JPS6230614B2 - - Google Patents

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JPS6230614B2
JPS6230614B2 JP56186334A JP18633481A JPS6230614B2 JP S6230614 B2 JPS6230614 B2 JP S6230614B2 JP 56186334 A JP56186334 A JP 56186334A JP 18633481 A JP18633481 A JP 18633481A JP S6230614 B2 JPS6230614 B2 JP S6230614B2
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    • G02F1/13781Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering using smectic liquid crystals

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、液晶表示装置に関するものであ
り、更に詳細には、特にレーザー熱書き込み液晶
ライトバルブに基づく液晶表示装置に関するもの
である。
従来のレーザー熱書き込み液晶ライトバルブ
は、レーザー光によつて光散乱中心を作ることを
特徴としている。その原理をスメクテイツク液晶
を用いて簡単に説明すると次の通りである。スメ
クテイツク液晶は、温度の上昇に伴つて、クリス
タル相、スメクテイツクC相、スメクテイツクA
相、ネマテイツク相、アイソトロピツク相の順に
相転移をする。そして動作時には、スメクテイツ
クC相からスメクテイツクA相への相転移する温
度T1と、スメクテイツクA相からネマテイツク
相への相転移する温度T2との間の温度、すなわ
ちスメクテイツクA相が保持される温度にしてお
く。スメクテイツクA相では、その液晶分子が層
状構造になつていて、かつ、各層に垂直に並んで
いる。ガラス基板表面を予じめ表面処理しておく
と、その液晶分子は、そのガラス基板の表面に対
して垂直に層状をなして配列される。このような
配列にしておいた液晶層に、レーザー光を集光し
て照射すると、そのレーザー光が照射された部分
には熱が発生し、この熱が液晶に伝達されて、ス
メクテイツクA−ネマテイツク相転移温度T2
超え、更にネマテイツク−アイソトロピツク相転
移温度T3を超えてアイソトロピツク相が生成す
る。そこで、レーザー光の照射を停止すると、加
熱されたアイソトロピツク相が冷えて再びスメク
テイツクA相に戻る挙動を示すが、急冷すること
によつて当初の整然と配列された状態には戻ら
ず、その配向方向が乱れた状態のまま保持される
ことになり、その部分がメモリーとして書き込ま
れることになる。なお、このようにして書き込ま
れた液晶セルに電圧を印加して、液晶分子の長軸
方向の誘電率が短軸方向のそれよりも大きくなる
と、そのように乱れた状態で配列していた液晶分
子は再び整熱とした層状の配列に戻り、書き込ま
れた情報が消去されることになる。すなわち、こ
のような動作原理によつて、レーザー光を走査
し、それに同期させてレーザー光強度を変調させ
れば画像の書き込み、次いで消去できる。
ところで、この場合、スメクテイツク−ネマテ
イツク転移またはネマテイツク−アイソトロピツ
ク転移は一次の相転移であるために、相転移を起
させるためには潜熱が必要となるので、書き込み
の際に照射されるレーザー光の熱エネルギーがそ
の分だけ温度上昇に寄与しなくなる。これは書き
込み速度を上げるうえで大きな障害になる。ま
た、書き込まれた表示をメモリーとして保持でき
るには、十分な散乱状態を起させることが必要と
なり、そのためには急冷が不可欠となる。したが
つて、レーザー光によつて加熱するときの温度上
昇をできるだけ大きくしてやる必要があるので、
レーザー光照射による熱エネルギーに損失がある
ことは非常に不利である。
また、書き込み状態として散乱状態を使用する
ことは、コントラストを上げるために困難な問題
が生じてくる。すなわち、前述した問題を解決す
るために、照射したレーザー光の光エネルギーを
できるだけ多くの熱エネルギーに変換する目的
で、アルミニウムなどの光吸収層を設けると光吸
収率は上がり書き込み効率は上昇するけれども、
表示方式は反射型となつてしまうので、透過型の
ように高いコントラストが得られないという欠点
がある。
それで、透過型にするには、酸化インジウム−
