JPS6222153B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液晶に関するものであり、さらに詳し
くは、多色性ゲスト（guest）物質を溶解してい
るホスト（host）液晶質の薄膜を含む電気−光学
装置に関するものであり、また各セルがこのよう
な結晶を含むマルチ・セルのマトリクス・アドレ
ス指定表示器に関するものである。

ネマチツク液晶のようなあるホスト化合物に電
界を加えることによつて、ホスト物質中に溶解し
たゲスト分子を整列させることができることは知
られている。この電界に依存する整列効果によつ
てゲスト物質の吸収スペクトルの変化を制御する
ことができる。このようにして例えば表示目的に
適した電気的制御による装置を構成することがで
きる。（典型的なこのような装置の論文として
は、“Guest‐Host Interactions in Nematic
Liquid Crystals：Ａ New Electro‐Optic
Effect”G.H.Heilmeier，アプライド・フイジク
ス・レターズ，1968年８月１日発行第91〜92頁参
照。） 従来開発されたゲスト・ホスト型の表示装置は
補助偏光子を含む。このような従来技術の装置の
いわゆる暗状態において、補助偏光子は入射光の
１つの偏光を吸収し、液晶質に溶解したホスト物
質は他の偏光を吸収する。このような装置を明状
態にするためには、ホスト分子とこの近傍のゲス
ト分子も電界によつて整列させてそれを非吸収状
態にする。しかしこの後者の場合でも補助偏光子
は入射光の半分以上を吸収する。その結果、この
ような従来のゲスト・ホスト装置の輝度特性は要
求よりはるかに低い。液晶表示装置の多分に興味
ある特徴のうちに、単純性、低価格および低電力
駆動がある。さらに、このような装置は、外部光
の条件下では比較的高い輝度と良好な明暗比を呈
することが可能である。

例えば４または５文字以上の表示を要する応用
については、液晶表示器のマトリクス・アドレス
指定によつて表示器への個々の入力リード数を制
御可能な範囲を保つことが要求されることが知ら
れている。例えば、50×100スポツトの配列から
なる表示器は5000個の個別のアドレス指定可能な
点を有する。入力リード数が150本となるマトリ
クス・アドレス指定方式は、一般に5000本の別々
の外部布線接続を必要とするスポツト対応の個別
アドレス指定方式よりはるかに好ましいことは明
らかである。

マトリクス・アドレス指定液晶装置は種々型が
表示技術の分野において公知である。例えば、J.
J.Wysocki他、プロシーデイングス・オブ・ザ・
ソサイテイ・インフオーメーシヨン・デイスプレ
イ、第13巻第114頁（1972年発行）およびエレク
トロニクス、第45巻第22号第53頁（1972年発行）
を参照されたい。しかし、これらのおよび他の既
知の表示装置は１またはそれ以上の欠点を有す
る。すなわちこれらは、比較的暗く見え、いわゆ
る投影モードで動作しなければならず、比較的高
い動作電圧を要し、または蓄積時間が非常に短い
のでマトリクス配列の寸法、したがつて文字表示
能力が制限される。

端的に言つて、本発明のこれらの目的および他
の目的は詳説するこれらの実施例において実現さ
れ、これは光活性物質をネマチツク液晶質に加
え、その混合物に螺旋分子構造を与える。ホスト
混合物中に溶解した多色性物質の分子もこの螺旋
分子構造によつて配列され、共同して配列された
ゲスト・ホスト構成を形成する。光が螺旋軸と平
行に伝播するにつれて、螺旋分子配列はゲスト・
ホスト物質中に順次、楕円二色性を誘起する。

電界を加えない場合、ゲスト・ホスト物質は本
来偏光していない入射光を２つの正規モードで伝
播され、これは右まわりおよび左まわりの楕円偏
光を受ける。これらのモードを表示する電気ベク
トルの向きはゲスト分子の縦軸と非常に関係して
おり、入射光の約95パーセントは補助偏光子を用
いなくともゲスト物質によつて吸収される。結果
として、ゲスト・ホスト物質は相対的に暗状態を
とる。

図示した装置に電界を加えるのに応じて、ゲス
ト・ホスト物質の螺旋配列は巻き戻され同一方向
の分子整列を生じる。この第二に述べた配列で
は、入射光はゲスト分子によつて相対的にほとん
ど吸収されず、したがつてゲスト・ホスト物質は
相対的に明るく見える。

したがつて、本発明の一実施例は、電界が加え
られていない場合は、ゲスト・ホスト物質の薄膜
が螺旋分子配列を呈するよう組成され、これは補
助偏光子を用いなくとも偏光していない入射光を
吸収し、相対的に暗表示を生ずるものである。さ
らに本発明の特徴は、電界はゲスト・ホスト薄膜
の分子配列を同一方向モードに効果的に変換し、
この場合入射光は相対的にほとんど吸収されず、
これによつて相対的に明るく見える。

本発明は詳説する他の実施例において実現さ
れ、これは行と列のマトリクス配列に配置した多
数の液晶セルを含む。各セルには、正の誘電異方
性を特徴とするコレステリツク型液晶質とその液
晶質中に溶解した多色性染料が含まれる。印加電
圧のない遊休状態では、本願のセルは相対的に暗
状態にある。セルに明確に規定した遷移電圧以上
の駆動電圧を加えると、セルは透明になる。透明
セルに加えた電圧が遷移電圧のすぐ下の点（いわ
ゆる保持電圧）に減少すると、セルの透明状態は
かなりの時間、準安定状態に保持する。最後に
は、準安定状態は暗状態に衰退する。

