JPS6310130A - Ferroelectric liquid crystal element - Google Patents

Ferroelectric liquid crystal element

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JPS6310130A
JPS6310130A JP15581786A JP15581786A JPS6310130A JP S6310130 A JPS6310130 A JP S6310130A JP 15581786 A JP15581786 A JP 15581786A JP 15581786 A JP15581786 A JP 15581786A JP S6310130 A JPS6310130 A JP S6310130A
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angle
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明 坪山
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Abstract

PURPOSE:To increase the quantity of transmittance light by setting a tilt angle imparted by a pulse voltage impression at the angle larger than the tilt angle when the pulse voltage impression is not executed. CONSTITUTION:The ferroelectric liquid crystal of a ferroelectric liquid crystal element disposed with the ferroelectric liquid crystal having two stable molecular arrangement states between a pair of substrates 11 and 11' has the tile angle theta1 (2theta1; the angle between the two optical main axes corresponding to the two stable molecular arrangement states after the pulse voltage impression) imparted by the pulse voltage impression. The relation theta1>theta2 is held between the tilt angle theta1 and the tilt angle theta2 (2theta2; the angle between the two optical main axes corresponding to the two stable molecular arrangement states when the pulse voltage impression is not executed) when the pulse voltage impression is not executed. The certain specified bistable state is thereby attained with good productivity. The display element or high-speed shutter element having high responsiveness, high picture element density and large area is realized by combining the specified stable state and polarizers.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、液晶表示素子や液晶−光シャッタ等で用いる
液晶素子に関し、更に詳しくは液晶分子の初期配向状態
を改善することにより、表示ならびに駆動特性を改善し
た液晶素子に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Field of the Invention] The present invention relates to a liquid crystal element used in a liquid crystal display element, a liquid crystal-optical shutter, etc., and more specifically, it improves display and driving characteristics by improving the initial alignment state of liquid crystal molecules. This invention relates to a liquid crystal element with improved characteristics.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

双安定性を有する液晶素子の使用が、クラークらにより
提案されている(特開昭56−107216号公報、米
国特許第4367924号明細書等)。双安定性液晶と
しては、一般に、カイラルスメクチックC相(SmC*
)又はH相(SmH本)を有する強誘電性液晶が用いら
れる。この液晶は電界に対して第1の光学的安定状態と
第2の光学的安定状態からなる双安定状態を有し、従っ
て前述のTN型の液晶で用いられた光学変調素子とは異
なり、例えば一方の電界ベクトルに対して第1の光学的
安定状態に液晶が配向し、他方の電界ベクトルに対して
は第2の光学的安定状態に液晶が配向される。またこの
型の液晶は、加えられる電界に応答して、極めて速やか
に上記2つの安定状態のいずれかを取り、且つ電界の印
加のないときはその状態を維持する性質を有する。この
ような性質を利用することにより、従来のTN型素子の
問題点の多くに対して、かなり本質的な改善が得られる
The use of a liquid crystal element having bistability has been proposed by Clark et al. (JP-A-56-107216, US Pat. No. 4,367,924, etc.). Bistable liquid crystals are generally chiral smectic C phase (SmC*
) or H phase (SmH phase) is used. This liquid crystal has a bistable state consisting of a first optically stable state and a second optically stable state with respect to an electric field, and therefore, unlike the optical modulation element used in the above-mentioned TN type liquid crystal, for example, The liquid crystal is aligned in a first optically stable state with respect to one electric field vector, and the liquid crystal is aligned in a second optically stable state with respect to the other electric field vector. Furthermore, this type of liquid crystal has the property of very quickly taking one of the above two stable states in response to an applied electric field, and maintaining that state when no electric field is applied. By utilizing these properties, considerable substantial improvements can be obtained over many of the problems of conventional TN type devices.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、この双安定性を有する液晶を用いた光学
変調素子が所定の駆動特性を発揮するためには、一対の
平行基板間に配置される液晶が、上記2つの安定状態の
間での変換が効果的に起るような分子配列状態にあるこ
とが必要である。たとえばSmC*またはS m H*
相を有する強誘電性液晶については、SmC*またはS
mH本相を有する液晶分子層が基板面に対して垂直で、
したがって液晶分子軸が基板面にほぼ平行に配列した領
域(モノドメイン)が形成される必要がある。このモノ
ドメインを安定に形成されるためには、液晶に接する基
板に一軸性配向処理(ラビング法あるいは斜方蒸着法)
が、生産性を考え合せると最も有力な方法であるが、実
際には一軸性配向処理を用いて双安定性を有する強誘電
性液晶を用いた光学変調素子においては、前記したよう
に液晶分子軸が基板面の垂直方向に沿ってほぼ平行に配
列した理想的な配列状態は得られず、基板面の垂直方向
に対してねじれた状態で配列していることがわかり、表
示品質や応答特性を著しく損なっていることが判明した
However, in order for an optical modulation element using this bistable liquid crystal to exhibit predetermined drive characteristics, the liquid crystal placed between a pair of parallel substrates must be able to convert between the two stable states. It is necessary that the molecules be in such a state that they occur effectively. For example, SmC* or SmH*
For ferroelectric liquid crystals with phases, SmC* or S
The liquid crystal molecular layer having mH main phase is perpendicular to the substrate surface,
Therefore, it is necessary to form a region (monodomain) in which the liquid crystal molecular axes are arranged substantially parallel to the substrate surface. In order to form this monodomain stably, the substrate in contact with the liquid crystal must be subjected to uniaxial alignment treatment (rubbing method or oblique evaporation method).
This is the most effective method when considering productivity, but in reality, in optical modulation elements using ferroelectric liquid crystals that have bistability using uniaxial alignment treatment, liquid crystal molecules are It was found that the ideal arrangement state in which the axes were arranged almost parallel to the perpendicular direction of the board surface was not obtained, but that they were arranged in a twisted state with respect to the perpendicular direction of the board surface, which affected the display quality and response characteristics. was found to be significantly impaired.

〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕本発明の
目的は、前述した事情に鑑み、後述するように生産性よ
く、ある特定化された双安定状態を達成し、該特定化さ
れた安定状態と偏光子を組み合わせることによって、高
速応答性及び高画素密度と大面積を有する表示素子ある
いは高速シャッター素子を実現しうる液晶光学素子を提
供することにある。
[Means for Solving the Problems] and [Operation] In view of the above-mentioned circumstances, the object of the present invention is to achieve a specified bistable state with high productivity as described below, and to achieve the specified bistable state. An object of the present invention is to provide a liquid crystal optical element that can realize a display element or a high-speed shutter element having high-speed response, high pixel density, and large area by combining a stable state and a polarizer.

本発明は、一対の基板間に、2つの安定な分子配列状態
を有する強誘電性液晶を配置した強誘電性液晶素子にお
いて、前記強誘電性液晶がパルス電圧印加処理によって
付与されたチルト角θ、(2θ1;パルス電圧印加処理
後の2つの安定な分子配列状態に対応した2つの光学的
主軸のなす角度)を有し、該チルト角θ1が前記パルス
電圧印加未処理の時のチルト角θ2(2θ2;パルス電
圧印加未処理時の2・つの安定な分子配列状態に対応し
た2つの光学的主軸のなす角度)との間でθ1〉θ2の
関係を有している強誘電性液晶素子に特徴を有している
The present invention provides a ferroelectric liquid crystal element in which a ferroelectric liquid crystal having two stable molecular alignment states is arranged between a pair of substrates, in which the ferroelectric liquid crystal is given a tilt angle θ by a pulse voltage application process. , (2θ1; angle formed by two optical principal axes corresponding to two stable molecular arrangement states after pulse voltage application processing), and the tilt angle θ1 is the tilt angle θ2 when the pulse voltage application processing is not performed. (2θ2; angle formed by two principal optical axes corresponding to two stable molecular alignment states when no pulse voltage is applied) It has characteristics.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図面に従って説明する。本発明の駆動法
で用いる光学変調物質としては、加えられる電界に応じ
て第1の光学的安定状態(例えば明状態を形成するもの
とする)と第2の光学的安定状態(例えば暗状態を形成
するものとする)を有する、すなわち電界に対する少く
とも2つの安定状態を有する物質、特にこのような性質
を有する液晶が用いられる。
The present invention will be explained below with reference to the drawings. The optical modulation substance used in the driving method of the present invention has a first optically stable state (for example, a bright state) and a second optically stable state (for example, a dark state) depending on the applied electric field. A substance having at least two stable states with respect to an electric field, in particular a liquid crystal having such properties, is used.