酸化スズなどの透明導電膜を光吸収層とするか、
または液晶中に光吸収のできる色素を混入させる
方法などが考えられるが、これらはいずれもレー
ザー光の吸収率に限界があり、液晶の十分な温度
上昇をもたらすためにはまだ幾多の困難な問題を
解決しなければならない。
この発明は、従来の液晶表示装置における諸欠
点を大巾に改善することができる液晶表示装置で
あつて、それに使用される液晶表示素子は極めて
高い光吸収効率ならびにコントラストを与えるこ
とができるものを提供するものである。
この発明において使用される液晶分子は、スメ
クテイツクC相と呼ばれる状態にあるスメクテイ
ツク液晶である。このスメクテイツクC相は、ス
メクテイツク相に共通の層状構造を有しており、
スメクテイツクA相が、その分子長軸がその層方
向に対して垂直になつているのに対し、第1図に
示すように、その分子長軸がその層に対する法線
からある角度(θ)傾いていることを特徴として
いる。そして、この角度は温度依存性がある。す
なわち、第2図に示すように、スメクテイツクC
相は、その温度が上昇するにつれて、その角度
(θ)が零に近づき、ある温度TCで零になる。つ
まり、この状態はスメクテイツクA相であるの
で、その温度TCはスメクテイツクC−スメクテ
イツクA相転移温度ということになる。
かかるスメクテイツクC相は、光学活性中心を
導入することによつてカイラルスメクテイツクC
相(SmC*)になることが知られていて、この
状態では強誘電性を示す。このカイラルスメテイ
ツクC相の構造は、第3図で示すように、各層の
液晶分子は、スメクテイツクC相の各層と同様
に、その分子長軸がその層に対する法線からある
角度(θ)傾いていて、かつ、隣接する層の液晶
分子同志がその法線を軸として回転しているよう
ならせん構造になつていることを特徴としてい
る。したがつて、分子の双極子モーメントは、第
3図に示すように、分子短軸方向で分子長軸と法
線とが作る面に対して垂直方向である。かかるカ
イラルスメクテイツクC相ともつ液晶としては、
例えばp−デシルオキシ−ベンジリデン−p′−ア
ミノ−2−メチルブチルシンナメート
(DOBAMBC)、p−ヘキシルオキシ−ベンジリ
デン−p′−アミノ−2−クロロプロピルシンナメ
ート(HOBACPC)などが挙げられる。
前述したような液晶を使用してこの発明に係る
液晶表示装置に適用できる液晶表示素子は、第4
図に示すように、例えば、ガラス基板1a,1b
の表面に透明電極2a,2bをそれぞれ設け、そ
の透明電極上に更に例えばポリビニルアルコール
をスピンコートして得られた水平配向層3a,3
bをそれぞれ設けて水平配向処理し、ラビングす
ることなしに、これらの水平配向層が数ミクロン
程度の間隔を置いて互いに対向するように配置さ
れ、そのガラス基板の両端にスペーサー4a,4
bを配置して空間を作り、その空間に液晶、例え
ばDOBAMBCを封入することによつて作成する
ことができる。
このような構成における液晶表示素子における
条件下では、カイラルスメクテイツクC相(スメ
クテイツクC*相)の温度範囲内でも、第3図に
示すようならせん構造は取ることができず、第4
図に示すような構造になつている。その理由は、
ガラス壁面での強い配列規制力がセル厚が薄いた
めにより強く影響を及ぼしらせん構造をとれなく
なるためであると考えられる。
なお、第5図に示すように、液晶分子がガラス
壁面に対して取りうる平行な配列は2通りあつ
て、図中においてAおよびBとして示すようにこ
の二つの配列AおよびBは、ドメインとなつて表
われ、エネルギー的には等価であつて、分子の双
極子モーメントの方向が逆になつている。したが
つて、これに直流電圧を印加し、その極性を切換
えることによつて、これらの二種類の配列のどち
らか一方を選択でき、双安定(バイステーブル)
スイツチング動作が可能である。
前述したような構成をもつ液晶表示素子を具備
するこの発明に係る液晶表示装置においては、液
晶表示素子以外の構成は、従来の液晶表示装置と
何ら変わることなく、その構成要素となる部品を
適当に組合せることによつて作成することができ
る。
第6図において示したライトバルブに応用した
この液晶表示装置の一例を用いて書き込みを行な
うには、レーザー光源11から照射された例えば
GaAsレーザーなどのレーザー光は、ビームエキ
スパンダー12を介して変調器13に導びかれ、
次いでX−Yガルバノミラー14、集光レンズ1
5およびハーフミラー16を介して、液晶表示素
子10の所定位置に集光される。この場合、レー
ザー光の1部は、その液晶表示素子の透明電極に
