JP2001316667A - Liquid crystal display element - Google Patents

Liquid crystal display element

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JP2001316667A
JP2001316667A JP2000132626A JP2000132626A JP2001316667A JP 2001316667 A JP2001316667 A JP 2001316667A JP 2000132626 A JP2000132626 A JP 2000132626A JP 2000132626 A JP2000132626 A JP 2000132626A JP 2001316667 A JP2001316667 A JP 2001316667A
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liquid crystal
phase
crystal display
display device
cell
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JP2000132626A
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Japanese (ja)
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Heichu Boku
炳柱 朴
Tadaaki Isozaki
忠昭 磯崎
Keiichi Nito
敬一 仁藤
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mono-stable ferroelectric liquid-crystal display element having a large cone angle. SOLUTION: A pair of substrates 1 and 2 are located to face each other in an approximately parallel manner. A liquid crystal material containing an SmC* phase is inserted. These substrates are ones subjected to a one-axis orientation treatment in advance and they are placed such that their orientation- treatment orientations be approximately parallel to each other. Into this liquid crystal cell, a liquid crystal material is introduced in an isotropic liquid phase. As the liquid crystal material, a mono-stable ferroelectric liquid-crystal composition having a large cone angle obtained by mixing a bi-stable ferroelectric liquid-crystal composition having a large cone angle with a mono-stable ferroelectric liquid-crystal composition is used. After the introduction, a mono- stable structure in which the normal line of the liquid crystal and the layer are parallel to the orientation-treatment orientation is formed by cooling still the liquid-crystal composition to an SmC* phase of the ordinary temperature. The liquid crystal molecules rotate drawing a cone having a large cone angle by applying an electric field. The apparent tilt angle changes continuously according to the intensity of the applied electric field.

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、コーン角の大きい
単安定強誘電性液晶を有する液晶表示素子に関する。
The present invention relates to a liquid crystal display device having a monostable ferroelectric liquid crystal having a large cone angle.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、ネマチック液晶を用いた液晶表示
素子としては、ツイストテッドネマチック(TN)型液
晶表示素子とスーパーツイステッド複屈折効果(SB
E)型液晶表示素子がある。しかしながら、TN型液晶
表示素子は、駆動方法が複雑で駆動許容が狭いため、十
分なコントラストを得ることができない。また、TN型
液晶表示素子の改良型で、大きなねじれ角を持つSBE
型液晶表示素子は、ディスプレイの大画面化に伴い、コ
ントラストが低下したり、応答速度が遅くなるという問
題がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a liquid crystal display device using a nematic liquid crystal, a twisted nematic (TN) type liquid crystal display device and a super twisted birefringence effect (SB) have been proposed.
There is an E) type liquid crystal display element. However, the TN type liquid crystal display element cannot obtain sufficient contrast because the driving method is complicated and the driving tolerance is narrow. In addition, SBE with a large twist angle is an improved type of TN type liquid crystal display element.
The type liquid crystal display element has a problem that the contrast is reduced and the response speed is reduced with the increase in the screen size of the display.

【0003】上記液晶表示素子の欠点を改善するものと
して、カイラルスメクチックC(以下、SmC*と称す
る。)相の液晶を用いた液晶表示素子、いわゆる表面安
定型強誘電性液晶表示素子(SSFLC)が1980年
にN.A.ClarkとLagerwallによって提
案されている(特開昭56−107216号公報、米国
特許第4367924号)。この液晶表示素子は、双安
定性、メモリ性および高速応答性を有する。セル内の強
誘電性液晶での複屈折光はスイッチイング動作によって
変化するため、セルを直交配置された偏光子でサンドイ
ッチすることにより、透過する光を制御することができ
る。さらに、印加電圧がなくなっても、液晶分子の配向
は電圧が印加されていたときと同じ状態に保持されるた
め、メモリ性も得られる。また、スイッチング動作は、
液晶分子の自発分極と電界が直接作用するため、応答速
度がTN型液晶表示素子の1/1000以下という高速
応答性を有し、高速表示を可能にする。しかしながら、
このClarkとLagerwallによって提案され
た液晶表示素子にも多くの問題点がある。最も大きな問
題は明と暗の2つの状態間でのスイッチに限られるた
め、メモリ性は有するものの階調表示ができないことで
ある。
In order to improve the disadvantages of the above-mentioned liquid crystal display device, a liquid crystal display device using a liquid crystal of a chiral smectic C (hereinafter referred to as SmC *) phase, a so-called surface-stable ferroelectric liquid crystal display device (SSFLC). In 1980. A. It has been proposed by Clark and Lagerwall (JP-A-56-107216, U.S. Pat. No. 4,368,924). This liquid crystal display element has bistability, memory properties and high-speed response. Since the birefringent light in the ferroelectric liquid crystal in the cell changes due to the switching operation, the transmitted light can be controlled by sandwiching the cell with polarizers arranged orthogonally. Further, even when the applied voltage is removed, the alignment of the liquid crystal molecules is maintained in the same state as when the voltage was applied, so that a memory property can be obtained. The switching operation is
Since the spontaneous polarization of the liquid crystal molecules and the electric field directly act on each other, the liquid crystal display device has a high response speed of less than 1/1000 that of the TN type liquid crystal display element, and enables high-speed display. However,
The liquid crystal display device proposed by Clark and Lagerwall also has many problems. The biggest problem is that it is limited to a switch between the two states of light and dark, and therefore, it has a memory property but cannot perform gradation display.

【0004】この問題を解消するものとして、特開平1
−152430号公報にて、SmC*相のピッチpとセ
ルギャップdとの関係がd/p>5、すなわちd=2μ
mでp<0.4μmのピッチを有するSmC*液晶を使
用し、SmC*相のらせん軸が基板の配向処理方向に向
き、かつ安定状態において液晶分子のダイレクタ(分子
軸)がらせんを形成するようにした液晶表示セルが提案
されている。この液晶表示セルでは、強誘電性液晶のヘ
リックス歪効果を用いた単安定状態において、低電圧駆
動でテレビレートのアナログ階調が実現可能とされてい
る。しかしながら、この場合には、高速応答性を得るた
めにはその動作原理上、ヘリカルピッチが極端に短い液
晶系が必要となり、均一配向が難しいという新たな問題
が発生する。
To solve this problem, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei.
In JP-A-152430, the relationship between the pitch p of the SmC * phase and the cell gap d is d / p> 5, that is, d = 2 μm.
Using SmC * liquid crystal having a pitch of m and p <0.4 μm, the helical axis of the SmC * phase is oriented in the direction of the alignment treatment of the substrate, and the director (molecular axis) of the liquid crystal molecules forms a helix in a stable state. A liquid crystal display cell having such a configuration has been proposed. In this liquid crystal display cell, in a monostable state using the helical distortion effect of the ferroelectric liquid crystal, it is possible to realize a television rate analog gradation with low voltage driving. However, in this case, a liquid crystal system having an extremely short helical pitch is required due to its operation principle in order to obtain high-speed response, and a new problem that uniform alignment is difficult occurs.

