JPS63153521A - 液晶電気光学装置を用いた光学変調方法 - 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］ 本発明は液晶電気光学装置を用いた光学変調方法に関し
、特に印加電圧と分子配向との強い結合により迅速に印
加電圧に応答する液晶電気光学装置を用いた光学変調方
法及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ 液晶は種々の電気光学装置に応用されている。

特に、時計および計算機に用いられる表示装置のような
、小型でかつエネルギ効率のよい電圧制御ライトバルブ
（ｖｏｌｔａｏｅ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　１ｉａｈｔ
　ｖａｌｖｅ）が必要とされる装置に用いられている。

これ等の装置は、ネマティック（ｎｅｍａｔｉｃ　）　
、コレステリツク（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ　）　、お
よびスメクテイツク（ＳｍｅｃｔｉＯ）相における誘電
整列効果（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ａｌｉｇｎｍｅｎｔ
　ｅｆｆｅｃｔ　）を利用している。誘電異方性（ａｎ
ｉｓｏｔｒｏｐｙ）により、上記各相の平均分子長軸は
印加電界中で好ましい配向をとる。このような機構での
印加電界と誘電異方性との結合はかなり弱いので、多数
の潜在的応用例があるにもかかわらず上記装置の電気光
学的応答時間は極めて遅い。

液晶装＠　（ｌ　１ｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｄｅｖ
ｉｃｅ　（Ｌ　ＣＤ　）　）は低電圧動作や低電力動作
などの多数の特異な特性を有している。このような特性
によって、液晶装置は非放射性電気光学表示装置として
最も有望視されている。一方、ＬＣＤは応答が遅くかつ
充分な非線型性を有していないので、ＬＣＤは使用上大
きな制約を受けている。ＬＣＤ＠ｌにおいて指定される
素子の数が増加するにつれて、応答速度が遅いというこ
とはますます大きな問題となる。

このような制約が存在するので、コンピュータ端末器、
オシロスコープ、レーダあるいはテレビスクリーンに平
面パネル表示′装置を用いようとすると、その製造費が
実用化できないほど高くなってしまう。

第１図は、カイラルスメクティック（ｃｈｉｒａｌ　−
８■ｅｃｔｉｃ　）　ＣまたはＨ液晶の概略図である。

液晶１００は複数の分子層１０２からなる。各層１０２
内の分子の長軸の平均配向は単位ベクトルｎで表示され
ている。上記平均配向ｎは層の法線に対してｖｌｌだけ
傾いている。ｌｅ　ＪＯｕｒｎａｌ　ｄｅＰ　ｈｙｓｉ
ｑｕｅの第３６巻（１９７５年３月、Ｌ−６９頁−１−
７１頁）の゛′強誘電性液晶”という題の論文の中で、
Ｍ　ｅｙｅｒ等は、光学活性な分子からなるカイラルス
メクティックＣまたはＨ液晶は、一般的に電気双極子密
度Ｐを有する強誘電体であろうと述べている。そうして
、上記電気双極子密度Ｐへ は分子の傾斜方向ｎに対して直角であり、スメクティッ
ク層の面と平行である。上記の説明は、スメクティック
Ｈ相にも適用である。スメクティックＨ相は、構造がス
メクティックＣ相と似ているが、各層に垂直な軸のまわ
りを運動するベクトル八 ｎが再配向する際に高い粘性を示す。これ等のカイラル
スメクティツク液晶内に電気双極子があることによって
、印加電界Ｅと分子配向との間に強い結合が生じる。こ
の結合は誘電異方性により得→ によって好ましい配向Ｐを反転させることができるので
、電界の反転を分子配向の制御に有効に用いることがで
きる。

強誘電性スメクティック液晶の以下に述べる２つの特性
により、それ等が有する固有の長所を利用しようとする
試みが妨げられている。第１の特性は、強誘電性スメク
ティツク液晶の分極は第１図に示すように各層の面に平
行でなければならないが、一方この分極は自由に運動で
きなければならない。その結果、液晶性強誘電体とは異
なり、→ バルク状態においてＰの一様な配向を有するドメイン（
ｄｏｍａｉｎ）を自発的に形成することはない。