本願の液晶セルからなり、各セルは駆動電圧か
または保持電圧で動作する列毎のマトリクス・ア
ドレス指定表示器は、効果的な輝度と明暗比特性
を呈し、比較的大きな装置を構成することができ
る。さらに、他セルの遷移電圧は、相補型MOS
集積回路と両立する値に設定することができる。
このような回路を有する表示方式は、わずか数マ
イクロワツトの電力しか必要としない。

第１図に詳しく図解した液晶装置には、２枚の
平行ガラス板（１２および１４）が含まれ、その
間には着色液晶薄膜１６を挿入させている。平板
（１２および１４）の各対向面上の、例えばIn₂O₃
−SnO₂の、薄い導体被覆（１３および１５）は
透明電極をなし、それによつて均一電界を図示の
薄膜１６中に設定することができる。スペーサ
（１８および２０）は、ガラス質またはマイラ
（Mylar）やテフロン（Teflon）のような重合体
でできており、ｚ方向に測つて約５自至30ミクロ
ンの範囲の所望の値に膜厚を保持する。

第１図に示す光源２２は、例えば、装置１０に
外部から照明をおこなう従来の電球からなる。

本発明の原理によれば、第１図の装置１０にあ
る薄膜１６は、その１主成分として螺旋分子配列
を示す液晶質からなる。この成分は、例えば、
F.J.Kahn“Cholesteric Liquid Crystals for
Optical Applications”アプライド・フイジク
ス・レターズ、1971年３月発行、第231〜233頁に
掲載された型のコレステリツク液晶質であつてよ
い。

しかし下記に述べる理由から、薄膜１６中の液
晶質を、ネマチツク液晶と例えば前記Kahnの文
献に記載された型のコレステリツク質のような光
活性物質との混合物として構成することが、一般
的には有利である。（用語「光活性」は、ここで
は直線偏光の偏光面を光が物質中を進行するに従
つて回転させる物質を特徴づけるために使用す
る。）この混合物に含有させるのに適した光活性
物質の他の例として、Ｎ−（ｐ−シアノベンジリ
デン−ｐ−アミノケイ皮酸）（以後CBACAAと称
す）の活性アミル・エステル、Ｎ−（ｐ−カルボ
キシベンジリデン）−ｐ−アミノベンゾニトリル
の活性アミル・エステルおよびｌ−メントールが
ある。好都合なことに、光活性物質の分子は、
CBACAAの場合のようにホスト液晶（すなわち
長く桿状の）と似ている。

このような混合物は、螺旋分子構造を示し、そ
のピツチはネマチツク液晶質と光活性物質の相対
濃度の函数である。さらに明確にいえば、混合さ
れた物質の密度がごくわずかに異なつていると、
純粋な光活性物質のピツチと混合物のそれとの比
は、液晶混合物の光活性成分の濃度に等しい。

したがつて、このような混合物を用いると、実
際にその螺旋ピツチを所望の値にとるよう物質を
組成することが可能である。これによつて重要な
設計上の融通性が生じ、装置１０のスイツチング
電圧と明暗比特性を設定して種々の特殊な応用の
要求を満足させることが可能となる。

このような混合物の特徴は、コレステリツクま
たはコレステリツクのみの混合物の場合とは異な
つた構造上の規則性が現われることである。言い
かえれば、この特性は薄膜１６の異方性および吸
収特性を最大にすることに基づいている。

本発明の原理に従つてなされ第１図の装置１０
に含まれる１つの有効な液晶混合物は、正の誘電
異方性を有し上述のCBACAAのような光活性物
質と混合されたネマチツク液晶混合物からなる。
ネマチツク液晶混合物は、例えば、A.Boller，H.
Scherrer，M.SchodtおよびP.Wild，プロシーデ
イング・オブ・ジI.E.E.E.，第60巻第1002頁
（1972年発行）に報告されているように、等重量
からなるＮ−（ｐ−ブトキシ）、Ｎ−（ｐ−ヘキシ
ロキシ）およびＮ−（ｐ−オクタノイロキシ）−ベ
ンジリデン−ｐ−マミノベンゾニトリル、また
は、４−Ｎ−（4′−ｎ−ヘキシルベンジリデン）−
アミノベンゾニトリルと４−Ｎ−（4′−ｎ−プロ
ピルベンジリデン）−アミノベンゾニトリルとの
混合物、または、4′−シアノフエニル−４−ｎ−
ブチルベンゾエートと4′−シアノフエニル−４−
ｎ−ヘプチルベンゾエートとの混合物からなる。
ネマチツク液晶と光活性物質を光活性物質の重量
で約５自至10パーセントの範囲に混合することに
よつて、ピツチ値が約1.0自至３ミクロンの螺旋
分子配列をその混合物に与えた。

液晶混合物に含有される上記両物質は、桿状分
子を含み、正の誘電異方性を呈する。このような
物質では、その分子の縦軸に平行な電気感受率
は、分子の縦軸に垂直な電気感受率より大きい。

