JPS59208531A - 液晶セル - Google Patents

液晶セル

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JPS59208531A
JPS59208531A JP59086050A JP8605084A JPS59208531A JP S59208531 A JPS59208531 A JP S59208531A JP 59086050 A JP59086050 A JP 59086050A JP 8605084 A JP8605084 A JP 8605084A JP S59208531 A JPS59208531 A JP S59208531A
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crystal cell
carrier plate
column
signal
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ポ−ル・ガ−バ−
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F Hoffmann La Roche AG
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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」 本発明は電気信号？光学的に表示する液晶セルに関し、
特に、トリガ箪極乞備えた２枚のキャリアプレート（担
持板）間にコレステリック液晶乞有する液晶セルに関す
る。
［従来の技術及び問題点］ コレステリック液晶ケ有する液晶セルは知られている。
これらのセルでは、コレステリック液晶は幾つかの状態
、一般には、適当な電圧乞印加することによって可逆的
に切換わることのできる光学的に異なる２つの状態で存
在するという事実がオＵ用されている。
セルに′電圧が印加されていないときは、分子がキャリ
アプレートに本質的に平行であり、したかつてコレステ
リックのらせん軸が基板面に対して実質的に垂直になっ
ている一方の状態か全体として安定である。このような
分子配列になっている状態は、文献では大部分の場合、
グランシュアン組織又はプレーナ組織と称されている。
しかし、これらの用語は一方ではその構造の地間的な理
想形ぞ表わしているが、他方では多かれ少なかれ変形し
た組織乞指すのにも実際にはしはしは使用されるので、
誤解？招くおそれかある。したかつて、本明細督ではこ
れらの用語の使用ケ避け、その代わりに、組織造？説明
するにあたっては各々の場合らせん軸の方向馨用いるこ
とにする。
他方の第２の状態では、らせん軸がキャリアプレートに
実質的に平行である。縁領域での不工合な順応（又は燻
応）垂件のため、この組織はらせん軸がプレートに垂直
である組織よりも高いエネルギーレベルにある。したか
つて、セルの厚さｄのコレステリックのらせん高さＰに
対する比が小さい場せにこの平行状態が形成されたとき
は、印加電場かなければ、らせん軸がプレートに垂直な
より安定な組織に次第に戻る。しかしｄ　／　Ｐの値が
大きい（典型的に１０以上）場合には、縁慣域の影響は
非常に小さく、らせん軸がプレートに平行な組織は数日
間にわたって保たれる。これらの場合では、２つの組織
のうち一方がはるかに安定であるという問題は未だ解決
されていないと思われる。
上記２つの状態の光学的性質は著しく異なる。
らせん軸がプレートに垂直な組織は、波長λの左旋性又
は右旋性の円偏光光線ｆ　ｎ　−Ｐの値だけ反射させろ
。ここでｎは平均屈折率である。反射係数が高い場合に
は、ｄ・Δｎが波長より大きいはずである。ここでΔｎ
は屈折率の異方性である。
入射光のうち反射されない第２の円偏光成分は実質的に
乱されることなく組織中ぞ通過する。もしＱ−Ｐが可視
波長範囲にあれば、吸収性の背面の前では典型的なコレ
ステリックの反射色が見える。
他方、らせん軸がプレートに平行になっている状態の液
