JPS58190925A - 液晶素子 - 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】 本発明は液晶の電気熱光学効果を利用した、構造が簡単
で低コスト、高性能の液晶素子に関する。

透明な液晶組織を呈するコレステリック液晶あるいはス
メクチック液晶を加熱・急冷すると一般に光を散乱する
不透明な液晶組織に遷移し、才た冷却時に電圧を印加し
ておくと初期の透明な液晶組織になる現象は液晶の電気
熱光学効果としてよく知られている。

才た、この現象を利用して液晶セルに部分的に温度変化
を与えてその部分を不透明にすることによって情報を書
込む方式か幾つか提案されている。

このようｑ液晶素子は光学的記録媒体等、種々の用途に
用いることができるが、以下では話を簡単にするために
表示素子きして用いる場合化ついて説明する。一つの方
式においては、画像書込みは液晶セルにレーザー光を照
射して照射部分に温度上昇を生せしめることによって行
なわれる。ところがこの場合には表示ｉｉ惨を見る観察
者の位置は液晶セルに対してレーザー光照射備とは反対
側になるため、液晶セル内に光ブロック層右よび光反射
層を設けて反射型表示素子きして用いざるを得ない。こ
れは表示素子を直接に見る直視型表示の場合はもちろん
、液晶セルに書込んだ画像をスクリーン上に投射して見
る投射型の場合も同じである〇 一般に反射型液晶表示は画面が暗く、フントラストが低
いという欠点を有しており、このレーザー熱書込方式の
液晶表示素子も例外ではない。

さらにレーザー光を走査する必要があるために表示装置
の体積か大きくなるという欠点も併ぞ持つ。

液晶の電気熱光学効果を利用した表示方式としては、レ
ーザー熱書込方式の他に液晶セル基板上の電極に電流を
流した時に生じるジュール熱によって液晶に温度上昇を
生せしめて画像寝込みを行なう方式か知られている。以
下に図面を参照して、このジュール熱書込方式を説明す
る。

第１図はジュール熱書込方式の液ｒ表示素Ｅの構造を示
す断面図である。一方の基板１の内面には信号電圧印加
用の全面透明電極２が設けられており、スペーサ３を介
して接着剤４て基板ｌに相対して保持されたもう一方の
基板５の内面Ｊこは、液晶物質６と接する側から順次、
４８号電圧印加用の帯状電極群７、ｒｈ膜８、加熱用ル
°状電極群９が設けられている。

第２ＷＪは基板５の上の二つの帯状電極群７および９の
相対関係を示す図であり、帯状電極群９はモ行な多数の
弾状ｔ、極Ｘｓ　＊　Ｘｓ　＊　Ｘａ　＋・°゛・・・
・から成り、帯状電極群７はＸＩ　＋　ＸＩ　＋　Ｘｓ
　＊・・・・・・・と直交する平行な多数の帯状電極’
ｆｘ＋’ｆ＊＊ｙｔ＋＊・・・・・・から成っている。

このような電極構成に詔いてＸＩ　、　Ｘｓ　＋　Ｘｓ
　＋・・・・・・に順次、電流パルスを印加してゆくと
Ｘｎ＊Ｘ＊＋Ｘｓ＋・・・・・・上の液晶が順次加熱さ
れ、電流パルスの移動と共に順次冷却されてｈＨ二：０
この結果、Ｘｓ　＊　Ｘｓ　Ｉ　ＸＩ　＋・・・・・・
上の液晶は順次光散乱状態に変化してゆくが、冷却時に
おいてｙｌ　ｌ　Ｖｌ　ｔ　ｙ・、・・・・・・の中で
、　対向全面電極２との間に電圧が印加されている電極
上においては、電界による液晶の配向効果が有効に働く
結果、冷却後も光散乱状態にはならすに初期の透明状態
に戻る。