混合物の螺旋ピツチが薄膜１６に入射する可視
光の波長に近づくと、光は右まわりおよび左まわ
り楕円偏光モードで薄膜中を伝播する。ピツチが
約５自至10波長を超えると、混合物は入射光に対
して非楕円のネマチツク型構造に非常によく類似
し、直線偏光モードで伝播するようになる。本発
明の原理によれば、この第二に述べた伝播モード
は、薄膜１６に電界がない場合には避けるべきで
ある。ゆえに、実際問題として、混合物のピツチ
は通常、入射可視光の約10波長より短く設計す
る。

上記混合物の螺旋配列のピツチは、入射可視光
の波長とくらべて非常に短かくすべきではない。
非常に短くすると、薄膜１６と交叉してその中に
電界を設定し螺旋を巻き戻すのに足りる所要電圧
が、実用上重要ないくつかの応用例では大きくな
りすぎることがある。したがつて、ピツチは通常
約１波長を下らないように設計する。

正の誘電異方性に特徴があるコレステリツク液
晶質に電界をかけると、その物質のピツチは増加
し、電界がある臨界すなわち遷移電界Ｅ_Cに達す
ると、ついにピツチは実質的に無限となる。すな
わちこの物質はネマチツクとなる。このような物
質の臨界電界は次式で与えられる。

ただし ｑ：ピツチ（センチメートル） Ｋ：弾性係数 Δε：誘電異方性 ピツチが相対的に長くなり、例えばわずか数ピ
ツチで薄膜厚に等しくなり、かつ誘電異方性がこ
こで詳述した液晶質の場合のように大きくなる
と、相当する臨界電圧をごく小さく制御すること
ができる。

本発明の原理によれば、薄膜１６に含まれる第
２主成分は、例えば可溶性の非イオン性染料のよ
うな多色性物質である。このような適当な染料の
１つは、液晶混合物中に染料の重量で約1/4自至
１パーセントの濃度に混合した、２−（４−Ｎ，
Ｎ−ジエチルアミノアゾフエニル）−５−ニトロ
ジアゾールである。

このような染料の特徴は、光を選択的に吸収す
ることである。すなわち、その光学吸収スペクト
ルは、染料分子の向きに関連した入射光の偏りに
大きく依存する函数である。とくに、偏光を表わ
す電気ベクトルがこのような染料分子の縦軸と平
行であるとき、その分子は、入射光のうち波長が
前述の範囲に該当する部分を比較的吸収し易い。
この吸収の結果として、薄膜１６内に分散した染
料分子は特有の色を呈する。そこでこの装置は暗
状態にあると称する。一方、入射光の電気ベクト
ルがこのような染料分子の縦軸に垂直であると、
分子は相対的に透明になる。したがつて、このよ
うな条件を設定すると、薄膜１６またはそのあら
かじめ選択した一部分は相対的に明るいすなわち
明状態をとる。

本発明の特徴である吸収現象は、第２図および
第３図を考察するとより良く理解することがで
き、これは、導体被覆（１３および１５）が上記
染料液晶混合物からなる薄膜１６を境界づけてい
ることを図式的に表わしている。第２図および第
３図のそれぞれでは、入力光（外部の偏光されて
ない）は被覆１３に入射する１点鎖線ベクトル２
５で表わされている。

第２図では被覆すなわち電極（１３および１
５）間に電圧がかかつていないとする。したがつ
て薄膜１６中に電界は加えられていない。この状
態では、液晶混合物の分子すなわち溶解染料の分
子は螺旋配列をとつている。それは主に上述の選
択的吸収特性を示す染料分子であるので、螺旋軸
３５を有する桿状染料分子（３０ａ自至３０ｌ）
の代表的な螺旋を第２図に示して説明する。

第２図の螺旋軸３５が初期は平面被覆（１３お
よび１５）に垂直に整列していることを確認する
ためには、種々の手法が有効である。例えば、被
覆（１３および１５）の対向面に適当な表面活性
剤を塗布および（または）貼付することによつ
て、螺旋配列の最上部および最下部の分子をその
縦軸がxy平面に平行になるように整列させる。
言い換えれば、これによつて軸３５がｚ軸に平行
に、すなわち平面被覆（１３および１５）に垂直
に配置されることを確認する。

上述の螺旋構造膜１６の初期整列をおこなう適
当な表面活性剤は、３−Ｎ−メチルアミノプロピ
ルトリメトキシシランである。表面活性剤の均一
層は、指定の表面活性剤を専用水性有機溶剤に溶
解して被覆電極板（１２および１４）をその溶剤
に浸し、余分な溶剤を脱イオン水によつて洗浄
し、その層を乾燥（硬化）させることによつて得
ることができる。この製法によつて安定した交叉
結合２次元重合体網状組織が形成される。

例えば既述の塗布階段には被覆（１３および１
５）の精選処理が含まれる。詳述すると、この処
理は、活面活性剤の被覆面（１３および１５）を
硬化させる前にレンズ・ペーパーで被覆を摩擦す
ることからなる。例えば各被覆をｙ方向に約６回
適度の圧力で摩擦すると、薄膜１６に所望の整列
を施すことになる。本処理を実行する場合、摩擦
材、ストローク回数および圧力値は重量ではない
らしい。表面活性剤の塗布に続いて研磨または写
真製版技術による表面の彫刻も、上記の初期分子
配列を定着させる補助として用いることができ
る。

上記の型の螺旋配列の染料液晶薄膜１６の特徴
は、電界がかかつていない場合に非偏光は２つの
楕円モードでその中を伝播することである。これ
らのモードは右まわりと左まわりの楕円偏光モー
ドとを示し、第２図のベクトル形で表わされる。
かくして、透明被覆１３を通して送られた入力光
は、２つのモードで薄膜１６中を伝播し、それは
２組の十字ベクトル（４０ａ自至４０ｌおよび４
２ａ自至４２ｌ）でそれぞれ表わされている。

