JP2547974B2 - Smectic liquid crystal device and manufacturing method thereof - Google Patents

Smectic liquid crystal device and manufacturing method thereof

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JP2547974B2
JP2547974B2 JP7082501A JP8250195A JP2547974B2 JP 2547974 B2 JP2547974 B2 JP 2547974B2 JP 7082501 A JP7082501 A JP 7082501A JP 8250195 A JP8250195 A JP 8250195A JP 2547974 B2 JP2547974 B2 JP 2547974B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子や液晶−
光シヤツタ等で用いる強誘電性スメクチック液晶デバイ
ス及びその製造方法に関し、更に詳しくは液晶分子の初
期配向状態を改善することにより、表示特性を改善した
スメクチック液晶デバイスおよびその製造方法に関する
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a liquid crystal display device and a liquid crystal display.
The present invention relates to a ferroelectric smectic liquid crystal device used in an optical shutter or the like and a manufacturing method thereof, and more particularly to a smectic liquid crystal device having improved display characteristics by improving the initial alignment state of liquid crystal molecules and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【背景技術】強誘電性液晶分子の屈折率異方性を利用し
て偏光素子との組み合わせにより透過光線を制御する型
の表示素子がクラーク(ClarK)及びラガーウオル
(Lagerwall)により提案されている。(特開
昭56−107216号公報、米国特許第436792
4号明細書等)。この強誘電性液晶は、一般的に特定の
温度域において、カイラルスメクチックC相(Sm
*)又はH相(SmH*)を有し、この状態において、
加えられる電界に応答して第1の光学的安定状態と第2
の光学的安定状態のいずれかを取り、且つ電界の印加の
ないときはその状態を維持する性質、すなわち双安定性
を有し、また電界の変化に対する応答も速やかであり、
高速ならびに記憶型の表示素子としての広い利用が期待
されている。しかしながら、この双安定性を有する液晶
を用いた光学変調素子が所定の駆動性を発揮するために
は、一対の平行基板間に配置される液晶が、電界の印加
状態とは無関係に、上記2つの安定状態の間での変換が
効果的に起こるような分子配列状態にあることが必要で
ある。たとえばSmC*またはSmH*相を有する強誘電
性液晶については、SmC*またはSmH*相を有する液
晶分子相が基板面に対して垂直で、したがって液晶分子
軸が基板面にほぼ平行に配列した領域(モノドメイン)
が形成される必要がある。
2. Description of the Related Art A display device of a type in which transmitted light rays are controlled by utilizing a refractive index anisotropy of ferroelectric liquid crystal molecules in combination with a polarizing element has been proposed by ClarK and Lagerwall. (Unexamined-Japanese-Patent No. 56-107216, US Patent No. 436792.
No. 4, etc.). This ferroelectric liquid crystal generally has a chiral smectic C phase (Sm) in a specific temperature range.
C * ) or H phase (SmH * ), in this state,
A first optically stable state and a second optical stable state in response to an applied electric field;
Has an optical stable state and maintains the state when no electric field is applied, that is, has bistability, and has a quick response to a change in the electric field.
Wide use as a high-speed and memory type display device is expected. However, in order for the optical modulation element using the liquid crystal having the bistability to exhibit a predetermined drivability, the liquid crystal disposed between the pair of parallel substrates is irrespective of the electric field application state as described above. It is necessary that the molecular arrangement state is such that the conversion between the two stable states occurs effectively. For example, for a ferroelectric liquid crystal having SmC * or SmH * phase, SmC * or SmH * phase vertical liquid crystal molecules phase to the substrate surface having the thus liquid crystal molecular axis is aligned substantially parallel to the substrate surface area (Mono domain)
Need to be formed.

