JP2001051275A - Liquid crystal device - Google Patents

Liquid crystal device

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JP2001051275A
JP2001051275A JP22556699A JP22556699A JP2001051275A JP 2001051275 A JP2001051275 A JP 2001051275A JP 22556699 A JP22556699 A JP 22556699A JP 22556699 A JP22556699 A JP 22556699A JP 2001051275 A JP2001051275 A JP 2001051275A
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JP
Japan
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liquid crystal
alignment films
alignment
crystal molecules
refractive index
Prior art date
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JP22556699A
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Japanese (ja)
Inventor
Eriko Matsui
恵理子 松居
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To surely control alignment of liquid crystal molecules by three-dimensionally controlling the alignment of liquid crystal molecules in three or more directions. SOLUTION: A cell filled with a ferroelectric liquid crystal is provided with upper and lower alignment films 1, 2, front and back alignment films 3, 4, and left and right alignment films 5, 6 to three-dimensionally control the alignment of the liquid crystal molecules. Specifically, the upper and lower alignment films 1, 2 are composed of polyvinylalcohol alignment films, the front and back alignment films 3, 4 are composed of non-fluorine-based alignment films, and the left and right alignment films 5, 6 are composed of fluorine-based alignment films. With such a constitution, a ferroelectric liquid crystal molecules 7 have good wettability with the front and back alignment films 3, 4 but have low wettability with the left and right alignment films 5, 6 so that the molecules are aligned horizontally with the major axis of the liquid crystal molecule directs along the front and back alignment films 3, 4. In this method, the ferroelectric liquid crystal molecules 7 are aligned and controlled in the four directions of front, back, left and right, and its stable state is uniquely determined and turns into a monostable state. Therefore, voltages are applied stepwise in a stepwise pulse waveform.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶素子に関する
ものであり、特に、液晶分子の配向制御の改良に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal device and, more particularly, to an improvement in alignment control of liquid crystal molecules.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子ディスプレイデバイスは、マ
ンマシンインターフェースとして益々需要が高まってき
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, demands for electronic display devices have been increasing as man-machine interfaces.

【0003】これまでの電子ディスプレイデバイスは、
自発光型と受光型とに分類されており、自発光型の電子
ディスプレイデバイスとしては、CRT(cathode ray
tube)、プラズマディスプレイ(PDP)、エレクトロ
ルミネッセンスディスプレイ(ELD)、蛍光表示管
(VFD)発光ダイオード(LED)等が知られてい
る。
[0003] Conventional electronic display devices include:
Self-luminous type and light-receiving type are classified, and as a self-luminous type electronic display device, CRT (cathode ray
tube, a plasma display (PDP), an electroluminescence display (ELD), a fluorescent display tube (VFD), a light emitting diode (LED), and the like.

【0004】受光型の電子ディスプレイデバイスとして
は、液晶ディスプレイ(LCD)やエレクトロクロミッ
クディスプレイ(ECD)、電気泳動ディスプレイ(E
PID)、分散粒子配向型ディスプレイ(SPD)、着
色粒子回転型ディスプレイ(TBD)等が知られてい
る。
As a light receiving type electronic display device, a liquid crystal display (LCD), an electrochromic display (ECD), an electrophoretic display (ECD)
PID), a dispersed particle oriented display (SPD), a colored particle rotating display (TBD), and the like are known.

【0005】液晶をディスプレイに用いたLCDは、低
消費電力で薄型軽量であるという特長を有しており、こ
れを生かして時計・電卓からコンピュータモニタ、テレ
ビジョン受像機へと応用が進んでいる。
[0005] LCDs using liquid crystals for displays have the characteristics of low power consumption, thinness and light weight, and are being applied to watches, calculators, computer monitors, and television receivers taking advantage of this. .

【0006】こうしたLCDにおいて、液晶の種類とし
ては、一軸方向に規則性を持つネマチック液晶、2軸方
向に規則性を持つスメクチック液晶が代表的なものとし
て挙げられる。
In such LCDs, typical types of liquid crystals include nematic liquid crystals having regularity in one axis direction and smectic liquid crystals having regularity in two axis directions.

【0007】前者のネマチック液晶を利用したものとし
ては、薄膜トランジスタを使用したアクティブ駆動を行
うTFT−TN LCD(薄膜トランジスタ ツイステ
ッドネマチック 液晶ディスプレイ)、TFT−VA
LCD(薄膜トランジスタ垂直配向 液晶ディスプレ
イ)、パッシブ駆動を行うSTN LCD(スーパーツ
イステッドネマチック液晶ディスプレイ)等がー般的で
ある。
As the former using a nematic liquid crystal, there are a TFT-TN LCD (thin film transistor twisted nematic liquid crystal display) which performs active driving using a thin film transistor, and a TFT-VA.
LCDs (thin film transistor vertical alignment liquid crystal displays), STN LCDs (super twisted nematic liquid crystal displays) that perform passive driving, and the like are common.

【0008】後者のスメクチック液晶を利用したものと
しては、FLCD(強誘電性ディスプレイ)、AFLC
D(反強誘電性液晶ディスプレイ)等がある。
[0008] The latter using smectic liquid crystal include FLCD (ferroelectric display), AFLC
D (antiferroelectric liquid crystal display).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】TFT−VA LCD
は、液晶分子の誘電率異方性を負にし(分子長軸方回よ
りも短軸方向の誘電率が大きい。)、液晶分子をホメオ
トロピックに配向させ、印加電界によってその傾き角に
より透過率を制御する、というのが駆動原理である。
SUMMARY OF THE INVENTION TFT-VA LCD
Is to make the dielectric anisotropy of liquid crystal molecules negative (the dielectric constant in the minor axis direction is larger than that in the major axis direction), orient the liquid crystal molecules homeotropically, and by the applied electric field, the transmittance by the inclination angle. Is the driving principle.

【0010】したがって、分子配列にTN LCDのよ
うなねじれ構造を持たず、ノーマリーブラック方式であ
るため、黒の品位が良く、コントラスト比が優れてい
る。また、その素子構造から配向制御のアンカリングエ
ネルギが低いため、界面からの制約が小さく、ネマチッ
ク液晶の中では比較的高速に応答できる(TN LCD
の2〜3倍)。配向規制力は、液晶−配向膜の界面相互
作用で決定できるので、ラビングのような工程は、原則
として必要としない。
Therefore, since the molecular arrangement does not have a twisted structure as in TN LCD and is of a normally black type, the quality of black is excellent and the contrast ratio is excellent. Further, since the anchoring energy of the orientation control is low due to the element structure, the restriction from the interface is small, and relatively fast response can be achieved among the nematic liquid crystal (TN LCD).
2 to 3 times). Since the alignment regulating force can be determined by the interface interaction between the liquid crystal and the alignment film, a process such as rubbing is not required in principle.

【0011】しかしながら、印加電界に対して、液晶分
子の傾く方向を完全に制御することは難しく、通常の垂
直配向用配向膜では反転ドメインが発生し、コントラス
ト比を低下させる問題が知られている。
However, it is difficult to completely control the direction in which the liquid crystal molecules are inclined with respect to the applied electric field, and it has been known that inverting domains are generated in a normal alignment film for vertical alignment, thereby lowering the contrast ratio. .