なぜなら、自発的にそのようなドメインを形成するには
、たとえば結晶性強誘電体の結晶格子によって設けられ
るような好ましい配向方位を必要とするからである。

第２の特性は、分子のカイラリティ （ｃｈｉｒａｌｌｔｙ　）の結果として、バルク状態の
強誘電性スメクティックＣまたは）１１品は、第１図に
示すように単位ベクトルｎと分極Ｐとがサンプルの層か
ら層にわたって各層に直角な軸のまわりでねじれること
である。このねじれによって巨視的な双極子モーメント
は相殺される。このねじれは、結晶性強誘電体でドメイ
ンが形成されれば、分極が巨視的に相殺されることに対
応している。

第１図に示された各層１０２の円錐（ｃｏｎｅ）１０４
は、各層内において分子がとりうる配向の軌跡を示す。

上記円錐は長手方向の軸に対して角度ψ口をなしている
。単位ベクトル０１０６〜１３０は、各層内の分子の長
軸の平均配向を示す。

図から明らかなように、図面上へのベクトル１０６の投
影図は層１０２の面に対して垂直な線となる。

ベクトル１０６に対応する層より下の層にゆくに６一 つれて分子の平均単位ベクトルｎはねじれる。単位ベク
トルのねじれを方位角φで示すと、第１図のベクトル１
０６と１１２との間ではφ＝９０゜となっている。また
ベクトル１１２と１２４との間ではφ−１８００である
。最後に、単位ベクトルはベクトル１２４と１３０との
間でさらに９０゜ねじれる。その結果、ベクトル１０６
から１３０までの総ねじれは３６０°となる。したがっ
て、単位ベクトル１０６を有する層内の分子の平均単位
ベクトルｎは、単位ベクトル１３０を有する層内の分子
の平均単位ベクトルｎと平行である。単位ベクトル１０
６を有する層と単位ベクトル１３０を有する層との間の
距離は、層に垂直な方向に分子によって形成されるらせ
ん（ｈｅｌｉｘ　）のピッチと称される。各層の強誘電
性分極式は令に対して直角な方向を向き、かつ各層の面
内にある。

カイラルネマティック液晶に見られると同様の印加電界
によるねじれの歪みおよびねじれの解除現象はカイラル
スメクティック液晶でも知られている。これについては
次の文献を参照のこと。

Ｍｅｙｅｒ等による前述の文献、ｌ　ｅ　Ｊ　ｏｕｒｎ
ａｌ　ｄｅＰｈｙｓｉｑｕｅ　Ｃｏ１１ｏｑ、　　３７
巻（１９７６年、Ｃ５−１２９頁〜Ｃ５−１３２頁）に
記載されたＭ　ａｒｔｉｎｏｔ　−Ｌ　ｅｇａｒｄｅに
よる“カイラルスメクティツクＣ液晶中における強誘電
性モノドメイン（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｒｉｃａｌ　Ｍｏ
ｎｏ　−ｄｏｍａｉｎｓ　）の観察”、Ｌ　ｅ　Ｊ　ｏ
ｕｒｎａｌ　ｄｅ　Ｐｈ５ｉｑｕｅ、　３８巻（１９７
７年１月、Ｌ−１７頁〜Ｌ−１９頁〉に記載されたＭａ
ｒｔ＋ｎｏｔ　−１ｅｇａｒｔｅによる゛′強誘電性力
イラルスメクティックＣ液晶の原始分極（Ｐｒｉｍｉｔ
ｉｖｅ　　ｐｏｌａｒｉｚａ　−ｔ＋ｏｎ＞の直接電気
的測定”およびＪ　ａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ　ｏ
ｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　　ｐｈｙｓｉｃｓ、　１７巻７号
（１９７８年７月、１２１９頁〜１２２４頁）に記載さ
れたＴａｋｅｚｏｅ等による”　Ｄ　ＯＢ　Ａ　Ｍ　Ｂ
　Ｇにおいて電界によって生じたＳｎＡ相での複屈折お
よび５ＩｌＩＣ相でのらせん構造の消失″。カイラルス
メクティックＣ液晶での境界条件によるらせんの抑制も
また観察されている。上記境界条件では、境界近傍の分
子は表面に平行かつ特定の方向を向くことが必要である
。これについては、Ａｎｎ、　Ｐｈｙｓ　、　３巻２−
３−４号（１９７８年２３７頁〜２４７頁）に記載され
た“Ｄｅｆａｕｔｓ　ｄａｎｓ　Ｉｅｓ　Ｓｍｅｃｔｉ
ｑｕｅｓ　ＣＣｈｉｒａｕｘ”を参照ノコト。