【0003】このような強誘電性液晶の配向方法として
は、従来のTN型液晶表示装置におけると同様に、ま
ず、ラビング法や斜方蒸着により、液晶セル内の基板面
に、物理的なキズを付した有機薄膜、無機蒸着膜、有機
薄膜を形成して分子の配列方向性を与えたものであっ
た。例えば、ラビング法は、図1(a)に示すように、
ガラス基板11上に透明電極12を形成した後、有機分
子膜13を形成してそれをビロードなどの布で一方向へ
こすり、膜表面についた微細なキズによって液晶分子を
整列させる方法である。また斜方蒸着法は、図1(b)
に示されるように有機分子膜の替りにSiOなどの無機
物の膜14を、基板を傾けて行なう蒸着、すなわち斜方
蒸着により形成するものである。
As a method for orienting such a ferroelectric liquid crystal, as in the conventional TN type liquid crystal display device, first, a physical flaw is formed on the substrate surface in the liquid crystal cell by a rubbing method or oblique vapor deposition. An organic thin film, an inorganic vapor deposition film, and an organic thin film with a mark were formed to give the orientation of the molecules. For example, in the rubbing method, as shown in FIG.
This is a method in which after forming the transparent electrode 12 on the glass substrate 11, an organic molecular film 13 is formed and rubbed in one direction with a cloth such as velvet, and liquid crystal molecules are aligned by fine scratches on the film surface. Moreover, the oblique vapor deposition method is shown in FIG.
As shown in (1), a film 14 of an inorganic material such as SiO is formed by tilting the substrate instead of the organic molecular film, that is, by oblique evaporation.

【0004】強誘電性液晶独自の配向方式としては、ガ
ラス基板を上下にこすり合わせて、液晶分子を配列させ
る方法や、ポリエチレンテレフタレートシートをスペー
サーとして、セルの間隙を形成し、そのエッジの方向性
を利用するものなどがある。
The ferroelectric liquid crystal original alignment method includes a method in which glass substrates are rubbed up and down to arrange liquid crystal molecules, and a polyethylene terephthalate sheet is used as a spacer to form a cell gap and the directionality of the edge thereof. There are things that use.

【0005】しかしながら、従来の双安定性を有する液
晶を用いる液晶素子においては、このようなモノドメイ
ン構造を有する液晶の配向状態が必ずしも満足に形成さ
れなかったために、充分な特性が得られなかったのが実
情である。
However, in the conventional liquid crystal device using the liquid crystal having bistability, the alignment state of the liquid crystal having such a monodomain structure is not always formed satisfactorily, so that sufficient characteristics cannot be obtained. Is the reality.

【0006】〔発明の目的〕本発明の目的は、強誘電性
液晶を用いた液晶素子において、均一なモノドメインの
初期配向状態を実現することによって、表示並びに駆動
特性を改善したスメクチック液晶デバイスおよびその製
造方法を提供することにある。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a smectic liquid crystal device having improved display and drive characteristics by realizing a uniform initial alignment state of a monodomain in a liquid crystal device using a ferroelectric liquid crystal. It is to provide the manufacturing method.