本発明の駆動法で用いることができる双安定性を有する
液晶としては、強誘電性を有するカイラルスメクチック
液晶が最も好ましく、そのうちカイラルスメクチックC
相(’SmC本)、H相(SmH*)、I相(SmI本
)、F相(SmF”)やG相(SmG*)の液晶が適し
ている。この強誘電性液晶については、“ル・シュルナ
−ルート−フィジイク・レットル”(“LE JOUR
NAL DE PHYSIQUE LETTRE”)第
36巻(L−69)1975年の「フェロエレクトリッ
ク・リキッド拳りリスタルスJ (「Ferroele
ctricLiquid  Crystals’) ;
 ”アプライド・フイジイツクス・レターズ(“App
lied  PhysicsLetters”)第36
巻、第11号、1980年の「サブミクロ・セカンドφ
バイスティプル・エレクトロオプティック・スイッチン
グ・イン・リキッド・クリスタルスJ (rsubmi
cro  5econd  B15tableElec
trooptic  Switching  in  
LiquidCrystals’) ; ”固体物理1
6 (141) 1981 r液晶」等に記載されてお
り、本発明ではこれらに開示された強誘電性液晶を用い
ることができる。
As the liquid crystal having bistability that can be used in the driving method of the present invention, chiral smectic liquid crystal having ferroelectricity is most preferable, and among these, chiral smectic liquid crystal
Phase ('SmC), H-phase (SmH*), I-phase (SmI), F-phase (SmF''), and G-phase (SmG*) liquid crystals are suitable.For this ferroelectric liquid crystal, “LE JOUR
NAL DE PHYSIQUE LETTRE") Volume 36 (L-69) 1975 "Ferroelectric Liquid Fist Ristars J ("Ferroele
ctricLiquid Crystals');
“Applied Physics Letters”
Lied Physics Letters”) No. 36
Volume, No. 11, 1980 “Submicro Second φ
Bistiple Electro-Optic Switching in Liquid Crystals J (rsubmi
cro 5econd B15tableElec
Trooptic Switching in
LiquidCrystals'); ``Solid State Physics 1
6 (141) 1981 r Liquid Crystal", and the ferroelectric liquid crystal disclosed therein can be used in the present invention.

第1図は、強誘電性液晶の動作説明のために、セルの例
を模式的に描いたものである。以下、所望の相としてS
 m C木を例にとって説明する。11と11’は、I
n2O3,5n02あるいはITO(Indium−T
in  0xide)等の薄膜からなる透明電極で被覆
された基板(ガラス板)であり、その間に液晶分子層1
2がガラス面に垂直になるよう配向したSmC*相の液
晶が封入されている。太線で示した線13が液晶分子を
表わしており、この液晶分子13は基板の面方向に連続
的にらせん構造を形成している。このらせん構造の中心
軸15と液晶分子13の軸方向とのなす角度をチルト角
■として表わす。
FIG. 1 schematically depicts an example of a cell for explaining the operation of a ferroelectric liquid crystal. Hereinafter, S as the desired phase
This will be explained using an mC tree as an example. 11 and 11' are I
n2O3, 5n02 or ITO (Indium-T
A substrate (glass plate) coated with a transparent electrode made of a thin film such as
SmC* phase liquid crystal oriented so that 2 is perpendicular to the glass surface is sealed. A thick line 13 represents a liquid crystal molecule, and the liquid crystal molecule 13 continuously forms a helical structure in the plane direction of the substrate. The angle formed between the central axis 15 of this helical structure and the axial direction of the liquid crystal molecules 13 is expressed as a tilt angle {circle around (2)}.

この液晶分子13は、その分子に直交した方向に双極子
モーメント(P工)14を有している。基板11と11
′上の電極間に一定の閾値以上の電圧を印加すると、液
晶分子13のらせん構造がほどけ、双極子モーメント(
Pf)14がすべて電界方向に向くよう、液晶分子13
は配向方向を変えることができる。液晶分子13は細長
い形状を有しており、その長袖方向と短軸方向で屈折率
異方性を示し、従って例えばガラス面の上下に互いにク
ロスニコルの偏光子を置けば、電圧印加極性によって光
学特性が変わる液晶光学素子となることは、容易に理解
される。
This liquid crystal molecule 13 has a dipole moment (P) 14 in a direction perpendicular to the molecule. Boards 11 and 11
When a voltage higher than a certain threshold is applied between the electrodes on
The liquid crystal molecules 13 are arranged so that all Pf) 14 are oriented in the direction of the electric field.
can change the orientation direction. The liquid crystal molecules 13 have an elongated shape and exhibit refractive index anisotropy in the long axis direction and the short axis direction. Therefore, for example, if crossed Nicol polarizers are placed above and below the glass surface, the optical polarity can be changed depending on the voltage applied polarity. It is easily understood that this results in a liquid crystal optical element whose characteristics change.