【0005】また、別種の液晶表示セルとして、米国特
許第5172257号(1992年)にて、ツイステッ
ド強誘電性液晶が液晶セルの対向する面に垂直な方向に
向いたツイステッド強誘電性液晶光学素子が提案されて
いる。これは、セルに電圧が印加されていないときは、
ツイステッド液晶によって光を透過し、電圧印加のもと
では、液晶のねじれが解けて、基板表面近傍を除いた大
部分が配向方向に揃い、光を伝搬するツイスト機構が壊
れるため、直交配置された偏光子のもとで光がブロック
されるというものである。ここでは、印加電圧を小さく
すると、解ける液晶のねじれが部分的となり、部分的に
光を伝搬して直線偏光を楕円偏光にするため、印加電圧
によって透過する光量を連続的に制御することにより、
階調制御できるとされている。しかしながら、この場合
には、印加電圧がゼロのとき、セルの光透過率を0(暗
状態)にできないということと、ねじれの均一配向が難
しいため大型で均質なツイステッド強誘電性液晶装置を
製造することが困難であるという新たな問題がある。こ
のように、従来の強誘電性液晶素子では、連続階調表示
(いわゆるアナログ階調表示)の実現が難しく、実用化
に際してその用途が大きく制約されている。
As another type of liquid crystal display cell, US Pat. No. 5,172,257 (1992) discloses a twisted ferroelectric liquid crystal optical element in which a twisted ferroelectric liquid crystal is oriented in a direction perpendicular to a surface facing the liquid crystal cell. Has been proposed. This means that when no voltage is applied to the cell,
Light is transmitted by the twisted liquid crystal, and when voltage is applied, the liquid crystal is untwisted, and most of the liquid crystal except for the vicinity of the substrate surface is aligned in the alignment direction. Light is blocked under the polarizer. Here, when the applied voltage is reduced, the twist of the liquid crystal that can be melted becomes partial, and the light is transmitted partly to make the elliptically polarized light linearly.
It is said that gradation control can be performed. However, in this case, when the applied voltage is zero, the light transmittance of the cell cannot be reduced to 0 (dark state), and it is difficult to uniformly align the twist, so that a large and uniform twisted ferroelectric liquid crystal device is manufactured. There is a new problem that is difficult to do. As described above, in the conventional ferroelectric liquid crystal element, it is difficult to realize continuous gray scale display (so-called analog gray scale display), and its practical use is greatly restricted in practical use.

【0006】この欠点を解消するものとしては、特許番
号第2982330号公報および米国特許第52145
23号にて、応答が速くアナログ階調が可能な単安定強
誘電性液晶表示素子が提案されている。この単安定強誘
電性液晶表示素子は一対のアンチパラレルな基板にSm
C*相を有するフェニルピリミジン液晶組成物がサンド
イッチされて形成されている。この液晶表示素子におい
ては、スメクチックコーンの軸方向の基板への投影成分
および液晶分子自身の軸方向の基板への投影成分がそれ
ぞれ基板の一軸配向処理方向と同一とされ、この状態が
初期状態として単安定化されている。電界が印加される
と、液晶分子はコーンに沿って回転し、基板表面に見え
る見掛けのチルト角が印加電界の強度に応じて連続的に
変化する。偏光子下の透過光の強度はチルト角の増大と
ともに連続的に増大するため、連続階調すなわちアナロ
グ階調が可能となる。ある電界強度における光透過率T
rは、次の式1のように見掛けのチルト角θapp の関数
として表すことができる。
[0006] To solve this drawback, Japanese Patent No. 2982330 and US Patent No. 52145 are disclosed.
No. 23 proposes a monostable ferroelectric liquid crystal display device which has a fast response and can perform analog gradation. This monostable ferroelectric liquid crystal display device has a pair of anti-parallel substrates with Sm.
It is formed by sandwiching a phenylpyrimidine liquid crystal composition having a C * phase. In this liquid crystal display device, the projected component of the smectic cone onto the substrate in the axial direction and the projected component of the liquid crystal molecules on the substrate in the axial direction are respectively the same as the uniaxial alignment processing direction of the substrate. Monostable. When an electric field is applied, the liquid crystal molecules rotate along the cone, and the apparent tilt angle seen on the substrate surface changes continuously according to the intensity of the applied electric field. Since the intensity of the transmitted light under the polarizer continuously increases with an increase in the tilt angle, continuous gradation, that is, analog gradation is possible. Light transmittance T at a certain electric field strength
r can be expressed as a function of the apparent tilt angle θ app as in Equation 1 below.

【0007】[0007]

【数1】Tr=sin2 (2θapp ) ……(1)## EQU1 ## Tr = sin 2 (2θ app ) (1)

【0008】このフェニルピリミジン液晶組成物を使用
した単安定強誘電性液晶セルにおいては、液晶は配向膜
のラビング方向に沿って非常に規則性の高い縞状組織を
呈し、この縞状組織がコントラスト比を50以下に低下
させる。このため、高コントラスト比を得るために、こ
の非常に規則性の高い縞状組織を除去する処理として、
カイラルネマチック(N*)相からSmC*相に転移す
る間700Hzで20〜50Vの電界を印加することが
行われ、これによって、単安定強誘電性液晶セルの非常
に規則性の高い縞状組織は傾斜ブックシェルフ状モノド
メイン組織となり、低電圧でリニアの階調性と80以上
の高コントラスト比が得られるとしている。
In the monostable ferroelectric liquid crystal cell using the phenylpyrimidine liquid crystal composition, the liquid crystal exhibits a highly regular striped structure along the rubbing direction of the alignment film, and the striped structure has a high contrast. Reduce the ratio to 50 or less. For this reason, in order to obtain a high contrast ratio, as a process for removing the striped tissue having a very high regularity,
During the transition from the chiral nematic (N *) phase to the SmC * phase, an electric field of 20 to 50 V is applied at 700 Hz, thereby producing a highly regular striped structure of the monostable ferroelectric liquid crystal cell. Has an inclined bookshelf-shaped monodomain structure, and can provide a linear gradation and a high contrast ratio of 80 or more at a low voltage.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな単安定強誘電性液晶セルにおいても、使用する単安
定液晶組成物のコーン角が小さいため、画面の明るさす
なわち75%以上の光透過率Trを得ることは困難であ
る。画面の明るい単安定強誘電性液晶素子を実現するた
めに重要なことは、最大コーン角が60°以上の単安定
液晶組成物を得ることである。コーン角が60°で最大
光透過率は75%となる。なお、単安定強誘電性液晶素
子にとって、最大光透過率が100%となる理想的なコ
ーン角は90°である。
However, even in such a monostable ferroelectric liquid crystal cell, since the cone angle of the monostable liquid crystal composition used is small, the brightness of the screen, that is, the light transmittance of 75% or more is required. It is difficult to obtain Tr. What is important for realizing a monostable ferroelectric liquid crystal device with a bright screen is to obtain a monostable liquid crystal composition having a maximum cone angle of 60 ° or more. When the cone angle is 60 °, the maximum light transmittance is 75%. Note that, for a monostable ferroelectric liquid crystal element, the ideal cone angle at which the maximum light transmittance becomes 100% is 90 °.

【0010】本発明は、かかる点に対処してなされたも
ので、60°以上の大きいコーン角を持つ単安定液晶組
成物を用いて、アナログ階調性、高速応答性および高コ
ントラスト比とともに、光透過率75%以上の明るい表
示が可能な液晶表示素子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a point, and uses a monostable liquid crystal composition having a large cone angle of 60 ° or more, and has an analog gradation, a high-speed response, and a high contrast ratio. It is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device capable of performing bright display with a light transmittance of 75% or more.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項1の発
明は、それぞれ一軸配向処理が施され、その配向処理方
向が互いに略平行となるように対向配置される一対の基
板と、前記基板間に介挿され、カイラルスメクチックC
相を有する液晶層と、前記液晶層に電界を印加する手段
とを備えた液晶表示素子であって、化学式1
That is, according to the present invention, a pair of substrates, each of which is subjected to uniaxial orientation treatment and arranged to face each other so that the orientation treatment directions thereof are substantially parallel to each other, are provided. Chiral smectic C
A liquid crystal display device comprising: a liquid crystal layer having a phase; and means for applying an electric field to the liquid crystal layer.

【化3】 (ただし、式中、R1 、R2 はそれぞれ炭素数1から2
0のアルキル基、nは1または2の整数を示す。)で表
される成分を含むカイラルスメクチックC相を有する液
晶組成物と、化学式2
Embedded image (Where R 1 and R 2 each have 1 to 2 carbon atoms)
An alkyl group of 0, and n represents an integer of 1 or 2. A liquid crystal composition having a chiral smectic C phase containing a component represented by the following formula:

【化4】 (ただし、式中、R3 は炭素数1から18のアルキル基
またはアルコキシ基、R 4 は炭素数2から10のアルキ
ル基、kは1または2の整数、mは1から10の整数を
示す。)で表される成分を含むカイラルスメクチックC
相を有する液晶組成物とを混合した混合液晶材料によっ
て形成され、電界無印加の状態で液晶分子が前記基板の
配向処理方向およびスメクチック層の法線方向に沿って
配向した単安定状態を示すことを特徴とする。
Embedded image(However, in the formula, RThree Is an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms
Or an alkoxy group, R Four Is an alkyl having 2 to 10 carbon atoms
And k is an integer of 1 or 2, m is an integer of 1 to 10.
Show. Chiral smectic C containing a component represented by
Liquid crystal material mixed with a liquid crystal composition having a phase.
The liquid crystal molecules are formed on the substrate with no electric field applied.
Along the orientation direction and the normal direction of the smectic layer
It is characterized by showing an oriented monostable state.