電気光学効果を生ずる強誘電性液晶の利点は認識されて
いたけれど、そのような電気光学効果は立証されていな
かった。これについてはＭｏｌ。

Ｃｒｙｓｔ、　Ｌｔｑ、　ｃｒｙｓｔ、、　４０巻（１
９７７年３３頁〜４８頁、特に３６．３８〜４０．４７
頁）に記載されたＭ　ｅｖｅｒによる゛強誘電性液晶の
考察″を参照のこと。一方、種々の国のいくつかの研究
グループが１９７５年から電界に対する強誘電性液晶の
応答を研究しているけれども、すでに存在する液晶の特
性よりも非常に速い応答を有するものはまだ発見されて
いない。したがって、強誘電性液晶で得られる印加電圧
と分子配向との強い結合を効果的に利用した高速でかつ
印加電圧に高感度な電気光学装置の誕生が強く望まれて
いた。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、印加電界と分子配向との強い結合を効果的に
利用して、高速で、印加電圧に高感度なスレッシュホー
ルド動作を示し且つ長寿命のメモリ機能を有する強ｌ！
電性液晶電気光学装置を用いた光学変調方法を提供する
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明の方法は、長軸を有す
る複数の分子から組織された複数の層からなり、前記複
数の分子の長軸がバルク状態で螺旋を形成する強誘電性
スメクチック液晶であって、前記強誘電性スメクチック
液晶が前記螺旋の形成を抑制するに十分小さい距離に設
定された一対の基板の間に配置され、前記複数の層は前
記基板の面内において互いに平行に一方向に配列してお
り、且つ電界が印加されていないときに複数の異なる安
定状態のうちのいずれか一つに対応した前記分子長軸の
配向状態を生じさせ、前記安定状態のうちの１つの配向
状態において第１の方向に、前記安定状態のうちの他の
配向状態において第２の方向に、少なくとも１つの光軸
を有する強誘電性スメクチック液晶を準備し、前記第１
の方向に平行になるように第１の偏光手段の第１の偏光
軸を設定し、前記第１の偏光軸を交差するように第２の
偏光手段の第２の偏光軸を設定し、前記複数の層の法線
と交差する方向の電界であって前記第１の方向と第２の
方向との間を転移するに十分な強度と方向とをもつ電界
を印加することによって光強度フラクションを変化させ
ることを特徴とする液ツク液晶は一対の基板の間に配置
されている。前記液晶は長軸を有する複数の分子から組
織された複数の層から構成され、各層は前記基板の面内
で互いに平行に一方向に配列されている。前記一対の基
板は、強誘電性スメクチック液晶の螺旋の形成を抑制す
るのに十分小さな距離だけ隔てられている。本発明者は
上記の構造を採用することによって、電界が印加されて
いなくとも液晶配向場（ｌｉｑｕｉｄ　　ｃｒｙｓｔａ
ｌ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｆｉｅｌｄ　）が複数の
異なる安定配向状態を有することを発見した。

本発明の液晶の配向状態は、十分な強度と方向とをもつ
電界を前記複数の層の法線を交差するように印加するこ
とによって、複数の安定配向状態のうちの一つから他の
一つに転移できる。この転移を利用を利用すれば光強度
のフラクションを変化させることができるので、新規な
光学変調が可能となる。

本発明で用いられる強誘電性スメクチック液晶の基板は
例えば透明材料で形成され、電気的に導電性を有した半
透明の層で覆われる。この導電性の層を介して電界が前
記液晶に印加される。分子の配向は上記電界の強度と方
向とを変えることによって変化し、上記複数の安定配向
状態のうちのいずれか１つの状態を選択する。複数の安
定配向状態は異なった方向の光軸を有するので、偏光子
−液晶−偏光子構造を通過する光強度フラクションを変
えるためには液晶に電界を印加することによって少なく
とも１つの光軸を再配向させればよい。

本発明で用いられる強誘電性スメクチック液晶では、基
板と接する複数の層の表面は互いに平行に一方向に延び
て整列されている。更に前記一対の基板間の距離は強誘
電性スメクチック液晶内に螺旋が形成されるのを抑制す
るのに十分小さな距離に保たれている。基板表面で各層
を整列させ、かつ各層内に螺旋が生じないようにすれば
、各分子は所謂ゴールドストーンモード（ＱＯＩｄＳｔ
Ｏｎｅａｂｏｄｅ　）と呼ばれる極めて低粘性の運動が
可能となり、かつ複数の安定配向状態を得ることができ
る。

