JPH0343606B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

技術分野 本発明は熱で位置指定（address）可能な液晶
デイスプレイ装置に関するものであり、特にコレ
ステリツク−スメクチツク液晶化合物をベースに
しそして明背景部に暗黒像を形成する光吸収技術
を使用するデイスプレイ装置に関するものであ
る。 背景技術 今までは、大型の多重液晶デイスプレイを製造
することが非常に困難であつた。この困難性は主
としてクロストーク（cross−talk）効果および、
応答性の緩慢な液晶媒体を迅速再生する必要から
くるものであつた。大型多重デイスプレイは周知
のようにクロストーク即ち表示素子の選択された
部分での望ましくない増感と云う問題をかかえて
きた。この問題は大型多重液晶デイスプレイにお
いて可能な素子の「on」と「off」の間の２乗平
均電圧比が小さいことに起因するものである。 デイスプレイが大きくなると新しい問題が現わ
れる。大部分の装置は本質的に記憶するものでは
ない。従つて繰り返し走査して新しく表示しなけ
ればならない：この走査はしばしば60Hz（フレー
ム当り）での典型的な表示効果をもつて行われ
る。大面積マトリツクス（matrix）では個々の
行または列の使用サイクルが小さくなる。大部分
の表示媒体は小さな使用サイクルの電圧情報に部
分的に応答するだけであるから、得られる効果は
dc当量電圧の一部分に過ぎない。その結果が低
コントラストであり、低輝度である。表示マトリ
ツクスが大きくなるにつれ、使用サイクルは段々
と小さくなり光学性能も段々悪くなる。Ｘ−Ｙマ
トリツクスが大きくなればなる程、結果は非常に
劣つた（商品水準以下の）光学性能となる。 以上２つの問題は大型の多重デイスプレイの提
供に様々な制限をもたらし、今迄のところ高コン
トラストで広視角の、製造し、易く操作し易いし
かも低コストの装置は製造されていない。 本発明によつて、上記問題を解決した低コスト
の大型多重可視デイスプレイ装置で、先行技術に
対していろいろな利点を有する新しい液晶装置が
開発された。 本発明は主として大型の熱位置指定の多重装置
に関するものであるが、その新規な光吸収方法は
大型でないそして多重でもない装置に容易に応用
できる。本発明は熱で位置指定される液晶デイス
プレイの分野に広く応用されるものであつて、特
殊な装置またはシステムに限定されるべきもので
はない。 本発明は加熱したときにネマチツク相となる特
定のスメクチツク液晶ホストを特徴とする。この
材料には少量の多色性染料が添加されている。こ
のデイスプレイは熱電モードで位置指定される。
「on」素子で、この液晶混合物は入射光を強く吸
収する染料のために光吸収性である。「off」素子
および背景部は同方向性（homeotropic）のスメ
クチツクＡ組織（texture）を有し、そこでは染
料は最小限の吸収を示す。 ネマチツク液晶中でのゲスト−ホスト効果とし
てのスイツチング性の多色性染料の概念は、最
初、分子結晶と液晶（Mol.Crystals and Liquid
Crystals）8293（1969）のG.H.Heilmier、J.A.
Castellanc、およびL.A.Zanoniの論文において
示唆された。 液晶構造がツイスト・ネマチツク、均質、また
は同方向性であつてもよいということは他のもの
によつて示唆された。多色性染料を液晶材料と混
合して使用するこれ等装置の大部分は一般に像コ
ントラストを改善するために偏光子または偏光板
（wave plate）のような所望の外部装置を必要と
してきた。 コレステリツクの液晶ホスト中の高い秩序度
（order parameter）の染料はジヤーナル・オ
ブ・アプライド・フイジクス454718（1974）のD.
L.White、G.N.Taylorの論文中で示唆されたの
が最初である。 この液晶媒体を使用するデイスプレイは高コン
トラストを有しかつ外部偏光子を必要としない。
このデイスプレイは電界効果ツイスト・ネマチツ
ク液晶デイスプレイをもつてしては得られない高
輝度および広視角を有する。この装置は正の誘電
異方性を有する液晶によるコレステリツク−ネマ
チツク転移効果を利用している。 無電界（off）モードにおいては、染料分子は
ホストのらせん磁気構造に従うので強い光吸収を
示す。onの状態では、染料は同方向性のネマチ
ツクホスト中に存在してその吸収は最小限とな
る。こうして、デイスプレイは暗黒（または着
色）背景部に白色像を呈する。しかし暗黒背景部
に白色像は一般に好ましいものではない。更に、
このようなコレステリツク−ネマチツク転移効果
は約５〜10ライン以上に多重化することができ
ず、商品化することができないということが報告
されている。それは「クロストーク」の原因とな
るコントラスト対電圧の関係を表わす勾配の変動
のためである。 最近、第８回国際液晶会議（京都）にエー・サ
サキ教授等が提出した「レーザー位置指定マルチ
フアンクシヨン・ライトバルブ」と題する論文中
には、ｐ−p′シアノ−オクチルビフエニルとノナ
ン酸コレステリルの90：10混合物の液晶を利用す
るレーザー位置指定の投影デイスプレイが開示さ
れている。該混合物は冷却によりスメクチツクＡ
相に転移するコレステリツク相を有していなけれ
ばならない。しかし、このデイスプレイは投影装
置でありその像コントラストは純粋に散乱によつ
て生ずるものである。熱的位置指定はレーザービ
ーム走査による。この材料には染料が使用されて
いない。 最近、秩序度が高くしかも光安定性の染料が入
手可能となつた。この染料を使用する装置は多方
面に発展し得るデイスプレイを提供することが予
想される。しかしそれは２つの大きな欠点を有し
ているので非常に低情報量の簡単なデイスプレイ
への応用にのみ制限されている。 この染料デイスプレイは多重化するのが大変難
しい。数行のものが技術開発されている状態であ
る。大型のマトリツクス位置指定は各表示素子に
外部から非線形素子を加えることによつてのみ実
施されている。 非輻射（反射）表示装置では暗黒背景部に白色
像が形成される。これは審美上好ましくなく、商
品化利用を制限している。像コントラストをより
好ましい形態、明背景部と暗黒像に反転する技術
が利用可能であるが、その技術を付加すると複雑
でコスト高になる。 1978年にシー・タニとテイー・ウエノは科学論
文（アプライド・フイジカル・レターズ第33巻第
４号第15頁、1978年８月）中で或る種のスメクチ
ツク液晶に対する多色性染料の適用について論じ
ている。彼等は特に多色性染料系において有用性
を有するものとしてのスメクツチ「Ａ」相の使用
に対する知見を示している：それはレーザー位置
指定ライトバルブのような散乱分野にのみ適用で
きるというのが彼等の指摘である。彼等はスメク
チツクＨまたは場合によりＢ相構造を有する材料
のみが多色性染料との組合わせにおいて有効な特
性を示すと結論している。更に彼等は多色性染料
と一緒に使用するときの緩慢な冷却の有効性を説
明しまた素子の急速な冷却は光散乱装置にのみ適
用可能であると説明している。 本発明は散乱状態ではなく吸収状態を生成する
ために多色性染料を使用し、そして他の技術で開
示されているようなレーザー加熱とは異なるサー
マルXY局部加熱を使用するものである。更に本
発明は選択的にスメクチツク「Ａ」相の液晶を用
いた素子の急速冷却を利用するものである。この
要件はタニとウエノの知見に真向から反するもの
であるが本願においては最も有効なものであるこ
とが明らかとなつた。 さらに、近年、フランス文献には熱位置指定ス
メクチツク「Ａ」結晶媒体を使用する方法が報告
されている。このような方法は情報デイスプレイ
協会の２年毎のデイスプレイ研究会議の1980年の
議事録「ポスト・デツドライン・ペーパー
（Post deadline paper）」のThomson−CSF
Labo−ratoire Central de RecherechesのM.
Hareng、S.Le Berre、R.Hehlen、およびJ.N.