第３図ぼ印加布、圧波形を表わし、全面電極２には例え
ば１キロヘルツの第３図（ａ）の如き短形波が印加され
、液晶を散乱状態にすべき帯状電極群７の中から選択さ
れた電極には同じく第３！９Ｑ（ａ）の如き短形波を、
また液晶を透明状態にすべき帯状電極群７の残りの電極
には第３図色）の如き短形波を印加する。この結果、帯
状電極群７の中で第３５！（ａ）の如き短γ波を印加さ
れた電極上では液晶に電圧が加わらｒｌいために光散乱
状態となり、第３図（ｂｌの如き短形波を印加された電
極上では液晶１こ波高値Ｖの交流短形波電圧が印加され
ることになり、液晶は透明状態となる。このように、電
流ｔ’ｅＪレスによるＸｓ　＊　Ｘｓ　＊　Ｘｓ　＊・
・・・・・・・・の走査にタイミングを合わせて帯状電
極群７の電極ｙ８．ｙ３１ｙｓ。

・・・・・・・・・に画像に応じた電圧信号を配置すれ
ば、帯状電極群７および９の交点（画素）に位置する液
晶を光散乱状態と透明状態に作り分けることができる。

これがジュール熱書込による１Ｉｉｉ像表示の原理であ
る。このジュール熱書込方式によるとフンバクトな表示
装置が構成でき、また透−Ａｍ・反射型のいずれの表示
も可能となる。従って、透過型で用いることによってレ
ーザー熱書込方式では得られない高コントラストで明る
い画面の薄型表示装置が得られる。また、従来の電気光
学効果を利用した薄型の液晶表示装置と比較しても、熱
書込方式では熱信号と電気信号とで画素の書込ψ非書込
を選択するためにいわゆるクロストークの問題を生じる
ことがなく、大規模なドツトマトリクス表示が可能であ
る。このようにジュール熱書込方式の液晶表示素子は種
々の長所を有している一方で、電極構成が複＃ｆＪため
にコスト高となることや、二層の帯状電極群の間に設置
した絶縁膜のために液晶の加熱効率が低下して消費電力
か増大したり、駆動電圧が高くなる等の欠点を有してい
る。

本発明の目的は、ジュール熱書込方式で構造が簡単でコ
ストの低い、また低消費電力−低駆動電圧等の高性能を
有する液晶集子を提供することにある。

本発明の液晶素子は、相対向する電極基板の間隙に液晶
物質を挾持し、前記電極に電流を流すことによって生じ
る熱と、前記の相対向する電極間に印加する信号電圧と
によって、前記液晶物質に状態変化を生ぜしめて情報を
書込む方式の液晶素子であり、加熱用の電流を流す電極
と、信号電圧を印加する電極の少なくとも一方とが同一
の電極である点に特徴があるＯ 次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明の液晶集子の一実施例の構造を示す断面
図である。１１および１２はカラス基板であり、１３お
よび１４　ｉｉそれぞれ、基板１１および基板１２の内
面に設けられた帯状電極群である。１３および１４の帯
状電極群はその帯状電極の方向が互いに直交している。

１５は基板間隙を１４ミクロンに保持するためのフィル
ムスペーサであり、１６は二枚の基板を固定するための
エポキシ接着剤である。

１７はスメクチック液晶のノルマルオクチルシアノビフ
嵩ニルである。

第５図は本発明の液晶素子の駆動方法の一実施例を示す
図である。一方の基板１２の上の帯状電極群１４の各電
極Ｘｓ＋Ｘｓ＋・・・・・・・・・の一端にはそれぞれ
スイッチンクトランジスタＴｒｘ＋Ｔｒｍ＊・・・・・
・が付いており、各トランジスタのコレクター電位は加
熱電流印加用電源によってＶＨに保持されている。また
、電極ＸＩ　＊　Ｘｓ　＋・・・・・・の他端はすべて
クランド電位となっている。このような構成に右いて、
トランジスタＴ　ｒ　”１　’＝Ｔｔ　＊　＊・・・・
・・を順次、一定時間オンにして４くと、トランジスタ
がオンになっている電極にのみ電流が流れ、ジュール熱
が発生してその上の液晶が加熱される。トランジスタか
オフになると電流は止まり、液晶は冷却過程に入る。