従って複数の安定配向状態のある状態から他の状態へ高
速にスイッチングできると共に、極めて長寿命のメモリ
作用を得ることが可能となる。前記スイッチングによる
電気光学的応答速度は、液晶を使用している従来のスメ
クティックＣより１０００〜１００００倍も速い。

また、スイッチングに際してのスレッシュホールド動作
も従来の液晶に比べて鋭敏に起る。これはある安定配向
状態から他の安定状態へ転移するときのポテンシャルバ
リアが鋭いことを意味し、別の見方をすればメモリ作用
が大きいことを意味する。スイッチングを行なうために
必要な印加電界の振幅と印加時間の許容範囲は極めて狭
い。

また本発明で用いられる強誘電性スメクチック液晶によ
れば、変化の大きな電気光学的応答を得ることができる
。この液晶においては、電界により誘起される光学的変
化は屈折率を有しかつ０．２より大の異方性Δｎを有す
る単軸材料の光学軸の２０６から６０″までの回転に対
応する。この応答は液晶以外の他の複数安定電気光学装
置において得られる応答より１０〜１００倍も多い。

更に本発明に用いられる強誘電性スメクチック液晶には
グレイスケールが内蔵されている。スイッチング領域で
非線形性を示すので、複数のレベルの記憶吉凶を得るた
めに、パルス振幅およびパルス幅変調を使用できる。

またカラー制御も可能である。サンプルの複屈折および
２個の偏光子の配向を制御することによって色効果が得
られる。上記したように２個の偏光子間に配置された単
一スメクティックＣサンプルによって、透過または反射
モードにおける複数の色の内のいずれかを得ることがで
きる。

本発明で用いられている液晶は、現在の技術ではまだ実
現できない種種の装置に適用できるであろう。本発明の
複数安定特性は、多数の電気光学装置、たとえばグラフ
ィックまたは画像（ｐｉｃｔｏｒｉａｌ　）表示装置を
必要とする場合に有利である。この液晶は複数安定性を
有するので、イメージを維持するために必要な外部の記
憶装置が不要となる。本発明で用いられる液晶はマトリ
ックスアドレスビデオ表示装置（ｍａｔｒｉｘ−ａｄｄ
ｒｅｓｓｅｄｖｉｄｅｏ　ｄｉｓｐｌａｙ　）に効果的
に用いることができるであろう。各液晶素子の応答速度
は十分に速く、フレームは要求速度で変化できる。かつ
液晶素子のスレッシュホールドの感度は、所定の素子を
変化させるために印加されるパルスによって同じ行また
は列にある他の素子が変化を受けないレベルに設定され
ている。また、電気光学効果に基づく光学的変化は、使
用に便利なように十分大きなものである。これに反し、
極めて高い電圧で動作する複数安定結晶性強誘電体の場
合には、光学的異方性はたいへん小さく、光制御効果は
表示装置に応用するためには小さすぎる視角の範囲にお
いてのみ得られるにすぎない。

本発明で用いられる液晶は電界効果で動作する。

すなわち、極めて高いインピーダンスとこれに反比例し
た小さな電流によって動作する。このことは、多数の応
用において必要とされる低消費電力の要求を満足する。

したがって、マイクロセコンドのスイッチング速度、充
分な固有非線型性、および低電力消費の結果として、こ
の液晶は大型マトリックスアドレス指定およびマルチプ
レクシング装置への応用に適している。したがって、特
に液晶に関連したビデオ領域および光通信領域において
は新しい分野を切開く。

［実施例］ 第２図は、本発明に用いられる強誘電性スメクチック液
晶の構成を概略的に示した斜視図である。

複数の層１０２からなる液晶１００は一様な間隔を有し
て設けられた平らまたはほぼ平らなプレート１３２およ
び　１３４の間に配置されている。

層１０２の面はプレート１３２および１３４と直角に形
成される。各層内で、分子の長軸の配向を示すベクトル
ｎは層１０２の法線に対して角度ｖｏをなす。

液晶１００と隣接しているプレート１３２および１３４
の表面は、液晶分子配向が好ましい方向を向くように処
理されている。液晶分子はプレート１３２および１３４
の表面に平行な分子長軸の平均配向を有し、この平均配
向はプレート面内の特定の方向に制限されることはない
。この配向を得るための方法は種々知られている。使用
される特別の表面処理は、使用されるスメクチックＣま
たはＨ化合物によって異なる。たとえば、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
（ｄｅｃｙｌｏｘｙｂｅｎｚｙｌｉｄｅｎｅ　ｐ　’　
−ａｍｉｎ。