【0012】この欠点を改良するために、従来、垂直配
向用配向膜にラビングを施したり、各画素の電極面に傾
斜をつける等、液晶分子長軸と配向膜平面との角度を9
0度未満にする、すなわち黒の品位を犠牲にしてもあら
かじめ液晶分子をいくらか傾けて配する方法が提案され
ているが、十分とは言えない。
In order to improve this drawback, the angle between the long axis of the liquid crystal molecules and the plane of the alignment film has been conventionally adjusted by rubbing the alignment film for vertical alignment or tilting the electrode surface of each pixel.
A method has been proposed in which the liquid crystal molecules are arranged at an angle of less than 0 degrees, that is, inclining the liquid crystal molecules in advance even if the quality of black is sacrificed, but it is not sufficient.

【0013】一方、スメクチック液晶であるFLCをL
CDに用いようとする研究開発は、現在まで活発に進め
られてきている。強誘電性液晶は、1975年にメイヤ
ーによって初めて合成され、1980年にクラーク、ラ
ガワールによって、電界によりドメイン反転可能な表面
安定化強誘電性液晶が発明された。
On the other hand, FLC which is a smectic liquid crystal is
Research and development for CDs has been actively pursued to date. Ferroelectric liquid crystals were first synthesized by Meyer in 1975, and in 1980, Clark and Lagawar invented a surface-stabilized ferroelectric liquid crystal capable of domain inversion by an electric field.

【0014】FLCは、その分子自身に、短軸方向に永
久双極子モーメントを有し自発分極を持つため、電界に
よりダイレクトに応答可能である。誘電率によって応答
するネマチック液晶と比較して、約1000倍高速とな
る。
The FLC itself has a permanent dipole moment in the minor axis direction and has spontaneous polarization, and therefore can respond directly to an electric field. It is about 1000 times faster than a nematic liquid crystal that responds by permittivity.

【0015】また、分子配列に基本的にねじれ構造がな
く、視野角依存性が少ない。さらに、電源をオフしても
画像が保持されるメモリ性があり、1000本以上の走
査線に対しても単純マトリクス駆動が可能である等の優
れた特性を持つ。
In addition, there is basically no twisted structure in the molecular arrangement, and the viewing angle dependence is small. Further, it has an excellent characteristic that it has a memory function of retaining an image even when the power is turned off, and that a simple matrix drive can be performed for 1000 or more scanning lines.

【0016】FLC素子は、外部印加電界Eに対して分
子は状態1と状態2の二つの状態間をスイッチングす
る。この分子配向の変化は、液晶分子を直交する偏光板
間に配置することにより透過率を制御し、印加電界に対
してしきい値電圧Vthで透過率の急峻な変化を引き起こ
し、双安定性である。
In the FLC element, the molecule switches between two states, state 1 and state 2, in response to an externally applied electric field E. This change in molecular orientation controls the transmittance by arranging liquid crystal molecules between orthogonal polarizers, causing a sharp change in the transmittance at a threshold voltage Vth with respect to the applied electric field. is there.

【0017】このように双安定モードを用いたFLC表
示は二状態のみ安定であることから、TNモードのよう
な電圧制御による階調表示は困難であるため、サブピク
セルを設けて画像を調節し階調を表示する面積階調法
や、1フィールド時間内に二値をデジタル的に組み合わ
せることによって階調を表示する時分割階調法が提案さ
れている。
As described above, since the FLC display using the bistable mode is stable only in two states, it is difficult to perform gradation display by voltage control as in the TN mode. An area gray scale method for displaying a gray scale and a time division gray scale method for displaying a gray scale by digitally combining binary values within one field time have been proposed.

【0018】しかし、これらの方法では、階調表示の不
充分さや高コスト化になるという問題がある。
However, these methods have a problem that the gradation display becomes insufficient and the cost is increased.

【0019】本発明は、このような従来の状況に鑑みて
提案されたものであり、液晶分子の配向を確実に制御し
得る新規な配向制御法を提供することを目的とし、これ
により優れた特性を持つ液晶素子を提供することを目的
とする。
The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and an object of the present invention is to provide a novel alignment control method capable of reliably controlling the alignment of liquid crystal molecules. It is an object to provide a liquid crystal element having characteristics.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、液晶がセル内に配されてなる液晶素子
において、液晶分子の配向制御が3次元的に3方向以上
から行われていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a liquid crystal device in which liquid crystal is arranged in a cell, in which alignment of liquid crystal molecules is controlled three-dimensionally from three or more directions. It is characterized by being performed.

【0021】上記配向制御は、例えば界面相互エネルギ
ーの異なる配向膜を2種類以上組み合わせることにより
行うことができ、具体的には、液晶分子長軸方向の配向
膜の液晶分子長軸に対する接触角を45°未満、液晶分
子短軸方向の配向膜の液晶分子長軸に対する接触角を4
5°以上とすればよい。
The alignment can be controlled by, for example, combining two or more types of alignment films having different interfacial mutual energies. Specifically, the contact angle of the alignment film with respect to the liquid crystal molecule long axis in the direction of the long axis of the liquid crystal molecule is determined. The contact angle of the alignment film in the minor axis direction of the liquid crystal molecule to the long axis of the liquid crystal molecule is less than 45 °.
The angle may be 5 ° or more.

【0022】通常の液晶素子では、電極上に配向膜を形
成した基板2枚の間隙に液晶を配するのが常である。
In an ordinary liquid crystal element, liquid crystal is usually arranged in a gap between two substrates having an alignment film formed on an electrode.

【0023】本発明において提案する3面以上から行う
配向制御方法は、例えばネマチック液晶のVAモードで
はラビング工程も必要なく電極間距離を変えずに、個々
の液晶分子の傾く方向を決定することができる。
In the alignment control method proposed from the three or more planes proposed in the present invention, for example, in a VA mode of a nematic liquid crystal, a rubbing step is not required, and the tilt direction of each liquid crystal molecule is determined without changing the distance between electrodes. it can.

【0024】また、スメクチック液晶のFLCモードで
は、アンカリングエネルギの異なる配向膜を組み合わせ
ることにより、液晶分子を配向させたい方向に配列させ
ることが可能である。
In the FLC mode of the smectic liquid crystal, it is possible to align liquid crystal molecules in a desired direction by combining alignment films having different anchoring energies.

【0025】また、本発明の配向方法は、強誘電性液晶
の安定状態を一つに定めるため、自然な階調性を与える
という観点からも非常に有用である。
Further, the alignment method of the present invention determines the stable state of the ferroelectric liquid crystal as one, and is therefore very useful from the viewpoint of providing natural gradation.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した液晶素子
について、図面を参照しながら詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a liquid crystal device to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.

【0027】図1は、強誘電性液晶(スメクチック液
晶)を配向するための配向膜構成を示すものである。
FIG. 1 shows the configuration of an alignment film for aligning a ferroelectric liquid crystal (smectic liquid crystal).