本発明の液晶光学素子で好ましく用いられる液晶セルは
、その厚さを充分に薄く(例えば10μ以下)すること
ができる。このように液晶層が薄くなるにしたがい、第
2図に示すように電界を印加していない状態でも液晶分
子のらせん構造がほどけ、非らせん構造となり、その双
極子モーメントPは又はP′は上向き(24)又は下向
き(24’ )のどちらかの状態をとる。この液晶分子
軸23の分子軸と23′のなす角度1/2の角度をチル
ト角θと称している。このようなセルに、第2図に示す
如く一定の閾値以上の極性の異る電界E又はE′を電圧
印加手段21と21’により付与すると、双極子モーメ
ントは、電界E又はE′の電界ベクトルに対応して上向
き24又は下向き24′と向きを変え、それに応じて液
晶分子は、第1の安定状態23かあるいは第2の安定状
態23′の何れか一方に配向する。
The liquid crystal cell preferably used in the liquid crystal optical element of the present invention can have a sufficiently thin thickness (for example, 10 μm or less). As the liquid crystal layer becomes thinner, the helical structure of the liquid crystal molecules unwinds and becomes a non-helical structure even when no electric field is applied, as shown in Figure 2, and the dipole moment P or P' is directed upward. (24) or downward (24'). The 1/2 angle formed by the molecular axis of the liquid crystal molecular axis 23 and 23' is called the tilt angle θ. When an electric field E or E' with a different polarity, which is equal to or higher than a certain threshold value, is applied to such a cell by the voltage applying means 21 and 21' as shown in FIG. The direction changes upward 24 or downward 24' in response to the vector, and accordingly the liquid crystal molecules are aligned in either the first stable state 23 or the second stable state 23'.

このような強誘電性を液晶光学素子として用いることの
利点は、先にも述べたが2つある。その第1は、応答速
度が極めて速いことであり、第2は液晶分子の配向が双
安定性を有することである。第2の点を、例えば第2図
によって更に説明すると、電界Eを印加すると液晶分子
は第1の安定状態23に配向するが、この状態は電界を
切っても安定である。又、逆向きの電界E′を印加する
と、液晶分子は第2の安定状態23′に配向してその分
子の向きを変えるが、やはり電界を切ってもこの状態に
留っている。
As mentioned earlier, there are two advantages to using such ferroelectricity as a liquid crystal optical element. The first is that the response speed is extremely fast, and the second is that the alignment of liquid crystal molecules has bistability. To further explain the second point, for example, with reference to FIG. 2, when an electric field E is applied, the liquid crystal molecules are oriented in a first stable state 23, and this state remains stable even when the electric field is turned off. When an electric field E' in the opposite direction is applied, the liquid crystal molecules are oriented to a second stable state 23' and change their orientation, but they remain in this state even after the electric field is turned off.

このような応答速度の速さと、双安定性が有効に実現さ
れるにはセルとしては出来るだけ薄い方が好ましい。
In order to effectively realize such fast response speed and bistability, it is preferable that the cell be as thin as possible.

このような強誘電性を有する液晶で素子を形成するに当
って最も問題となるのは、先にも述べたように、SmC
*相を有する層が基板面に対して垂直に配列し且つ液晶
分子が基板面に略平行に配向したモノドメイン性の高い
セルを形成することが困難なことである。
As mentioned earlier, the biggest problem in forming devices using liquid crystals with ferroelectric properties is SmC.
*It is difficult to form a highly monodomain cell in which the phase-containing layer is aligned perpendicularly to the substrate surface and the liquid crystal molecules are aligned substantially parallel to the substrate surface.

ところで、従来より大面積の液晶セルを製造する上で、
基板表面に一軸性の配向処理を施す方法が知られている
。この−軸性の配向処理法としては基板表面をビロード
、布や紙で一方向にラビングする方法あるいは基板表面
にSiOや5in2を斜方蒸着する方法などが挙げられ
る。
By the way, in manufacturing a liquid crystal cell with a larger area than before,
A method is known in which a substrate surface is subjected to uniaxial alignment treatment. Examples of the -axial alignment treatment include a method of rubbing the substrate surface in one direction with velvet, cloth, or paper, and a method of obliquely depositing SiO or 5in2 on the substrate surface.