このようにして帯状電極群１４を走査してゆくと電Ｉｊ
Ｘｔ＋Ｘｍ＋・・・・・・上の液晶は順次、加熱・冷却
されてゆく。一方、基板１１の上の帯状電極群Ｂの各電
極ｙ１１・・・・・・、ｙｎ、・・曲＊　３’　ｒｎ、
”曲には、トランジスタがオフされた直後の電極上の画
素に書込むべき画像に応じて電圧を印加する。即ち、透
明状［１（非書込）にすべき画素に対応する電極Ｙｎに
は第５図の如く波高値Ｖの交流短形波を印加し、光散乱
状Ｓ（書込）にすべき画素に対応する電極）’ｍは電位
を０（クランド電位）に設定する。この結果、トランジ
スタがオフされた直後の電極上の冷却過程にある液晶に
は、ＹＨとの交点には±Ｖの交流電圧が印加されて透明
状態となりｙｆｆｌとの交点には電圧が印加されないの
で光散乱状態となる。なぜならばトランジスタがオフさ
れた電極はグランド電位にあるからである。この時信号
波嵩値Ｖは、ネマチック相の液晶には分子配向を引起こ
すのζこ充分大きく、またスメクチック相の液晶には分
子配向を引起こさない程度に充分小さくなければならｔ
Ｊい。このように設定することによって、トランジスタ
がオフされたＩＭの電極上の液晶は、冷却の途中でネマ
チック相を封るために、その際電圧の有無に応じて上述
の如き状態変化（透明状態または光散乱状態）を生ずる
一方、トランジスタがオフのその他の″４：極上の液晶
はスメクチック相にあるために画像信号電圧の有無に何
ら影響をうけないようにすることができる。

また、トランジスタがオンの、次に画像を書込もうとす
る電極上の液晶には電圧が印加されることになるが、加
熱過程での電圧の有無は冷却後の液晶の状態に伺ら影響
をおよぼさないので問題はない。なお、実施例における
電圧■の値は約ｌＯボルトであった。また、加熱電流印
加用のｖＨの値は加ボルトであった。比較のために、第
１図の如き構造の従来例の液晶素子を構成して特性を測
定した０第１図における絶縁膜８として２５００人厚の
Ｍ　ｇ　Ｆ　雪を用いた他は、液晶物質、液晶層厚等全
て、上述の実施例と同じである。この従来例の液晶素子
においては加熱電流印加用の電源電圧としては４０ボル
トを要した。また、その結果、消費電力も一行あたり１
２ワツトを要し、上述の実施例の場合の４倍程度必要で
あった。この様な性能の違いの他に、本発明の液晶素子
が、従来例の液晶素子に比べて構造が簡単であり、従っ
てコストも低いといつ長盾を有することは明らかである
。

なお、上述の実施例における液晶物質や液晶層厚また第
５図の如き駆動方法が何ら本発明を制約するものではな
いことは言う丈でもない。また、本発明の液晶素子か直
視製や投射型の表示素子としてのみならす、光学情報記
録媒体勢として用いられた場合にも優れた性能を有する
ことも言うまでもない。

以上説明したように本発明によれば、構造が簡単でコス
トの低い、また低消費電力・低駆動電圧等の高性能を有
するジュール熱書込方式の液晶素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来構造の液晶素子の断面図であり、１は基板
、　　２は全面電極、　　３はスペーサ、４は接着剤、
　　５は基板、　６は液晶、　　７は帯状電極群、　　
８は絶縁膜、　９は帯状電極群であるＯ 第２図は従来構造の液晶素子における帯状電極群の相対
関係を示す図であり、第３図は従来構造の液晶素子にお
ける信号電圧波形を示を図である。 第４図は本発明の液晶素子の一実施例の断面図であり、
１１　、１２は基板、１３．１４は帯状電極群、１５は
スペーサ、１６は接着剤、１７は液晶である。 第５図は本発明の液晶素子の一実施例における駆動方法
を説明する図である。 牙　／　図 牙　２　図 牙３　図 ＋　４　図 ′Ａ−５図 ［ １′ ＝ （

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 相対向する電極基板の間隙に液晶物質を挾持した液晶素
   子において、一方の基板には信号電圧印加用電極が形成
   され、もう一方の基板には信号電圧印加用兼加熱電流印
   加用電極が形成された構造を具備することを特徴とする
   液晶素子。