【0007】〔発明の要約〕 本発明は、第1に、それぞれが電極構造を担持してお
り、少なくとも一方の壁面が液晶分子を配向させる様に
処理した2つのセル壁の間に収容されているカイラルス
メクチック液晶材料の層と、第1の直線偏光子と第2の
偏光子とを含んで成る液晶デバイスであって、該液晶材
料は、 (a)通常のデバイス動作温度における複数の切換え状
態を生じるカイラルスメクチックC相並びにそれより高
い周囲温度以上の温度におけるスメクチックA相及びコ
レステリック相と、 (b)コレステリック相の温度領域の中間の温度におけ
る層の厚さの0.5倍以上のコレステリックピッチと、 (c)コレステリック相の温度領域において低い温度に
向かって、長くなるコレステリックピッチと、 (d)層の厚さ以上のカイラルスメクチックCピッチ
と、 (e)強誘電特性係数と、 (f)少なくとも一種の左旋性コレステリック捩じれ方
向を有する材料成分と、 (g)少なくとも一種の右旋性コレステリック捩じれ方
向を有する材料成分と、を有し、ただし、 (h)該左旋性及び右旋性材料成分は、組み合わさって
成るコレステリックピッチを有し、 (i)該左旋性及び右旋性材料成分は、加算されて成る
強誘電性特性を有する、ものである液晶デバイスに、第
1の特徴を有し、本発明は、第2に、液晶デバイスの製
造方法であって、内側表面に電極構造が形成されてお
り、少なくとも一方の壁表面が液晶の配向が得られるよ
うに処理された2つのセル壁を、その中に液晶材料の層
を収容する様に間隔をあけて設ける段階と、カイラルス
メクチックC相と等方相との間で、周囲温度以上の高温
においてスメクチックA相及びコレステリック相を有
し、コレステリック相の温度領域の中間の温度において
層の厚さの0.5倍以上のコレステリックピッチを有
し、コレステリック相の温度領域において低い温度に向
かって長くなるコレステリックピッチを有し、カイラル
スメクチックC相において強誘電性特性係数を有し、カ
イラルスメクチックC相におけるピッチが層の厚さ以上
であるカイラルスメクチック液晶材料を用意する段階
と、該壁の間の空間に液晶材料を導入して密封する段階
と、液晶材料をコレステリック相及びスメクチックA層
からカイラルスメクチックC層へと冷却する段階と、を
含んで成る製造方法に、特徴を有している。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is firstly characterized in that each carries an electrode structure, at least one wall of which is housed between two cell walls which have been treated to orient liquid crystal molecules. A liquid crystal device comprising a layer of chiral smectic liquid crystal material, a first linear polarizer and a second polarizer, the liquid crystal material comprising: (a) a plurality of switching states at normal device operating temperatures. A chiral smectic C phase and a smectic A phase and a cholesteric phase at a temperature higher than the ambient temperature, and (b) a cholesteric pitch of 0.5 times or more the layer thickness at a temperature intermediate between the temperature ranges of the cholesteric phase. And (c) a cholesteric pitch that becomes longer toward a lower temperature in the temperature range of the cholesteric phase, and (d) a thickness equal to or larger than the thickness of the layer. Larsmectic C pitch, (e) Ferroelectric property coefficient, (f) Material component having at least one left-handed cholesteric twist direction, (g) Material component having at least one right-handed cholesteric twist direction, Where (h) the levorotatory and dextrorotatory material components have a combined cholesteric pitch, and (i) the levorotatory and dextrorotatory material components are additive. A liquid crystal device having a sexual characteristic has a first feature, and a second aspect of the present invention is a method for manufacturing a liquid crystal device, wherein an electrode structure is formed on an inner surface, and at least one of Of two cell walls whose wall surfaces have been treated to obtain liquid crystal orientation, spaced apart to accommodate a layer of liquid crystal material therein and isotropic with the chiral smectic C phase. And a cholesteric phase having a cholesteric pitch of 0.5 times or more the layer thickness at a temperature in the middle of the temperature range of the cholesteric phase, A chiral smectic liquid crystal material having a cholesteric pitch that becomes longer toward a lower temperature in a temperature range of, a ferroelectric characteristic coefficient in a chiral smectic C phase, and a pitch in the chiral smectic C phase being equal to or larger than a layer thickness. A method of manufacturing, comprising: providing, sealing a liquid crystal material by introducing a liquid crystal material into a space between the walls, and cooling the liquid crystal material from a cholesteric phase and a smectic A layer to a chiral smectic C layer. In addition, it has features.

【0008】[0008]

【実施例】前述した配向処理法を用いて、強誘電性液晶
を配向させようとした場合、強誘電性液晶の物性の違い
によって、配向状態が大きく異なっている。このような
物性の違いとしては例えば相系列の違いを挙げることが
できる。強誘電性液晶における相系列としては次の4通
りのパターンが知られている。
EXAMPLES When an attempt is made to align a ferroelectric liquid crystal using the above-mentioned alignment treatment method, the alignment state greatly differs due to the difference in the physical properties of the ferroelectric liquid crystal. An example of such a difference in physical properties is a difference in phase series. The following four patterns are known as the phase series in the ferroelectric liquid crystal.