本発明者らが鋭意検討した結果、基板表面に適正な一軸
性の配向処理を施すことにより、以下に詳述する如(、
ある特定化された双安定状態を達成することが可能であ
り、偏光子をその特定化かされた軸方向に一致させるこ
とにより、メモリー性を生かした駆動が達成し得ること
が明らかになった口 本発明で用いるパルス電圧印加処理は、表示パネルを実
際に作動する前の段階で行なわれる。具体的には、初期
配向処理段階で2つの安定な分子配列状態を生じるカイ
ラルスメクチック液晶を形成した直後に、前記パルス電
圧印加処理を施すことができ、又強誘電性液晶パネルへ
表示のための駆動パルス印加直前に、前記パルス電圧印
加処理を施すことができる。
As a result of intensive studies by the present inventors, we found that by applying appropriate uniaxial alignment treatment to the substrate surface,
It has become clear that it is possible to achieve a specified bistable state, and that by aligning the polarizer with the specified axis direction, it is possible to achieve drive that takes advantage of memory properties. The pulse voltage application process used in the present invention is performed before the display panel is actually operated. Specifically, immediately after forming a chiral smectic liquid crystal that produces two stable molecular alignment states in the initial alignment process, the pulse voltage application process can be performed, and the pulse voltage application process can be applied to a ferroelectric liquid crystal panel for display purposes. Immediately before applying the drive pulse, the pulse voltage application process can be performed.

上述したパルス電圧印加処理で用いるパルス電圧のパル
ス幅は、1μsec〜10m5ecの範囲が適し、好ま
しくは10μs e c N1 m s e cの範囲
が適している。又、上述のパルス電圧の波高値としては
5V〜100V、好ましくは10v〜50vが適し、又
パルス間隔としてはパルス幅の1倍〜100倍、好まし
くは2倍〜50倍が適している。
The pulse width of the pulse voltage used in the pulse voltage application process described above is suitably in the range of 1 μsec to 10 msec, preferably in the range of 10 μsec N1 msec. Further, the peak value of the above-mentioned pulse voltage is suitably 5V to 100V, preferably 10V to 50V, and the pulse interval is suitably 1 to 100 times the pulse width, preferably 2 to 50 times the pulse width.

第3図(a)は、本発明に用いた液晶セルの平面図で、
第3図(b)は、そのx−x’断面図である。
FIG. 3(a) is a plan view of the liquid crystal cell used in the present invention.
FIG. 3(b) is a sectional view taken along the line xx'.

ガラスあるいはプラスチック基板33aと33b上にそ
れぞれ端子32al〜32a5と32b1〜32b、を
有するストライプ状電極群34aと34bをITO(I
ndium−Tin  0xide)により1000人
の膜厚で形成し、その上層に配向制御膜35aと35b
としてポリビニルアルコール被膜を1000人の膜厚で
形成した。さらに、その上層に液晶層厚を保持するため
に1μ粒径のビーズ状スペーサーを散布した。このスペ
ーサーにより強誘電性液晶層31が広い範囲で一定に保
たれる。この二枚の基板をラビング処理した後、セル組
し、ビフェニルエステル系液晶(C8IOII ;チッ
ソ社製;等吉相91℃←コレステリック相78℃←スメ
クチックA相556℃←カイラルスメクチックC相)を
導入し、らせん構造を解除したカイラルスメツクC相の
液晶セルを作成した。
Striped electrode groups 34a and 34b having terminals 32al to 32a5 and 32b1 to 32b, respectively, are formed on glass or plastic substrates 33a and 33b using ITO (ITO).
ndium-Tin Oxide) to a thickness of 1,000 layers, and on top of that, alignment control films 35a and 35b are formed.
A polyvinyl alcohol film was formed with a thickness of 1000. Furthermore, bead-like spacers with a particle size of 1 μm were sprinkled on the upper layer in order to maintain the thickness of the liquid crystal layer. This spacer keeps the ferroelectric liquid crystal layer 31 constant over a wide range. After rubbing these two substrates, they were assembled into cells, and a biphenyl ester liquid crystal (C8IOII; manufactured by Chisso Corporation; Tokiyoshi phase 91°C←Cholesteric phase 78°C←Smectic A phase 556°C←Chiral smectic C phase) was introduced. , we created a liquid crystal cell with a chiral smect C phase in which the helical structure was released.