Perbetの「マトリツクス位置指定スメクチツク
液晶デイスプレイ」と題する論文中に開示されて
いる。 このシステムは染料を使用しておらずしかも本
発明の光吸収技術ではなく光散乱技術を使用して
いる。 更に、公知のシステムは本発明とは細部におい
て非常に異なる装置で実施されている。光吸収に
比べて光散乱は決定的な相違があるので、公知の
装置は投影光学システムによつてのみながめるこ
とができるがそれは非常に大きなそして高出力の
ものになつてしまう。 先行技術においては高秩序度の多色性染料を液
晶媒体に使用することが示されているが、これ等
染料は主として熱による媒体の相転移で生ずる光
効果を増大せしめるために使用されていることに
留意すべきである。これに対し本発明では、液晶
媒体での光吸収の大部分は染料が行つており、媒
体は光吸収状態になるように染料を配向するため
のビヒクルとして作用するものである。 本発明の開示 本発明は明背景部に暗黒像を形成する熱位置指
定の可視装置に関するものである。この装置は少
なくとも１種の液晶化合物好ましくはコレステリ
ツク液晶化合物を少なくとも１種の着色剤一般的
には高秩序度の多色性染料と混合して含有する液
晶媒体からなる。この媒体は正の誘電異方性を有
する。この媒体は感熱性であり、少なくとも２つ
の温度相間での転移を有する：低温相はスメクチ
ツク相であり高温相は好ましくはコレステリツク
相である。この媒体はスメクチツク相で２種の組
織を示す；光吸収組織と同方向性組織である。高
温相から低温、スメクチツク相に急速転移すると
きに媒体を増感することにより媒体の部分に同方
向性組織を生ぜしめる。スメクチツク相への転移
の際に増感しなかつた媒体部分には光吸収組織が
現われる。 媒体の位置指定すべき部分に電圧を印加するこ
とにより増感する。位置指定部分は実質的に光透
過状態を生成し、一方非指定部分は実質的に光吸
収状態を生成する。スメクチツク相に光吸収状態
が現われるとき、液晶媒体内でロツクされた着色
剤または染料は媒体中を通過する光の大部分を吸
収する；液晶は染料分子を光吸収位置に配向する
ためのビヒクルとして作用する。媒体を増感する
ための電極が設けられている。この電極は媒体に
近接して配置されている。加熱電極もまた媒体を
高温相に加熱するために設けられている。多重装
置においては、これ等電極は実質的に互いに直角
にそして別々の面に配置されてマトリツクスの縦
と横を構成する。 直接観察できる好ましいデイスプレイ装置を得
るため、横方向の電極は高コントラストで広視覚
をもたらすように拡散反射するようにつくられて
いる。反射電極により光はセル中を往復するため
光吸収は増大する。 液晶は一般にオクチルシアノビフエニル化合物
を含有しておりそして２種の熱転移：等方性相と
ネマチツクまたはコレステリツクいずれかの相と
の間の、およびネマチツクまたはコレステリツク
いずれかの相とスメクチツク相特にスメクチツク
「Ａ」相との間の、転移を有する。 特に、液晶は次式のシアノビフエニル化合物 の混合物からなる。 この混合物の一タイプは、混合物中の約35〜65
重量％がオクチルシアノビフエニルであり、約30
〜60重量％がデカシアノビフエニルである。 この混合物の他のタイプは、上記材料に次式の
シアノアルキルオキシビフエニル化合物 を添加したものである。 混合物中、オクチルシアノオキシビフエニルは
約15〜30重量％であり、デカシアノオキシビフエ
ニルは約11〜26重量％であり、一方オクチルシア
ノビフエニルは約20〜35重量の範囲にあり、そし
てデカシアノビフエニルが約24〜39重量の範囲に
ある。 多色性染料は４（4′−Ｎ＝Ｎ−ジメチルアミン
フエニルアゾ）アゾベンゼンであり、全組成物の
0.5〜3.0重量％の範囲にある。 特にオクチルとデカシアノビフエニルはそれぞ
れ55.6と44.4重量％で混合され、４（4′−Ｎ＝Ｎ−
ジメチルアミノフエニルアゾ）アゾベンゼンが全
組成物の１〜1.5重量％である。 また、オクチル、デカ、オクチルオキシおよび
デカオキシシアノビフエニルをそれぞれ27.5、
31.5、22.5および18.5重量％で混合することがで
きる。この材料に染料を全体の0.75〜1.75重量％
混合する。 種々のコレステリツク液晶化合物を使用するこ
とができ、光学活性末端基を有する多数の液晶化
合物がコレステリツク相を示す。これ等のうちい
くつかはコレステリツク相から冷却したときに１
種以上のスメクチツク相を示す。例えば、分子結
晶と液晶第27巻第417頁（1973年）のJoseph A.
Castellano、C.S.oh、M.T.McCaffrayの論文に
は、次の一般構造式 （但し、ＲはOCO−（CH₂）_o−CH₃またはＣ≡Ｎ
である）を有する40個のシツフ塩基化合物が列挙
されている。 ｍとｎの値が大きい多数の化合物が冷却により
スメクチツク相に変わるコレステリツク相を有す
る。数例を引用する。 結晶46.3℃ ―――→ スメクチツク74.5℃ ―――→ ←――― スメクチツク77℃ ――→ ←―― コレステリツク83.6℃ ―――→ ←――― 等方性 および 結晶40℃ ――→ スメクチツク48℃ ――→ コレステリツク66℃ ――→ 等方性 これ等化合物は装置に適用するための望ましい
相転移を有するけれども、一般にシツフ塩基は非
常に不安定である。また実用化材料が有していな
ければならない他の必要事項もある。このように
典型的な使用材料は適する配合において安定な化
合物であることをもつて正式なものとなり得る。 ホスト液晶としての必要事項の一つはその誘電
異方性が正であつてしかも強くなければならない
ということである。これは通常、末端基の１つと
してＣ≡Ｎを有する液晶化合物を使用することに
よつて得られる。 有用なコレステリツク液晶の１例はＸ、Ｙおよ
びＺ物質の混合物からなり、それぞれの重量％
は、おおよそＸが40〜60、Ｙが30〜50、Ｚが５〜
15の範囲にある：但し、 Ｘは TECHNICAL FIELD The present invention relates to thermally addressable liquid crystal display devices, and more particularly to display devices based on cholesteric liquid crystal compounds and using light absorption technology to form a dark image on a bright background. It is something. BACKGROUND OF THE INVENTION Until now, it has been very difficult to manufacture large multiplex liquid crystal displays. This difficulty is mainly due to cross-talk effects and
This was due to the need to quickly regenerate liquid crystal media, which have a slow response. Large multiplex displays have suffered from the well-known problem of crosstalk, or undesirable sensitization of selected portions of the display elements. This problem is due to the small root mean square voltage ratio between the "on" and "off" states of the devices possible in large multiplexed liquid crystal displays. As displays get larger, new problems appear. Most devices are non-memory in nature. Therefore, a new display must be repeatedly scanned: this scan is often carried out at 60 Hz (per frame) with a typical display effect. Large area matrices reduce the usage cycles of individual rows or columns. Since most display media only partially respond to voltage information over small cycles of use, the resulting effect is
It is only a fraction of the dc equivalent voltage. The result is low contrast and low brightness. As the display matrix becomes larger, the usage cycle becomes smaller and the optical performance becomes progressively worse. As the X-Y matrix becomes larger, the result is very poor (below commercial grade) optical performance. These two problems pose various limitations to the provision of large scale multiple displays, and to date no device has been produced that is high contrast, wide viewing angle, easy to manufacture and operate, and at low cost. In accordance with the present invention, a new liquid crystal device has been developed which is a low cost large scale multi-visible display device which solves the above problems and has various advantages over the prior art. Although the present invention is primarily concerned with large thermal positioning multiplexing devices, the novel light absorption method can be readily applied to less bulky and non-multiplexing devices. The present invention has wide application in the field of thermally positioned liquid crystal displays and should not be limited to any special device or system. The present invention features certain smectic liquid crystal hosts that enter a nematic phase when heated. A small amount of pleochroic dye is added to this material. This display is positioned in thermoelectric mode.
In an "on" device, this liquid crystal mixture is light-absorbing because of the dye, which strongly absorbs incident light. The "off" element and the background have a homeotropic smectic A texture in which the dye exhibits minimal absorption. The concept of switching pleochroic dyes as a guest-host effect in nematic liquid crystals was first introduced in molecular crystals and liquid crystals.
Crystals) 8293 (1969) G.H. Heilmier, J.A.
It was suggested in the paper by Castellanc and LAZanoni. It has been suggested by others that the liquid crystal structure may be twisted nematic, homogeneous, or co-directional. Most of these devices that use pleochroic dyes mixed with liquid crystal materials have generally required additional external equipment such as polarizers or wave plates to improve image contrast. High order parameter dyes in cholesteric liquid crystal hosts are described by D. in Journal of Applied Physics 454718 (1974).