【0012】請求項2の発明は、請求項1の液晶表示素
子において、前記液晶層が60°以上のコーン角を有
し、液晶分子がこのコーンに沿って回転することによっ
て基板表面に現れる見掛けのチルト角が印加電界の強度
に応じて連続的に変化することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the liquid crystal display device of the first aspect, the liquid crystal layer has a cone angle of 60 ° or more, and apparent liquid crystal molecules appear on the substrate surface by rotating along the cone. Is characterized in that the tilt angle changes continuously according to the intensity of the applied electric field.

【0013】請求項3の発明は、請求項1の液晶表示素
子において、前記化学式1の成分を含む液晶組成物が、
液相(Iso)−カイラルネマチック相(N*)−スメ
クチックA相(SmA)−カイラルスメクチックC相
(SmC*)の相転移を示し、カイラルスメクチックC
相において単安定であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the liquid crystal display device of the first aspect, the liquid crystal composition containing the component of the chemical formula 1 is:
It shows a phase transition of liquid phase (Iso) -chiral nematic phase (N *)-smectic A phase (SmA) -chiral smectic C phase (SmC *), and shows chiral smectic C
It is characterized by being monostable in phase.

【0014】請求項4の発明は、請求項1の液晶表示素
子において、前記化学式2の成分を含む液晶組成物が、
液相(Iso)−カイラルネマチック相(N*)−カイ
ラルスメクチックC相(SmC*)の相転移を示し、カ
イラルスメクチックC相において双安定であることを特
徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the liquid crystal display device of the first aspect, the liquid crystal composition containing the component of the chemical formula 2 is:
It shows a phase transition of liquid phase (Iso) -chiral nematic phase (N *)-chiral smectic C phase (SmC *), and is characterized by being bistable in chiral smectic C phase.

【0015】請求項5の発明は、請求項1の液晶表示素
子において、前記混合液晶材料が液相(Iso)−カイ
ラルネマチック相(N*)−カイラルスメクチックC相
(SmC*)の相転移を示すことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the liquid crystal display device of the first aspect, the mixed liquid crystal material has a phase transition of a liquid phase (Iso) -chiral nematic phase (N *)-chiral smectic C phase (SmC *). It is characterized by showing.

【0016】請求項6の発明は、請求項4の液晶表示素
子において、前記化学式2の成分を含む液晶組成物が、
60°以上のコーン角を有することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the liquid crystal display device of the fourth aspect, the liquid crystal composition containing the component of the chemical formula 2 is:
It has a cone angle of 60 ° or more.

【0017】本発明においては、カイラルスメクチック
C相で単安定であるがコーン角の小さい強誘電性液晶組
成物と、カイラルスメクチックC相で単安定ではないが
コーン角の大きい強誘電性液晶組成物とを混合し、この
混合液晶材料を、配向処理方向が互いに略平行となるよ
うに対向配置された一対の基板間に液相状態にて充填し
てそのまま室温まで冷却すると、混合液晶材料は基板に
設けられた一軸配向方向によって単安定化され、基板間
に60°以上の大きなコーン角のカイラルスメクチック
C相を有する単安定強誘電性液晶層が形成される。この
ため、印加電界のない状態でスメクチック層の法線と液
晶分子軸が一軸配向処理方向に平行となり、電界が印加
されると液晶分子はコーン角の大きなスメクチックコー
ンに沿って回転し、基板表面に見える見掛けのチルト角
は印加電界の強度に応じて連続的に変化する。直交偏光
子下の光透過率は見掛けのチルト角の増大とともに連続
的に増大するため、連続階調すなわちアナログ階調が得
られるとともに、60°以上の大きなコーン角に対応し
て最大光透過率75%以上の高度に明るい表示が達成さ
れる。印加電界がなくなると界面の安定化効果によって
液晶分子は直ちに初期状態に戻る。
In the present invention, a ferroelectric liquid crystal composition which is monostable in a chiral smectic C phase but has a small cone angle and a ferroelectric liquid crystal composition which is not monostable in a chiral smectic C phase but has a large cone angle And the mixed liquid crystal material is filled in a liquid state between a pair of substrates disposed so as to face each other so that the alignment processing directions are substantially parallel to each other, and then cooled to room temperature. And a monostable ferroelectric liquid crystal layer having a chiral smectic C phase with a large cone angle of 60 ° or more between the substrates is formed. Therefore, in the absence of an applied electric field, the normal of the smectic layer and the liquid crystal molecule axis become parallel to the uniaxial alignment direction, and when an electric field is applied, the liquid crystal molecules rotate along the smectic cone with a large cone angle, and the substrate surface The apparent tilt angle changes continuously according to the strength of the applied electric field. Since the light transmittance under the orthogonal polarizer increases continuously as the apparent tilt angle increases, continuous gradation, that is, analog gradation is obtained, and the maximum light transmittance corresponding to a large cone angle of 60 ° or more is obtained. Highly bright displays of at least 75% are achieved. When the applied electric field disappears, the liquid crystal molecules immediately return to the initial state due to the effect of stabilizing the interface.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図1および図2は、本発明の実施
の形態の液晶表示素子を示すもので、図1に断面図を、
図2に模式的な平面図を示す。セルの上部基板1および
下部基板2として2枚のガラス基板が対向配置されてい
る。これらの基板の片面に例えばITO(インジュウム
−スズの酸化物)の透明電極3、4が成膜されている。
透明電極3、4の上には均質な配向層5、6が形成さ
れ、配向層5、6には、最終的なセルとして見たとき、
それぞれ機械的ラビング処理(矢印7、8でラビング方
向を示す。)により、破線9で示す方向に配向処理が施
されている。これにより、SmC*相の液晶分子はセル
の上記配向処理方向9に配向する。基板1、2の他方の
面には直線偏光する偏光子10、11が配置されてい
る。偏光子10の偏光方向は配向処理方向9に平行に、
偏光子11の偏光方向は配向処理方向9に垂直になるよ
う配置されるが、これらの偏光方向の配置は光学効果に
よって交替可能である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 shows a schematic plan view. Two glass substrates are opposed to each other as an upper substrate 1 and a lower substrate 2 of the cell. Transparent electrodes 3 and 4 of, for example, ITO (oxide of indium-tin) are formed on one surface of these substrates.
Uniform alignment layers 5 and 6 are formed on the transparent electrodes 3 and 4. The alignment layers 5 and 6 have, when viewed as a final cell,
The orientation process is performed in the direction shown by the broken line 9 by the mechanical rubbing process (the rubbing directions are indicated by arrows 7 and 8). Thereby, the liquid crystal molecules of the SmC * phase are aligned in the alignment processing direction 9 of the cell. On the other surfaces of the substrates 1 and 2, polarizers 10 and 11 for linearly polarizing are arranged. The polarization direction of the polarizer 10 is parallel to the alignment processing direction 9,
The polarization direction of the polarizer 11 is arranged so as to be perpendicular to the alignment processing direction 9, and the arrangement of these polarization directions can be changed by an optical effect.