尚、前述のC5IOIIのらせん構造下の液晶セルでは
、そのチルト角■が22.3’ の角度であった。
Incidentally, in the above-mentioned liquid crystal cell having the C5IOII helical structure, the tilt angle (2) was 22.3'.

上記のように作成された液晶セルを一度等吉相状態(9
1°以上)にまで昇温し、その後等方相から0.1’ 
C7分でカイラルスメクチックC相まで降温することに
より、配向処理を行った。
Once the liquid crystal cell created as described above is in the isokyoshi phase state (9
1° or more), and then from the isotropic phase to 0.1'
Orientation treatment was performed by lowering the temperature to the chiral smectic C phase in 7 minutes.

第4図は、液晶分子の配向状態を模式的に示すもので、
基板面405より上方から見た図である。
Figure 4 schematically shows the alignment state of liquid crystal molecules.
It is a view seen from above from the substrate surface 405.

図中、400は一紬性配向処理の方向、即ち、本実施例
ではラビング方向に相当している。SmA(スメクチッ
ク人相)では液晶分子がラビング方向400と一致する
液晶の平均分子軸方向401をもって配向する。S m
 C宰相に於ては液晶分子の平均的な分子軸方向は、4
02の方向に傾き、ラビング方向400とSmC”の平
均分子軸方向402は、角度θをなして第1の安定配向
状態となる。この状態で上下基板に電圧を印加すると、
SmC木の液晶分子の平均的な分子軸方向は、チルト角
θより大きい角度に変化し、チルト角■で飽和した第3
の安定配向状態をとる。この時の平均分子軸方向を40
3とする。次に、電圧を零に戻すと、液晶分子は再びも
との第1の分子軸方向402の状態に戻る。従って、第
1の分子軸方向402の状態で、液晶分子はメモリー性
を有することになる。又、分子軸方向402の状態で、
逆方向の電圧を印加すると、その電圧が充分に高い場合
には、液晶分子の平均的分子軸方向は、飽和して角度■
をなす第4の安定配向状態の平均分子軸方向403′に
転移する。そして、再び電圧を零に戻すと、液晶分子は
、角度θをなす第2の安定配向状態の平均分子軸方向4
02′の状態に落ちつく。
In the figure, 400 corresponds to the direction of monopoly orientation treatment, that is, the rubbing direction in this example. In SmA (smectic physiognomy), liquid crystal molecules are aligned with the average molecular axis direction 401 of the liquid crystal coinciding with the rubbing direction 400. S m
In C Primer, the average molecular axis direction of liquid crystal molecules is 4
02 direction, and the rubbing direction 400 and the average molecular axis direction 402 of SmC'' form an angle θ, resulting in a first stable orientation state. When a voltage is applied to the upper and lower substrates in this state,
The average molecular axis direction of the liquid crystal molecules of the SmC tree changes to an angle larger than the tilt angle θ, and the third direction is saturated at the tilt angle ■.
It assumes a stable orientation state. The average molecular axis direction at this time is 40
Set it to 3. Next, when the voltage is returned to zero, the liquid crystal molecules return to their original state in the first molecular axis direction 402. Therefore, in the state of the first molecular axis direction 402, the liquid crystal molecules have memory properties. Moreover, in the state of the molecular axis direction 402,
When a voltage in the opposite direction is applied, if the voltage is high enough, the average molecular axis direction of the liquid crystal molecules will be saturated and the angle
It is transferred to the average molecular axis direction 403' of a fourth stable orientation state in which . Then, when the voltage is returned to zero again, the liquid crystal molecules move to the average molecular axis direction 4 in the second stable alignment state forming an angle θ.
It settles down to the state of 02'.

従って、図に示すように偏光子の一方の偏光軸方向40
4を角度θをなす分子軸方向402に合致させることに
よって、上述する如き電界による第1と第2の安定配向
状態との間で生じる配向転移とこのメモリー性を生じた
駆動法を用いた時にオン状態とオフ状態での光学コント
ラストを向上することができる。
Therefore, as shown in the figure, one polarization axis direction 40 of the polarizer
4 coincides with the molecular axis direction 402 forming an angle θ, when using a driving method that produces the orientation transition between the first and second stable orientation states caused by the electric field and this memory property as described above. Optical contrast between the on state and the off state can be improved.