It was first suggested in a paper by L.White and GNTaylor. Displays using this liquid-crystalline medium have high contrast and do not require external polarizers.
This display has high brightness and wide viewing angles not available with field effect twisted nematic liquid crystal displays. This device utilizes the cholesteric-nematic transition effect of a liquid crystal having positive dielectric anisotropy. In the off-field mode, the dye molecules follow the helical magnetic structure of the host and exhibit strong optical absorption. In the on state, the dye resides in a codirectional nematic host and its absorption is minimal. The display thus presents a white image on a dark (or colored) background. However, a white image on a dark background is generally not desirable. Furthermore,
It has been reported that such a cholesteric-nematic transition effect cannot be multiplexed to more than about 5 to 10 lines and cannot be commercialized. It is because of variations in the slope of the contrast versus voltage relationship that cause "crosstalk." Recently, in a paper entitled ``Laser positioning multifunction light valve'' submitted by Professor A. Sasaki and others to the 8th International Liquid Crystal Conference (Kyoto), there are A laser-directed projection display utilizing a 90:10 mixture of acid cholesteryl liquid crystals is disclosed. The mixture becomes smectic A by cooling.
It must have a cholesteric phase that transitions into a phase. However, this display is a projection device and its image contrast is caused purely by scattering. Thermal positioning is by laser beam scanning. No dyes are used in this material. Recently, highly ordered and photostable dyes have become available. Devices using this dye are expected to provide versatile displays. However, it has two major drawbacks that limit its application to simple displays with very low information content. This dye display is very difficult to multiplex. Several lines are still under technological development. Large matrix positioning has only been accomplished by adding nonlinear elements externally to each display element. In non-radiative (reflective) display devices, a white image is formed on a dark background. This is aesthetically undesirable and limits commercial use. Techniques are available to invert the image contrast to a more favorable form, bright background and dark image, but their addition is complex and costly. In 1978, Shi Tani and Tei Ueno wrote in a scientific paper (Applied Physical Letters Vol. 33, No. 4, Page 15, August 1978) about the application of pleochroic dyes to certain smectic liquid crystals. are discussing. They present insight into the use of the Smectsch "A" phase as having particular utility in polychromatic dye systems; they argue that it is only applicable in scattering fields such as laser-directed light valves. etc. are pointed out. They conclude that only materials with a smectic H or possibly B phase structure exhibit effective properties in combination with pleochroic dyes. Furthermore, they describe the effectiveness of slow cooling when used with pleochroic dyes and explain that rapid cooling of the element is only applicable to light scattering devices. The present invention uses pleochroic dyes to create absorbing rather than scattering states and uses thermal XY localized heating as opposed to laser heating as disclosed in other techniques. Additionally, the present invention utilizes rapid cooling of devices using selectively smectic "A" phase liquid crystals. Although this requirement directly contradicts the findings of Tani and Ueno, it has been found to be the most effective in the present application. Furthermore, in recent years, methods using thermally positionally directed smectic "A" crystal media have been reported in the French literature. Such methods are described in the Thomson-CSF ``Post Deadline Paper,'' the 1980 proceedings of the Information Display Association's biennial Display Research Conference.
M. of Labo-ratoire Central de Rechereches.
Hareng, S. Le Berre, R. Hehlen, and J.N.
It is disclosed in a paper entitled ``Matrix Positional Smectic Liquid Crystal Display'' by Perbet. This system is dye-free and uses light scattering technology rather than the light absorption technology of the present invention. Furthermore, the known system is implemented with equipment that differs in detail from the present invention. Due to the crucial difference in light scattering compared to light absorption, the known device can only be viewed by means of a projection optical system, which is very large and high power. Although the prior art has shown the use of highly ordered pleochroic dyes in liquid crystal media, these dyes are primarily used to enhance the optical effects produced by thermally induced phase transitions of the medium. It should be noted that In contrast, in the present invention, most of the light absorption in the liquid crystal medium is performed by the dye, and the medium acts as a vehicle for orienting the dye so as to be in a light-absorbing state. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention relates to a thermally directed viewing device that forms a dark image on a bright background. The device consists of a liquid-crystalline medium containing at least one liquid-crystalline compound, preferably a cholesteric liquid-crystalline compound, in admixture with at least one colorant, generally a pleochroic dye with a high degree of order. This medium has positive dielectric anisotropy. The medium is thermosensitive and has a transition between at least two temperature phases: the low temperature phase is a smectic phase and the high temperature phase is preferably a cholesteric phase. This medium has a smectic phase and exhibits two types of texture: a light-absorbing texture and a co-directional texture. By sensitizing the medium during the rapid transition from the high-temperature phase to the low-temperature, smectic phase, a unidirectional structure is produced in the medium portion. A light-absorbing structure appears in the portion of the medium that has not been sensitized during the transition to the smectic phase. Sensitization is achieved by applying a voltage to the portion of the medium to be located. The located portions produce a substantially light-transmitting state, while the non-directed portions produce a substantially light-absorbing state. When the light-absorbing state appears in the smectic phase, the colorant or dye locked in the liquid crystal medium absorbs most of the light passing through the medium; the liquid crystal acts as a vehicle to orient the dye molecules to the light-absorbing position. act. Electrodes are provided for sensitizing the medium. This electrode is placed close to the medium. A heating electrode is also provided for heating the medium to the hot phase. In a multiplex device, these electrodes are arranged substantially at right angles to each other and in separate planes to form the length and breadth of the matrix. To obtain a preferred display device for direct viewing, the lateral electrodes are made to be diffusely reflective to provide high contrast and wide viewing. Light absorption increases because the light travels back and forth within the cell due to the reflective electrode. Liquid crystals generally contain octylcyanobiphenyl compounds and have two thermal transitions: between an isotropic phase and either a nematic or cholesteric phase, and between either a nematic or cholesteric phase and a smectic phase, especially a smectic phase. It has a transition between the "A" phase and the "A" phase. In particular, liquid crystals are made of cyanobiphenyl compounds of the following formula: consisting of a mixture of One type of this mixture is about 35 to 65
% by weight is octylcyanobiphenyl, approximately 30
~60% by weight is decasyanobiphenyl. Other types of this mixture include the above materials with cyanoalkyloxybiphenyl compounds of the formula is added. In the mixture, octylcyanooxybiphenyl is about 15-30% by weight, decasyanooxybiphenyl is about 11-26% by weight, while octylcyanooxybiphenyl is in the range of about 20-35% by weight, and Decacyanobiphenyl ranges from about 24 to 39% by weight. The pleochroic dye is 4(4'-N=N-dimethylaminephenylazo)azobenzene, which is the
It is in the range of 0.5-3.0% by weight. In particular, octyl and decasyanobiphenyl were mixed at 55.6 and 44.4% by weight, respectively, and 4(4'-N=N-
Dimethylaminophenyl azo)azobenzene is 1-1.5% by weight of the total composition. Also, octyl, deca, octyloxy and decaoxycyanobiphenyl each at 27.5,
Can be mixed at 31.5, 22.5 and 18.5% by weight. 0.75-1.75% by weight of dye in this material
Mix. A variety of cholesteric liquid crystal compounds can be used, and many liquid crystal compounds with optically active end groups exhibit a cholesteric phase. Some of these become 1 when cooled from the cholesteric phase.
Shows more than species smectic facies. For example, Joseph A. in Molecular Crystals and Liquid Crystals, Volume 27, Page 417 (1973).
The paper by Castellano, CSoh, and MTMcCaffray contains the following general structural formula: (However, R is OCO−(CH ₂ ) _o −CH ₃ or C≡N
Forty Schiff base compounds are listed that have Many compounds with large values of m and n have a cholesteric phase that changes to a smectic phase on cooling. Let me cite a few examples. Crystal 46.3℃ ―――→ Smectic 74.5℃ ―――→ ←――― Smectic 77℃ ――→ ←―― Cholesteric 83.6℃ ――――→ ←――― Isotropic and Crystalline at 40°C ---> Smectic at 48°C ---> Cholesteric at 66°C ---> Isotropic Although these compounds have desirable phase transitions for device applications, Schiff bases are generally very unstable. There are also other requirements that a material for practical use must have. Thus, typical materials used can be formalized by being stable compounds in suitable formulations. One of the requirements for a host liquid crystal is that its dielectric anisotropy must be positive and strong. This is usually obtained by using liquid crystal compounds having C≡N as one of the end groups. One example of a useful cholesteric liquid crystal consists of a mixture of X, Y, and Z materials, with weight percent of each
is approximately 40-60 for X, 30-50 for Y, and 5-5 for Z.