【0019】このように構成されたセル内に、化学式1
の成分を含む単安定強誘電性液晶組成物Aと、化学式2
の成分を含む双安定強誘電性液晶組成物Bを混合した混
合液晶材料Cが等方性相(液相)またはネマチック相の
状態で充填され、周囲温度まで冷却される。この混合液
晶材料Cも液晶組成物A、Bと同様にカイラルスメクチ
ックC相を示す。さらに、この混合液晶材料Cにおいて
は、液晶組成物Bによる双安定性は、単安定成分である
液晶組成物Aと配向処理面との相互作用により容易に抑
制され、単安定性が双安定性よりも優勢となることがで
きる。一方、混合液晶材料Cのコーン角は液晶組成物
A、Bの各々のコーン角の中間となる。したがって、混
合液晶材料Cは、液晶組成物A、Bの最適な混合比をと
ることによって、60°以上の大きいコーン角の単安定
状態を形成することができる。
In the cell thus constructed, the chemical formula 1
A monostable ferroelectric liquid crystal composition A containing the following component:
The mixed liquid crystal material C obtained by mixing the bistable ferroelectric liquid crystal composition B containing the above component is filled in an isotropic phase (liquid phase) or a nematic phase, and cooled to an ambient temperature. This mixed liquid crystal material C also shows a chiral smectic C phase similarly to the liquid crystal compositions A and B. Further, in the mixed liquid crystal material C, the bistability of the liquid crystal composition B is easily suppressed by the interaction between the liquid crystal composition A, which is a monostable component, and the alignment-treated surface. Can be more dominant. On the other hand, the cone angle of the mixed liquid crystal material C is intermediate between the cone angles of the liquid crystal compositions A and B. Therefore, the mixed liquid crystal material C can form a monostable state having a large cone angle of 60 ° or more by setting the optimum mixing ratio of the liquid crystal compositions A and B.

【0020】このような液晶表示素子においては、基板
1、2に施された一軸配向処理は、スメクチック層12
の形成にあたって層の法線が配向処理方向9に平行とな
るよう働く。これにより、層の法線は配向処理方向9に
平行となり、強誘電性液晶13は電界のない状態で一定
の単安定状態を示す。このとき、液晶分子13が描くス
メクチックコーン14の軸方向の基板への投影成分と、
液晶分子自身の軸方向の基板への投影成分は、配向層
5、6の配向処理方向9と同一とされ、この状態が初期
状態として単安定化される。
In such a liquid crystal display device, the uniaxial alignment treatment performed on the substrates 1 and 2 is performed by the smectic layer 12.
Is formed so that the normal of the layer is parallel to the orientation direction 9. Thereby, the normal of the layer becomes parallel to the alignment processing direction 9, and the ferroelectric liquid crystal 13 shows a certain monostable state in the absence of an electric field. At this time, the projection component of the smectic cone 14 drawn by the liquid crystal molecules 13 onto the substrate in the axial direction is represented by:
The projection component of the liquid crystal molecules themselves on the substrate in the axial direction is the same as the alignment processing direction 9 of the alignment layers 5 and 6, and this state is monostable as an initial state.

【0021】セルの電極3、4には信号電源15が接続
されており、印加電圧がないときは、液晶は配向層5、
6の配向処理方向9に沿って均一な単安定状態に配向し
ているが、電圧が印加されると、液晶分子がスメクチッ
クコーン14に沿って回転し、基板上の配向処理方向9
に対する液晶分子の傾きを示す見掛けのチルト角θap p
が印加電界の強度に応じて連続的に変化する。液晶表示
素子を透過する光の強度は見掛けのチルト角の増大とと
もに連続的に増大し、連続階調いわゆるアナログ階調が
得られる。また、見掛けのチルト角の最大はコーン角の
1/2のため、大きいコーン角ほど最大光透過率が大き
くなり、コーン角60°以上で最大光透過率75%以上
の高度の明るさが達成される。
A signal power supply 15 is connected to the electrodes 3 and 4 of the cell.
6, the liquid crystal molecules are rotated along the smectic cone 14 when a voltage is applied, and the alignment direction 9
Apparent tilt angle θ ap p indicating the tilt of the liquid crystal molecule with respect to
Changes continuously according to the intensity of the applied electric field. The intensity of the light transmitted through the liquid crystal display element increases continuously with an increase in the apparent tilt angle, so that a continuous tone, that is, an analog tone is obtained. In addition, since the maximum apparent tilt angle is one half of the cone angle, the maximum light transmittance increases as the cone angle increases, and high brightness with a maximum light transmittance of 75% or more is achieved at a cone angle of 60 ° or more. Is done.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明を具体的な実験結果に基づいて
説明する。まず、液晶セルを次のようにして作成した。
透明電極を形成したガラス基板にポリイミド膜を被着
し、一軸配向用にラビング処理した。被着したポリイミ
ド膜は1°〜2°のプレチルト角を示した。この基板と
同様にして作成したもう1枚の基板をラビング方向が互
いに平行となるように配置し、セルギャップを1.4μ
mとした。その際、ラビング方向も互いに同じにしたパ
ラレルセルとラビング方向を互いに反対にしたアンチパ
ラレルセルの2通りを作成した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on specific experimental results. First, a liquid crystal cell was prepared as follows.
A polyimide film was applied to a glass substrate on which a transparent electrode was formed, and rubbed for uniaxial orientation. The applied polyimide film exhibited a pretilt angle of 1 ° to 2 °. Another substrate prepared in the same manner as this substrate was arranged so that the rubbing directions were parallel to each other, and the cell gap was 1.4 μm.
m. At that time, two types of parallel cells were prepared, the parallel cells having the same rubbing direction and the anti-parallel cells having the rubbing directions opposite to each other.

【0023】化学式1で表される成分を含む液晶組成物
Aとして、化学式3で示される単安定強誘電性液晶材料
を使用した。この液晶組成物Aのコーン角と自発分極P
sは25℃の室温でそれぞれ40°と8.9nC/cm
2 であった。
As the liquid crystal composition A containing the component represented by the chemical formula 1, a monostable ferroelectric liquid crystal material represented by the chemical formula 3 was used. The cone angle and spontaneous polarization P of this liquid crystal composition A
s is 40 ° and 8.9 nC / cm at room temperature of 25 ° C., respectively.
Was 2 .

【0024】[0024]

【化5】 Embedded image

【0025】化学式2で表される成分を含む液晶組成物
Bは、双安定型強誘電性液晶であり、25℃で86°の
大きいコーン角と72.7nC/cm2 の高い自発分極
Psを示した。本実施例では上記液晶組成物A、Bを混
合して用いた。それぞれの相転移挙動を表1に示す。そ
の際、液晶組成物A、Bの混合比を変えて、表2に示す
ような4種の液晶組成物C1、C2、C3、C4を作成
した。これらの相転移挙動を表3に示す。
The liquid crystal composition B containing the component represented by the chemical formula 2 is a bistable ferroelectric liquid crystal and has a large cone angle of 86 ° at 25 ° C. and a high spontaneous polarization Ps of 72.7 nC / cm 2. Indicated. In this example, the liquid crystal compositions A and B were used as a mixture. Table 1 shows the respective phase transition behaviors. At that time, four kinds of liquid crystal compositions C1, C2, C3 and C4 as shown in Table 2 were prepared by changing the mixing ratio of the liquid crystal compositions A and B. Table 3 shows these phase transition behaviors.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】[0028]

【表3】 [Table 3]

【0029】上記混合液晶材料を等方性液体相(Is
o)の状態で空のセル内に注入し、−0.5℃/分の速
度で室温まで徐冷した。作成した液晶セルを偏光顕微鏡
で観察して、パラレルセルおよびアンチパラレルセルの
両方のセル構造における液晶構造を調べた。直交偏光子
のもとで、試料セルの印加電界の強度による光透過率の
変化を544nmの緑色光を用いて25℃にて観測し
た。
The above mixed liquid crystal material is converted into an isotropic liquid phase (Is
In the state of o), the mixture was poured into an empty cell, and gradually cooled to room temperature at a rate of -0.5 ° C / min. The prepared liquid crystal cell was observed with a polarizing microscope, and the liquid crystal structure of both the parallel cell and the anti-parallel cell was examined. Under a crossed polarizer, the change in light transmittance due to the intensity of the applied electric field of the sample cell was observed at 25 ° C. using 544 nm green light.