２　ｍｅｔｈｙｌ　ｂｕｔｙｌ　ｃｉｎｎａｎ＋ａｔｅ
　　（ＤＯＢＡＭＢＣ）　）および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（
ｈｅｘｙｌｏｘｙｂｅｎｚｙｌ−ｔｄｅｎｅ　ｐ’　−
ａｍｉｎｏ　２ｃｈｌｏｒｏｐｒｏｐｙｌ　ｃｉｎｎａ
ｍａｔｅ（１−１０ＢＡＣＰＣ））の化合物の場合、清
浄なガラス（ｃｌｅａｎ　ｇｌａｓｓ　）または正常な
酸化スズ（ｃｌｅａｎ　ｔｉｎ　ｏｘｉｄｅ　）層によ
ってこの配向が誘起される。また、ｎ−メチル−３−ア
ミノプロピルトリメトキシシラン（ｎ　−ｍｅｔｈｙｌ
　−３−ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｍｅｔｈｘｏｘ
ｙｓｉｌａｎｅ　（Ｍ　Ａ　Ｐ　）　）などの適当なポ
リマーの層を形成することによっても、この配向が誘起
されることが知られている。これについては、ｐ　ｒｏ
ｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉ　Ｅ　Ｅ　Ｅ　６
１巻（１９７３年２８１頁〜８頁）に記載されたＫ　ａ
ｈｎ等による論文を参照のこと。

前記したように、層１０２はプレート１３２および１３
４に対して直角かほぼ直角に形成される。

この構造は、高温度でスメクティックＡ相となる材料を
用いて容易に得ることができる。この場合、化合物に依
存するが、スメクティックＡ液晶は等方性またはネマテ
ィック相から冷却することによって得られる。上述した
境界条件でスメクティックＡ相を形成することによって
、上記境界プレートに対して直角で部分的に円弧状に曲
った層を有するファン組織が得られる。スメクチックＣ
またはＨ相まで冷却する場合、主に層の圧縮に対して生
じる弾性復元力により、上記した層の構成はほとんど変
化しない。

たとえば、ライトバルブなどの多くの応用装置において
は、層１０２は平らであって互いに平行に一方向を向き
かつプレート１３２および１３４に対して一様に垂直に
なるように配列されることが必要である。これは種々の
方法で実現できる。

ネマティック相からスメクティックＡが形成される場合
、プレート１３２および１３４と平行な方向を有する十
分大きな磁界を印加すると、上記磁界に沿って平均分子
配向を有したネマティックモノドメイン（ｍｏｎｏｄｏ
ｍａｉｎ）が得られる。スメクティックＡ相に冷却する
際、磁界の方向に直角な平らな層を有するスメクティツ
クＡモノドメインが形成される。

スメクティックＡ相が形成される温度範囲にお番する高
温度部端の近傍のスメクテイツクＡ相において、液晶に
せん断応力を印加することによっても、スメクティック
Ａモノドメインを形成できる。

この場合、ホメオトロピック配列（ｈｏｍｅｏｔｒｏｐ
ｉｃａｌｉ（ｌｎｌｌｅｎｔ　）が誘起されないように
、一つの境界プレートを他のプレートに対してゆっくり
と移動する。弾性応力を最小にするため、層は再配列し
、プレートの運動方向と平行になる。この方法は、ネマ
ティック相を示さない材料または混合物に対して特に有
用である。

層１０２が平らで互いに平行に一方向に配列されかつプ
レート１３２および１３４に対して直角になるように、
スメクティックＡサンプルが一旦配列されると、スメク
テイツクＣまたはＨ相へ冷却することによって、第２図
に示された構造が得られる。第１図に示したように、厚
いサンプルに関して、単位ベクトル６１ｏｅ〜１３０お
よび双−す 極子Ｐは各層に対して直角な方向のまわりにねじれる。