15: However, X is

【式】であ り Ｙは[Formula] the law of nature Y is

【式】であ り Ｚは である。 特に上記混合物は からなる。 この相転移は次のようになる。 結晶→スメクチツク34.5℃ ―――→ ←――― コレステリツク40.7℃ ―――→ ←――― 等方性 スメクチツク相からネマチツク相に変わる液晶
の場合はネマチツク相の温度域を狭くすることが
良好なデイスプレイの実施のために必要となる。
しかしコレステリツク材料を用いる場合は、コレ
ステリツク相の温度域を狭くする必要はない。 ホスト材料に、秩序度の高い多色性染料または
染料混合物を全組成物の約0.5〜３重量％の範囲
で加える。 特に、上記コレステリツク液晶媒体に式 を有する紫色の染料約１重量％を加える。この染
料はE.M.ラボラトリー（ニユーヨーク州エルム
スフオード）から販売されている。 装置の操作で、液晶媒体は高温相好ましくはコ
レステリツク相から低温、スメクチツク相への熱
転移する。転移は相当に急速に行わなければなら
ないので、液晶を局部適に加熱するが周囲のガラ
スを十分に加熱しない急激な熱パルスが使用され
る。熱パルスの通過直後に続く自然冷却の速度も
また急速であるので、液晶媒体はネマチツクまた
はコレステリツク相を急速に通過する。これは光
学効果を大巾に増大せしめるので高いコントラス
トが得られる。 媒体の或る部分は増感される。この部分は媒体
の背景部を形成する。この増感された部分は媒体
がスメクチツク温度相に転移するとき実質的に光
透過状態になる。媒体の残りの非増感部分は光吸
収状態となる。光（一般に周囲の光）が媒体に入
射すると、非増感部分は光を吸収して暗黒像を増
感明背景部上に形成する。媒体のこの位置指定部
分の増感は順次駆動によつて行うことができる。 コレステリツク液晶化合物をベースにした好ま
しい実施例における、液晶材料を等方性状態から
コレステリツク状態を通つてスメクチツク状態
に、またはコレステリツク状態からスメクチツク
状態に冷却したときにスメクチツク状態で得られ
る組織は冷却速度、表面配列、コレステリツク分
子のピツチおよび他の因子に依存する。この新規
な装置に最適な材料は１〜3μｍの範囲の分子ピ
ツチを有する。大部分のデイスプレイ装置では両
ガラス表面に垂直配列している。このタイプの配
列がこの新規な装置にとつて絶対的に必要である
というわけではない。 緩慢な冷却速度（例えば500℃／分未満）の場
合は２つのケースがある。 (1) 等方性相から狭い（約10℃以下の）コレステ
リツク相を通しての冷却：透明な同方向性組織
が生ずる。 (2) コレステリツク相からスメクチツク相への冷
却：冷却速度が100℃／分範囲までならば散乱
S_A組織が得られる。より緩慢な冷却速度では
透明な同方向性組織が生ずる。 実際の表示操作に対応する速い冷却速度
（250000℃／分まで）では常に散乱組織が得られ
る。 コレステリツク−スメクチツク系の急速な冷却
で得られる散乱状態はネマチツク−スメクチツク
系で得られるものに比べてより微細な構造を有し
ている。この材料に多色性染料を加えると散乱状
態は光吸収状態になる。このより微細な構造のた
め、色は非常に深くなる。 微細な説明 概して本発明は、液晶媒体の熱位置指定を利用
した新規な方法、組成物、および可視装置に関す
るものである。本発明の可視装置は明背景部に対
する高コントラストの暗黒像を特徴とする。 本発明の装置は多重化されており、極めて多数
にまで多重化することができる。 本発明は加熱したときネマチツクまたはコレス
テリツク相を示すスメクチツクＡ液晶材料と秩序
度の高い多色性染料とを組合わせた新規なデイス
プレイを提供するものである。以下に開示される
熱電での位置指定技術を使用することによりこの
デイスプレイは従来公知の染料スイツチング・デ
イスプレイよりも優れた大きな利点を有する。 スメクチツクＡ相は最も普通の液晶相の１種で
ある。スメクチツクＡ相を有するいくつかの材料
は加熱したときにネマチツク相を示す。その１例
はオクチルシアノビフエニル であり、これは次のような相転移を有する。 結晶20℃ ――→ スメクチツクＡ32℃ ――→ ←―― ネマチツク40℃ ――→ ←―― 等方性 この代りに、正の誘電異方性のコレステリツク
液晶を利用してもよく、これは界場の影響下で同
方向性組織を生ぜしめることができる。この材料
を急速に冷却して相転移すると同方向性のスメク
チツクＡ相が形成される。同方向性のS_A相は透
明であり、溶解された多色性染料によつては殆ん
ど着色されない（無色）。電界が存在しないと、
光吸収組織が媒体中に生成される。従つて、コレ
ステリツクからスメクチツクＡへの相転移中に液
晶層に印加する電界を制御することにより、着色
状態または非着色状態いずれをも生成することが
できる。これ等状態は一度形成されると、加熱し
て再度等方性またはコレステリツク相にすること
により消去される迄安定である。 上記においては材料を等方性状態にまで加熱す
るものとしているが、これは絶対的に必須のもの
ではないということである。実際は、単にコレス
テリツク状態に加熱することが必要である。ま
た、着色した散乱状態を形成する物理的機構が異
なることから、良好なデイスプレイを実施するた
めに必ずしもコレステリツク状態の温度範囲を狭
くしなければならないということはない。 表示素子の表面をレシチンのような材料で処理
すると、スメクチツクＡ相は第４ａ図に示される
ように同方向性に配列することができる。この構
造では、材料は透明である。 熱位置指定スメクチツクＡデイスプレイには２
種の形態がある。一方は表示素子に位置指定する
にレーザービーム走査を用いるものである。他方
はxyマトリツクスの位置指定である。横方向の
電極を電流によつて順次加熱し、縦方向電極に電
圧を印加してデイスプレイに書き込みを行う。書
き込み工程中、加熱電流が除去された直後の横方
向電極に関与するドツトだけが作用する。言い換
えれば、液晶材料が急激にスメクチツク状態に冷
却するところのドツトだけが縦方向電極上の書き
込みパルスに応答する。 液晶材料がネマチツクまたはコレステリツク相
を通してスメクチツク相に急激に冷却するとき、
２種の異なる組織を形成することができる。縦方
向電極に電圧を印加すると、液晶材料はネマチツ
クまたはコレステリツク相中で同方向性状態とな
り、冷却完了後同方向性のスメクチツクＡ組織と
なる。そのかわり、電圧を印加しないと光吸収組
織が生ずる。従つて、急速に冷却する横方向電極
に関与するドツトは、縦方向電極に電圧を印加す
るかしないかによつて透明状態または光吸収状態
をもつて書き込みがなされる。本発明のデイスプ
レイに使用されるスメクチツクまたはコレステリ
ツク−スメクチツク材料は正の誘電異方性を有す
る。 転移は相当急激に行わなければならない；その
ため液晶を局部的に加熱するが周囲ガラスを十分
に加熱しない急激な熱パルスを使用する。そのた
め熱パルス通過直後の自然冷却速度も急速であ
り、そして液晶媒体はネマチツクまたはコレステ
リツク相を速かに通過する。これは光学効果を大
巾に増大せしめそして高コントラストをもたら
す。この効果は下記の表１に示されている。[Formula] and Z is It is. Especially the above mixture Consisting of This phase transition is as follows. Crystal → Smectic 34.5℃ ―――→ ←―――― Cholesteric 40.7℃ ――――→ ←――― Isotropic For liquid crystals that change from smectic phase to nematic phase, it is better to narrow the temperature range of the nematic phase. Necessary for display implementation.