【0030】また、試料セルの見掛けのコーン角2θ
app を次の方法に従って測定した。まず、直交配置され
た偏光子に挟まれた強誘電性液晶セルに一方の極性の単
パルスを印加して、偏光子に対して液晶セルを水平方向
に回転し光の消える第1の消光点を求める。つぎに、こ
の液晶セルに逆の極性の単パルスを印加して、偏光子に
対して液晶セルを回転し光の消える第2の消光点を求め
る。第1と第2の消光点から、この間の回転角度を見掛
けのコーン角2θapp として測定する。
Also, the apparent cone angle 2θ of the sample cell
app was measured according to the following method. First, a single pulse of one polarity is applied to a ferroelectric liquid crystal cell sandwiched between orthogonally arranged polarizers, and the liquid crystal cell is rotated in the horizontal direction with respect to the polarizer, and a first extinction point where light disappears. Ask for. Next, a single pulse of the opposite polarity is applied to the liquid crystal cell, and the liquid crystal cell is rotated with respect to the polarizer to obtain a second extinction point at which light disappears. The rotation angle between the first and second extinction points is measured as an apparent cone angle 2θ app .

【0031】次に、液晶セル構造および液晶材料の物理
的性質の単安定化に及ぼす効果を検討した。検討した結
果を以下に述べる。
Next, the effect of the liquid crystal cell structure and the physical properties of the liquid crystal material on monostability was examined. The results of the study are described below.

【0032】参考例1 液晶組成物A、Bを混合する前に、液晶組成物Aの単安
定性を検討した。一対の基板のラビング方向が互いに平
行で向きも同じパラレルセルに液晶組成物Aを充填し、
そのまま等方性相から室温まで−0.5℃/分の速度で
徐冷した。この液晶セルを試料セルAとする。試料セル
Aの液晶構造を偏光顕微鏡で観察したところ、液晶組成
物Aは25℃で電界無印加のとき液晶分子がラビング方
向および層の法線に平行に配向し、均一な単安定構造を
示すことが確認された。
Reference Example 1 Before mixing the liquid crystal compositions A and B, the monostability of the liquid crystal composition A was examined. The liquid crystal composition A is filled in a parallel cell in which the rubbing directions of a pair of substrates are parallel to each other and the directions are the same,
It was gradually cooled from the isotropic phase to room temperature at a rate of -0.5 ° C / min. This liquid crystal cell is referred to as a sample cell A. When the liquid crystal structure of the sample cell A was observed with a polarizing microscope, the liquid crystal composition A exhibited a uniform monostable structure when the liquid crystal molecules were aligned at 25 ° C. in the absence of an electric field, parallel to the rubbing direction and the normal to the layer. It was confirmed that.

【0033】試料セルAを直交配置される偏光子で挟
み、光透過率を測定した。図3は試料セルの単安定性評
価用の駆動波形を示すものである。この駆動波形は液晶
材料に対する中性的条件を考慮して印加電圧の極性を交
互に変えている。試料セルAにおいては、図3に示す駆
動波形に対して図4に示すような光透過率Trの応答波
形が得られた。ここでは、便宜上、最大光透過率を10
0%としている。このTrの応答波形から明らかなよう
に、印加電圧の増大とともに光透過率が増大しており、
階調表示が達成された。また、印加電圧を連続的に振幅
変調することによってアナログ階調も達成できる。
The sample cell A was sandwiched between polarizers arranged orthogonally, and the light transmittance was measured. FIG. 3 shows a driving waveform for evaluating the monostability of the sample cell. The driving waveform alternately changes the polarity of the applied voltage in consideration of the neutral condition for the liquid crystal material. In the sample cell A, a response waveform of the light transmittance Tr as shown in FIG. 4 was obtained with respect to the driving waveform shown in FIG. Here, for convenience, the maximum light transmittance is set to 10
0%. As is apparent from the response waveform of the Tr, the light transmittance increases as the applied voltage increases.
A gradation display was achieved. Analog gray scale can also be achieved by continuously modulating the applied voltage with amplitude.

【0034】この試料セルAのコーン角は40°、コン
トラスト比は110であった。さらに、試料セルAの応
答時間は立ち上がり時間で285マイクロ秒、立ち下が
り時間で385マイクロ秒であった。このように、液晶
組成物Aはパラレルセルにおいて明らかにアナログ階調
性を有する単安定強誘電性液晶状態を示している。
The cone angle of this sample cell A was 40 ° and the contrast ratio was 110. Further, the response time of the sample cell A was 285 microseconds in the rise time and 385 microseconds in the fall time. As described above, the liquid crystal composition A clearly shows a monostable ferroelectric liquid crystal state having analog gradation in a parallel cell.

【0035】参考例2 次に、液晶組成物Bの双安定性の検討を行った。パラレ
ルセルに液晶組成物Bを充填し、等方性相から−0.5
℃/分の速度で室温まで徐冷した。この液晶セルを試料
セルBとする。試料セルBの液晶構造を観察した結果、
SmC*相に層構造の乱れに伴う双安定構造のマルチド
メイン欠陥が多く認められた。このような構造欠陥は、
SmC*相への相転移中に、スメクチック層やスメクチ
ックコーンが急激に形成されたためと考えられる。試料
セルBは、図3の駆動波形に対して図5のTr応答波形
を示した。便宜上、最大光透過率を100%としてい
る。このTr応答波形から明らかなように、光透過率は
非対称に変動し、双安定強誘電性スイッチングを示して
いる。このように、液晶組成物Bは明らかに室温で双安
定強誘電性液晶状態を示している。
Reference Example 2 Next, the bistability of the liquid crystal composition B was examined. A liquid crystal composition B was filled in a parallel cell, and -0.5 from the isotropic phase.
It was gradually cooled to room temperature at a rate of ° C / min. This liquid crystal cell is referred to as a sample cell B. As a result of observing the liquid crystal structure of the sample cell B,
In the SmC * phase, many multi-domain defects having a bistable structure due to disorder of the layer structure were observed. Such structural defects are:
It is considered that a smectic layer and a smectic cone were rapidly formed during the phase transition to the SmC * phase. The sample cell B showed the Tr response waveform of FIG. 5 with respect to the drive waveform of FIG. For convenience, the maximum light transmittance is set to 100%. As is apparent from the Tr response waveform, the light transmittance fluctuates asymmetrically, indicating bistable ferroelectric switching. Thus, the liquid crystal composition B clearly shows a bistable ferroelectric liquid crystal state at room temperature.

【0036】実施例1 パラレルセルに液晶組成物C1を充填し、等方性相から
そのまま−0.5℃/分の速度で室温まで徐冷した。こ
の液晶セルを試料セルCとする。試料セルCの液晶構造
を観察したところ、電界無印加のとき液晶分子が25℃
でラビング方向および層の法線に平行に配向し、均一な
単安定構造を示した。図6に、図3の駆動波形に対する
試料セルCのTr応答波形を示す。図6から、試料セル
Cにおいて電圧変調により階調が達成できることが確認
された。このTr応答波形では、印加電界の増大ととも
に光透過率が増大し階調表示が達成されたことを示して
いる。この試料セルCのコントラスト比は70であっ
た。
Example 1 A liquid crystal composition C1 was filled in a parallel cell and gradually cooled from the isotropic phase to room temperature at a rate of -0.5 ° C / min. This liquid crystal cell is referred to as a sample cell C. Observation of the liquid crystal structure of the sample cell C revealed that the liquid crystal molecules were 25 ° C. when no electric field was applied.
And oriented parallel to the rubbing direction and the layer normal, and showed a uniform monostable structure. FIG. 6 shows a Tr response waveform of the sample cell C with respect to the drive waveform of FIG. From FIG. 6, it was confirmed that gradation can be achieved by voltage modulation in the sample cell C. This Tr response waveform indicates that the light transmittance increases with an increase in the applied electric field, and that gradation display is achieved. The contrast ratio of this sample cell C was 70.