その結果分子が光学的に活性になる。しかし、このらせ
んは上記液晶全体に形成されることはなく、液晶を構成
する分子は上記液晶の表面で平板１３２および１３４に
平行であるという境界条件はなお満足されている。平板
１３２および１３４間の距離がらせんのピッチに接近す
るように、液晶を薄くすると、容積は減少し、バルク中
のらせんを巻き戻すのに要するエネルギーがより少なく
なる。その結果、十分に薄いサンプルの場合、境界条件
は満たされ、らせんは抑制される。

らせんの抑制はプレートがらせんのピッチより小さい距
離だけ離れているとき通常観測されるが、ある場合には
らせんピッチの５倍のオーダーの距離までプレートが隔
てられている時にも、らせんの抑制が観察される場合が
ある。

このらせん抑制によって、第２図に示した安定な分子配
向１３６または同様に安定な分子配向１３８が得られる
。図示したように配向１３８は上方を向いた電気双極子
Ｐを有し、配向１３６は下方を向いた電気双極子Ｐを有
する。上記サンプルに電界を印加することによっていず
れかの配向を選択でき、これにより分極双極子Ｐと平行
な電界が形成される。サンプル内の配向は破線１４４で
図示されたドメイン壁によって分離されている。

上記ドメイン壁の構造および幅は、スメクティツク傾斜
角を変化させるのに必要なエネルギ、層圧縮エネルギ、
もつとも重要な表面エネルギ、とディレクタ折り曲げお
よびねじれ弾性エネルギ（ｄｉｒｅｃｔｅｒ　ｂｅｎｄ
　ａｎｄ　ｔｗｉｓｔ　ｅｌａｓｔｉｃ　ｅｎｅｒｇｉ
ｅｓ）、によって決定される。１．５μ−の厚さのＤＯ
ＢＡＭＢＣおよびＨＯＢＡＣＰＣサンプルにおいて、上
記ドメイン壁は１μ−以下の厚さである。電界をかける
と、上記ドメイン壁の分子配向が変わり、好ましい配向
となる。

ドメイン壁は層構造中の欠陥、表面の傷および穴、バル
ク中および表面上の不純物と相互作用を起こす。これ等
の相互作用は、印加電界によって特定の場所へ一旦移動
させられたドメイン壁の位置を維持する効果を有する。

その結果、上記領域はヒステリシス特性を示し、これが
スレッシュホールド動作および２安定性の基になる。た
とえば配向１３８を選択するために印加される電界が短
Ｒ闇印加された後、サンプルが配向１３８状態に留まる
ように上記ドメイン壁はすぐに安定に固定されるので、
２安定性が得られる。同様に、配向１３６に関する逆極
性場についても同様のことが成り立つ。上記壁が形成さ
れると、それ等を取り去るためには臨界値より大きな印
加電圧を要するので、スレッシュホールド動作が得られ
る。

スイッチング動作を目的として、電界を突然印加すると
、核生成およびドメイン壁の運動が発生する。サンプル
の特定領域の状態を変えるために必要な時間は、ドメイ
ン壁の移動速度（ｔｈｅ　ｒａｔｅｏｆ　ｄｏｍａｉｎ
　ｗａｌｌ　ｄｔｓｐ＋ａｃｅｍｅｎｔ）および全サン
プルを走査するために移動しなければならない距離によ
って決定される。一般的に１．電界パルスにより２安定
ラツチングを行う場合には、上記電界パルスは、上記パ
ルスが印加されている間に配向の変化が完了するように
、充分な持続時間を有していなければならない。印加電
界を増すと、より速くドメイン壁が運動したりあるいは
より多数のドメイン壁が生成されるので、前記持続時間
は短くなる。

清浄な酸化スズで覆われたプレートにより形成されてい
るＴ−８８℃で１．５μｍの厚さを有するＨＯＢＡＣＰ
Ｃサンプルに、持続時間τ＝５μｓおよび振幅Ａ＝１０
Ｖの矩形電圧パルスを印加すれば、約５μｓで液晶の配
向をスイッチングできる。τまたはＡが減少すると、１
０Ｖ、４μｓまたは８ｖ、５μｓのパルスによってはス
イッチングできないようなレベルにスイッチングスレッ
シュホールドは近づけられる。上記サンプルは、逆極性
のスレッシュホールドパルスが印加されるまで、スイッ
チングされた状態に維持される。上記したＨＯＢＡＣＰ
Ｃサンプルは、Ａ＝　０．２Ｖ、τ−４μｓからＡ＝５
５Ｖ、ｒ−５００ｎｓの範囲のパルスによってスイッチ
ングされるのが観察された。パルが短くかつ高電圧の場
合は、再配向応答時間が１μｓ以下になることはなかっ
た。