【0028】この例では、強誘電性液晶が充填されるセ
ルの上下、前後、左右の各面に配向膜が配され、三次元
的に液晶分子を配向制御するような形となっている。
In this example, alignment films are arranged on the upper, lower, front, rear, left and right surfaces of a cell filled with ferroelectric liquid crystal, so that alignment of liquid crystal molecules is three-dimensionally controlled.

【0029】具体的には、上下配向膜1,2は、ポリビ
ニルアルコール配向膜である。前後配向膜3,4は、非
フッ素系配向膜である。左右配向膜5,6は、フッ素系
配向膜である。
Specifically, the upper and lower alignment films 1 and 2 are polyvinyl alcohol alignment films. The front and rear alignment films 3 and 4 are non-fluorine alignment films. The left and right alignment films 5 and 6 are fluorine-based alignment films.

【0030】このような配向膜構成とすると、強誘電性
液晶分子7は、前後配向膜3,4と濡れ性が良く、左右
配向膜5,6と濡れ性が悪いことから、液晶分子長軸が
前後配向膜3,4に沿うように水平に配向される。
With such an alignment film configuration, the ferroelectric liquid crystal molecules 7 have good wettability with the front and rear alignment films 3 and 4 and have poor wettability with the left and right alignment films 5 and 6. Are horizontally aligned along the front and rear alignment films 3 and 4.

【0031】この場合、強誘電性液晶分子は、前後、左
右の4方向から配向制御されることになり、その安定状
態は1つに決まり、単安定状態となる。したがって、双
安定性の場合と異なり、例えばステップパルス波形で段
階的に電圧を印加することにより、自然な階調性を与え
ることができる。
In this case, the alignment of the ferroelectric liquid crystal molecules is controlled in four directions, that is, front and rear, left and right, and the stable state thereof is determined to be one, and becomes a monostable state. Therefore, unlike the case of bistability, a natural gradation can be provided by applying a voltage stepwise with, for example, a step pulse waveform.

【0032】図2は、ネマチック液晶の配向例である。FIG. 2 shows an example of alignment of a nematic liquid crystal.

【0033】この場合、上下配向膜8,9は、フッ素系
配向膜である。前後配向膜10,11は、非フッ素系配
向膜である。左右配向膜12,13も、非フッ素系配向
膜である。
In this case, the upper and lower alignment films 8 and 9 are fluorine-based alignment films. The front and rear alignment films 10 and 11 are non-fluorine-based alignment films. The left and right alignment films 12, 13 are also non-fluorine-based alignment films.

【0034】このような配向膜構成とすると、ネマチッ
ク液晶分子14は、前後、左右、上下の6方向から配向
制御されることになり、前後配向膜10,11及び左右
配向膜12,13と濡れ性が良く、上下配向膜8,9と
濡れ性が悪いことから、液晶分子長軸が前後配向膜1
0,11及び左右配向膜12,13に沿うように垂直に
配向される。
With such an alignment film configuration, the alignment of the nematic liquid crystal molecules 14 is controlled in six directions: front and rear, left and right, and up and down, so that the nematic liquid crystal molecules 14 wet the front and rear alignment films 10 and 11 and the left and right alignment films 12 and 13. Since the liquid crystal molecules have good wettability and poor wettability with the upper and lower alignment films 8 and 9, the long axis of the liquid crystal molecules is
0 and 11 and the left and right alignment films 12 and 13 are vertically aligned.

【0035】上記のような配向制御は、液晶表示素子、
液晶スイッチ、液晶シャッタ等、各種液晶素子に応用す
ることができる。
The alignment control as described above can be performed by using a liquid crystal display element,
It can be applied to various liquid crystal elements such as a liquid crystal switch and a liquid crystal shutter.

【0036】以下、上記配向制御を適用して好適な表示
素子の例について説明する。
Hereinafter, an example of a suitable display element to which the above-described alignment control is applied will be described.

【0037】この表示素子は、光源に低波長の半導体レ
ーザまたは発光ダイオードを、光導波路に光ファイバ
(ワイヤまたはロッド状のもの)を使用し、全反射を制
御する光スイッチに液晶、特に高速スイッチが可能であ
り複屈折差が大きな強誘電性液晶を用い、前面に蛍光体
を配してなるものである。
This display element uses a low-wavelength semiconductor laser or a light-emitting diode as a light source, an optical fiber (wire or rod-shaped) as an optical waveguide, and a liquid crystal, particularly a high-speed switch, as an optical switch for controlling total reflection. It is possible to use a ferroelectric liquid crystal having a large birefringence difference and to arrange a phosphor on the front surface.

【0038】このように構成された表示素子は、薄型
化、大型化、高精細化が可能であり、光源を効率よく使
用する自発光型であるため非常に明るく、大画面で必要
とされるコントラスト比500:1を実現することがで
きる。
The display element thus configured can be made thin, large, and high-definition, and is very bright because it is a self-luminous type that uses a light source efficiently, and is required for a large screen. A contrast ratio of 500: 1 can be realized.

【0039】図3は、かかる表示素子の一例を示すもの
であり、その断面構造を示すものである。
FIG. 3 shows an example of such a display element, and shows a cross-sectional structure thereof.

【0040】図3に示す表示素子においては、ガラス基
板21(例えばコーニング7059)の上に低屈折率ポ
リマー22により光ファイバ23が固定されており、さ
らにその上に光スイッチとなる液晶層24、色変換部材
である蛍光体層25が形成されている。
In the display device shown in FIG. 3, an optical fiber 23 is fixed on a glass substrate 21 (for example, Corning 7059) by a low refractive index polymer 22, and a liquid crystal layer 24 serving as an optical switch is further provided thereon. A phosphor layer 25 serving as a color conversion member is formed.

【0041】液晶層24を挟んで両側には、これを駆動
するための透明電極26,27が例えばXYマトリクス
電極として形成されており、さらには液晶層24の液晶
分子を配向するための配向膜28,29が形成されてい
る。
On both sides of the liquid crystal layer 24, transparent electrodes 26 and 27 for driving the liquid crystal layer 24 are formed as, for example, XY matrix electrodes, and an alignment film for aligning the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 24. 28 and 29 are formed.

【0042】また、液晶層24は、セルに封入する必要
があり、上記ガラス基板21と所定の間隔をもってガラ
ス基板30を対向配置することによりセルを構成し、こ
の中に液晶材料を充填することにより形成している。し
たがって、一方の透明電極27及び配向膜29は、この
ガラス基板30上に形成されることになる。
The liquid crystal layer 24 must be sealed in a cell. A cell is formed by arranging a glass substrate 30 facing the glass substrate 21 at a predetermined distance from the glass substrate 21, and a liquid crystal material is filled in the cell. It is formed by. Therefore, the one transparent electrode 27 and the alignment film 29 are formed on the glass substrate 30.

【0043】ここで、用いる光ファイバは、無機材料あ
るいは有機材料よりなるワイヤまたはロッド状のもので
あり、基板上に作製する三次元導波路とは異なり、別の
工程であらかじめ作製した導波路層単体のことである。
そして、導波径と比較して、その長さは十分に大きい。
The optical fiber used here is a wire or rod made of an inorganic material or an organic material, and is different from a three-dimensional waveguide formed on a substrate, and is different from a three-dimensional waveguide formed on a substrate. It is a simple substance.
The length is sufficiently large as compared with the waveguide diameter.