【0037】実施例2 次に、ポリイミド界面の構造的因子が単安定化に及ぼす
効果を明確にするために、一対の基板のラビング方向が
互いに平行であるが向きが逆のアンチパラレルセルにお
ける液晶組成物C1について検討した。液晶セルの構成
や液晶材料は先に作成した試料セルCと同様であり、配
向膜のラビング方向の組み合わせのみ相違している。試
料セルCと同様に作成されたアンチパラレルセルを試料
セルDとする。試料セルDの液晶構造を観察したとこ
ろ、この液晶もまた試料セルCと同様に均一な単安定構
造を示した。さらに、試料セルDにおいて、図3の駆動
波形に対して図7に示すようなTr応答波形が得られ
た。この応答波形から、試料セルCと同様に印加電界の
増大につれて光透過率が増大することが確認された。ま
た、印加電圧を連続的に振幅変調することによってアナ
ログ階調も達成することができる。試料セルDではコン
トラスト比60が得られた。
Example 2 Next, in order to clarify the effect of structural factors at the polyimide interface on monostabilization, a liquid crystal in an antiparallel cell in which the rubbing directions of a pair of substrates are parallel to each other but opposite to each other. Composition C1 was studied. The configuration of the liquid crystal cell and the liquid crystal material are the same as those of the sample cell C prepared earlier, and only the combination of the rubbing directions of the alignment films is different. The anti-parallel cell created in the same manner as the sample cell C is referred to as a sample cell D. Observation of the liquid crystal structure of the sample cell D revealed that this liquid crystal also had a uniform monostable structure similarly to the sample cell C. Further, in the sample cell D, a Tr response waveform as shown in FIG. 7 was obtained with respect to the drive waveform of FIG. From this response waveform, it was confirmed that the light transmittance increased as the applied electric field increased as in the case of the sample cell C. Analog gray scale can also be achieved by continuously amplitude modulating the applied voltage. In the sample cell D, a contrast ratio of 60 was obtained.

【0038】実施例3 パラレルセルに液晶組成物C2を充填し、等方性相から
そのまま−0.5℃/分の速度で室温まで徐冷した。こ
の液晶セルを試料セルEとする。試料セルEの液晶構造
を観察したところ、電界無印加のとき液晶分子が25℃
でラビング方向および層の法線に平行に配向し、均一な
単安定構造を示した。図8は、図3の駆動波形に対する
試料セルEのTr応答波形を示すものである。図8か
ら、試料セルEにおいて電圧変調により階調が達成でき
ることが確認された。このTr応答波形では、印加電界
の増大とともに光透過率が増大し階調表示が達成された
ことを示している。試料セルEのコントラスト比は50
であった。
Example 3 A liquid crystal composition C2 was charged into a parallel cell and gradually cooled from the isotropic phase to room temperature at a rate of -0.5 ° C / min. This liquid crystal cell is referred to as a sample cell E. When the liquid crystal structure of the sample cell E was observed, the liquid crystal molecules were 25 ° C. when no electric field was applied.
And oriented parallel to the rubbing direction and the layer normal, and showed a uniform monostable structure. FIG. 8 shows a Tr response waveform of the sample cell E with respect to the drive waveform of FIG. From FIG. 8, it was confirmed that gradation can be achieved by voltage modulation in the sample cell E. This Tr response waveform indicates that the light transmittance increases with an increase in the applied electric field, and that gradation display is achieved. The contrast ratio of the sample cell E is 50
Met.

【0039】実施例4 アンチパラレルセルに液晶組成物C2を充填し、等方性
相からそのまま−0.5℃/分の速度で室温まで徐冷し
た。この液晶セルを試料セルFとする。試料セルFは試
料セルEと液晶セルの構成や液晶材料が同じで、配向膜
のラビング方向の組み合わせのみ相違している。試料セ
ルFの液晶構造を観察したところ、この液晶もまた試料
セルEと同様に均一な単安定構造を示した。図3の駆動
波形に対する試料セルFのTr応答波形を図9に示す。
このTr応答波形から明らかなように、試料セルFも試
料セルEと同様に印加電界の増大につれて光透過率が増
大している。また、印加電圧を連続的に振幅変調するこ
とによってアナログ階調も達成することができる。試料
セルFのコントラスト比は150であった。
Example 4 A liquid crystal composition C2 was charged into an anti-parallel cell, and was gradually cooled from the isotropic phase to room temperature at a rate of -0.5 ° C / min. This liquid crystal cell is referred to as a sample cell F. The sample cell F has the same liquid crystal cell configuration and liquid crystal material as the sample cell E, and differs only in the combination of the rubbing directions of the alignment films. When the liquid crystal structure of the sample cell F was observed, this liquid crystal also showed a uniform monostable structure similarly to the sample cell E. FIG. 9 shows a Tr response waveform of the sample cell F with respect to the drive waveform of FIG.
As is apparent from the Tr response waveform, the light transmittance of the sample cell F increases as the applied electric field increases, similarly to the sample cell E. Analog gray scale can also be achieved by continuously amplitude modulating the applied voltage. The contrast ratio of the sample cell F was 150.

【0040】実施例5 パラレルセルに液晶組成物C3を充填し、等方性相から
そのまま−0.5℃/分の速度で室温まで徐冷した。こ
の液晶セルを試料セルGとする。試料セルGの液晶構造
を観察したところ、電界無印加のとき液晶分子が25℃
でラビング方向および層の法線に平行に配向し、均一な
単安定構造を示した。図10は、図3の駆動波形に対す
る試料セルGのTr応答波形を示すものである。図10
から、試料セルGにおいて電圧変調により階調が達成で
きることが確認された。このTr応答波形では、印加電
界の増大とともに光透過率が増大し階調表示が達成され
たことを示している。試料セルGのコントラスト比は8
0であった。
Example 5 A parallel cell was filled with the liquid crystal composition C3, and was gradually cooled from the isotropic phase to room temperature at a rate of -0.5 ° C./min. This liquid crystal cell is referred to as a sample cell G. Observation of the liquid crystal structure of the sample cell G revealed that the liquid crystal molecules were 25 ° C. when no electric field was applied.
And oriented parallel to the rubbing direction and the layer normal, and showed a uniform monostable structure. FIG. 10 shows a Tr response waveform of the sample cell G with respect to the drive waveform of FIG. FIG.
As a result, it was confirmed that gradation can be achieved by voltage modulation in the sample cell G. This Tr response waveform indicates that the light transmittance increases with an increase in the applied electric field, and that gradation display is achieved. The contrast ratio of the sample cell G is 8
It was 0.

【0041】実施例6 アンチパラレルセルに液晶組成物C3を充填し、等方性
相からそのまま−0.5℃/分の速度で室温まで徐冷し
た。この液晶セルを試料セルHとする。試料セルHは試
料セルGと液晶セルの構成や液晶材料が同じで、配向膜
のラビング方向の組み合わせのみ相違している。試料セ
ルHの液晶構造を観察したところ、この液晶もまた試料
セルGと同様に均一な単安定構造を示した。図3の駆動
波形に対する試料セルHのTr応答波形を図11に示
す。このTr応答波形から明らかなように、試料セルH
も試料セルGと同様に印加電界の増大につれて光透過率
が増大している。また、印加電圧を連続的に振幅変調す
ることによってアナログ階調も達成することができる。
試料セルHのコントラスト比は150であった。
Example 6 A liquid crystal composition C3 was charged into an anti-parallel cell, and was gradually cooled from the isotropic phase to room temperature at a rate of -0.5 ° C / min. This liquid crystal cell is referred to as a sample cell H. The sample cell H has the same liquid crystal cell configuration and liquid crystal material as the sample cell G, and differs only in the combination of the rubbing directions of the alignment films. When the liquid crystal structure of the sample cell H was observed, this liquid crystal also showed a uniform monostable structure, similarly to the sample cell G. FIG. 11 shows a Tr response waveform of the sample cell H with respect to the drive waveform of FIG. As is clear from the Tr response waveform, the sample cell H
Also, as in the sample cell G, the light transmittance increases as the applied electric field increases. Analog gray scale can also be achieved by continuously amplitude modulating the applied voltage.
The contrast ratio of the sample cell H was 150.