ベクトルの各組（４０ａ自至４０ｌ）のうちの
長い方のベクトルは、光が薄膜１６中をｚ方向に
伝播するにつれて追従する染料分子（３０ａ自至
３０ｌ）との平行関係をそれぞれ維持すること
は、第２図より明らかである。結果として、この
モードに含まれるエネルギーのほとんど全部は染
料分子によつて吸収される。

同じように、ベクトルの各組（４２ａ自至４２
ｌ）のうちの短い方のベクトルは、別の楕円モー
ドによつて表わされる光のその部分が薄膜１６中
を伝播するにつれて、染料分子（３０ａ自至３０
ｌ）と平行関係を維持することが、第２図より理
解される。この相互作用の結果として、この別の
モードに蓄えられたエネルギーの多くは薄膜１６
を進行する間に消費される。

実際には、第２図に示す無電界の場合は、透明
被覆１３を通して入射する入力光のうちわずか約
５自至10パーセントが透明被膜１５を通して伝わ
り、出力光（ベクトル４５）として現れることが
観測された。

第３図の記載では、被覆（１３および１５）間
に電圧がかかつているとしている。電源２３は第
１図に示され、被覆間に可変電圧を加えるもので
ある。この電圧は勿論直流でも交流でもよい。交
流動作では、周波数約50キロヘルツまで使用可能
で、30自至1000ヘルツの周波数が好ましい。印加
電圧が薄膜１６中の相当する電界がいわゆる遷移
値に達する点に到達すると、上述の螺旋分子配列
は第３図に示すように結果的には巻き戻され、同
一方向の分子配列を生ずる。上述の範囲内の値を
有する膜厚と螺旋ピツチに対しては、約10自至30
ボルトRMSの交流電圧がこのような分子の再配
列を効果的におこなう。

分子配列が第３図に示すようなとき、素子１０
内にある薄膜１６の特徴は、薄膜が光を直線偏光
モードで伝播することにある。薄膜１６の厚さ方
向のほとんどにわたつて、このモードを表わす電
気ベクトル（５０および５２）は染料分子（５４
ａ自至５４ｌ）の縦軸に垂直である。ゆえに、相
対的にほとんどの伝播光は伝播中に薄膜１６で吸
収されない。実際に、薄膜１６の染料分子が第３
図に示すように配列されている場合は、入射光の
約55自至60パーセントが装置１０内に通過するこ
とが観測されている。

第１図に示す素子１０はいわゆる伝達モードで
動作でき、これはこれまでの論述で議論してき
た。この動作モードでは、光源２２は素子の片側
に設置され、観測者すなわち人間は装置の反対側
に位置を占めて、透明板１４の通過光を観察す
る。一方、層１５の上面は高反射材、例えば銀で
被覆してもよい。その場合観測者は、この被覆か
ら反射したのち第１図の上部平板１２を通過して
戻つてきた光を観察する位置に置く。いいかえる
とこの動作モードすなわち反射モードでは、光源
２２および観測者の双方とも素子１０の同一側に
位置する。

従来技術によれば、装置１０はそれによつて１
対の７セグメント電極に組み込まれ、０から９ま
での各１数字を表示する。（例えば、サイエンテ
イフイツク・アメリカン、1970年４月発行第100
頁のこの型の数字表示器についての記事を参照の
こと。）このような電極によつて、選択した対応
セグメント間に電圧を印加する従来の方法と組み
合わせて、薄膜１６の指定部分を相対的に明状態
へ効果的に切り換える。

加えて、各電極（１３および１５）を一群の空
間分割行列導体で構成すると、薄膜１６中にスイ
ツチング可能領域のマトリクスを設けることがで
きる。そこで従来技術の選択回路を用いて選択し
た行列導体を駆動すると、所望のどんなパターン
の構成素子でも選択して表示することができる。

さらに、当業者に既知の他の方法で装置１０の
薄膜１６に空間的に変化する電界を選択的に加え
ることも可能である。例えば、光伝導層を薄膜１
６に直列に配置しその光伝導体にいわゆる信号光
線像を投影することによつて、別な型の表示装置
をつくることができる。この型の装置は、例え
ば、D.L.WhiteおよびM.Feldman，“Liquid
Crystal Light Valves”エレクトロニクス・レタ
ーズ、1970年12月31日発行、第837〜839頁に述べ
られている。

第３図に示すように、薄膜１６の螺旋軸が同一
方向であり、薄膜の選択された部分が電圧を印加
したために明るいときは、短時間蓄積効果（20秒
のオーダの）が電界の消滅によつて生じる。この
「蓄積」状態は不透明で光を散乱する。いいかえ
ると、薄膜１６の選択された部分は、スイツチン
グ電圧が電極（１３および１５）から消滅した後
でさえも、混濁し他の薄膜とは異つて見える。

いくつかの応用例では上記の蓄積効果が有用な
特性とすることができる。しかし別の応用例で
は、このような効果を示さない方が装置１０にと
つて都合が良いこともある。後者の場合、装置１
０の組立て手順をわずかに変更することによつ
て、蓄積効果を最少にする所期の結果が得られ
る。