【0044】また、光ファイバの断面形状は任意であ
り、特に規定はしないが、例えば、円形、多角形等とす
ればよい。強誘電性液晶は、かまぼこ状の形状の上であ
ってもコントラスト良く配向することが可能である。
The cross-sectional shape of the optical fiber is arbitrary and is not particularly limited, but may be, for example, a circle, a polygon, or the like. Ferroelectric liquid crystals can be aligned with good contrast even on a semi-cylindrical shape.

【0045】この光ファイバは、低屈折率のポリマーに
よって基板に固定して用いる。
This optical fiber is used by being fixed to a substrate with a polymer having a low refractive index.

【0046】基板上に作製する高分子型三次元光導波路
は、三次元構造をとるために、予め均一に塗布した後、
エッチング加工をしなければならない。化学エッチング
ではミクロンオーダーの加工精度が得られず、加工精度
を高くするためには反応性イオンエッチング(RIE)
等の方法が考えられるが、その際、導波路表面を荒らす
ことになり、光損失を大きくする。実際に、高分子型三
次元導波路と高分子型光ファイバの光損失を比較する
と、それぞれ0.16dB/cm(波長633nmにお
いて)(K.S.Brown, et. Al.,“Characterization of P
oly(Phenylsilsesquixane)Thin-Film Planar optical
Waveguides”, IEEE Photonics Technology Letters,
Vol. 9,No.6,1997)と0.4dB/m(波長633
nmにおいて)であり、その差は歴然としている。
The polymer type three-dimensional optical waveguide formed on the substrate is coated uniformly beforehand to obtain a three-dimensional structure.
It must be etched. Micron-order processing accuracy cannot be obtained by chemical etching, and reactive ion etching (RIE) is required to increase processing accuracy.
However, in this case, the surface of the waveguide is roughened, and the light loss is increased. Actually, when comparing the optical loss between the polymer type three-dimensional waveguide and the polymer type optical fiber, 0.16 dB / cm (at a wavelength of 633 nm) (KS Brown, et. Al., “Characterization of P
oly (Phenylsilsesquixane) Thin-Film Planar optical
Waveguides ”, IEEE Photonics Technology Letters,
Vol. 9, No. 6, 1997) and 0.4 dB / m (wavelength 633)
nm) and the difference is evident.

【0047】一方、液晶層に用いる液晶材料は任意であ
るが、強誘電性液晶、あるいは反強誘電性液晶が好まし
い。
On the other hand, the liquid crystal material used for the liquid crystal layer is arbitrary, but a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal is preferable.

【0048】強誘電性液晶は3環性分子が多い組成とさ
れているため、2環性分子が大半を占める一般的なネマ
テイック液晶とは異なり、複屈折差が大きいという特徴
がある。屈折率変化を利用した全反射を制御する光スイ
ッチは、複屈折差が大きいほど損失が少ない。特に、強
誘電性液晶は、印加電界に対して液晶分子自体が持つ永
久双極子が作用するため、マイクロ秒オーダの応答速度
が可能であり(ネマティック液晶の応答速度は、ミリ秒
オーダ)、ハイデフィニションに代表される高精細なデ
ィスプレイの駆動に十分対応できる。
Since the ferroelectric liquid crystal has a composition containing a large number of tricyclic molecules, it is characterized by a large birefringence difference, unlike a general nematic liquid crystal in which a large number of bicyclic molecules are contained. In an optical switch that controls total reflection using a change in refractive index, the loss is smaller as the birefringence difference is larger. In particular, a ferroelectric liquid crystal has a response speed of the order of microseconds (the response speed of a nematic liquid crystal is of the order of milliseconds) because the permanent dipole of the liquid crystal molecules itself acts on an applied electric field. It can sufficiently cope with driving of a high-definition display represented by definition.

【0049】一画素の表示時間は、インターレース信号
のHDTVの場合、アクティブ素子等を使用せずに、単
純マトリクス駆動をすると 1/30Hz/1125ライン=29.6μ秒 プログレッシブ信号のUXGAの場合は、 1/60Hz/1200ライン=14μ秒 となる。
The display time of one pixel is as follows. In the case of HDTV of an interlace signal, when simple matrix driving is performed without using an active element or the like, 1/30 Hz / 1125 lines = 29.6 μsec. In the case of UXGA of a progressive signal, 1/60 Hz / 1200 lines = 14 μs.

【0050】液晶の実効屈折率neff は、図4に示すよ
うに、液晶分子長軸と基板面に平行に偏波した光線の入
射方向の成す角をφとすると、下記数1で表され、
(Y.Sadorihara,et.al., Technology Report of the
0saka University, Vol.42,No.2091,pp.137,19
92)、配向方向を制御することによりn⊥<neff <n
//の範囲の値をとる。
As shown in FIG. 4, the effective refractive index n eff of the liquid crystal is expressed by the following equation (1), where φ is the angle between the long axis of the liquid crystal molecules and the incident direction of the light beam polarized parallel to the substrate surface. ,
(Y. Sadorihara, et. Al., Technology Report of the
0saka University, Vol. 42, No. 2091, pp. 137, 19
92), by controlling the orientation direction, n⊥ <n eff <n
Take a value in the range //.

【0051】[0051]

【数1】 (Equation 1)

【0052】(n//:液晶分子長軸方向の屈折率、n
⊥:液晶分子短軸方向の屈折率)光スイッチを設計する
上で最も重要な点は液晶の屈折率の制御である。オン・
オフ比を最も良くするためにはオン状態とオフ状態での
eff を次のように選定する。
(N //: refractive index in the major axis direction of liquid crystal molecules, n
⊥: Refractive index in the short axis direction of liquid crystal molecules) The most important point in designing an optical switch is controlling the refractive index of the liquid crystal. on·
In order to optimize the OFF ratio, n eff in the ON state and the OFF state is selected as follows.

【0053】neff OFFをオフ時、neff ON をオン時とす
ると、上述した式は下記数2のように書き換えられ、そ
の際、neff OFF<nf<neff ONが条件である(nf :光
ファイバの屈折率)。ここでθとは、ある液晶組成物と
配向膜を使用した場合のチルト角とする(図4参照)。
Assuming that n eff OFF is off and n eff ON is on, the above equation can be rewritten as the following equation (2), where n eff OFF <n f <n eff ON ( nf : refractive index of the optical fiber). Here, θ is a tilt angle when a certain liquid crystal composition and an alignment film are used (see FIG. 4).

【0054】[0054]

【数2】 (Equation 2)

【0055】液晶の配向方向は、(φ+θ)である。この
際、φを選択するには、光ファイバの屈折率との関係か
ら次のように考える。例として、n⊥を1.493、n
//を1.667、θが20°の液晶材料、屈折率が1.
59の光ファイバを使用したとすると、φと実効屈折率
eff の関係は図5のように計算される。したがって、
φが31°のとき、オン時オフ時ともに、最もnf との
差が大きくなる。したがって、配向処理方向を41°と
すればよいことになる。
The alignment direction of the liquid crystal is (φ + θ). At this time, in order to select φ, the following is considered from the relationship with the refractive index of the optical fiber. As an example, n⊥ is 1.493, n
// is 1.667, θ is 20 °, and the refractive index is 1.
Assuming that 59 optical fibers are used, the relationship between φ and the effective refractive index n eff is calculated as shown in FIG. Therefore,
When φ is 31 °, the difference from n f is the largest both on and off. Therefore, the orientation direction may be set to 41 °.