【0042】実施例7 パラレルセルに液晶組成物C4を充填し、等方性相から
そのまま−0.5℃/分の速度で室温まで徐冷した。こ
の液晶セルを試料セルIとする。試料セルIの液晶構造
を観察したところ、電界無印加のとき液晶分子が25℃
でラビング方向および層の法線に平行に配向し、均一な
単安定構造を示した。図12は、図3の駆動波形に対す
る試料セルIのTr応答波形を示すものである。図12
から、試料セルIにおいて電圧変調により階調が達成で
きることが確認された。このTr応答波形では、印加電
界の増大とともに光透過率が増大し階調表示が達成され
たことを示している。試料セルIのコントラスト比は4
5であった。
Example 7 A liquid crystal composition C4 was filled in a parallel cell and gradually cooled from the isotropic phase to room temperature at a rate of -0.5 ° C / min. This liquid crystal cell is referred to as a sample cell I. Observation of the liquid crystal structure of sample cell I showed that the liquid crystal molecules were 25 ° C. when no electric field was applied.
And oriented parallel to the rubbing direction and the layer normal, and showed a uniform monostable structure. FIG. 12 shows a Tr response waveform of the sample cell I with respect to the drive waveform of FIG. FIG.
As a result, it was confirmed that gradation can be achieved by voltage modulation in the sample cell I. This Tr response waveform indicates that the light transmittance increases with an increase in the applied electric field, and that gradation display is achieved. The contrast ratio of the sample cell I is 4
It was 5.

【0043】実施例8 アンチパラレルセルに液晶組成物C4を充填し、等方性
相からそのまま−0.5℃/分の速度で室温まで徐冷し
た。この液晶セルを試料セルJとする。試料セルJは試
料セルIと液晶セルの構成や液晶材料が同じで、配向膜
のラビング方向の組み合わせのみ相違している。試料セ
ルJの液晶構造を観察したところ、この液晶もまた試料
セルIと同様に均一な単安定構造を示した。図3の駆動
波形に対する試料セルJのTr応答波形を図11に示
す。このTr応答波形から明らかなように、試料セルJ
も試料セルIと同様に印加電界の増大につれて光透過率
が増大している。また、印加電圧を連続的に振幅変調す
ることによってアナログ階調も達成することができる。
試料セルJのコントラスト比は25であった。
Example 8 A liquid crystal composition C4 was charged into an anti-parallel cell, and was gradually cooled from the isotropic phase to room temperature at a rate of -0.5 ° C./min. This liquid crystal cell is referred to as a sample cell J. The sample cell J has the same liquid crystal cell configuration and liquid crystal material as the sample cell I, and differs only in the combination of the rubbing directions of the alignment films. When the liquid crystal structure of the sample cell J was observed, this liquid crystal also showed a uniform monostable structure similarly to the sample cell I. FIG. 11 shows a Tr response waveform of the sample cell J with respect to the drive waveform of FIG. As is clear from the Tr response waveform, the sample cell J
Also in the sample cell I, the light transmittance increases as the applied electric field increases. Analog gray scale can also be achieved by continuously amplitude modulating the applied voltage.
The contrast ratio of the sample cell J was 25.

【0044】コーン角の検討 次に、上記試料セルについて、液晶組成物Bの混合比率
によるコーン角の変化を観察した。その結果を図14に
示す。この図に示すように、測定した見掛のコーン角
は、液晶組成物Bの混合比率が大きくなるにつれて、6
0°から86°まで連続的に増大している。ここで、前
述した光透過率との関係を示す式1によれば、100%
の光透過率の明るさを得るための理想的コーン角は90
°であり、この理想的コーン角に近い86°のコーン角
が得られたことは注目すべきことである。このように、
混合比率を変えることによって、単安定強誘電性液晶セ
ルのコーン角とそれによって得られる明るさを調整する
ことができる。液晶組成物Bの含有量が60%を越える
と、単安定性は崩れ始めコントラスト比も低下し始め
る。液晶組成物Bの混合比率とコーン角の関係から、液
晶組成物Bの混合比率による最大光透過率の変化を求め
た。その結果を図15に示す。この図に示すように、最
大光透過率は90%から99%まで上昇する。このよう
に、混合組成物Cはアナログ階調性とともに高度な明る
さを提供することが明らかである。各試料セルのコーン
角の測定結果および対応する最大光透過率を表4に示し
た。
Examination of Cone Angle Next, with respect to the sample cell, the change in the cone angle depending on the mixing ratio of the liquid crystal composition B was observed. The result is shown in FIG. As shown in this figure, the apparent cone angle measured was 6 as the mixing ratio of the liquid crystal composition B was increased.
It continuously increases from 0 ° to 86 °. Here, according to Equation 1 showing the relationship with the light transmittance described above, 100%
The ideal cone angle for obtaining a light transmittance brightness of 90 is
It should be noted that a cone angle of 86 °, which is close to this ideal cone angle, was obtained. in this way,
By changing the mixing ratio, the cone angle of the monostable ferroelectric liquid crystal cell and the resulting brightness can be adjusted. When the content of the liquid crystal composition B exceeds 60%, the monostability starts to deteriorate and the contrast ratio starts to decrease. From the relationship between the mixing ratio of the liquid crystal composition B and the cone angle, the change in the maximum light transmittance depending on the mixing ratio of the liquid crystal composition B was determined. The result is shown in FIG. As shown in this figure, the maximum light transmittance increases from 90% to 99%. Thus, it is clear that Mixed Composition C provides a high degree of brightness along with analog gradation. Table 4 shows the measurement results of the cone angle of each sample cell and the corresponding maximum light transmittance.

【0045】応答性の検討 上記試料セルの5Vの印加電圧での応答時間を観測し
た。その結果を液晶組成物Bの混合比の関数として図1
6、17に示した。図16には、電界印加による電界ゼ
ロ状態からの立ち上がり応答時間を、図17には、電界
印加状態から電界ゼロ状態への立ち下がり応答時間をそ
れぞれ示している。これらの図において、立ち上がり応
答時間はほぼ一定であるが、立ち下がり応答時間は液晶
組成物Bの混合比とともに上昇している。各試料セルの
応答速度の測定結果をまとめて表4に示した。特に電界
ゼロ状態からの立ち上がりの応答が高速であるのは、単
安定状態の安定度が非常に高いためであると推定され
る。
Examination of Responsivity The response time of the sample cell at an applied voltage of 5 V was observed. FIG. 1 shows the results as a function of the mixing ratio of the liquid crystal composition B.
6 and 17. FIG. 16 shows a rise response time from the electric field zero state due to the application of the electric field, and FIG. 17 shows a fall response time from the electric field application state to the electric field zero state. In these figures, the rise response time is almost constant, but the fall response time increases with the mixing ratio of the liquid crystal composition B. Table 4 summarizes the measurement results of the response speed of each sample cell. In particular, it is estimated that the fast response from the zero electric field state is due to the extremely high stability of the monostable state.

【0046】[0046]

【表4】 [Table 4]

【0047】また、パラレルセルとアンチパラレルセル
についてもそれぞれの測定結果を比較すると、見掛けの
コーン角の電界依存性、応答速度およびパルス駆動特性
はほとんど変わらないことが確認された。したがって、
パラレルセルにおいてもアンチパラレルセルにおいて
も、上記実施例の液晶組成物を用いることにより、アナ
ログ階調性と高速動作が可能な単安定強誘電性液晶状態
を実現することができる。
When the measurement results of the parallel cell and the anti-parallel cell were compared with each other, it was confirmed that the apparent cone angle dependence on the electric field, the response speed, and the pulse driving characteristics hardly changed. Therefore,
In both the parallel cell and the anti-parallel cell, a monostable ferroelectric liquid crystal state capable of analog gradation and high-speed operation can be realized by using the liquid crystal composition of the above embodiment.