【0009】 (Iso;等方相、Ch;コレステリック相、SmA;
スメクチックA相)
[0009] (Iso; isotropic phase, Ch; cholesteric phase, SmA;
Smectic A phase)

【0010】本発明者等は前述の相系列とSmC*の配
向性の良否を研究した結果、前述(i)の相系列をもつ
液晶材料が他の相系列をもつものに比べて比較的配向性
が高いことを見い出した。
The present inventors have studied the quality of the orientation of the above-mentioned phase series and SmC * , and as a result, the liquid crystal material having the above-mentioned (i) phase series is relatively aligned as compared with those having other phase series. I found that it has high quality.

【0011】より具体的には、例えば一軸性配向処理法
としてはラビング法を用いた実験では、(ii)の相系
列に属するもの、例えばDOBAMBC(P−デシロキ
シベンジリデン−P′−アミノ−2−メチルブチルシン
ナメート)、(iii)の相系列に属するもの、例えば
下述の80B、あるいは(iv)の相系列に属するも
の、例えばMORA−8は如何にラビングの条件を選定
しても完全な配向状態は得難かったのに対し、(i)の
相系列に属する適当な混合液晶においては、他の系列に
属するものに比べるとはるかに良好な配向状態が得られ
ることが判明した。相系列に対して、この様な条件が付
与される理由としては、等方相からカイラルな層構造を
もつSmC*またはSmH*相への一連の相転移におい
て、(i)の相系列の如く対称性が逐次的に低下してい
くものでは、比較的無理なスメクチック相の分子配列が
実現されるものと考えることができる。しかしながら、
本発明者らの研究によれば、下記で詳述する様に(i)
の相系列をもつもの全てが配向しやすい訳ではなく、少
なくとも、(i)の相系列をもつことが良好な配向を得
るための十分条件ではないことを見い出した。
More specifically, for example, in an experiment using a rubbing method as a uniaxial orientation treatment method, one belonging to the phase series of (ii), for example, DOBAMBC (P-decyloxybenzylidene-P'-amino-2). -Methylbutyl cinnamate), those belonging to the phase series of (iii), such as 80B described below, or those belonging to the phase series of (iv), such as MORA-8, are perfect no matter how the rubbing conditions are selected. While it was difficult to obtain such an alignment state, it was found that a suitable mixed liquid crystal belonging to the phase series (i) can obtain a much better alignment state than those belonging to the other series. The reason why such a condition is given to the phase series is that in the series of phase transitions from the isotropic phase to the SmC * or SmH * phase having a chiral layer structure, the phase series of (i) It can be considered that a relatively unreasonable smectic-phase molecular arrangement is realized when the symmetry gradually decreases. However,
According to the research conducted by the present inventors, as described in detail below (i)
It was found that not all of those having the phase sequence of (i) are easy to orient, and at least having the phase sequence of (i) is not a sufficient condition for obtaining good orientation.

【0012】さらに、本発明者らは(i)の相系列をも
つものと配向性との関係を詳細に研究した結果、同じ
(i)の相系列に属する液晶材料であっても、Ch相と
SmA相の温度範囲が共に広いもの、好ましくはともに
5℃以上の温度範囲を有するものは、特に配向性が向上
することを見い出した。
Furthermore, as a result of a detailed study of the relationship between the phase sequence of (i) and the orientation, the present inventors have found that even a liquid crystal material belonging to the same phase sequence of (i) has a Ch phase. It has been found that the orientation is particularly improved when the temperature ranges of the SmA phase and the SmA phase are both wide, and preferably both have a temperature range of 5 ° C. or higher.