However, when using a cholesteric material, it is not necessary to narrow the temperature range of the cholesteric phase. A highly ordered pleochroic dye or dye mixture is added to the host material in a range of about 0.5-3% by weight of the total composition. In particular, the formula for the cholesteric liquid crystal media mentioned above Add approximately 1% by weight of a purple dye having a . This dye is sold by EM Laboratories (Elmsford, NY). During operation of the device, the liquid-crystalline medium undergoes a thermal transition from a high-temperature phase, preferably a cholesteric phase, to a low-temperature, smectic phase. Since the transition has to occur fairly rapidly, rapid heat pulses are used that locally heat the liquid crystal adequately but do not heat the surrounding glass sufficiently. The rate of natural cooling that immediately follows the passage of the heat pulse is also rapid, so that the liquid-crystalline medium rapidly passes through the nematic or cholesteric phase. This greatly increases the optical effect, resulting in high contrast. A portion of the medium is sensitized. This portion forms the background of the medium. This sensitized area becomes substantially light transmissive when the medium transitions to the smectic temperature phase. The remaining unsensitized portion of the medium becomes light absorbing. When light (generally ambient light) is incident on the medium, the unsensitized areas absorb the light and form a dark image on the sensitized bright background area. Sensitization of this designated portion of the media can be accomplished by sequential actuation. In preferred embodiments based on cholesteric liquid crystal compounds, the structure obtained in the smectic state when the liquid crystal material is cooled from the isotropic state through the cholesteric state to the smectic state or from the cholesteric state to the smectic state is determined by the cooling rate: Depends on surface arrangement, pitch of cholesteric molecules and other factors. The materials of choice for this new device have molecular pitches in the range of 1-3 μm. Most display devices have vertical alignment on both glass surfaces. This type of arrangement is not absolutely necessary for this new device. For slow cooling rates (eg less than 500°C/min) there are two cases. (1) Cooling from the isotropic phase through the narrow (approximately 10°C or less) cholesteric phase: A transparent isotropic structure is generated. (2) Cooling from cholesteric phase to smectic phase: scattering if the cooling rate is up to 100℃/min range
S _A tissue is obtained. Slower cooling rates result in a transparent orthotropic structure. A scattering structure is always obtained at high cooling rates (up to 250000°C/min) corresponding to practical display operations. The scattering states obtained by rapid cooling of cholesteric smectic systems have a finer structure than those obtained with nematic smectic systems. When a pleochroic dye is added to this material, the scattering state becomes a light-absorbing state. Because of this finer structure, the colors are very deep. Detailed Description Generally, the present invention relates to novel methods, compositions, and visualization devices that utilize thermal localization of liquid crystal media. The viewing device of the invention is characterized by a high contrast dark image against a bright background. The device of the invention is multiplexed and can be multiplexed to a very large number. The present invention provides a novel display in which a smectic A liquid crystal material exhibiting a nematic or cholesteric phase when heated is combined with a highly ordered pleochroic dye. By using the thermoelectric positioning technique disclosed below, this display has significant advantages over previously known dye switching displays. Smectic A phase is one of the most common liquid crystal phases. Some materials with a smectic A phase exhibit a nematic phase when heated. One example is octylcyanobiphenyl , which has the following phase transition: Crystal 20°C ---→ Smectic A 32°C ---> ←-- Nematic 40°C ---> ←-- Isotropic Alternatively, a cholesteric liquid crystal with positive dielectric anisotropy may be used, which is Co-directional organization can be generated under the influence of a field. When this material is rapidly cooled and undergoes a phase transition, a homodirectional smectic A phase is formed. The homotropic S _A phase is transparent and hardly colored by dissolved pleochroic dyes (colorless). If there is no electric field,
A light absorbing tissue is created in the medium. Therefore, by controlling the electric field applied to the liquid crystal layer during the cholesteric to smectic A phase transition, either a colored or non-colored state can be produced. Once formed, these states are stable until they are eliminated by heating to re-establish the isotropic or cholesteric phase. Although the above description assumes that the material is heated to an isotropic state, this is not absolutely essential. In reality, it is simply necessary to heat it to a cholesteric state. Also, because the physical mechanisms that create the colored scattering states are different, the temperature range of the cholesteric state does not necessarily have to be narrow to produce a good display. When the surface of the display element is treated with a material such as lecithin, the smectic A phase can be aligned codirectionally as shown in Figure 4a. In this structure, the material is transparent. Thermal position specification smectic A display has 2
There are seed forms. One uses laser beam scanning to position the display element. The other is the position specification of the xy matrix. The horizontal electrodes are sequentially heated by an electric current, and a voltage is applied to the vertical electrodes to write on the display. During the writing process, only the dots that are involved in the lateral electrodes are affected immediately after the heating current is removed. In other words, only those dots where the liquid crystal material cools rapidly to the smectic state will respond to the write pulse on the vertical electrodes. When the liquid crystal material rapidly cools through the nematic or cholesteric phase to the smectic phase,
Two different tissues can be formed. When a voltage is applied to the longitudinal electrodes, the liquid crystal material enters a codirectional state in the nematic or cholesteric phase and, after cooling is complete, assumes a codirectional smectic A structure. Instead, a light-absorbing structure is generated when no voltage is applied. Thus, the dots associated with the rapidly cooling lateral electrodes are written with a transparent state or a light-absorbing state depending on whether a voltage is applied to the vertical electrodes or not. The smectic or cholesteric smectic materials used in the displays of this invention have positive dielectric anisotropy. The transition must occur fairly rapidly; therefore, rapid heat pulses are used that locally heat the liquid crystal but do not heat the surrounding glass sufficiently. Therefore, the natural cooling rate immediately after passing the heat pulse is also rapid, and the liquid-crystalline medium quickly passes through the nematic or cholesteric phase. This greatly increases the optical effect and results in high contrast. This effect is shown in Table 1 below.