【0056】液晶の屈折率の条件は、チルト角・光導波
路の屈折率によって必要条件は異なるが、短軸方向の屈
折率n⊥が光導波路のクラッド層またはコア層の屈折率
以下で、屈折率異方性△nが0.1以上であることが好
ましい。
Although the necessary conditions for the refractive index of the liquid crystal differ depending on the tilt angle and the refractive index of the optical waveguide, the refractive index n⊥ in the minor axis direction is less than the refractive index of the cladding layer or the core layer of the optical waveguide. It is preferable that the rate anisotropy Δn is 0.1 or more.

【0057】なお、光シャッタとしては、例えばメカニ
カルシャッタ等を利用することも可能である。
As the optical shutter, for example, a mechanical shutter or the like can be used.

【0058】光源には、近紫外線または青色の波長を用
いる。蛍光体にはエネルギーの大きな低波長紫外線が有
用であるが、液晶や高分子系の有機物は紫外に吸収を持
つものが多く、劣化が予想されるためである。また紫外
線に対する透明度の問題も回避できる。
As a light source, a near ultraviolet or blue wavelength is used. Low energy ultraviolet light having a large energy is useful for the phosphor, but many liquid crystal and polymer organic substances have ultraviolet absorption, and deterioration is expected. Also, the problem of transparency to ultraviolet light can be avoided.

【0059】色変換部材としては、量子効率を考慮し
て、蛍光体を使用する。
As the color conversion member, a phosphor is used in consideration of quantum efficiency.

【0060】例えば、青色発光素子を使用した場合と、
緑色発光素子を使用した場合の変換効率を比較する(蛍
光体の量子効率を1とする。)。
For example, when a blue light emitting element is used,
The conversion efficiency when a green light emitting element is used is compared (assuming that the quantum efficiency of the phosphor is 1).

【0061】 青色−緑色変換効率及び青色−赤色変換効率 λB/λG,λB/λR 緑色−青色変換効率及び緑色−赤色変換効率 (1/2)λG/λB, λG/λR 赤色−青色変換効率及び赤色−緑色変換効率 (1/2)λR/λB, (1/2)λRG/λG 仮に、青色470nm、緑色550nm、赤色620n
mとすると、発光素子が青色の場合、緑色、赤色両方で
64.8%、発光素子が緑色の場合、青色、赤色両方で
51.9%、発光素子が赤色の場合、青色、緑色両方で
37.2%となる。発光素子よりも低波長側である場合
は、変換効率は低下する。そのため、光源は青色以下の
波長を使用するのがよい。
Blue-green conversion efficiency and blue-red conversion efficiency λB / λG, λB / λR green-blue conversion efficiency and green-red conversion efficiency (1/2) λG / λB, λG / λR red-blue conversion efficiency Red-green conversion efficiency (1/2) λR / λB, (1/2) λRG / λG Suppose blue 470 nm, green 550 nm, red 620 n
m, 64.8% for both green and red when the light emitting element is blue, 51.9% for both blue and red when the light emitting element is green, and both blue and green when the light emitting element is red. 37.2%. If the wavelength is lower than that of the light emitting element, the conversion efficiency decreases. Therefore, it is preferable to use a light source having a wavelength of blue or less.

【0062】光源に青色レーザを使用する場合、青色の
画素の色変換部材にはレーザ色素有機蛍光体を用いても
よい。これはレーザの特性のひとつであるスペックル効
果を回避するためである。有機蛍光体はストークス効果
分程度の波長のずれの色変換が得意であるため、材料選
択の幅も広い。
When a blue laser is used as the light source, a laser dye organic phosphor may be used for the color conversion member of the blue pixel. This is to avoid the speckle effect which is one of the characteristics of the laser. Organic phosphors are good at color conversion with a wavelength shift of about the Stokes effect, and therefore have a wide range of material choices.

【0063】以上が本発明を適用した表示素子の基本的
な構成であるが、光源に低波長の半導体レーザまたは発
光ダイオ−ドを、光導波路に光ファイバ(ワイヤまたは
ロッド状のもの)を使用し、全反射を制御する光スイッ
チに液晶、特に高速スイッチが可能であり複屈折差が大
きな強誘電性液晶を用い、前面に、蛍光体を配したディ
スプレイの伝送損失の計算結果を示す。
The above is the basic structure of the display element to which the present invention is applied. A low-wavelength semiconductor laser or a light-emitting diode is used as a light source, and an optical fiber (wire or rod-shaped) is used as an optical waveguide. Then, the calculation results of the transmission loss of a display using a liquid crystal as the optical switch for controlling total reflection, particularly a ferroelectric liquid crystal capable of being a high-speed switch and having a large birefringence difference, and having a phosphor disposed on the front surface are shown.

【0064】 光源カップリング80%×導波路損失80%×光スイッチ効率80%=51% 紫外−可視変換効率 =90% 外光反射+可視光利用率 =70% LD又はLED電力効率 =25% 合計=8%(12.5倍) 励起源の必要パワーは、200nit の輝度で100イン
チサイズ(3.1m2)のディスプレイを考えたとき、 π×200nit=628lm/m2(683lm=1W at 550nm) R 612nm 比視感度 0.50 205 lm/m2 0.6 W/m2 1.86W G 530nm 比視感度 0.86 353 lm/m2 0.6 W/m2 1.86W B 470nm 比視感度 0.17 70 lm/m2 0.6 W/m2 1.86W 合計 5.58W となる。理想値ではあるが、かなりの高効率である。4O
インチ以上の大型ディスプレイを作製するにあたり、液
晶の配向を画面全体にわたって均ーに行うのが難しい場
合は、図6に示すように、配向膜31上に低屈折率ポリ
マー層32を形成した後、画素部分のみに空隙33を残
し、この中に液晶材料34を入れ、低屈折率ポリマーで
覆った状態としてもよい。その際、液晶は注入では行わ
ず、塗布型で行う。画素面積は、100インチであって
も1mm2 程度であるので、液晶の配向が容易となる。
Light source coupling 80% × waveguide loss 80% × optical switch efficiency 80% = 51% Ultraviolet-visible conversion efficiency = 90% External light reflection + visible light utilization rate = 70% LD or LED power efficiency = 25% Total = 8% (12.5 times) The required power of the excitation source is π × 200 nit = 628 lm / m 2 (683 lm = 1 W at when a display of 100 inch size (3.1 m 2 ) at a luminance of 200 nit is considered. R 612 nm Relative luminosity 0.50 205 lm / m 2 0.6 W / m 2 1.86 W G 530 nm Relative luminosity 0.86 353 lm / m 2 0.6 W / m 2 1.86 W B 470 nm Relative luminosity 0.17 70 lm / m 2 0.6 W / m 2 1.86W Total 5.58W. Although it is an ideal value, the efficiency is considerably high. 4O
When it is difficult to uniformly align liquid crystals over the entire screen in manufacturing a large display of not less than inches, after forming a low refractive index polymer layer 32 on an alignment film 31 as shown in FIG. A space 33 may be left only in the pixel portion, and a liquid crystal material 34 may be put in the space 33 and covered with a low refractive index polymer. At this time, the liquid crystal is not injected but is applied in a coating type. Since the pixel area is about 1 mm 2 even if it is 100 inches, the alignment of the liquid crystal becomes easy.