【0013】このような知見に基づき、本発明者等は等
方相から層構造、(SmA相)への中間状態として、分
子配列の急激な変化を緩和する作用をもつと考えられる
Ch相に注目し、Ch相の特性とカイラメスメクチック
相の配向性との関係を詳細に調べた結果、カイラルスメ
クチック相での配向性は、Ch相のらせんピッチの絶対
値及びCh相のらせんピッチと液晶層の厚さとの関係に
支配されていることを見い出した。さらに詳しくは、C
h相のらせんピッチが0.8μm以上であり、該コレス
テリック相のらせんピッチ(P;μm)と一対の基板の
間隔〔液晶層の厚さ〕(d;μm)との比(P/d)が
0.5〜10以下である条件においても著しく配向性が
向上することを見い出した。
On the basis of such knowledge, the present inventors have decided to change to the Ch phase, which is considered to have an action of alleviating a sudden change in the molecular arrangement, as an intermediate state from the isotropic phase to the layer structure to the (SmA phase). As a result of paying attention to the relationship between the characteristics of the Ch phase and the orientation of the chiramesmectic phase in detail, the orientation of the chiral smectic phase was found to be the absolute value of the helical pitch of the Ch phase and the helical pitch of the Ch phase and the liquid crystal. It was found that it was governed by the relationship with the layer thickness. More specifically, C
The helical pitch of the h phase is 0.8 μm or more, and the ratio (P / d) of the helical pitch (P; μm) of the cholesteric phase and the distance between the pair of substrates [thickness of liquid crystal layer] (d; μm). It has been found that the orientation is remarkably improved even under the condition of 0.5 to 10 or less.

【0014】以下、図面に従って、本発明における実施
例を述べる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1は、本発明を実施する為に用いる液晶
セルの一例の模式斜視図である。このセルは、単純なド
ットマトリクス方式で形成された液晶セルであり、一対
の平行なガラス基板21a、21bのそれぞれに、互い
にほぼ直交する関係にあるストライプ状の透明電極パタ
ーン22a、22b(例えばインジウム(In)−テイ
ン(Sn)−オキサイド膜などにより形成)を形成し、
基板面には絶縁物質による被膜、例えばポリイミド、ポ
リビニルアルコールやポリアミド等の有機高分子膜が塗
布され、その表面には、一軸性配向処理として、ラビン
グ処理が施され、基板21aと21bの両側にクロスニ
コルの偏光子(図示せず)が配置されている。
FIG. 1 is a schematic perspective view of an example of a liquid crystal cell used for carrying out the present invention. This cell is a liquid crystal cell formed by a simple dot matrix method, and has stripe-shaped transparent electrode patterns 22a and 22b (for example, indium) that are in a relationship substantially orthogonal to each other on a pair of parallel glass substrates 21a and 21b. (In) -thein (Sn) -oxide film or the like),
A coating made of an insulating material, for example, an organic polymer film such as polyimide, polyvinyl alcohol, or polyamide is applied to the surface of the substrate, and the surface is subjected to rubbing treatment as uniaxial alignment treatment, so that both sides of the substrates 21a and 21b are covered. A crossed Nicol polarizer (not shown) is arranged.

【0016】また、一対の基板の間隔dは、この基板面
に配置されたスペーサー(図示せず)により保持させて
いる。このような液晶セルに前記相系列において(i)
の相系列に属す数種類のカイラルスメクチック液晶を封
入し、セル温度を上げて一度等方相とした後、徐冷(例
えば0.5℃/時間の割り合)して順次Ch相、SmA
相およびSmC*(又はSmH*相)へと相転移させたと
きのカイラルスメクチック層における配向状態を調べ
た。この際のカイラルスメクチック液晶としてはカイラ
ルスメクチックC相、H相、I相、G相やF相を用いる
ことができる。
The space d between the pair of substrates is held by a spacer (not shown) arranged on the surface of the substrates. In such a liquid crystal cell, in the phase sequence (i)
After enclosing several kinds of chiral smectic liquid crystals belonging to the phase series, the cell temperature was raised to make an isotropic phase once, and then gradually cooled (for example, 0.5 ° C./hour), Ch phase, SmA were sequentially added.
The orientation state in the chiral smectic layer when the phase and the phase transition to the SmC * (or SmH * phase) were performed was examined. At this time, as the chiral smectic liquid crystal, chiral smectic C phase, H phase, I phase, G phase or F phase can be used.