【表】 しかしながら、本発明は類似の方法即ちスメク
チツク材料中に光吸収組織ではなく散乱組織が現
われる方法と注意して区別しなければならない。
散乱組織を生ずるデイスプレイは一般に直接観察
に適さず、しばしば投影システムで使用されるに
すぎない。 透明組織対散乱組織の光学コントラストは動散
乱効果によつて得られるものと類似している。通
常の多くの光照射条件下では好ましい読み易い高
コントラストの像を生じない。 しかし、秩序度の高い多色性染料をスメクチツ
クＡ材料に導入するとその状態は全く異なつたも
のとなる。染料は液晶中にロツクされ、液晶分子
の配向に従う。ホストの散乱組織中の染料分子は
強く光を吸収して通常の散乱組織を第４ｂ図に示
されるような深色のまたは暗黒の光吸収組織に変
換する。そのかわりに、ネマチツク相を通してス
メクチツク相に急激に冷却することによりランダ
ムに配向した組織を生ずる場合は、ホスト中の染
料分子は光を強く吸収しそれを深色または黒色の
光吸収組織に変換する。事実、極めて低複屈折の
液晶材料を使用した場合、このランダムに配向し
た組織は通常生ずるような光散乱を起さない。し
かしこの組織は染料分子の一部配向によりその光
吸収軸が部分的に光路を横断するため強く光吸収
する。同方向性のスメクチツク組織においては、
染料分子はその分子構造の端部に入射した光を吸
収しないので最低の吸収を示す。従つてこの組織
は透明な背景部となる。このため直後観察に適す
る高コントラストのデイスプレイが得られる。外
部の偏光子は必要としない。この位置指定技術は
染料なしのスメクチツク・デイスプレイと実質的
に同じである。 第１図を参照して、典型的な多重化された可視
デイスプレイ装置１０の分解図を説明する。この
装置は液晶媒体１１、好ましくはコレステリツク
−スメクチツク化合物と一緒に多色性染料を含有
する、を２枚のガラス支持板１２および１３の間
に配置してなる。上部支持板１２は複数の縦方向
電極２４，c₁，c₂，c₃等を支持しており、これ等
は液晶材料１１を位置指定するためのxyマトリ
ツクスの半分を構成する。縦方向電極２４はイン
ジウム錫酸化物のような導電性の光透過性材料か
ら成り、ガラス板１２上に真空蒸着することがで
きる。 底部支持板１３は複数の横方向電極２６，r₁，
r₂，r₃等を支持し、xyマトリツクスの残りの半分
を構成する。横方向電極２６は銀またはアルミニ
ウムのような材料によつて導電性でかつ拡散反射
性に作製されている。この拡散反射の横方向電極
により広視角の良好なデイスプレイ像が得られ
る。 液晶媒体１１は一般に電極を具備している２枚
の支持体１２および１３の間に密封されている。
光（一般に周囲の光）がガラス複合体に入射（矢
印１８）する。 この表示装置１０の物理的操作は、第２図に示
されるように文字「Ａ」を表示する５×７マトリ
ツクスの簡単な例をもつて説明することができ
る。マトリツクスの横方向電極は一端が共有域１
６で結合しており他端１７に電気パルスを印加し
て順次加熱される。時間帯０のとき（第３図参
照）横方向第１行目が加熱され１行目の電極r₁上
の液晶材料は等方性またはコレステリツク状態に
なる。時間帯１のとき２行目の電極r₂が加熱され
る。その間、１行目は急激に冷却し、１行目に関
与するドツトは縦方向電極に電圧を印加すること
により書き込みがなされる。この実施例では、ド
ツトr₁c₁とr₁c₅が透明状態になるように電極c₁と
c₅に電圧印加している。c₂，c₃，c₄には電圧印加
されず、ドツトr₁c₂，r₁c₃，r₁c₄は着色した光吸
収組織となる。時間帯２では、３行目の電極r₃が
加熱され、r₂が急速に冷却し、縦方向電極の電圧
は２行目に関与するドツトの「on」および「off」
のパターンに対応する値を帯びている。文字
「Ａ」を表示する全波形を第３図に示す。 「on」ドツトに関与する着色した光吸収組織
は準安定であり少なくとも数ケ月程度の長い緩和
時間を有する。この組織はデイスプレイの再書き
込み中に横方向電極を加熱することにより自動的
に消去することができるし、または書き込み電圧
よりも実質的に高い電圧を縦方向電極に印加する
ことにより消去することができる。着色された光
吸収組織は一度形成されると、書き込みまたは増
感電圧によつて作用されない。そのため、「クロ
ストーク」は問題とならないし、また大型マトリ
ツクス・デイスプレイが可能になる。 このデイスプレイの消去−書き込み工程は非常
に速い。一般に100μ秒以下の書き込み時間が達
成できる。デイスプレイをf_r回／秒で再生する場
合、多重化し得る横方向電極の全数は ｎ＝１／f_r×T_W （但し、T_Wは横方向の書き込みに必要な時間で
ある）となる。 従来のCRTの速度と同程度のf_r＝30ヘルツの場
合、ｎ＝333行となる。従つてデイスプレイは極
めて多数にまで多重化することができる。 実際の表示駆動では冷却・書き込みサイクルの
前、数時間帯にわたつて加熱パルスを印加するこ
とができる。このため、加熱パルスに必要な電圧
は低下する。しかし良好な画像を得るために、加
熱パルスは熱が隣接する行に迄拡がらないように
また必須の急速冷却を妨げるようなガラスの加熱
を最小限にするために十分に短くなければならな
い。 透明背景部に対する染料物質の光吸収特性によ
る着色または黒色像をもつて高コントラストが達
成される。 更に加熱電極の反射特性によつて、光は媒体１
１中にもどされ（矢印１５）媒体中を往復するこ
とになるので、位置指定された透明背景部に比べ
て光吸収状態（像部）の非指定染料分子はより多
量の光を吸収し、像コントラストを改善する。 媒体１１の増感された（位置指定された）同方
向性相は第４ａ図に、非指定光吸収相は第４ｂ図
に示されている。第４ａ図の同方向性材料に入射
する光（矢印２０）は液晶分子２１の間を通過す
る。この相中の染料分子２２は図示されているよ
うにその端部が光線に対向して液晶中にロツクさ
れているので光吸収しない。 しかし、光吸収相中では図４ｂに示されている
ように染料分子２２がランダムに配列された液晶
分子２１にロツクされている。この相中の染料分
子２２は入射光線２０を強く吸収し、強烈に着色
したまたは暗黒の像を生成する。 液晶媒体１１は少なくとも１種のオクチルシア
ノビフエニル化合物からなる。 特にこの液晶は次式のシアノビフエニル化合物
の混合物からなる。 この混合物の一タイプは、混合物中にオクチル
シアノビフエニルが約35〜55重量％存在し、そし
てデシルシアノビフエニルが約30〜60重量％存在
する。 混合物の他のタイプは、上記のものにウンデシ
ルシアノビフエニルを約15〜35重量％添加含有す
る。 多色性染料は４（4′−Ｎ＝Ｎ−ジメチルアミノ
フエニルアゾ）アゾベンゼンであり、全組成物の
0.5〜3.0の重量％の範囲で含有される。 特に、オクチルとデシルシアノビフエニルはそ
れぞれ55.6と44.4重量％で混合され、そして４
（4′−Ｎ＝Ｎ−ジメチルアミノフエニルアゾ）ア
ゾベンゼンを全体の１〜1.5重量％で有する。 また、オクチル、デシルおよびウンデシルシア
ノビフエニルはそれぞれ44.4：31.3：24.5重量％
で混合することができる。これに染料を全組成物
の１〜1.5重量％で混合する。 他の液晶媒体組成物は次のものからなる： ４−シアノ−4′−ｎ−デシルビフエニル ４−シアノ−4′−ｎ−オクチルビフエニル または ４−シアノ−4′−オクチルビフエニル ４−シアノ−4′−デシルビフエニル ４−シアノ−4′−オクトキシビフエニル ４−シアノ−4′−デシルオキシビフエニル または 4′−エチル−トランス、トランス−ビシクロヘ
キシル−４−カルボニトリル 上記液晶組成物に下記の着色剤のいずれかを添
加する。 または または次の染料混合物1/4重量％ コレステリツク液晶化合物を使用する好ましい
実施例においては、液晶媒体１１は少なくとも１
種のアルキルシアノビフエニル化合物からなる。
このような実施例においては特に液晶は次式のシ
アノビフエニル化合物の混合物からなる。 有効なコレステリツク液晶の１例はＸ、Ｙおよ
びＺ材料の混合物からなり、それぞれの重量％の
範囲はおおよそＸが40〜60、Ｙが30〜50、Ｚが５
〜15である： 但し、Ｘは
Table 1 However, the present invention must be carefully distinguished from similar methods, namely methods in which a light-scattering rather than a light-absorbing structure appears in the smectic material.
Displays that produce scattering structures are generally not suitable for direct viewing and are often only used in projection systems. The optical contrast of transparent versus scattering tissue is similar to that obtained by dynamic scattering effects. It does not produce a desirable, easy to read, high contrast image under many normal lighting conditions. However, when a highly ordered pleochroic dye is introduced into the Smectic A material, the situation becomes completely different. The dye is locked into the liquid crystal and follows the orientation of the liquid crystal molecules. The dye molecules in the host's scattering tissue strongly absorb light, converting the normal scattering structure into a deep-colored or dark light-absorbing structure as shown in FIG. 4b. If instead, rapid cooling through the nematic phase to the smectic phase produces a randomly oriented texture, the dye molecules in the host strongly absorb light and convert it into a bathochromic or black light-absorbing texture. . In fact, when using very low birefringence liquid crystal materials, this randomly oriented structure does not cause light scattering as would normally occur. However, this structure strongly absorbs light because its light absorption axis partially crosses the optical path due to the orientation of some of the dye molecules. In a homodirectional smekchitsk organization,
Dye molecules exhibit the lowest absorption because they do not absorb light incident on the ends of their molecular structure. This structure therefore becomes a transparent background. Therefore, a high-contrast display suitable for immediate observation can be obtained. No external polarizer is required. This localization technique is substantially the same as a dyeless smectic display. Referring to FIG. 1, an exploded view of a typical multiplexed visual display device 10 is illustrated. The device consists of a liquid-crystalline medium 11, preferably containing a pleochroic dye together with a cholesteric smectic compound, arranged between two glass support plates 12 and 13. The upper support plate 12 supports a plurality of vertical electrodes 24, c ₁ , c ₂ , c _{3 ,} etc., which constitute one half of the xy matrix for positioning the liquid crystal material 11 . Vertical electrodes 24 are comprised of an electrically conductive, optically transparent material, such as indium tin oxide, and can be vacuum deposited onto glass plate 12. The bottom support plate 13 has a plurality of lateral electrodes 26, r ₁ ,
It supports r ₂ , r _{3 ,} etc. and forms the other half of the xy matrix. The lateral electrodes 26 are made of a material such as silver or aluminum to be electrically conductive and diffusely reflective. This diffusely reflective lateral electrode provides an excellent display image with a wide viewing angle. Liquid-crystalline medium 11 is generally sealed between two supports 12 and 13, which are provided with electrodes.
Light (generally ambient light) is incident on the glass composite (arrow 18). The physical operation of this display device 10 can be illustrated using the simple example of a 5.times.7 matrix displaying the letter "A" as shown in FIG. One end of the lateral electrode of the matrix is the common area 1.