よつて吸収され、これが熱に変換されて液晶層5
に伝わり、その部分の温度が上昇する。すなわ
ち、第2図で示すように、液晶分子がカイラルス
メクテイツクC相を保持する温度T1にヒーター
17(第6図)によつて当初設定しておき、レー
ザー光照射によりその照射された液晶層部分が加
熱されて、角度(θ)が零になる温度、すなわち
カイラルスメクテイツクC−スメクテイツクA相
転移温度TCよりも高い温度T2にする。この場
合、T1はTCよりも約2ないし10℃程度低い温度
に設定するのが好ましい。この場合の液晶分子の
状態は、第7図に示すように、レーザー光照射部
分CはスメクテイツクA相になつている。次いで
レーザー光の照射を停止すると、スメクテイツク
A相に相転移した部分は再びスメクテイツクC*
相に戻る。しかし、この場合に、そのセルの厚み
方向に弱い直流電場を印加しておけば、第5図に
示すように、配列Aまたは配列Bのいずれかに選
択的に極性を決めることができる。すなわち、配
列Aでは液晶分子の双極子モーメントは上向きで
あるのに対し、配列Bでは液晶分子の双極子モー
メントは下向きになつているからである。ただ
し、このときの印加電圧は、温度T1のときに配
列配列Bのスイツチングをするには小さすぎる
程度の微小電圧である必要がある。このようにし
て書き込まれた状態は第8図のように示される。
更に、第6図において示すように、前述したよ
うに書き込まれた液晶表示装置10を、偏光子7
aと検光子7bではさむことによつて、書き込ま
れた部分と書き込まれていない部分のコントラス
トをつけることができる。この場合には、消去状
のときの分子長軸方向に偏光子を置き、またこ
れに直角になるように検光子を置くことによつ
て、光源18からの光は、コンデンサー19及び
偏光子7aを通つて液晶表示素子10に入射した
直線偏光のままその液晶表示素子を通過し検光子
7bで光は遮断されて暗くなる。一方、書き込ま
れた部分は、そこの液晶の分子長軸方向と偏光子
の偏光方向が一致していないので、その素子の液
晶セル中で複屈折の影響を受けてその液晶セルを
出て行くときには楕円偏光となるので、一部の光
は検光子をもれて出てきて、次いでレンズ21を
通してデイスプレイスクリーン22に投影されて
読み取れるようになつている。
前述したように、この発明に係る液晶表示装置
は、従来法におけるようなスメクテイツクA−ア
イソトロピツク、コレステリツク−アイソトロピ
ツクなどの相転移を利用して急冷によつて形成さ
れるフオーカル・コニツク・テキスチヤーを表示
として用いる方法とは異なつていて、スメクテイ
ツクC*−スメクテイツクA相転移を用いるため
潜熱がなく、更に急冷も必要としないで、大きな
温度上昇をさせなくても済むから書き込み速度の
大幅な向上が実現できるという大きな利点があ
る。更に、表示方法がTN液晶表示セル類似した
やり方なので、単純な光学系で高いコントラスト
が得られ、また、レーザー光の吸収は、その液晶
層中に、そのレーザーの発振波長付近にλnax
もつ色素を混入することによつて実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はスメクテイツクC相の層状構造を示す
断面図、第2図はスメクテイツクC相の相転移の
変化と温度との関係を示すグラフ、第3図はカイ
ラルスメクテイツクC相(スメクテイツクC*
相)の層状構造を示す断面図と双極子モーメント
の向きを示す説明図、第4図はこの発明に係る液
晶表示装置に使用される液晶表示素子の一例を示
す断面図、第5図は第4図の液晶分子の配列を示
す平面図、第6図はこの発明に係る液晶表示装置
の1例を示す配置図、第7図はレーザー光照射部
分の液晶分子配列を示す平面図、および第8図は
書き込まれた表示の液晶分子配列を示す平面図で
ある。なお図面に用いられた符号において、 1a,1b……ガラス基板、5……液晶層、1
0……液晶表示素子である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 エネルギー的には等価であるが、その双極子
    モーメントが逆であるスメクテイツク液晶分子の
    配列を互いにスイツチングするには小さすぎる電
    圧を印加しながら、光照射して表示を行なうこと
    を特徴とする液晶表示装置。
JP56186334A 1981-11-20 1981-11-20 液晶表示装置 Granted JPS5887535A (ja)

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