【0065】また、単安定・片安定状態の強誘電性液晶
の配向を選択してもよい。
The orientation of the ferroelectric liquid crystal in a monostable / hemi-stable state may be selected.

【0066】[0066]

【実施例】次に、本発明を具体的な実施例によりさらに
詳細に説明するが、本発明は、これらの例によって何ら
限定されるものではない。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0067】実施例1 透明電極(ITO)を厚さ30nmスパッタしたガラス
基板(コーニング社製、商品名7059:40mm×2
5mm×1.1mm)上に、非フッ素系ポリマーおよび
フッ素系ポリマー(NTTアドバンステクノロジ社製)
(屈折率1.49)をウェットエッチング法により図1
に示すように加工した。
Example 1 A glass substrate (trade name: 7059: 40mm × 2, manufactured by Corning Incorporated) on which a transparent electrode (ITO) was sputtered with a thickness of 30 nm.
Non-fluorine-based polymer and fluorine-based polymer (manufactured by NTT Advanced Technology) on 5 mm x 1.1 mm)
(Refractive index: 1.49)
It was processed as shown in FIG.

【0068】非フッ素系ポリマーと強誘電性液晶組成物
の濡れ性は良く、接触角はほぼゼロ度であり、フッ素系
ポリマーと強誘電性液晶組成物の濡れ性は悪く、接触角
はほぼ80度である。
The wettability between the non-fluorinated polymer and the ferroelectric liquid crystal composition is good, and the contact angle is almost zero. The wettability between the fluoropolymer and the ferroelectric liquid crystal composition is poor, and the contact angle is almost 80. Degrees.

【0069】加工した立方型の隙間に、強誘電性液晶組
成物(ソニー社製、S.Arakawa,et.Al., Mol.Crys
t.Liq.Cryst., 204, 15, 1991)を100℃で注入し
た。
A ferroelectric liquid crystal composition (Sony Arakawa, et. Al., Mol.
t. Liq. Cryst., 204, 15, 1991) was injected at 100 ° C.

【0070】液晶の応答には、任意波形発生装置を用い
て、図7に示すようなステップパルス波形(パルス幅1
00μ、0.1Vステップ)を作製した。液晶による透
過率の測定は、光電子増幅管(浜松フォトニクス社製)
により透過光量を電圧変換して行った。実験結果を図8
に示す。
For response of the liquid crystal, an arbitrary waveform generator is used to generate a step pulse waveform (pulse width 1) as shown in FIG.
00 μ, 0.1 V step). The measurement of transmittance by liquid crystal is performed by a photomultiplier tube (Hamamatsu Photonics)
Was performed by converting the amount of transmitted light into a voltage. Figure 8 shows the experimental results.
Shown in

【0071】強誘電性液晶素子であるにも関わらず、印
加電界強度によって透過率が変化させられていることが
わかる。
It can be seen that the transmittance is changed by the intensity of the applied electric field in spite of the ferroelectric liquid crystal element.

【0072】比較例1 比較のために、同一基板を用い、ポリビニルアルコール
配向膜のみを上下基板に塗布し、ラビング処理を行って
配向制御したセルに関しても、同様の強誘電性液晶を使
用し、同様の測定を行った。実験結果を図9に示す。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 For comparison, the same ferroelectric liquid crystal was used for a cell in which the same substrate was used, and only the polyvinyl alcohol alignment film was applied to the upper and lower substrates and rubbing treatment was performed to control the alignment. Similar measurements were made. FIG. 9 shows the experimental results.

【0073】この場合には、急峻なしきい値特性を示し
ている。
In this case, a sharp threshold characteristic is exhibited.

【0074】実施例2 透明電極(ITO)を厚さ30nmスパッタしたガラス
基板(コーニング社製、商品名7059:40mm×2
5mm×1.1mm)上に、非フッ素系ポリマーおよび
フッ素系ポリマー(NTTアドバンステクノロジ社製)
(屈折率1.49)をウェットエッチング法により図2
に示すように加工した。
Example 2 A glass substrate (manufactured by Corning, trade name: 7059: 40 mm × 2) on which a transparent electrode (ITO) was sputtered with a thickness of 30 nm.
Non-fluorine-based polymer and fluorine-based polymer (manufactured by NTT Advanced Technology) on 5 mm x 1.1 mm)
(Refractive index: 1.49)
It was processed as shown in FIG.

【0075】非フッ素系配向膜10,11とVA用ネマ
チック液晶の濡れ性は良く、接触角はほぼゼロ度であ
り、非フッ素系配向膜12,13とは、接触角は5°程
度である。
The wettability between the non-fluorine alignment films 10 and 11 and the nematic liquid crystal for VA is good, the contact angle is almost zero degree, and the contact angle with the non-fluorine alignment films 12 and 13 is about 5 °. .

【0076】フッ素系配向膜8,9と強誘電性液晶組成
物の濡れ性は悪く、接触角はほぼ80度である。
The wettability between the fluorine-based alignment films 8 and 9 and the ferroelectric liquid crystal composition is poor, and the contact angle is about 80 degrees.

【0077】加工した立方型の隙間に、VA用ネマチッ
ク液晶組成物(メルク社製)を100℃で注入した。
A nematic liquid crystal composition for VA (manufactured by Merck) was injected at 100 ° C. into the processed cubic space.

【0078】液晶の応答には矩形波を用い、白と黒を交
互に表示した。ドメイン反転部分を顕微鏡観察したとこ
ろ、通常の2基板上の配向膜のみのときと比較して、明
らかに反転部分が減少した。
A rectangular wave was used for the response of the liquid crystal, and white and black were displayed alternately. Observation of the domain inversion portion under a microscope revealed that the inversion portion was clearly reduced as compared with the case where only the alignment films on two normal substrates were used.

【0079】実施例3 先ず、40mm×25mmx1.1mmのガラス基板
(コーニング社製、商品名7059)上の全面に、低屈
折率ポリマー(旭硝子社製、商品名サイトップ:屈折率
1.34)を50μm厚にスキージを用いて塗布した。
Example 3 First, a low refractive index polymer (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., Cytop: 1.34) was coated on the entire surface of a 40 mm × 25 mm × 1.1 mm glass substrate (manufactured by Corning, trade name: 7059). Was applied to a thickness of 50 μm using a squeegee.

