳
した場合の駆動回路のブロック図で、図中の信号は第１
３図と同一の部材である。１３２の走査線駆動回路の出
力線ｑ′１゜ｑ’　２　＊−−−−−−ｑ’　ｆｆｌに
それぞれ変調波交流成分Ｖａｃを加算する。すなわち、 ｘｅｑ’１＝ｑｔ Ｘ■ｑ’　２＝ｑ２ ＸΦｑ’ｍ＝ｑｍ である。

第１５図は情報（信号）電極と走査電極の両方に変調波
交流成分Ｖ　ａ　ｃ　／　２を重畳し、各表示画素にＶ
ａｃの変調波交流成分を与える場合の駆動回路のブロッ
ク図で１反転回路１５１により重畳波の位相を１８０°
ずらし、１３４の重畳回路に入力する。

第１６図は選択時に変調波をオフする場合の駆動回路の
ブロック図で、１６１はシフトレジスタで、Ｃ′はその
タイミング入力、ｄ′は転送りロック入力である。１６
２はアンドゲートであり、その入力線ｑ″が負論理のと
きのみ、入力線Ｘ″は通過できず基準レベルとなる。

すなわち、 ｘ”ＡＮＤ　　ｑ“１＝ｑ１ ｘ”ＡＮＤ　　ｑ”２＝ｑ２ ｘ”ＡＮＤ　　ｑ”ｍ＝ｑｍ である。

〔効　果〕

本発明によれば、セル厚が大きい領域でも高いコントラ
ストの表示特性を得ることができ、又、セル厚が薄い場
合では交流電界を印加しない場合と比較して光透過率を
約３倍以上も高めることができ、この結果表示特性を向
上させることができ葛。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電界無印加時にらせん構造を形成している強
誘電性スメクチック液晶を用いた素性スメクチック液晶
を用いた素子の斜視図である。第３図（Ａ）は本発明の
液晶光学素子の平面図で、第３図（Ｂ）はそのＡ−Ａ’
断面図である。第４図は、本発明の別の液晶光学素子の
断面図である。第５図は、液晶分子の安定配向方向と一
軸性配向処理方向を模式的に表わした平面図である。第
６図は、第１図の液晶素子を用いた時の液晶層の厚さ、
θ及びコントラストの関係を表わす説明図である。第７
図は１本発明に係る第２図の液晶素子を用いた時の液晶
層の厚さ、■及びコントラストの関係を表わす説明図で
ある。第８図は、本発明で用いる斜め蒸着層を形成する
ための装置を模式的に表わした断面図である。第９図（
Ａ）は、本発明で用いるマトリクス電極構造の平面図で
ある。第９図（Ｂ）は、本発明で用いる走査信号及び情
報信号の波形を表わす説明図である。第９図（Ｃ）は、
第９図ＣＢ）の信号波形を用いた時の画素に印加される
電圧波形を表わす説明図である。 第１０ＵｇＪ−１→は、第９図（Ｂ）の信号波形を用い
た時の時系列波形を表わす説明図である。 第１１図は、本発明で用いる別の走査信号及び情報信号
の波形を表わす説明図である。第１２図は１強誘電性ス
メクチック液晶素子を用いた時の印加電圧とパルス幅の
関係を表わす説明図である。第１３図、第１４図、第１
５図及び第１６図は、本発明で用いる駆動回路を表わす
回路図である。 第３図ω 第１！回 第５図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶光学素子において、 ａ、電界が印加されていない時、第１の安定配向と第２
   の安定配向を有する双安定配向状態のうち何れか１つの
   安定配向に配向する強誘電性スメクチツク液晶を１対の
   基板間に配置した液晶セルと、 ｂ、第１の安定配向に配向した時の強誘電性スメクチツ
   ク液晶を第３の安定配向に配向さ せ、第２の安定配向に配向した時の強誘電性スメクチツ
   ク液晶を第４の安定配向に配向させる交流電界を印加す
   る手段と、 ｃ、マトリクス電極手段と、 ｄ、前記マトリクス電極手段に走査選択信号を印加する
   手段と走査選択信号に同期して情報信号を印加する手段
   を有しており、全部又は所定の画面に対応する強誘電性
   スメクチツク液晶を前記交流電界が印加されていない時
   の第１の安定配向に配向させる第１のステップと、走査
   選択信号に同期して第１のステップで配向した強誘電ス
   メクチツク液晶を前記交流電界が印加されていない時の
   第２の安定配向に選択的に配向させる情報信号を印加す
   る第２のステップとを有する電界印加手段と、ｅ、第３
   の安定配向に配向した強誘電性スメクチツク液晶を通過
   した光線と第４の安定配向に配向した強誘電性スメクチ
   ツク液晶を通過した光線との光学的相違を検知する手段
   、 とを有することを特徴とする液晶光学素子。
2. （２）前記第３と第４の安定配向とのなす角度が、前記
   第１と第２の安定配向とのなす角度より大きい角度であ
   る特許請求の範囲第１項記載の液晶光学素子。
3. （３）前記光学的相違を検知する手段が偏光子であって
   、該偏光子の偏光軸が前記第３の安定配向又は第４の安
   定配向の方向と平行又は略平行となっている特許請求の
   範囲第１項の記載の液晶光学素子。
4. （４）前記光学的相違を検知する手段が１対のクロスニ
   コルの偏光子であって、該１対の偏光子のうち１つの偏
   光子の偏光軸が前記第３の安定配向又は第４の安定配向
   の方向と平行又は略平行となっている特許請求の範囲第
   １項記載の液晶光学素子。
5. （５）前記強誘電性スメクチツク液晶がカイラルスメク
   チツクＣ相、Ｈ相、Ｉ相、Ｇ相又はＦ相である特許請求
   の範囲第１項記載の液晶光学素子。