この変更は、電極（１３および１５）の直近の
螺旋軸がｘ，ｙ平面に平行な面内にある螺旋配列
を、薄膜１６中に初期からおこなうことである。
この特殊な装置は、被覆（１３および１５）に表
面活性剤、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−オク
タデシル−３−アミノプロピルトリメトキシシリ
ル塩化物を塗布することによつて得られ、これ
は、薄膜１６の表面分子をして被覆に垂直にその
縦軸を整列せしめる。しかし、このような表面の
強制整列でさえも、薄膜１６のほとんど大部分
は、軸が被覆に対して平均的にある角度にある螺
旋配列の特徴を有している。ゆえに、上記の吸収
現象は、電界を加えない場合でも相当の範囲で薄
膜中になお生起する。このような素子に電界を加
えると、大部分の螺旋配列は巻き戻され、結果と
して薄膜１６は相対的に伝播性をおびる。しかし
印加電界がこのような特殊な装置から消滅する
と、薄膜１６にはほとんど直ちに入射光の吸収と
散乱の両方が現れる。これは安定した無電界（ま
たは低電界）効果であり、数週間継続し薄膜の外
観に乳白または曇りをおびさせる。改良した装置
は明状態と白濁状態との間で比較的高速に切り換
えることができる。既述のようにこれらの状態
は、薄膜１６内にそれぞれ上記遷移状態と無（ま
たは低）電界を発生することに相当する。

説明すると、第１図および上記の液晶セル装置
は、可変電圧源２３の性質以外は、以下にさらに
詳しく述べるようにマトリクス・アドレス指定装
置と同一である。

セル内にある液晶質の特徴はいわゆる遷移電界
にある。上に示した型の動作は、この物質中の電
界を遷移値に到達または超過させるのに足りる電
圧をこれに印加することによつておこなわれる。
これが起ると、セルは入射光に対して透明とな
り、これによつて相対的に明るく表示される。他
の動作モードでは、液晶質の印加電圧を０に減ず
る。この場合、セルに入射光のほとんどを吸収
し、これによつて相対的に暗く表示される。

しかし、別な動作モードでは駆動電圧および０
をわずかに超える保持電圧を印加して、いわゆる
準安定状態をつくる。以下に述べるように、この
ようなセルにおける準安定状態を発見したことに
よつて、マトリクス・アドレス指定液晶表示器の
改良型の基礎を形成することができた。

本発明は準安定状態を利用しており、第１図の
薄膜１６と交叉して印加された電圧を、まず臨界
すなわち遷移電圧Ｖ_C以下で自然電圧Ｖ_S以上の値
に下げると、セル１０の可視状態が実質上無変化
にあることを発見したことに基づいている。直線
転位によつて発生したコレステリツク領域はやが
て、液晶混合物内のある核形成位置から成長する
ことが認められる。印加電圧が臨界電圧のすぐ下
の点（例えば臨界電圧の約95パーセントの値）に
減少すると、このような領域の数は相対的に少な
くなり、その成長率は相対的に低下する。この場
合、液晶混合物は相当時間長、例えば数分の間、
明るい準安定状態を維持する。印加電圧が臨界電
圧よりかなり低い点（例えば臨界電圧の約50％だ
が自然電圧以上である値）に減少すると、この領
域の数および成長率は増加する。後者の場合、混
合物は短時間、例えば数秒または１秒以下の間、
準安定の明状態を保持する。

かくして出願者の発見にしたがえば、第１図に
示した型のセルを制御して複数の異なつた状態を
呈することができる。Ｖ_C以上では唯一つの状態
すなわち明るいネマチツク状態がある。Ｖ_S以下
では唯一つの状態すなわち混濁したコレステリツ
ク状態がある。Ｖ_CとＶ_Sの間では２つの状態、す
なわち安定した着色状態と、上述の領域成長現象
の結果として次第に着色または混濁状態に切り換
わる準安定の明状態とがある。したがつて、セル
にＶ_CとＶ_S間の値を有するいわゆる保持電圧を印
加すると、液晶混合物は着色混濁状態（以前の印
加電圧がＶ_C以下であつた場合）を維持するか、
または一時的にその明状態（以前の印加電圧がＶ
_C以上であつた場合）を維持する。着色状態から
明状態へ切換えは印加電圧をＶ_C以上に一時増加
させることによつておこなわれる。明状態から着
色状態へほとんど直接移行させることは印加電圧
をＶ_S以下に下げることによつて達成する。

上記の現象が偏光とは独立であることは重要で
ある。ゆえに、Ｖ_CおよびＶ_Sに直近の値を有する
正または負の電圧は、以前に駆動されたまたは明
るいセルをその準安定の明状態に保持する効果が
ある。同じく、正または負の保持電圧は以前の着
色状態をその混濁状態に保持する効果がある。

本発明の原理のうちのある面に従えば、第１図
および上述の各型の複数セルを組み合わせて、マ
トリクス・アドレス指定液晶表示器を構成する。
このような表示器を第４図に示して説明する。

第４図に示す装置の表示部には２枚の空間的に
分離した透明板（３０および３２）がある。直交
配置した細片電極の組を、平板（３０および３
２）の内部対向面上に従来の方法で付着する。説
明のために、１組の電極は４本の水平すなわちｘ
方向の素子（３４自至３７）からなることを示
し、一方他の組は４本の垂直すなわちｙ方向の素
子（３８自至４１）からなることを図示してい
る。