角度θは一つの安定状態の分子軸の平均的な方向を検出
している。これが角度■より小さい理由は明らかではな
いが、SmCmC内層内液晶が完全に平行な配列をとら
ないためと考えられ、その配向の平均的な分子軸方向が
チルト角θの方向である。
The angle θ detects the average direction of the molecular axis in one stable state. Although it is not clear why this is smaller than the angle {circle over (2)}, it is thought that it is because the liquid crystals in the SmCmC inner layer do not take a completely parallel alignment, and the average molecular axis direction of this orientation is the direction of the tilt angle θ.

θの値を大きくすることは、透過率を高める意味で大き
な効果を持つ。入射光To、透過光lとすると、透過率
は以下の式で表わされる 〔θ:チルト角、 Δn:屈折率異方性、d:膜厚、 
λ:波波長上上式直交ニコル下で、一方の平均的分子軸
方向と1つの偏光軸を合致させ、もう一方の分子軸方向
に転移させた際の透過率である。上式よりチルト角θは
θ=22.5°で透過率は最大となる。
Increasing the value of θ has a great effect in increasing the transmittance. When the incident light To and the transmitted light L are assumed, the transmittance is expressed by the following formula [θ: tilt angle, Δn: refractive index anisotropy, d: film thickness,
λ: Transmittance when one average molecular axis direction and one polarization axis are made to coincide with one polarization axis and transferred to the other molecular axis direction under the above-mentioned crossed nicols on the wave wavelength. From the above equation, the transmittance is maximum when the tilt angle θ is 22.5°.

前述の液晶セルでは、セル厚dは1.2μmと1.6μ
mのセルで実験を行い、それぞれのチルト角θ2に相当
する角度を測定したところ、θd(1,2) =7.1
°、θd (1,6) =8.1’ であり、最適値に
及ばなかった。
In the liquid crystal cell mentioned above, the cell thickness d is 1.2 μm and 1.6 μm.
When we conducted an experiment with m cells and measured the angle corresponding to each tilt angle θ2, we found that θd(1,2) = 7.1
°, θd (1,6) = 8.1', which was less than the optimum value.

本発明者らは、双安定状態のチルト角θを最高値に近づ
けるためにさらに実験を行った。
The present inventors further conducted experiments in order to bring the tilt angle θ in the bistable state closer to the maximum value.

双安定状態間の反転は以下の矩形パルスで行われた。The reversal between bistable states was performed with the following rectangular pulses.

これらのセルに双安定状態間の反転に必要なパルス電界
より大きな以下のようなパルス電界を印加した。
A pulsed electric field larger than the pulsed electric field required for switching between bistable states was applied to these cells as shown below.

パルス幅;  1m5ec 電圧値;   30V パルス間隔; 100m5ec このようなパルス電圧を極性を交互に変化させて、3秒
間印加した。
Pulse width: 1 m5 ec Voltage value: 30 V Pulse interval: 100 m5 ec Such a pulse voltage was applied for 3 seconds while changing the polarity alternately.

その後、双安定状態が初期状態から別の状態に転移した
ことがテクスチャー(texture)観察から確認さ
れ、また、液晶の光学的な主軸がパルス電圧印加前から
変化していることが確認された。そこでこの双安定状態
のチルト角θ1を測定したところそれぞれ、 g−− d=1.2 p m ; 19.9’ d= 1.6 μm ; 21.1’ であり、最大チルト角■の値に近づき、液晶セルの明状
態の光の透過率がパルス電圧印加前に比して、以下のよ
うに上った。
Thereafter, it was confirmed by texture observation that the bistable state had transitioned from the initial state to another state, and it was also confirmed that the optical principal axis of the liquid crystal had changed from before the pulse voltage was applied. Therefore, when we measured the tilt angle θ1 in this bistable state, we found that g−− d=1.2 p m ; 19.9' d= 1.6 μm ; 21.1', and the value of the maximum tilt angle ■ , and the light transmittance of the liquid crystal cell in the bright state increased as shown below compared to before the pulse voltage was applied.

*単位は任意単位で、d=1.6μのパルス電圧印加後
の透過光量で規格化した。
*The unit is an arbitrary unit, and was normalized by the amount of transmitted light after application of a pulse voltage of d=1.6μ.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、双安定状態を持つ強誘電性液晶のセルに
、パルス電圧印加処理を施すことによって、その電界を
除去した後の双安定状態のチルト角が広がり、従って透
過率光量が増大する効果がある。
As described above, by applying a pulse voltage to a ferroelectric liquid crystal cell that has a bistable state, the tilt angle of the bistable state after the electric field is removed expands, and the amount of transmitted light increases. effective.