【0017】以下、その結果について詳細に述べる。The results will be described in detail below.

【0018】本実施例において用いた液晶の具体例とし
ては下記の表1に示す。
Specific examples of the liquid crystal used in this embodiment are shown in Table 1 below.

【0019】[0019]

【表1】 などであり、これらはいずれも前記(i)の相系列に属
するものである。又、表中のLC−1と80Bはそれぞ
れコレステリック相でのらせん方向が互いに相違してお
り、表1から判る様にコレステリック相で右旋のらせん
方向をもつ液晶とコレステリック相で左旋のらせん方向
をもつ液晶を互いに混合することによって、コレステリ
ック相でのらせんピッチ(P)の値を大きくすることが
できる。
[Table 1] Etc., and all of them belong to the phase series of (i) above. In addition, LC-1 and 80B in the table are different from each other in the helical direction in the cholesteric phase. As can be seen from Table 1, the liquid crystal having the right-handed helical direction in the cholesteric phase and the left-handed helical direction in the cholesteric phase. It is possible to increase the value of the helical pitch (P) in the cholesteric phase by mixing the liquid crystals having the above with each other.

【0020】表1中の「LC−1」、「80B」及び
「80SI*」は、下記構造式の化合物であり、MIX
−1は下記組成の液晶であって、又、表中の添字はそれ
ぞれ重量比を表わしている。
"LC-1", "80B" and "80SI * " in Table 1 are compounds of the following structural formulas, and MIX
-1 is a liquid crystal having the following composition, and the subscripts in the table each represent a weight ratio.

【0021】[0021]

【外1】 MIX−1 P−n−オクチルオキシ安息香酸−P′−(2−メチル
ブチルオキシ)フェニルエステルとP−n−ノニルオキ
シ安息香酸−P′−(2−メチルブチルオキシ)フェニ
ルエステルを主成分とした液晶組成物。
[Outside 1] MIX-1 P-n-octyloxybenzoic acid-P '-(2-methylbutyloxy) phenyl ester and Pn-nonyloxybenzoic acid-P'-(2-methylbutyloxy) phenyl ester as main components Liquid crystal composition.

【0022】図2は、表1に挙げた各々の液晶のCh相
でのらせんピッチ(P)の値と、スペーサの厚さを変え
ることによって一対の基板間隔(d)を変化させた時の
配向性の結果を示したものである。図中、○は良好な配
向状態、△はやや不良な配向状態、Xは不良な配向状態
を表わしている。
FIG. 2 shows the values of the helical pitch (P) in the Ch phase of each liquid crystal listed in Table 1 and the distance (d) between the pair of substrates when the spacer thickness is changed. This shows the result of orientation. In the figure, ◯ represents a good alignment state, Δ represents a slightly poor alignment state, and X represents a poor alignment state.

【0023】Ch相のらせんピッチは、ピー・ジー・ド
ゥ・ジャンス(P.G de Gennes)著のオッ
クスフォード・ユニバシティー・プレス・エレイ・ハウ
ス,ロンドン(Oxford University
Press Ely House,London)19
74年発行“ザ・フィジィックス・オブ・リキッド・ク
リスタルス”(“The Physics of Li
quid Crystals”)第265頁に記載のグ
ランジヤーンーカノ(Grandjean−Cano)
法に従って測定した。すなわち予め傾斜角φを求めたく
さび形セルを用いて、その時の顕微鏡写真からCh相で
現れるらせんピッチに対応したフリンジの間隔l(μ
m)を測定することによって、ピッチP(μm)=ta
nθ×l×2の式よりCh相のらせんピッチを測定し
た。
The spiral pitch of the Ch phase is the Oxford University Press Elay House, London by P. G. de Genenes.
Press Ely House, London) 19
Published in 1974, "The Physics of Liquid Crystals"("The Physics of Li
(Guid Crystals "), page 265, Grange yarn-Cano.
It measured according to the method. That is, using a wedge-shaped cell in which the inclination angle φ was obtained in advance, the fringe spacing l (μ) corresponding to the helical pitch appearing in the Ch phase from the micrograph at that time was used.
By measuring m), the pitch P (μm) = ta
The helical pitch of the Ch phase was measured by the formula of nθ × l × 2.