第４図に示す２組のｘ−ｙ電極によつてその間
に16個の領域が電極の各重複部分でつくられる。
例えば、この領域の１つは電極（３４および４
１）が直接対向する部分によつて区切られる。あ
る種の実施例を説明するとこの領域の断面部は約
0.75ミリメートル対0.75ミリメートルである。

第４図の平板（３０および３２）は矩形の絶縁
枠４４によつて規定の距離に分離して保持され
る。この距離は、上記領域１６の厚さすなわち２
組の対向電極の分離間隔が上述の範囲内で第１図
に示す液晶混合物１６の厚さになることを保障す
るように選ばれる。

第４図に示す表示器構造に、第１図の記載に関
連して上述した型の液晶混合物を入れる。この混
合物を平板（３０および３２）の対向面間に加
え、枠４４によつてその中に保持する。結果とし
て、平板間の全空間は液晶混合物で満たされる。
したがつて、２組の直交配置電極によつて形成さ
れる上記領域１６も液晶混合物で満たされる。そ
の結果の構造として個々の液晶セル１６すなわち
第１図に示す一般型のそれぞれを効果的に構成す
る。第４図に示すように、各セルは他の複数セル
と共通な電極を有する。

第４図に示す液晶セルの各状態の電気的制御
は、ｘ−ｙ電極を選択して駆動することによつて
おこなわれる。従来のｘおよびｙの選択回路（そ
れぞれ４６および４８）ならびに標準的な主制御
回路５０は、この目的のために第２図の装置に設
けられている。これらの回路によつて既述の表示
器の個々の液晶セルをアドレス指定し、個々のセ
ルのうち特定のものを駆動（透明表示）すること
ができる。この方法で個々の駆動されたセルで構
成される文字を選択し表示することができる。第
１図の単一セルの場合のように第４図の装置は伝
達または反射モードのいずれかで動作できる。後
者のモードの動作では適当な反射器（図示せず）
を装置に直接付加する。

本発明の原理に従えば、第４図の装置に示した
各液晶セルは、Ｖ_C以上かまたはＶ_CとＶ_Sの中間
の交流電圧をこれに印加した。上記のように、第
一に示した電圧は駆動電圧をなし、第二に示した
電圧はいわゆる保持電圧である。１セルが周期的
にＶ_C以上の電圧でアドレス指定されると、実際
問題としてこのセルはその明状態すなわち透明状
態を維持することができる。保持電圧がセルに加
えられている間に開始したどの領域の成長も、次
いで駆動電圧をこれに印加することによつて破壊
される。その結果、領域の成長は蓄積しない。印
加電圧を保持値に一時減少することは、毎回全く
再び開始しなければならない。このような周期的
再駆動によつて、表示装置の１またはそれ以上セ
ルは、相対的に透明状態を呈して保持させる。こ
のような蓄積現象を現わすセルはマトリクス・ア
ドレス指定することができ、その数は、セルの明
状態が保持電圧において実質的に明状態を保持す
る時間長とセルを混濁状態から明状態に切り換え
るのに要する時間との比に依存している。初めの
方で述べたように、保持電圧をＶ_Cよりほんのわ
ずか低く設定すると、準安定の明状態は比較的長
時間持続し、したがつてこの比は数百または数千
にもすることができる。

第４図のマルチ・セル液晶表示装置を列ごとに
アドレス指定するある方式例をこれから述べる。
装置の各セルは、値がＶまたはＶ／３である電圧をこ れに印加し、Ｖ_CはＶ／３とＶの間でかつＶ／３はＶ_Cと
Ｖ_S の間にあるとする。Ｖは駆動電圧であり、Ｖ／３は保 持電圧である。

例えば、第４図に示すセル１６のうち２個のみ
を選択して駆動したいとする。とくに、駆動すべ
き２個のセルは、電極（３４および４０）の重複
部と電極（３４および４１）の重複部によつてそ
れぞれ規定されるものであるとする。これら２個
のセルを駆動することは、選択回路（４６および
５８）と電極（３４自至４１）の間に延びている
８本のｘ−ｙリードに、制御電圧を印加すること
によつておこなわれる。これら８本のリードに印
加される各電圧を第４図に示す。垂直に延びてい
るすなわちｙリードのうち左側の２本は０ボルト
をこれに加え、一方右側の２本のｙリードはそれ
ぞれ２Ｖ／３をこれに加える。水平に延びているすな わちｘリードのうち上側の１本は−Ｖ／３ボルトをこ れに印加し、一方残りのｘリードはそれぞれＶ／３ボ ルトをこれに印加する。所定の２個のセルのそれ
ぞれに印加された電位差がＶであることは明らか
である。ゆえに、これらのセルはその明状態に切
り換えられる。しかし他のどのセルも＋Ｖ／３かまた は−Ｖ／３ボルトのどちらかが印加される。前の方で 述べたように、セルに現われたここで考察してい
る物理現象は偏光とは独立であるので、これら他
のすべてのセルは値がＶ_C以下の保持電圧がこれ
に印加されている。ゆえにこれら他のセルはその
着色状態を保持する（図示の配列のどのセルも以
前に駆動されてないとする。） 次に、第４図の表示器の第２列を電極３５に
−Ｖ／３を、他の各ｘ電極に＋Ｖ／３を印加してアドレ
ス 指定する。そして第２列のどのセルも駆動されて
なく、各ｙ電極（３８自至４１）に０ボルトが加
えられるとする。この場合セル１６のどれにも保
持電圧が加えられる。したがつて、前に駆動され
なかつたセル１６は着色したままで、一方前に駆
動された２個のセルは準安定の明状態に切り換え
られる。