晶は光？反射せずに通過させることができる。しかし、
狭い角度範囲内で前方散乱が起こる。したかつて、吸収
性背面の前ではこの状態の液晶は暗く見える。
これらの２つの状態は良好な吸収性の背面の前と艮く輝
く表面と？以て者しいコントラスト馨示す。透過の場合
でも、らせん軸がプレートに平行の状態のときに散乱さ
れる光はアパーチャぞ通過できないようにして低分散光
がアパーチャぞ通過するようにするとき、良好なコント
ラストが達成できる。この動作態様では、らせん軸がプ
レートに垂直の状態のとき反射させる性質は要求されな
い。
前述の２つの組織及びそれらの光学的性質は今世紀初め
に既に記述されていた。しかし、例えば′電場によって
２つの状態馨両方向に互いに簡単に変換することは不ｂ
」能であると思われていたために、このような光学的差
異？利用することはなされなかった。
米国特許第３，６４２．３４８号からは、静止又は休止
状態でグランシュアン組織？とるコレステリツク液晶は
、直流電場又は低周波交流電場乞印加することによりフ
ォーカルコニック組織に変えろことができることか知ら
れている。電場ぞ減少させるか又はなくすと、液晶は休
止状態のグランシュアン組織に再び戻る。この再配列は
１秒の数分の１以内で起こることができるか、数時間に
及ぶこともある。これは機械的に又は加熱により加速さ
せることができる。
西独特許公開公報第２５６８２１２号からは、グランシ
ュアン状態からフォーカルコニック構造への組織変換が
電気水力学効果の助けぞ傅て行なわれることが知られて
いる。、この電気水力学効果はｄ電的に負のネマチック
材料において充分低い周波数で起る。
米国特許明細書第３，６８０．９５０号からは、負の蒋
電異方性ケ有する液晶は、高周波交流電場の配向効果に
よりフォーカルコニック状態からグランシュアン状態に
切換わろことか知られている。
したがって、これらの効果の全ては、これらが両方向に
切換えることのできるディスプレイセル？与えるために
組合されるとき、かなりの不都合Ｙｍする。すなわち、
電気水力学的乱れ？引起す電流の流れのため、液晶はゆ
っくりではあるが連続的に分解される。その寿命は短い
。
ここでの効果とすでに述べた既知の効果はコレステリッ
ク相内での組織変化に関するものであって、基本旧に異
なる相変化効果に関するものではないことか考慮に入れ
られるべきである。
相変化効果の場合には、液晶は２つの切換え状態のうち
の一方の状態でのみコレステリック構造馨＊シ、保持電
場が印加された場合にはホメオトロピックなネマチック
である。
西独特許公告公報第２５．４２１８９号には、電場か印
加されてないときにはエネルギー的に安定なフォーカル
コニック構造？有し、適当な保持電場が印加されたとき
にはホメオトロピックなネマチック構造に切換わってそ
の状態？保つコレステリック赦晶混合物馨含むセルが記
載されている。
保持−場がオフにされた後は、液晶は再び安定なフォー
カルコニック状態に戻る。
この相変化効果はここで考えている組織変化とは基本的
に異なるという事実は別にして、この相変化も長い間知
られていたけれどもこれまで技術的に利用されなかった
というかなり不利な立場にある。そのうえ、相変化馨起
こさせるのに非常に尚いトリガ電圧が必要であり、且つ
非安定な状態乞保つのに高い保持電圧が必要である。
本発明の目的は、電場の配向効果により光学的に異なる
２つの状態間？切換えられるとともに、液晶中乞イオン
電流が流れる必要がなく、その結果高絶縁性の液晶材料
が劣化現象？避ける目的で使用できるような液晶セル？
提供することである。
「発明の構成」 本発明によれば、トリガ電極乞備えた２枚のキャリアプ
レート間にコレステリック液晶ケ有する液晶セルにおい
て、液晶は、光学的に異なる２つの安定な組織で存在し
ており、しきい値より低い周波数では正の誘電異方性？
もっていて低周波交流電圧の印加で一方の組織？とり、
また、しきい値より高い周波数では負の誘電異方性？も
っていて篩周波交流′直圧の印加で他方の組織に変わる
ようになっている。
コレステリック液晶としては、ネマチック液晶にコレス