【0080】次に、80℃で60秒間プレキュアした
後、ポリカーボネートの光ファイバ(屈折率1.59、
ファイバ径1mm:クラッド層とコア層の屈折率を調整
し、その差は0.01以下)を10ライン分配列し(ポ
リカーボネートの光ファイバは、屈折率を液晶の複屈折
間に持ち、耐熱性がよい。)、120℃で1時間焼成し
た。
Next, after precuring at 80 ° C. for 60 seconds, a polycarbonate optical fiber (refractive index: 1.59,
Fiber diameter 1 mm: Adjust the refractive index of the cladding layer and the core layer, the difference is 0.01 or less, and arrange 10 lines (Polycarbonate optical fiber has refractive index between birefringence of liquid crystal and heat resistance) And calcined at 120 ° C. for 1 hour.

【0081】図3に示すように、光ファイバに垂直に画
素を形成するように、透明電極(ITO)を20nm厚
にOFF AXIS法を用いてRFマグネトロンスパッタした。
As shown in FIG. 3, a transparent electrode (ITO) was RF magnetron sputtered to a thickness of 20 nm using the OFF AXIS method so as to form a pixel perpendicular to the optical fiber.

【0082】さらに、全面にポリビニルアルコール(P
VA)薄膜をスピンコートし(重合度5OO、1重量%
水溶液、200rpm 5秒+2000rpm 20秒)、11
0℃で1時間焼成した。
Further, polyvinyl alcohol (P
VA) Spin coat thin film (degree of polymerization 5OO, 1% by weight)
Aqueous solution, 200 rpm 5 seconds + 2000 rpm 20 seconds), 11
It was baked at 0 ° C. for 1 hour.

【0083】次に、非フッ素系ポリマーおよびフッ素系
ポリマー(NTTアドバンステクノロジ社製)(屈折率
1.49)をウェットエッチング法により図1に示すよ
うに加工した。
Next, a non-fluorine-based polymer and a fluorine-based polymer (manufactured by NTT Advanced Technology) (refractive index: 1.49) were processed by wet etching as shown in FIG.

【0084】非フッ素系ポリマーと強誘電性液晶組成物
の濡れ性は良く、接触角はほぼゼロ度であり、フッ素系
ポリマーと強誘電性液晶組成物の濡れ性は悪く、接触角
はほぼ80度である。
The wettability between the non-fluorine polymer and the ferroelectric liquid crystal composition is good, and the contact angle is almost zero. The wettability between the fluorine polymer and the ferroelectric liquid crystal composition is poor, and the contact angle is about 80. Degrees.

【0085】対向基板として、短冊型に10ラインのI
TO透明電極付きガラス基板上(40mm×25mmx
0.1mm)に同様にPVAラビング配向膜を形成し
た。
As a counter substrate, 10 lines of I
On a glass substrate with a TO transparent electrode (40 mm x 25 mm x
(0.1 mm) to form a PVA rubbing alignment film.

【0086】さらに、透明電極が形成されていない側の
ガラス基板に、沈降法を用いて細粒径タイプの無機蛍光
体(ZnS:Cu,Al)を50μm厚に形成した。
Further, a fine particle type inorganic phosphor (ZnS: Cu, Al) was formed to a thickness of 50 μm on the glass substrate on which the transparent electrode was not formed by using a sedimentation method.

【0087】両基板を配向方向が反平行になるように組
み合わせ、3.0μmのスペーサ(触媒化成社製、真し
球)を0.15重量%混合した紫外線硬化樹脂により貼
り合わせた。その間隙に、強誘電性液晶組成物を100
℃で注入した。ファイバの断面形状は円状であったが、
良配向が得られた。
The two substrates were combined so that their orientation directions were antiparallel, and bonded together with an ultraviolet curable resin mixed with 0.15% by weight of a 3.0 μm spacer (manufactured by Catalyst Kasei Co., Ltd.). In the gap, a ferroelectric liquid crystal composition of 100
Injected at ° C. The cross section of the fiber was circular,
Good orientation was obtained.

【0088】入射光の波長は550nmであり、光の偏
波方向は基板面に平行とした。入射・出射カップリング
は、TiO2 ルチルプリズムを用いて行った。
The wavelength of the incident light was 550 nm, and the polarization direction of the light was parallel to the substrate surface. The input / output coupling was performed using a TiO 2 rutile prism.

【0089】液晶の応答には、任意波形発生装置を用い
て、図7に示すようなステップパルス波形(パルス幅1
00μ、0.1Vステップ)を作製した。液晶による透
過率の測定は、光電子増幅管(浜松フォトニクス社製)
により透過光量を電圧変換して行った。
For response of the liquid crystal, an arbitrary waveform generator is used to generate a step pulse waveform (pulse width 1) as shown in FIG.
00 μ, 0.1 V step). The measurement of transmittance by liquid crystal is performed by a photomultiplier tube (Hamamatsu Photonics)
Was performed by converting the amount of transmitted light into a voltage.

【0090】強誘電性液晶素子であるにも関わらず、印
加電界強度によって透過率が変化させられていた。ま
た、蛍光の発光も確認された。
Although the device is a ferroelectric liquid crystal device, the transmittance is changed by the applied electric field intensity. In addition, emission of fluorescence was also confirmed.

【0091】比較例2 先ず、40mm×25mmx1.1mmのガラス基板
(コーニング社製、商品名7059)上の全面に、低屈
折率ポリマー(旭硝子社製、商品名サイトップ:屈折率
1.34)を50μm厚にスキージを用いて塗布した。
Comparative Example 2 First, a low refractive index polymer (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., Cytop: 1.34) was coated on the entire surface of a 40 mm × 25 mm × 1.1 mm glass substrate (manufactured by Corning, trade name: 7059). Was applied to a thickness of 50 μm using a squeegee.

【0092】次に、80℃で60秒間プレキュアした
後、ポリカーボネートの光ファイバ(屈折率1.59、
ファイバ径1mm:クラッド層とコア層の屈折率を調整
し、その差は0.01以下)を10ライン分配列し(ポ
リカーボネートの光ファイバは、屈折率を液晶の複屈折
間に持ち、耐熱性がよい。)、120℃で1時間焼成し
た。
Next, after pre-curing at 80 ° C. for 60 seconds, a polycarbonate optical fiber (refractive index: 1.59,
Fiber diameter 1 mm: Adjust the refractive index of the cladding layer and the core layer, the difference is 0.01 or less, and arrange 10 lines (Polycarbonate optical fiber has refractive index between birefringence of liquid crystal and heat resistance) And calcined at 120 ° C. for 1 hour.

【0093】図3に示すように、光ファイバに垂直に画
素を形成するように、透明電極(ITO)を20nm厚
にOFF AXIS法を用いてRFマグネトロンスパッタした。
As shown in FIG. 3, a transparent electrode (ITO) was RF magnetron sputtered to a thickness of 20 nm using the OFF AXIS method so as to form a pixel perpendicular to the optical fiber.

【0094】さらに、全面にポリビニルアルコール(P
VA)薄膜をスピンコートし(重合度5OO、1重量%
水溶液、200rpm 5秒+2000rpm 20秒)、11
0℃で1時間焼成し、ラビング処理を行つた。
Further, polyvinyl alcohol (P
VA) Spin coat thin film (degree of polymerization 5OO, 1% by weight)
Aqueous solution, 200 rpm 5 seconds + 2000 rpm 20 seconds), 11
It was baked at 0 ° C. for 1 hour and rubbed.