同様の方法で、第４図に示す第３および第４列
を続いてアドレス指定することが、回路５０が発
生する制御信号に応じておこなわれる。このよう
なアドレス指定の間に、最初に駆動された２個の
セルの各状態はその完全な明状態から衰退してゆ
く。しかしこの衰退を十分に小さくするように制
御することができるので、観測者にはこのセルは
相対的に明状態にあるように見える。さらに、説
明するために、どんな特定のセルも明状態を呈し
てないとする。例えば第２列に指定したこの電圧
条件を第３および第４列に対して順次単に繰り返
すだけで、このようになる。

結局、第４図に示すセルの第１列を再びアドレ
ス指定することによつて上記のアドレス指定サイ
クルを繰り返えす。第４図に記入した電圧条件を
設定すると、第１列の初めに駆動された２個のセ
ルは再駆動すなわちリフレツシユされる。これに
応じて、これら２個のセルがその完全明状態から
衰退することは停止し、そのセルはその完全な透
明状態に再び切り換えられる。このようにして、
図示のマトリツクスの列ごとの周期的アドレス指
定は、液晶セルの指定のものを相対的明状態に効
果的に保持する。

実施例の装置に表示された情報を変更するに
は、駆動されたセルを急速に吸光させる。これは
既に駆動されたセルに印加された電圧を急激に減
少させることによつて達成される。印加電圧を０
または少なくともとＶ_S以下に減少すると、明状
態のセルは急速に着色状態に切り換えられる。

ここで述べた液晶セルは高度の誘電異方性に特
徴がある。例えば、このようなセルの誘電定数は
明状態で約20、また着色状態で約10自至15であ
る。また、標準的な厚さ10ミクロンのセルの容量
は平方センチメートル当り約200ピコ・フアラツ
ドである。動作周波数50ヘルツおよび保持電圧約
６自至７ボルトでは、このセルの消費電力はほぼ
平方センチメートル当り５×10^-7ワツトである。

６自至７ボルトの範囲の保持電圧（Ｖ／３）および 18自至20ボルトの範囲の駆動電圧Ｖは、相補型
MOS集積回路と両立する。したがつて、第４図
に示す液晶セルを駆動制御するのに必要な関連回
路は、この形であることが好ましい。さらに、液
晶セルの消費電力が低いために、関連回路に課す
るのに必要な電力も比較的少ない。

実際にこの消費電力は、第４図に示す型の表示
装置全体を、例えば加入者宅内装置に接続された
従来の電話回線から直接動作できるほど少ないこ
とが判明した。したがつて第４図の装置は、この
ような宅内装置と接続した表示盤を構成するのに
良好に適合する。

前述の型の装置において高い明暗比と輝度に達
するために重要な要因は、多色性のゲスト物質の
転移モーメント・ベクトルが液晶性ホスト物質の
結晶軸に対応した方位を有し、これにほとんど平
行であることである。理想的には、染料分子の転
移モーメント軸はその長い分子軸とほとんど平行
であるべきである。液晶の光学軸の配列に対する
染料の配列は、液晶のホスト分子配列と染料分子
の性質に依存する。適切な染料分子を選択すれ
ば、染料分子配列はホスト分子の配列より大きく
なる。この特徴を顕わす染料は、前述の２−（４
−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノアゾフエニル）−５−
ニトロチアゾールと、さらにネマチツク液晶性染
料のＮ−（ｐ−メトキシベンジリデン−１−アミ
ノ−４−（4′−シアノフエニルアゾ）ナフタリン
がある。この要求にも合致する伸長した染料の種
類には、アゾイツク染料、アゾ染料、キノン染
料、メロシアニン染料、分散染料および液晶性染
料がある。

上述の構成は本発明の原理を応用した実施例に
すぎないことは明らかである。これらの原理に従
えば、本発明の思想と範囲を逸脱しないかぎり当
業者によつて他の装置を数多く案出することがで
きる。例えば反射型セルでは、反射鏡は第１図の
後部電極１５であつてもよいし、または外部に設
置してもよい。この反射鏡は散乱または鏡面でよ
い。さらに、第１図の薄膜１６と電極（１３およ
び１５）との間に透明物質を付加的に被覆し、薄
膜物質による電気化学的反応から電極を保護して
もよい。

本発明を要約すれば次のとおりである。

(1) 電界の有無に応じて偏光していない入射光を
それぞれ伝達または吸収する装置において、 電界のない場合は螺旋分子配列を、また電界
のある場合は同一方向の分子配列を特徴とする
ホスト液晶質と、 上記ホスト物質において混合物を構成し、上
記ホストおよびゲスト物質は、上記ゲスト物質
が螺旋配列のときは上記光を吸収し同一方向配
列のときは上記光を吸収しない対応する分子配
列をとる多色性ゲスト物質とを含むことを特徴
とする。