テリック添加物？加えた混合物が好ましい。
液晶の２つの安定状態のうち一方はらせん軸がプレート
に平行な組織であり、これは低周波電圧が印加されたと
きのものである。他方はらせん軸がプレートに垂直な組
織であり、これは高周波電圧が印加されたときのもので
ある。
上部プレート（すなわち、光が入射するプレートであっ
て液晶に面しているプレート）の表面はホモジエニアス
な壁配向ケ有するのが好ましい。
しかしながら、壁配向が全くないか、又はホメオトロピ
ックやハイブリッドの壁配向ぞ有するセルでも、所望の
電気光学効果は起こる。
「実施例の説明」 以下図面ぞ参照しながら、本発明の実施例について説明
する。
第１図は液晶セルの一部分の概略断面図ぞ示す。
セルは２枚のキャリアプレー）１．２Ｙ有し、これらの
プレートは互いに離れていて、それらの間にコレステリ
ック液晶層３が配置されている。
光は上部キャリアプレート１から入射する。反射形のデ
ィスプレイの場合には、観測者は上部キャリアプレート
１の傍らに居る。液晶３に面しているキャリアプレート
１の表面はそれに隣接する液晶分子？ホモジエニアスに
配向させろように処理されている。このいわゆるホモジ
エニアス壁配向は、例えば、ラビングや斜め蒸着等の通
常の方法でつくることができる。
キャリアプレートのホモジエニアス壁配向はディスプレ
イセルの機能には必らずしも必要ではない。しかし、ホ
モジエニアス壁配向ば、特に液晶のらせん軸がキャリア
プレートに垂直である状態で、より良好な光学的均−性
乞与えるのに役立つ。
液晶に而している両側のキャリアプレート１．２にはト
リガ１ＪＬ極４．５が備えられており、これらの電極ゼ
通じてトリがか行なわれる。これらの軍帽は、周知の如
く、大部分の場合蒸着により形１ 成される酸化インジウム寺の博いノ冑から成る。
本ディスプレイはコレステリック液晶の２つの組線間の
光年的差異に基づくものであるから、液晶は上Ｍｔキャ
リアプレート１？力ｕして一見えなけれは７エらない。
このことはキャリアプレート１はガラス、透明プラスチ
ック寺でなければならないこと？意味する。上部電極４
もまた透明でなければならない。
下部キャリアプレート２側では光を吸収するよう意図さ
れている。これは、通常、キャリアプレート２も透明に
して吸収層６馨その外側に付加することにより達成され
る。他の構成も勿論考えられる。例えば、電極５又はキ
ャリアプレート２自身乞光吸収性に設計することである
。
゛電極４．５はトリガ回路に接続されろ。トリが回路は
説明のために概略のみが示されており、異なる周波数の
２つの交流電圧源７．８およびスイッチ９乞有する。ト
リガ回路の具体的で詳細な説明は酒業省に周知の適当な
文献ぞ参照されたい。
液晶層３は、例えばＡｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ
、　４１゜２ ６９７（１９８２）に記載されているような、いわゆる
二周波混付物から成る。これに適当なカイラル分子が混
合されると、一方では三周波特性が保持され、他方では
問題のコレステリック特性が混合物内に誘起されろ（こ
の場合には可視範囲での反射が起こる）。
特に好適な液晶混合物は例えは次のようにつくられる。
ネマチツク二周波混会物は次の重量比の成分から成る。
＊　　水　　瘍　　水　　＊＊＊＊　　　ゆ　　　　水
口　　　　　　　Ｌｌ（ＪＯＯ この混合物は一６℃と＋７９°Ｃの間で坏マチックであ
り、２２°Ｃで約ｉ、４ｋＨｚの遷移周波数ｆＣ？有す
る。＠置県方性は、ｆｃより低い周波数では正であり、
ｆｃより高い周波数では負である。
鮨のスペクトル領域で容易に見えやすい色効果？達成す
るために、このネマチック混合物に次のカイラル麻加物
馨（Ｍ量係で）加える。
第１図に示された組織ぞ用いると、液晶はコレテリツク
相の典型であるらせん状にねじれた分−配列ケ有し、そ
のためにらせん軸は多かれ少な−れプレート面に平行に
なる。このことは第１図−は紙面にいくつかの分子乞投
影することによつ概略的に示されている。
スイッチ９を短時間電圧源７に接続すると１．４　ｋＪ