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

第1図は、らせん構造をもつ強誘電性液晶素子の斜視図
である。第2図は、本発明の強誘電性液晶素子の斜視図
である。第3図(a)は、本発明の強誘電性液晶素子の
平面図で、第3図(b)はそのx −x’断面図である
。第4図は、液晶分子の配向状態を模式的に示す平面図
である。 第3凹
FIG. 1 is a perspective view of a ferroelectric liquid crystal element having a spiral structure. FIG. 2 is a perspective view of the ferroelectric liquid crystal element of the present invention. FIG. 3(a) is a plan view of the ferroelectric liquid crystal element of the present invention, and FIG. 3(b) is its x-x' cross-sectional view. FIG. 4 is a plan view schematically showing the alignment state of liquid crystal molecules. 3rd concave

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)一対の基板間に、2つの安定な分子配列状態を有
する強誘電性液晶を配置した強誘電性液晶素子において
、前記強誘電性液晶がパルス電圧印加処理によって付与
されたチルト角θ_1(2θ_1;パルス電圧印加処理
後の2つの安定な分子配列状態に対応した2つの光学的
主軸のなす角度)を有し、該チルト角θ_1が前記パル
ス電圧印加未処理の時のチルト角θ_2(2θ_2;パ
ルス電圧印加未処理時の2つの安定な分子配列状態に対
応した2つの光学的主軸のなす角度)との間でθ_1>
θ_2の関係を有していることを特徴とする強誘電性液
晶素子。
(1) In a ferroelectric liquid crystal element in which a ferroelectric liquid crystal having two stable molecular alignment states is arranged between a pair of substrates, the ferroelectric liquid crystal is given a tilt angle θ_1( 2θ_1; the angle formed by the two optical principal axes corresponding to the two stable molecular arrangement states after the pulse voltage application process), and the tilt angle θ_1 is the tilt angle θ_2 (2θ_2 θ_1>
A ferroelectric liquid crystal element characterized by having a relationship of θ_2.
(2)前記パルス印加処理で用いたパルスのパルス幅が
1μsec〜10msecである特許請求の範囲第1項
記載の強誘電性液晶素子。
(2) The ferroelectric liquid crystal device according to claim 1, wherein the pulse width of the pulse used in the pulse application process is 1 μsec to 10 msec.
(3)前記パルス印加処理で用いたパルスの波高値が5
V〜100Vである特許請求の範囲第1項記載の強誘電
性液晶素子。
(3) The peak value of the pulse used in the pulse application process is 5
The ferroelectric liquid crystal element according to claim 1, which has a voltage of V to 100V.
(4)前記パルス印加処理で用いたパルス電圧のパルス
間隔がパルス幅の1倍〜100倍である特許請求の範囲
第1項記載の強誘電性液晶素子。
(4) The ferroelectric liquid crystal element according to claim 1, wherein the pulse interval of the pulse voltage used in the pulse application process is 1 to 100 times the pulse width.
(5)前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板が一
軸性配向処理軸を有している特許請求の範囲第1項記載
の強誘電性液晶素子。
(5) The ferroelectric liquid crystal device according to claim 1, wherein at least one of the pair of substrates has a uniaxial alignment treatment axis.
(6)前記一対の基板が互いに平行な一軸性配向処理軸
を有している特許請求の範囲第1項記載の強誘電性液晶
素子。
(6) The ferroelectric liquid crystal device according to claim 1, wherein the pair of substrates have uniaxial alignment axes that are parallel to each other.
(7)前記一軸性配向処理軸がラビング処理によって形
成された軸である特許請求の範囲第5項又は第6項記載
の強誘電性液晶素子。
(7) The ferroelectric liquid crystal element according to claim 5 or 6, wherein the uniaxially aligned axis is an axis formed by rubbing treatment.
(8)前記チルト角θ_1が18°以上の角度である特
許請求の範囲第1項記載の強誘電性液晶素子。
(8) The ferroelectric liquid crystal element according to claim 1, wherein the tilt angle θ_1 is an angle of 18° or more.
(9)前記強誘電性液晶がカイラルスメクチツク液晶で
ある特許請求の範囲第1項記載の強誘電性液晶素子。
(9) A ferroelectric liquid crystal device according to claim 1, wherein the ferroelectric liquid crystal is a chiral smectic liquid crystal.
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