【0024】この際に用いたくさび形セルの傾斜角は、
何れもtanθ=(1.34×±0.07)×10-3
あり、その傾斜角は単色光(ナトリウムのD線)を用い
て、くさび形セルのガラス面における光の干渉を利用し
て測定した。
The wedge cell used at this time has an inclination angle of
Each of them is tan θ = (1.34 × ± 0.07) × 10 −3 , and the inclination angle is obtained by using monochromatic light (D line of sodium) and utilizing the interference of light on the glass surface of the wedge-shaped cell. Measured.

【0025】又、Ch相のらせんピッチは、一般に温度
に依存し、例えば(LC−1)60/(80B)40組成物
では、図3の示した様に温度変化に応じて変化する。本
発明では、それぞれの液晶におけるCh相を示す温度領
域の中間点での温度で測定したらせんピッチの値を意味
している。この方法で測定したCh相のらせんピッチの
値を表1に明らかにする。
Further, the helical pitch of the Ch phase generally depends on the temperature. For example, in the case of the (LC-1) 60 / (80B) 40 composition, it changes according to the temperature change as shown in FIG. In the present invention, it means the value of the helical pitch measured at the temperature at the midpoint of the temperature region showing the Ch phase in each liquid crystal. The value of the helical pitch of the Ch phase measured by this method is shown in Table 1.

【0026】図2中の21と22はそれぞれP=10d
及びP=0.5dで示す直線を表わしており、同図から
判る様に、P>0.5dの領域、好ましくは直線21と
22で挟まれた領域の液晶セルは、スメクチック相のモ
ノドメイン形成性の点で、それ以外の領域の液晶セルと
比較して優れているが、さらにP=4dで示す直線23
と直線22で挟まれた領域の液晶セルは、より再現性の
良好な配向状態が得られる。具体的には、図2によれば
Ch相のらせんピッチが4μmである前述のMIX−7
では、基板間隔dが1μm及び2μmの液晶セルと時に
は良好な双安定性を有するモノドメインのスメクチック
相を形成することができるのに対し、基板間隔dを0.
25μmとした液晶セルの場合ではスイッチングに必要
な十分な双安定性を示す配向状態が形成されていないこ
とを示している。他の液晶、例えば(LC−1)90
(80B)10や(LC−1)70/(80B)30を用いた
場合でも同様の傾向をもつことが図2より容易に理解さ
れる。
21 and 22 in FIG. 2 are P = 10d, respectively.
And a straight line indicated by P = 0.5d, and as can be seen from the figure, the liquid crystal cell in the region of P> 0.5d, preferably the region sandwiched by the straight lines 21 and 22, has a smectic phase monodomain. In terms of formability, it is superior to the liquid crystal cells in other regions, but the straight line 23 indicated by P = 4d
The liquid crystal cell in the region sandwiched by the line 22 and 22 can obtain an alignment state with better reproducibility. Specifically, according to FIG. 2, the above-mentioned MIX-7 in which the helical pitch of the Ch phase is 4 μm.
In contrast, it is possible to form a smectic phase of a monodomain having a good bistability with a liquid crystal cell having a substrate spacing d of 1 μm and 2 μm, while a substrate spacing d of 0.
In the case of a liquid crystal cell having a thickness of 25 μm, it is shown that the alignment state showing sufficient bistability necessary for switching is not formed. Other liquid crystals, eg (LC-1) 90 /
It is easily understood from FIG. 2 that the same tendency is obtained even when (80B) 10 or (LC-1) 70 / (80B) 30 is used.