【0048】[0048]

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、単安
定強誘電性液晶組成物と60°以上の大きいコーン角を
有する双安定強誘電性液晶組成物を混合することによ
り、60°以上の大きいコーン角を有する単安定強誘電
性組成物を得ることができ、この液晶組成物を用いるこ
とによって、アナログ階調性および高速応答性とともに
高度の明るい表示性能を有する単安定強誘電性液晶表示
素子を実現することができる。
As described above, according to the present invention, by mixing a monostable ferroelectric liquid crystal composition and a bistable ferroelectric liquid crystal composition having a large cone angle of 60 ° or more, a 60 ° A monostable ferroelectric composition having a large cone angle as described above can be obtained, and by using this liquid crystal composition, a monostable ferroelectric composition having high brightness display performance as well as analog gradation and high-speed response can be obtained. A liquid crystal display device can be realized.

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

【図1】本発明の一実施の形態の液晶表示素子のセル構
成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a cell configuration of a liquid crystal display element according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施の形態の液晶表示素子の液晶構
造を説明するための平面図である。
FIG. 2 is a plan view illustrating a liquid crystal structure of a liquid crystal display device according to one embodiment of the present invention.

【図3】試料セルA〜Jに印加する駆動波形を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing driving waveforms applied to sample cells A to J.

【図4】試料セルAのTr応答波形を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a Tr response waveform of a sample cell A.

【図5】試料セルBのTr応答波形を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a Tr response waveform of a sample cell B.

【図6】試料セルCのTr応答波形を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a Tr response waveform of a sample cell C.

【図7】試料セルDのTr応答波形を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a Tr response waveform of a sample cell D.

【図8】試料セルEのTr応答波形を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a Tr response waveform of a sample cell E.

【図9】試料セルFのTr応答波形を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a Tr response waveform of a sample cell F.

【図10】試料セルGのTr応答波形を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a Tr response waveform of a sample cell G.

【図11】試料セルHのTr応答波形を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a Tr response waveform of a sample cell H.

【図12】試料セルIのTr応答波形を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a Tr response waveform of a sample cell I.

【図13】試料セルJのTr応答波形を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a Tr response waveform of a sample cell J.

【図14】液晶組成物Bの混合比率とコーン角との関係
を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a mixing ratio of a liquid crystal composition B and a cone angle.

【図15】液晶組成物Bの混合比率と最大光透過率との
関係を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the mixing ratio of the liquid crystal composition B and the maximum light transmittance.

【図16】液晶組成物Bの混合比率と立ち上がり応答時
間との関係を示す図である。
FIG. 16 is a graph showing a relationship between a mixing ratio of a liquid crystal composition B and a rise response time.

【図17】液晶組成物Bの混合比率と立ち下がり応答時
間との関係を示す図である。
FIG. 17 is a graph showing a relationship between a mixture ratio of a liquid crystal composition B and a fall response time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2……基板、3、4……透明電極、5、6……配向
層、7、8……ラビング方向、9……配向処理方向、1
0、11……偏光子、12……スメクチック層、13…
…液晶分子、14……スメクチックコーン
1, 2,... Substrate, 3, 4,... Transparent electrode, 5, 6,... Alignment layer, 7, 8,.
0, 11 ... polarizer, 12 ... smectic layer, 13 ...
... liquid crystal molecules, 14 ... smectic cone

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Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 それぞれ一軸配向処理が施され、その配
向処理方向が互いに略平行となるように対向配置される
一対の基板と、前記基板間に介挿され、カイラルスメク
チックC相を有する液晶層と、前記液晶層に電界を印加
する手段とを備えた液晶表示素子であって、 前記液晶層が、化学式1 【化1】 (ただし、式中、R1 、R2 はそれぞれ炭素数1から2
0のアルキル基、nは1または2の整数を示す。)で表
される成分を含むカイラルスメクチックC相を有する液
晶組成物と、化学式2 【化2】 (ただし、式中、R3 は炭素数1から18のアルキル基
またはアルコキシ基、R 4 は炭素数2から10のアルキ
ル基、kは1または2の整数、mは1から10の整数を
示す。)で表される成分を含むカイラルスメクチックC
相を有する液晶組成物とを混合した混合液晶材料によっ
て形成され、電界無印加の状態で液晶分子が前記基板の
配向処理方向およびスメクチック層の法線方向に沿って
配向した単安定状態を示すことを特徴とする液晶表示素
子。
1. A uniaxial orientation treatment is applied to each of
Facing each other so that the processing directions are substantially parallel to each other
A pair of substrates and a chiral smect inserted between the substrates.
A liquid crystal layer having a tic C phase and an electric field applied to the liquid crystal layer
Wherein the liquid crystal layer has a chemical formula 1(However, in the formula, R1 , RTwo Are each 1 to 2 carbon atoms
An alkyl group of 0, and n represents an integer of 1 or 2. )
Having chiral smectic C phase containing component to be prepared
Crystal composition and a compound of formula 2(However, in the formula, RThree Is an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms
Or an alkoxy group, R Four Is an alkyl having 2 to 10 carbon atoms
And k is an integer of 1 or 2, m is an integer of 1 to 10.
Show. Chiral smectic C containing a component represented by
Liquid crystal material mixed with a liquid crystal composition having a phase.
The liquid crystal molecules are formed on the substrate with no electric field applied.
Along the orientation direction and the normal direction of the smectic layer
Liquid crystal display element characterized by exhibiting an oriented monostable state
Child.
【請求項2】 請求項1記載の液晶表示素子において、
前記液晶層が60°以上のコーン角を有し、液晶分子が
このコーンに沿って回転することによって基板表面に現
れる見掛けのチルト角が印加電界の強度に応じて連続的
に変化することを特徴とする液晶表示素子。
2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein
The liquid crystal layer has a cone angle of 60 ° or more, and the apparent tilt angle appearing on the substrate surface changes continuously according to the intensity of the applied electric field when the liquid crystal molecules rotate along the cone. Liquid crystal display element.
【請求項3】 請求項1記載の液晶表示素子において、
前記化学式1の成分を含む液晶組成物が、液相(Is
o)−カイラルネマチック相(N*)−スメクチックA
相(SmA)−カイラルスメクチックC相(SmC*)
の相転移を示し、カイラルスメクチックC相において単
安定であることを特徴とする液晶表示素子。
3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein
The liquid crystal composition containing the component of the chemical formula 1 has a liquid phase (Is
o) -Chiral nematic phase (N *)-Smectic A
Phase (SmA) -Chiral smectic C phase (SmC *)
A liquid crystal display device having the following phase transition and being monostable in a chiral smectic C phase.
【請求項4】 請求項1記載の液晶表示素子において、
前記化学式2の成分を含む液晶組成物が、液相(Is
o)−カイラルネマチック相(N*)−カイラルスメク
チックC相(SmC*)の相転移を示し、カイラルスメ
クチックC相において双安定であることを特徴とする液
晶表示素子。
4. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein
The liquid crystal composition containing the component of the chemical formula 2 has a liquid phase (Is
o) A liquid crystal display device exhibiting a phase transition of -chiral nematic phase (N *)-chiral smectic C phase (SmC *) and being bistable in the chiral smectic C phase.
【請求項5】 請求項1記載の液晶表示素子において、
前記混合液晶材料が液相(Iso)−カイラルネマチッ
ク相(N*)−カイラルスメクチックC相(SmC*)
の相転移を示すことを特徴とする液晶表示素子。
5. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein
The mixed liquid crystal material is a liquid phase (Iso) -chiral nematic phase (N *)-chiral smectic C phase (SmC *)
A liquid crystal display device characterized by exhibiting a phase transition of
【請求項6】 請求項4記載の液晶表示素子において、
前記化学式2の成分を含む液晶組成物が、60°以上の
コーン角を有することを特徴とする液晶表示素子。
6. The liquid crystal display device according to claim 4, wherein
A liquid crystal display device, wherein the liquid crystal composition containing the component of Chemical Formula 2 has a cone angle of 60 ° or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009249620A (en) * 2008-04-11 2009-10-29 Dic Corp Ferroelectric liquid crystal composition and display element using the same
JP2009249617A (en) * 2008-04-11 2009-10-29 Dic Corp Liquid crystal composition and ferroelectric liquid crystal composition
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