6, and the other end 17 is successively heated by applying an electric pulse. At time zone 0 (see FIG. 3), the first row in the lateral direction is heated and the liquid crystal material on the electrode _r1 of the first row becomes isotropic or cholesteric. During time zone 1, the electrode _r2 in the second row is heated. Meanwhile, the first row is rapidly cooled, and the dots associated with the first row are written by applying a voltage to the vertical electrodes. In this example, _electrode c 1 and dots r ₁ c ₁ and r ₁ c ₅ are in a transparent state.
A voltage is applied to _c5 . No voltage is applied to c ₂ , c ₃ , and c ₄ , and the dots r ₁ c ₂ , r ₁ c ₃ , and r ₁ c ₄ become colored light-absorbing structures. In time period 2, electrode r ₃ of the third row is heated, r ₂ is rapidly cooled, and the voltage of the longitudinal electrode is "on" and "off" of the dots involved in the second row.
It takes on a value corresponding to the pattern. The complete waveform displaying the letter "A" is shown in FIG. The colored light-absorbing structures involved in the "on" dots are metastable and have long relaxation times, on the order of at least several months. This structure can be erased automatically by heating the lateral electrodes during display rewriting, or by applying a voltage substantially higher than the write voltage to the vertical electrodes. can. Once formed, the colored light-absorbing structure cannot be affected by writing or sensitizing voltages. Therefore, "crosstalk" is not a problem and large matrix displays are possible. The erase-write process for this display is very fast. Generally writing times of less than 100 μs can be achieved. If the display is played back f _r times/second, the total number of horizontal electrodes that can be multiplexed is n=1/f _r ×T _W (where T _W is the time required for horizontal writing). When f _r =30 hertz, which is comparable to the speed of a conventional CRT, n=333 lines. Displays can therefore be multiplexed to a very large number. In actual display driving, a heating pulse can be applied for several hours before the cooling/writing cycle. This reduces the voltage required for the heating pulse. However, to obtain good images, the heating pulses must be short enough to prevent heat from spreading into adjacent rows and to minimize heating of the glass that would prevent the necessary rapid cooling. High contrast is achieved with a colored or black image due to the light absorption properties of the dye material against a transparent background. Furthermore, due to the reflective properties of the heating electrode, the light
1 (arrow 15) and reciprocates in the medium, the non-designated dye molecules in the light absorption state (image area) absorb a larger amount of light than the transparent background area where the position is specified. Improve image contrast. The sensitized (directed) codirectional phase of medium 11 is shown in FIG. 4a and the non-directed light absorbing phase is shown in FIG. 4b. Light (arrow 20) incident on the co-directional material of FIG. 4a passes between liquid crystal molecules 21. The dye molecules 22 in this phase do not absorb light because their ends are locked in the liquid crystal facing the light beam as shown. However, in the light absorption phase, dye molecules 22 are locked to randomly arranged liquid crystal molecules 21, as shown in FIG. 4b. The dye molecules 22 in this phase strongly absorb the incident light rays 20, producing an intensely colored or dark image. Liquid-crystalline medium 11 consists of at least one octylcyanobiphenyl compound. In particular, this liquid crystal consists of a mixture of cyanobiphenyl compounds of the formula: One type of this mixture has about 35-55% by weight of octylcyanobiphenyl and about 30-60% by weight of decylcyanobiphenyl in the mixture. Other types of mixtures contain the above plus about 15-35% by weight of undecylcyanobiphenyl. The pleochroic dye is 4(4'-N=N-dimethylaminophenylazo)azobenzene, which is the
It is contained in a range of 0.5 to 3.0% by weight. In particular, octyl and decylcyanobiphenyl were mixed at 55.6 and 44.4% by weight, respectively, and 4
It contains (4'-N=N-dimethylaminophenyl azo)azobenzene in an amount of 1 to 1.5% by weight. Also, octyl, decyl and undecylcyanobiphenyl were 44.4:31.3:24.5% by weight, respectively.
Can be mixed with. To this is mixed a dye in an amount of 1-1.5% by weight of the total composition. Other liquid-crystalline medium compositions consist of: 4-cyano-4'-n-decylbiphenyl 4-cyano-4'-n-octylbiphenyl or 4-cyano-4'-octylbiphenyl 4-cyano-4'-decylbiphenyl 4-cyano-4'-octoxybiphenyl 4-cyano-4'-decyloxybiphenyl or 4'-ethyl-trans,trans-bicyclohexyl-4-carbonitrile One of the following colorants is added to the liquid crystal composition. or or 1/4% by weight of the following dye mixture In a preferred embodiment using a cholesteric liquid crystal compound, the liquid crystal medium 11 has at least one
Consisting of species of alkylcyanobiphenyl compounds.
In particular, in such embodiments, the liquid crystal comprises a mixture of cyanobiphenyl compounds of the formula: One example of an effective cholesteric liquid crystal consists of a mixture of X, Y, and Z materials, each in a weight percent range of approximately 40-60 for X, 30-50 for Y, and 5 for Z.
~15: However, X is

【式】 Ｙは【formula】 Y is

【式】およ び Ｚは[Formula] and Beauty Z is

【式】 特に、上記混合物は からなる。 この相転移は下記の通りである。 結晶→スメクチツク34.5℃ ―――→ ←――― コレステリツク40.7℃ ―――→ ←――― 等方性 ネマチツク相に転移するスメクチツク相を有す
る液晶においては、良好な表示を行うためにはネ
マチツク相の温度範囲を狭くすることが必要とな
る。しかし、コレステリツク材料の場合は、コレ
ステリツク相の温度範囲を狭くする必要がない。 ホスト材料に、高い秩序度の多色性染料または
染料混合物を全組成物の約0.5〜３重量％の範囲
で加える。 特に、式 を有する紫色の染料約１重量％を上記コレステリ
ツク液晶媒体に加える。この染料はE.M.ラボラ
トリー（ニユーヨーク州エルムスフオード）から
販売されている。 この媒体は一般に秩序度の高い多色性染料を特
徴とするが、 のような他の着色剤で十分な像コントラストをも
たらすようにしてもよい。 以上、本発明を開示したが、特許によつて保護
することを要求するところは特許請求の範囲に表
わされている。[Formula] In particular, the above mixture is Consisting of This phase transition is as follows. Crystal → Smectic 34.5℃ ―――→ ←―――― Cholesteric 40.7℃ ――――→ ←――― Isotropic In liquid crystals that have a smectic phase that transitions to a nematic phase, the nematic phase is necessary for good display. It is necessary to narrow the temperature range. However, in the case of cholesteric materials, there is no need to narrow the temperature range of the cholesteric phase. A highly ordered pleochroic dye or dye mixture is added to the host material in a range of about 0.5-3% by weight of the total composition. In particular, the expression Approximately 1% by weight of a violet dye having a violet colorant of 0.5% is added to the cholesteric liquid-crystalline medium. This dye is sold by EM Laboratories (Elmsford, NY). This medium is generally characterized by highly ordered pleochroic dyes, Other colorants may also be used to provide sufficient image contrast. The present invention has been disclosed above, but what is claimed to be protected by a patent is expressed in the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明に従つて作製したデイスプレイ
装置の透視画法による分解概略図である。第２図
は第１図の装置の平面概略図であり、多重化技術
によつて液晶媒体中に像を形成する方法を説明す
るものである。第３図は第１図の装置の順次駆動
による横方向および縦方向の電極の駆動時間帯に
対する電気波形を表わすグラフである。第４ａ図
および第４ｂ図は媒体がスメクチツク相に転移す
るときに第１図の装置の液晶媒体に表われる２つ
の異なる光変調組織の概略図を示す；第４ａ図は
同方向性の実質的に光透過性組織を示し、第４ｂ
図は実質的に光吸収組織を示す。 １０……デイスプレイ装置、１１……液晶媒
体、１２……上部支持体、１３……底部支持体、
１６……共有域、２１……液晶分子、２２……染
料分子、２４（c₁，c₂，c₃，…）……縦方向電