(2) 上記ゲスト・ホスト物質は５自至30ミクロン
の範囲の厚さを有する薄膜からなることを特徴
とする。

(3) 上記ホスト物質が光活性物質と混合したネマ
チツク液晶質からなることを特徴とする。

(4) 上記ゲスト物質が可溶性の非イオン性染料か
らなることを特徴とする。

(5) 上記薄膜の両面にそれぞれ隣接して配置され
た２枚の伝導性電極をさらに含むことを特徴と
する。

(6) 上記電極に接続しその間に可変電圧を印加す
る電源をさらに含むことを特徴とする。

(7) 電気−光学装置において、 分子配列が、混合物に電界が加えられていな
いときは螺旋構造をとりそれに電界が加えられ
ているときは同一方向の構造をとることを特徴
となすゲスト・ホスト液晶混合物と、 上記混合物中に可変電界を加える電極手段と
を組み合せたことを特徴とする。

(8) 上記混合物が、 光活性物質とネマチツク液晶混合物からなる
ホスト物質と、 吸収性のある多色性物質からなるゲスト物質
とを含むことを特徴とする。

(9) 上記ゲスト・ホスト液晶混合物は５自至30ミ
クロンの範囲の厚さを有する薄膜を構成し、上
記の手段は、 上記薄膜の両面とそれぞれ接触する平板伝導
体電極を含み、かつ 上記電極に接続されその間に可変電圧を印加
する電源をさらに含むことを特徴とする。

(10) 電界の存在しないときまたはその値が物質の
遷移値以下である均一状態の電界が存在すると
きは螺旋構造をとることを特徴とし、その値が
上記遷移値を超えた電界が存在するときは同一
方向分子構造をとることを特徴とする。

上記ホスト物質において混合物を構成し、上
記ホストおよびゲスト物質は、上記ゲスト物質
が螺旋配列のときは光を吸収し同一方向配列の
ときは光を吸収しない対応する分子配列をとる
多色性ゲスト物質と、 その値が(i)上記物質に固有な自然値以上で上
記遷移値以下かまたは(ii)上記遷移値以上である
電界を、上記ゲスト・ホスト物質に印加する手
段とを含むことを特徴とする表示セルである。

(11) マトリクス・アドレス指定配列に組み込まれ
た液晶表示装置において、上記装置は、正の誘
電異方性を有するコレステリツク型液晶質と、
上記物質に溶解した多色性染料とを含み、上記
物質は、閾値以上の駆動電圧を印加するのに応
じて外部光線を伝達し上記閾値をわずかに下ま
わつた値を有する保持電圧を印加するのに応じ
て外部光線を吸収するが、上記印加電圧が初め
て上記駆動値から上記保持値へ減少したとき上
記物質は準安定状態に切り換わり該物質は外部
光線を所定時間の間伝達し続け、かつ上記物質
に上記駆動電圧または上記保持電圧を印加する
手段を含むことを特徴とするマトリクス・アド
レス指定に組み込まれた液晶表示装置である。

(12) 行列配置に配列された複数の液晶素子からな
るマトリクス・アドレス指定表示器において、
上記の各装置は、正の誘電異方性を有するコレ
ステリツク型液晶質と、上記物質に溶解した多
色性染料とを含み、上記物質は、閾値以上の駆
動電圧を印加するのに応じて外部光線を伝達し
上記閾値をわずかに下まわつた値を有する保持
電圧を印加するのに応じて外部光線を吸収する
が、上記印加電圧が初めて上記駆動値から上記
保持値へ減少したとき上記物質は準安定状態に
切り換わり該物質は外部光線を所定時間の間伝
達し続け、かつ複数の重複した行列電極を含
み、上記素子を上記電極の重複部分の間にそれ
ぞれ配置するマトリクス・アドレス指定表示器
である。

(13) 上記電極に接続し上記素子を各列単位にア
ドレス指定する手段と、これら透明表示すべき
列の各素子には上記駆動電圧を印加し上記配列
の他のすべての素子には上記保持電圧を印加さ
せる手段とを含み、上記駆動電圧は上記素子の
転移電圧より大きく上記保持電圧は上記転移電
圧より小さくて各素子の自然電圧よりは大きい
ことを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理に従つてなされたある
液晶素子を図解的に表現した図面、第２図および
第３図は、第１図の素子の液晶薄膜においてそれ
ぞれ印加電圧の存在しない場合と存在する場合に
呈する分子配列と対応する光伝播モードを示した
図面、第４図は、本発明に従つてなされたマル
チ・セルのマトリクス表示装置の一例を図解表示
した図面である。

【表】

【表】 中の用語 符号 説明中の用語

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の電極を有し、印加電界の存在しないと
   きは入射光を吸収し印加電界が存在するときは入
   射光を吸収しないゲスト・ホスト液晶材を含み、 液晶は電界が存在しないときは外界に依存しな
   い固有の螺線分子配列をとり、電界が存在すると
   きは同一方向配列をとるように組成されているも
   のである電気−光学装置において、 該ゲスト・ホスト液晶材は、該螺線分子配列に
   したがつて分子配列される多色性ゲスト物質を含
   み、 該螺線分子配列が入射光の10波長を越えないが
   １波長以上のピツチを有し、そして 該ゲスト・ホスト液晶材は閾値以上の駆動電圧
   を印加するのに応じて外部光線を伝達し、該閾値
   よりわずかに下まわつた値を有する保持電圧を印
   加するのに応じて外部光線を吸収するが、該印加
   電圧が該駆動値から該保持値に減少するとき該ゲ
   スト・ホスト液晶材は準安定状態に切り換わつて
   外部光線を所定時間のあいだそれがやがて不透明
   状態になつてしまう迄伝達し続けることを特徴と
   する電気−光学装置。