コントラスト比は表面処理の質、偏光子、偏光子の配向
、パルスの高さと幅とに大きく左右される。５μｓ、ｉ
ｏｖのパルスでかつ単純な表面処理の場合、実験室のサ
ンプルにおいては２０：１以上のコントラスト比が容易
に得られた。

もっと複雑な表面処理を行うと、２安定性がより確実に
なる。たとえば、平行に並んだ方形のリッジ（ｒｉｄｇ
ｅ　）　（幅が数μ■、高さが数μｍ、間隔が数μｍ）
は、分子長軸が上記リッジと平行となるように単位ベク
トルｎを表面で効果的に配向することができる。好まし
い実施例においては、互いに角２ｖＯをなすように配向
された平行なリッジを２セツト用いるのがよい。配向１
３６においては単位ベクトルは１セツトのリッジに平行
であり、配向１３８においては単位ベクトルは他のセッ
トに平行である。このようにして、２つの安定配向の間
を移動するときに見られるヒステリシスが正確に制御さ
れる。

第２図に関して述べたように、分子配向１３６は分子配
向１３８とは異なる。この差異が以下に述べるように、
光制御機構の原理として用いられている。サンプル１０
０は偏光シートに配置される。上記好ましい実施例では
、プレート１３２゜１３４は自ら偏光する。最も単純な
ライトバルブの実施例では、プレート１３２，１３４は
、偏光容易軸Ｐ１およびＰ２が互いに直角となるように
配列される。液晶１００は２軸を有し、かつプレート１
３２および１３４に平行な光軸を有する面を有する。上
記液晶は、配向１３６のように、安定配向の１つにおい
て、光軸の１つがプレート１３４の偏光方向Ｐ１に対し
て平行となるように配向されている。液晶１００が配向
１３６にある場合、プレート１３４を透過して液晶１０
０に直角に入射する光は、偏光状態を変化しないまま上
記サンプルを横切る。そうして、直角の偏光方向Ｐ２を
有するプレート１３２によって消滅させられる。液晶１
００を配向１３８へ切換えると、液晶の光軸は回転して
、プレート１３４の偏光方向に対して約２ＬＬ’０の角
度を形成する。そうして、液晶１００の複屈折により、
光は一般に、液晶１００を横切るにつれて、楕円偏光す
る。

ｖｏが約４５°の時は偏光子の配置は変えなければなら
ない。しかし、坦在知られている化合物は、１５〜２０
℃の温度範囲で１０’〜３０’の値のｖｏを有する。仮
に、Ｐ１方向に沿って偏光する波長λの光が結晶１００
に直角に入射した場合、透過される光強度のフラクショ
ン（ｆｒａｃｔｉｏｎ）Ｆは、次式で与えられる。

Ｆ−Ｆｏ　　［Ｓｉ口　（４ｖｏ） ・Ｓ１０　（π・Δｎ　　＠ｄ／λ）］まただし上式に
おいて、ｄはプレート間の距離、Δｎは第１の屈折率の
差、ＦＤは平行な偏光子のみによって伝達されたフラク
ションである。代表的なスメクティックＣまたはＨ化合
物に関し、ψロユ２３°が得られる。この場合、最適透
過（Ｆ−Ｆａ）は、ｄ二λ／２ΔｎまたとえばΔｎユ０
．２の時ｄ　ユ１，２μＩに関して得られる。したがっ
て、良好な電気光学効果を得るには、極めて薄いサンプ
ルが必要とされる。これは、電気光学効果が生じる入射
角の範囲が大きくなるので好ましい特性である。

偏光子−液晶−偏光子という幾何学的配置は、偏光子お
よび液晶のより一般的な配向に利用される。第１の偏光
子に存在する光は、偏光容易方向に沿って偏光する。液
晶中を通過するにつれて、この光は楕円偏光する。第２
の偏光子は、偏光容易軸に平行に進む上記楕円偏光した
光の成分を選択する。

よく知られているように、同実施例に白色光が入射され
た場合、この光は複屈折色を呈する。そうして、この複
屈折色は、サンプルおよび偏光子の適当な相関配向によ
り選択される。