（ｚより高い周波数、好ましくは約１０　ｋＨｚ周波数
のパルスが液晶３に加えられる。すると、らせん軸がプ
レート１．２に垂１■な状態に変化する。この状態が第
２図に示されている。第２図は第１図と同じセルについ
ての概略図であり、違いはらせん軸がキャリアプレート
１．２と垂直になっている点だけである。この状態では
、分子はプレート表面に対し芙質的に平行に配向されて
いる。
らせん軸がプレート１．２に垂直な組織は外部エネルギ
ーの供給がなければ長期間変らないまま保たれろ。この
ことは第２図でスイッチ９が開放されていることによっ
て示されている。もしスイッチ９ぞ反転させて電圧源８
乞電極４．５に接続すれば、すなわち、もし１．４ｋ）
Ｔｚより低い周波数、好ましくは約１００　Ｈｚの周波
数のパルスが供給されれば、液晶はらせん軸がプレート
１．２に平行な組織に戻る。
このようにしてディスプレイセルは、夫々異なる周波数
の交流電圧パルスを加えろことにより一方の状態から他
方の状態へ切換えることができる２つの実に安定な状態
？保有する。２つの状態乞維持するための保持電圧は要
求されない。実験に７ よれば、電圧馨印加しないまま数週間両状態が変化せず
に安定であることが示された。
爽峡セルでは、切換えは実効値６０ボルトの方形波信号
ぞ用いて行なった。Ｐ　＝　０．３８μｍの間隔でコレ
ステリック乞満たした１０μｍの厚さのセルで、らせん
軸がプレートに垂直な状態に切換えるのに２５０　ｍｓ
の切換え時間馨要し、元に戻すのに約５０ｍ５Ｙ要した
。もつと低い電圧？用いた場合には、切換え時間はもつ
と長くかかり、あるしきい電圧以下では組織変化は殆ん
ど起こらなかった。低周波？加えたときには、コレステ
リック−ネマチック相遷移は２倍の電圧、すなわち１２
０ｖで起こる。勿論、この電圧はブレークダウンの危険
か尚い領域にすでに入っている。。
電圧馨変えることと二周波混合物？修正することにより
切換え時間馨更に改良することができよう。
ディスプレイに要求される光学的コントラストは、らせ
ん軸かグレートに平行な組織では、液晶はかなりよく光
ヲ透過させ、同時に、背面プレー８ ト（この背面プレートはその吸収特性により暗く見える
）が見えるという事実により起こる。らせん軸がプレー
トに垂直である状態では、上述したような光の周波数に
依存した反射が起こる１　との結呆、白色光のうちある
割合だけが後方散乱され、液晶は強い色？示す。この特
定の色はコレステリック液晶のピッチに依存する。ピッ
チはコレステリック液晶の大部分において温度依存性が
あるので、色は温度変化により容易に変わる。しかし、
このことが組成比？適当に選ぶにより補償できることは
当業者には知られている。
この新規な効果？マトリックス・ディスプレイで使った
例？第４図及び第５図に示す。第４図に示したマトリッ
クス・ディスプレイの一部分において、例えばＺ２／８
２の領域はらせん軸がプレートに平行の状態にし、ｚ２
／Ｓ４の領域はらせん軸がプレートに垂直の状態にし、
他の領域はすべて状態？変えないままにしようとしてい
る。
表示すべき情報は例えば列毎に読むことができる。この
場合、高周波電圧と低周波電圧とが交互に印加される。
選択された列ｚ２には谷周波数毎に２振幅単位の電圧が
１回印加されるか、他の列には電圧は印加されないまま
である。
行には１振幅率位の電圧か冨に印加される。この電圧は
、状態変化ぞさせない素子、すなわち行Ｓ１とＳ６には
列電圧と同相である。状態？耕しく画定しようとする素
子、すなわち、行Ｓ２と８４では、電圧は対応する動電
圧とは位相が外れている。したかつて、切換えるべき列
の素子には６単位の電圧が加えられるが、他の素子には
すべて１単位の電圧が加えられる。
各々の場合に１つの周波数か加えられる時間は、６単位
電圧の印加下では状態の１つの明確な画定が起こり、１
単位電圧の印加下では高周波と低周波の変化での状態の
両方の可能性が変わらないままであるという事実によっ
て決められる。これらの時間τＮＦＩτＨＦは材料パラ
メータとセルパラメータに依存し、場合に応じて最適化