【0095】対向基板として、短冊型に10ラインのI
TO透明電極付きガラス基板上(40mm×25mmx
0.1mm)に同様にPVAラビング配向膜を形成し
た。
As a counter substrate, 10 lines of I
On a glass substrate with a TO transparent electrode (40 mm x 25 mm x
(0.1 mm) to form a PVA rubbing alignment film.

【0096】さらに、透明電極が形成されていない側の
ガラス基板に、沈降法を用いて細粒径タイプの無機蛍光
体(ZnS:Cu,Al)を50μm厚に形成した。
Further, a fine particle type inorganic phosphor (ZnS: Cu, Al) was formed to a thickness of 50 μm on the glass substrate on which the transparent electrode was not formed by using a sedimentation method.

【0097】両基板を配向方向が反平行になるように組
み合わせ、3.0μmのスペーサ(触媒化成社製、真し
球)を0.15重量%混合した紫外線硬化樹脂により貼
り合わせた。その間隙に、強誘電性液晶組成物を100
℃で注入した。ファイバの断面形状は円状であったが、
良配向が得られた。
The two substrates were combined so that the orientation directions were antiparallel, and bonded together with an ultraviolet curable resin mixed with 0.15% by weight of a 3.0 μm spacer (manufactured by Kasei Kasei Co., Ltd.). In the gap, a ferroelectric liquid crystal composition of 100
Injected at ° C. The cross section of the fiber was circular,
Good orientation was obtained.

【0098】入射光の波長は550nmであり、光の偏
波方向は基板面に平行とした。入射・出射カップリング
は、TiO2 ルチルプリズムを用いて行った。
The wavelength of the incident light was 550 nm, and the polarization direction of the light was parallel to the substrate surface. The input / output coupling was performed using a TiO 2 rutile prism.

【0099】液晶の応答は、実施例と同様に行った。こ
の場合には、強誘電性液晶素子特有のしきい電圧応答が
確認された。
The response of the liquid crystal was performed in the same manner as in the example. In this case, a threshold voltage response unique to the ferroelectric liquid crystal element was confirmed.

【0100】[0100]

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、液晶素子のギャップ制御に不可欠であるス
ペーサを使用する必要がない。
As is clear from the above description, according to the present invention, it is not necessary to use a spacer which is indispensable for controlling the gap of the liquid crystal element.

【0101】また、均ーな表示の難しいラビング処理な
どの接触工程を排除できる。
Further, it is possible to eliminate a contacting step such as a rubbing treatment which is difficult to display uniformly.

【0102】したがって、例えば強誘電性液晶を大画面
で均ーに配向させることは非常に難しいとされてきた問
題も、この方法を採れば、液晶素子部分の表面積はおの
おの1画素程度であるので、最大でも数平方ミリメート
ルを超えることは無く、大画面化が非常に容易となり作
製工程上、現実的である。
Therefore, for example, it has been considered very difficult to uniformly align ferroelectric liquid crystals on a large screen. However, if this method is adopted, the surface area of the liquid crystal element portion is about one pixel. The maximum size does not exceed several square millimeters, and it is very easy to enlarge the screen, which is practical in the manufacturing process.

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

【図1】強誘電性液晶分子の配向例を示す模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of alignment of ferroelectric liquid crystal molecules.

【図2】ネマチック液晶の配向例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing an example of alignment of a nematic liquid crystal.

【図3】本発明が適用される表示素子の一例を示す要部
概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a main part showing an example of a display element to which the present invention is applied.

【図4】強誘電液晶における光導波方向と液晶分子位置
との関係を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a relationship between a light guiding direction and a liquid crystal molecule position in a ferroelectric liquid crystal.

【図5】実効屈折率のφ依存性を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing φ dependence of an effective refractive index.

【図6】大画面用液晶スイッチング素子構造の一例を示
す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a liquid crystal switching element structure for a large screen.

【図7】アナログ強度変調確認用ステップパルス駆動波
形を示す波形図である。
FIG. 7 is a waveform chart showing a step pulse driving waveform for confirming analog intensity modulation.

【図8】実施例における透過光量の印加電圧依存性を示
す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the applied voltage dependence of the amount of transmitted light in an example.

【図9】比較例における透過光量の印加電圧依存性を示
す特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the applied voltage dependence of the amount of transmitted light in a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2,8,9 上下配向膜、3,4,10,11 前
後配向膜、5,6,12,13 左右配向膜、7 強誘
電性液晶分子、14 ネマチック液晶分子、21,30
ガラス基板、22 低屈折率ポリマー、23 光ファ
イバ、24 液晶層、25 蛍光体層、26,27 透
明電極、28,29 配向膜
1,2,8,9 Vertical alignment film, 3,4,10,11 Front and rear alignment film, 5,6,12,13 Left and right alignment film, 7 Ferroelectric liquid crystal molecule, 14 Nematic liquid crystal molecule, 21,30
Glass substrate, 22 Low refractive index polymer, 23 Optical fiber, 24 Liquid crystal layer, 25 Phosphor layer, 26, 27 Transparent electrode, 28, 29 Alignment film

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液晶がセル内に配されてなる液晶素子に
おいて、 液晶分子の配向制御が3次元的に3方向以上から行われ
ていることを特徴とする液晶素子。
1. A liquid crystal device comprising a liquid crystal arranged in a cell, wherein alignment control of liquid crystal molecules is performed three-dimensionally from three directions or more.
【請求項2】 上記配向制御は、界面相互エネルギーの
異なる配向膜を2種類以上組み合わせることにより行わ
れていることを特徴とする請求項1記載の液晶素子。
2. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the alignment control is performed by combining two or more types of alignment films having different interface mutual energies.
【請求項3】 液晶分子長軸方向の配向膜は、液晶分子
長軸に対する接触角が45°未満であり、 液晶分子短軸方向の配向膜は、液晶分子長軸に対する接
触角が45°以上であることを特徴とする請求項2記載
の液晶素子。
3. The alignment film in the liquid crystal molecule long axis direction has a contact angle with respect to the liquid crystal molecule long axis of less than 45 °, and the alignment film in the liquid crystal molecule short axis direction has a contact angle with the liquid crystal molecule long axis of 45 ° or more. 3. The liquid crystal device according to claim 2, wherein
【請求項4】 液晶表示素子、液晶スイッチ、液晶シャ
ッタから選ばれる1種であることを特徴とする請求項1
記載の液晶素子。
4. A liquid crystal display device, a liquid crystal switch, and a liquid crystal shutter selected from one type.
The liquid crystal element according to the above.
【請求項5】 上記液晶は、スメクチック液晶であるこ
とを特徴とする請求項1記載の液晶素子。
5. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the liquid crystal is a smectic liquid crystal.
【請求項6】 上記液晶は、ネマチック液晶であること
を特徴とする請求項1記載の液晶素子。
6. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the liquid crystal is a nematic liquid crystal.
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Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005292234A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Dainippon Printing Co Ltd Liquid crystal panel and liquid crystal display using the same
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JP4508696B2 (en) * 2004-03-31 2010-07-21 大日本印刷株式会社 Liquid crystal panel and liquid crystal display device using the same
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