電界を発生することのできる手段ならどんな手段を用い
てもよい。必要なのは、液晶の両側に設けられる一対の
電極である。酸化スズ膜がプレート１３２および１３４
として用いられる場合は、導体は上記層に固着され、プ
レート１３２および１３４ｆ１ｍに印加された電圧によ
って電界が形成される。

第２図は、マトリックスアドレスビデオ表示装置として
適用した実施例を示す。電極１４８は、一様な間隔を有
しかつ平行にプレート１３２と接続される。電極１４６
は上記したようにプレート１３４に設けられるが、電極
１４８と直角方向に設けられる点が異なる。スイッチ１
５０の端子１５２はそれぞれ、電極１４８に接続されて
いる。

同様に、スイッチ手段１５４の端子はそれぞれ電極１４
６に接続されている。スイッチ１５０の端子１５８およ
びスイッチ１５４の端子１６０は、電源の両端に接続さ
れている。スイッチ１５０および１５４は電極１４８お
よび電極１４６に電圧源からの電圧を供給する手段を有
する。

したがって、電極１４６および電極１４８との間に垂直
に配置された液晶１００の方形容積は、それぞれ液晶１
００内において領域を形成する。

スイッチ手段１５０および１５４は、特定の方形容積に
隣接した電極間に電圧を供給するために制御される。こ
のようにすることによって、プレート１３２，１３４に
垂直でかつ層１０２に対して平行な方形容積内に電界が
形成される。上記方形容積内で、電気双極子Ｐは整列す
る傾向を示す。

スイッチ１５０．１５４は、電極１４６，１４８を介し
て電圧の極性を反転する手段を有するので任意の特定方
形容積内で電界の方向を反転できる電界の方向を反転す
ることによって、液晶１００の特定方形容積内の分子の
配向を変えることができる。この応用例において、選択
された上記電極１４６および１４８に印加される電圧に
よって、電極１４６および１４８の交点により規定され
る容積のみをオン・オフする場合には、スレッシュホー
ルドの動作が必須である。

本発明の極めて少ない好ましい実施例の詳細をこれまで
述べてきたが、本発明の新規性から逸脱することなく、
同実施例から多（の変形例を当業者は考案できる。各層
１０２は第２図に示されるようにプレート１３２．１３
４の面において互いに平行に一方向に配列していればよ
い。また反射モードで動作する装置を形成するようにプ
レート１３４の後に背面反射器を配置してもよい。光は
、プレート１３２、サンプル１００、プレート　１３４
を通過したのち、反射器によって反射され上記層に戻る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は複数のカイラルスメクティックＣまたはＨ液晶
の概略図、第２図は本発明に用いられる電気光学効果の
概略分解図である。 １００・・・液晶、１０２・・・層、１０４・・・円錐
、１０６〜１３０・・・単位ベクトルｎ１１３２．１３
４・・・プレート、１３６．１３８・・・分子配向、１
４６．１４８・・・電極、１５０，１５４・・・スイッ
チ、１５８，１６０・・・端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 長軸を有する複数の分子から組織された複数の層からな
   り、前記複数の分子の長軸がバルク状態で螺旋を形成す
   る強誘電性スメクチック液晶であつて、前記強誘電性ス
   メクチック液晶が前記螺旋の形成を抑制するに十分小さ
   い距離に設定された一対の基板の間に配置され、前記複
   数の層は前記基板の面内において互いに平行に一方向に
   配列しており、且つ電界が印加されていないときに複数
   の異なる安定状態のうちのいずれか一つに対応した前記
   分子長軸の配向状態を生じさせ、前記安定状態のうちの
   １つの配向状態において第１の方向に、前記安定状態の
   うちの他の配向状態において第２の方向に、少なくとも
   １つの光軸を有する強誘電性スメクチック液晶を準備し
   、前記第１の方向に平行になるように第１の偏光手段の
   第１の偏光軸を設定し、前記第１の偏光軸を交差するよ
   うに第２の偏光手段の第２の偏光軸を設定し、前記複数
   の層の法線と交差する方向の電界であつて前記第１の方
   向と第２の方向との間を転移するに十分な強度と方向と
   をもつ電界を印加することによって光強度フラクシヨン
   を変化させることを特徴とする液晶電気光学装置を用い
   た光学変調方法。