しなければならない。
【図面の簡単な説明】
第１図はらせん軸がプレートに平行なコレステリック液
晶３有するセルの概略図、第２図はらせん軸がプレート
に垂直な液晶を有するセルの概略図、第３図は誘電異方
性の推移を液晶に印加される１ｆｔ＝の周波数の関数と
して概略的に示した曲線図、第４図は新規な効果馨実現
できるマトリックス・ディスプレイの概略図、第５図は
第４図にしたがってマトリックス・ディスプレイぞトリ
ガする信号波形図である。 １．２・・・キャリアプレート　３・・・液晶層４．５
・・・トリガ電極　　６・・・光吸収層７．８・・・電
圧源　　　　９・・・スイッチ代理人　　浅　村　　　
皓 １

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）トリガ電極？備えた２枚のキャリアプレートＩｈ
    １　Ｋコレステリック液晶馨有する液晶セルニオイて、
    前記液晶は、光学的に異なる２つの安定な組織で存在し
    ており、しきい値より低い周波数では正の防電異方性ケ
    もっていて低周波間流電圧の印加で前記２つの安定組織
    のうちの一方の組織？とり、また、しきい値より高い周
    波数では負の誘電異方性ぞもっていて高周波交流電圧の
    印加で前記２つの安定組織のうちの他方の組織に変わる
    こと馨特徴とする液晶セル。 （２、特許請求の範囲第１項記載の液晶セルにおいて、
    入射光側のキャリアプレートの液晶に面する表面は液晶
    分子馨ホモジエニアスに配向させる性寅馨有しているこ
    と？特徴とする液晶セル。 （３１符許請求の範囲第１項記載の液晶において、入射
    光側のキャリアプレートの液晶に面する表面は液晶分子
    ？ホメオトロピックに配向させろ性質乞有していること
    馨特畝とする液晶セル。 （４）特許請求の範囲第１項から第６項に記載の液晶セ
    ルにおいて、液晶のらせん軸は一方の安定組織において
    はキャリアプレートに平行であり、他方の安定組織にお
    いてはキャリアプレートに垂直であること馨特徴とする
    液晶セル。 （５）特許請求の範囲第１項から第４項に記載の液晶セ
    ルにおいて、一方のキャリアプレートに備えられたトリ
    が電極は列導体に分割されており、他方のキャリアプレ
    ートに備えられたトリが電極は行導体に分割されていて
    、マトリックス・ディスプレイケ形成するようになって
    いること馨特徴とする液晶セル。 （６）特許請求の範囲第５項記載の液晶セルにおいて、
    低周波信号と高周波信号が交互に列導体と行導体に加え
    られることを特徴とする液晶セル。 （７）特許請求の範囲筒６項記載の液晶セルにおいて、
    列？読取る場合、トリガすべき列導体には定められた振
    幅ぞ有する信号が加えられるとともに個の列導体には信
    号は加えられなく、それと同時に、すべての行導体には
    、振幅は列信号の半分であって位相は切換えるべき交点
    では列信号とずれており他のすべての交点では列信号と
    同じであるような信号が加えられること乞特徴とする液
    晶セル。
JP59086050A 1983-04-29 1984-04-27 液晶セル Pending JPS59208531A (ja)

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DK213384A (da) 1984-10-30
EP0123981A3 (de) 1986-12-03
EP0123981A2 (de) 1984-11-07
NO841709L (no) 1984-10-30
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DK213384D0 (da) 1984-04-27
DD228368A5 (de) 1985-10-09

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