極、２６（r₁，r₂，r₃，…）……横方向加熱電極。 FIG. 1 is an exploded perspective view of a display device made in accordance with the present invention. FIG. 2 is a schematic plan view of the device of FIG. 1, illustrating the method of forming an image in a liquid crystal medium by a multiplexing technique. FIG. 3 is a graph showing electrical waveforms of the electrodes in the horizontal and vertical directions with respect to driving time periods when the apparatus shown in FIG. 1 is sequentially driven. Figures 4a and 4b show schematic diagrams of the two different light modulating structures that appear in the liquid crystal medium of the device of Figure 1 as the medium transitions into the smectic phase; Figure 4a shows a codirectional substantially 4b shows a light-transmitting structure;
The figure shows substantially light-absorbing tissue. 10...Display device, 11...Liquid crystal medium, 12...Top support, 13...Bottom support,
16... Common area, 21... Liquid crystal molecule, 22... Dye molecule, 24 (c ₁ , c ₂ , c ₃ ,...)... Vertical electrode, 26 (r ₁ , r ₂ , r ₃ ,...) ... Lateral heating electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１種の液晶コレステリツク化合物
を少なくとも１種の多色性染料と混合して含有し
ている媒体１１を利用する明背景部に暗黒像を形
成させる熱と電気で位置指定される可視デイスプ
レイ装置であつて、上記媒体は正の誘電異方性お
よびスメクチツクＡ相を有し、上記染料は液晶コ
レステリツク化合物のスメクチツクＡ相と結合し
て電気的に規制可能な組織を生成し、上記装置
は、もう１つの相への転移を起こすように上記媒
体を加熱するための手段２６および上記媒体が他
の相に相応する温度から急速に冷却されかつ上記
スメクチツクＡ相に転移するときに上記媒体の部
分に電圧を印加するための電極を含有する手段２
４を包含しており、その結果実質的に透明な規制
された同方向性の組織を生成し、一方規制用電圧
が印加されない上記媒体の部分には光吸収組織を
生成し、かつ吸収部分は明背景部にデイスプレー
された暗黒像を形成するように選ばれており、上
記液晶化合物は、媒体１１がスメクチツクＡ相の
温度以上の温度においてコレステリツク相を示す
ように、スメクチツクＡおよびコレステリツク相
の両方を有していることを特徴とする、明背景部
に暗黒部を形成させる電気と熱で位置指定される
可視デイスプレー装置。 ２ 媒体がアルキルシアノビフエニルを含有して
いる、特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 実質的に周辺を加熱することなく上記媒体を
上記他の相へと急速に加熱して上記加熱パルスが
停止したときに媒体が上記スメクチツクＡ相へと
急速に冷却するようなパルスを印加する手段であ
つて、かつ上記手段２６が上記媒体に隣接してい
る少なくとも１個の電極を包含することを特徴と
することを特徴とする、特許請求の範囲第１項に
記載の装置。 ４ 上記加熱電極２６が媒体中を通過した光を拡
散反射して媒体中にもどし、そして、光源の側か
ら観察できる暗黒部を形成することを特徴とす
る、特許請求の範囲第３項に記載の装置。 ５ 上記媒体１１のまわりに配置された電極２
４，２６のマトリツクス、上記マトリツクス電極
２６を構成する横方向の多数の電極、および上記
マトリツクス電極２４を構成する縦方向の多数の
電極であつて、上記横方向の電極は上記媒体を加
熱する手段２６であり、上記縦方向の電極は上記
媒体に電圧を順次印加するための電極である、上
記電極２４，２６のマトリツクスを更に特徴とす
る、特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ６ 明背景部に暗黒像を表示するために、少なく
とも１種の液晶コレステリツク化合物を少なくと
も１種の多色性染料と混合して含有している媒体
１１を利用する明背景部に暗黒像を形成させる熱
と電気で位置指定される可視デイスプレイ装置で
あつて、上記媒体は正の誘電異方性およびスメク
チツクＡ相を有し、上記染料は液晶コレステリツ
ク化合物のスメクチツクＡ相と結合して電気的に
規制可能な組織を生成し、上記装置は、もう１つ
の相への転移を起こすように上記媒体を加熱する
ための手段２６および上記媒体が他の相に相応す
る温度から急速に冷却されかつ上記スメクチツク
Ａ相に転移するときに上記媒体の部分に電圧を印
加するための電極を含有する手段２４を包含して
おり、その結果実質的に透明な規制された同方向
性の組織を生成し、一方規制用電圧が印加されな
い上記媒体の部分には光吸収組織を生成し、かつ
吸収部分は明背景部にデイスプレーされた暗黒像
を形成するように選ばれており、上記液晶化合物
は、媒体１１がスメクチツクＡ相の温度以上の温
度においてコレステリツク相を示すように、スメ
クチツクＡおよびコレステリツク相の両方を有し
ていることを特徴とする、明背景部に暗黒部を形
成させる電気と熱で位置指定される可視デイスプ
レー装置を使用して、 (a) 上記媒体１１を高温相からスメクチツクＡ相
へと急速に熱転移させ、 (b) 上記媒体が上記スメクチツクＡ相へ急速に転
移するときに上記媒体の背景部として定められ
た部分に電圧を印加して、上記背景部に実質的
に光透過状態を生成し、上記媒体の残りの非電
圧印加部分に光吸収状態を生成し、そして (c) 上記媒体に光を入射させる ことを特徴とする方法。 ７ 暗黒像を、照射光線の照射側から観察し、そ
して (d) 上記媒体中を通過した光を拡散反射して媒体
中にもどす、 特許請求の範囲第６項に記載の方法。[Scope of Claims] 1. Positioning using heat and electricity to form a dark image on a light background using a medium 11 containing at least one liquid crystal cholesteric compound mixed with at least one pleochroic dye. A specified visual display device, wherein the medium has positive dielectric anisotropy and a smectic A phase, and the dye combines with the smectic A phase of a liquid crystal cholesteric compound to produce an electrically regulatable structure. and means 26 for heating the medium to cause a transition to another phase, and a means 26 for heating the medium to effect a transition to another phase, and a means for rapidly cooling the medium from a temperature corresponding to the other phase and transitioning to the smectic A phase. means 2, sometimes containing an electrode for applying a voltage to said portion of the medium;
4, thereby producing a substantially transparent regulated co-directional structure, while producing a light-absorbing structure in the portions of the medium to which no regulating voltage is applied; The liquid crystal compound is selected to form a dark image displayed on a light background, and the liquid crystal compound is selected to form a smectic A and cholesteric phase such that the medium 11 exhibits a cholesteric phase at temperatures above the temperature of the smectic A phase. What is claimed is: 1. A visible display device whose position is designated by electricity and heat, which forms a dark area in a bright background area, and is characterized by having both. 2. The device according to claim 1, wherein the medium contains an alkylcyanobiphenyl. 3. Applying a pulse that rapidly heats the medium to the other phase without substantially heating the surroundings and rapidly cools the medium to the smectic A phase when the heating pulse ceases. 2. Device according to claim 1, characterized in that said means 26 include at least one electrode adjacent said medium. 4. According to claim 3, the heating electrode 26 diffusely reflects the light that has passed through the medium and returns it to the medium, thereby forming a dark area that can be observed from the light source side. equipment. 5 Electrode 2 arranged around the medium 11
4 and 26, a number of lateral electrodes forming the matrix electrode 26, and a number of longitudinal electrodes forming the matrix electrode 24, the lateral electrode being a means for heating the medium. 26. The apparatus of claim 1 further characterized by a matrix of said electrodes 24, 26, wherein said longitudinal electrodes are electrodes for sequentially applying a voltage to said medium. 6. Forming a dark image on a bright background using a medium 11 containing at least one liquid crystal cholesteric compound mixed with at least one pleochroic dye in order to display a dark image on a bright background. a thermally and electrically positioned visible display device in which the medium has positive dielectric anisotropy and a smectic A phase, and the dye combines with the smectic A phase of the liquid crystal cholesteric compound to electrically producing a regulatable structure, the apparatus includes means 26 for heating the medium to cause a transition to another phase and the medium being rapidly cooled from a temperature corresponding to the other phase and comprising means 24 containing electrodes for applying a voltage to said portion of the medium upon transition to the smectic A phase, thereby producing a substantially transparent regulated co-directional structure; On the other hand, the liquid crystal compound is selected so as to generate a light-absorbing structure in the portion of the medium to which no regulating voltage is applied, and the absorbing portion forms a dark image displayed on the bright background. No. 11 exhibits a cholesteric phase at a temperature higher than the temperature of the smectic A phase, and is characterized by having both smectic A and cholesteric phases. using a designated visible display device: (a) causing a rapid thermal transition of said medium 11 from a high temperature phase to a smectic A phase; (b) as said medium rapidly transitions to said smectic A phase; applying a voltage to a portion of the medium defined as the background to produce a substantially light-transmitting state in the background and a light-absorbing state in the remaining non-voltage-applied portion of the medium; c) A method characterized by making light incident on the medium. 7. The method according to claim 6, wherein the dark image is observed from the irradiated side of the irradiated light beam, and (d) the light that has passed through the medium is diffusely reflected back into the medium.