【0027】この様に本発明によれば、Ch相のらせん
ピッチ(P;μm)と基板間隔(d;μm)の比(P/
d)が0.5以上かつ10以下、さらに好ましくは(P
/d)が0.5以上かつ4以下の領域に存在する液晶セ
ルとした時に著しく良好な配向状態を得ることができ
る。
As described above, according to the present invention, the ratio (P / P) of the helical pitch (P; μm) of the Ch phase to the substrate interval (d; μm).
d) is 0.5 or more and 10 or less, more preferably (P
When a liquid crystal cell in which / d) exists in a region of 0.5 or more and 4 or less, a remarkably good alignment state can be obtained.

【0028】スメクチック相の配向性について前述した
条件が付与される理由としては、以下のことが考えられ
る。Ch相でのら旋軸の方向は液晶層の厚み方向とほぼ
平行であると考えられるため、Ch相のらせんピッチと
基板間隔(液晶層の厚み)との比は、Ch層のら旋の巻
き数を表わすパラメータとして考えることができる。つ
まり、Ch相のら旋の巻き数が前述した条件を満たす場
合において、降温下でCh相からSmA相への相転移が
スムーズに行われ、その結果、カイラルスメクチック相
において良好な配向状態が得られるものと考えている。
The following may be considered as the reason why the above-mentioned conditions for the orientation of the smectic phase are given. Since the direction of the helical axis in the Ch phase is considered to be substantially parallel to the thickness direction of the liquid crystal layer, the ratio of the helical pitch of the Ch phase to the substrate spacing (thickness of the liquid crystal layer) is It can be considered as a parameter indicating the number of turns. That is, when the number of helical turns of the Ch phase satisfies the above-mentioned conditions, the phase transition from the Ch phase to the SmA phase is smoothly performed under the temperature decrease, and as a result, a good orientation state is obtained in the chiral smectic phase. I think it will be done.

【0029】又、本発明者らの実験から、Ch相のらせ
んピッチが0.8μmに達していない様なスメクチック
液晶を用いた時には、極めて良好な配向処理条件のもと
でなければ、スイッチングに必要な十分な配向状態が得
られない場合があることが判った。その原因としては、
Ch相でのらせんピッチが0.8μmに達していない様
なスメクチック液晶を用いた液晶セルである場合には、
非常にらせんピッチの短い液晶が本質的にCh相でのら
旋の巻きが極端に強いため、液晶層の厚さを制御するだ
けでは、SmA相への相転移の過程において、もはや十
分にCh相でのら旋ピッチを均一にほどくことができな
くなるために、SmA相の層構造を均一に形成すること
ができにくくなることによると考えることができる。従
って、Ch相でのらせんピッチが0.8μmとなるスメ
クチック液晶を用いること、すなわち図2中のP=0.
8μmで示される直線24と直線21及び22で囲まれ
た領域の液晶セル、好ましくは直線24、23及び22
で囲まれた領域の液晶セルがスメクチック相の均一のモ
ノドメインの配向状態を得ることができる。
Further, from the experiments conducted by the present inventors, when a smectic liquid crystal in which the helical pitch of the Ch phase does not reach 0.8 μm is used, switching is not performed under extremely good alignment treatment conditions. It has been found that the necessary and sufficient alignment state may not be obtained in some cases. The cause is
In the case of a liquid crystal cell using a smectic liquid crystal in which the helical pitch in the Ch phase does not reach 0.8 μm,
Since a liquid crystal having a very short helical pitch has an extremely strong spiral winding in the Ch phase, controlling the thickness of the liquid crystal layer is no longer sufficient in the process of the phase transition to the SmA phase. It can be considered that it is difficult to uniformly form the layer structure of the SmA phase because the helical pitch in the phase cannot be uniformly unwound. Therefore, use of a smectic liquid crystal having a helical pitch of 0.8 μm in the Ch phase, that is, P = 0.
The liquid crystal cell in the region surrounded by the straight line 24 and the straight lines 21 and 22 indicated by 8 μm, preferably the straight lines 24, 23 and 22
The liquid crystal cell in the region surrounded by can obtain a uniform monodomain alignment state of the smectic phase.

【0030】又、強誘電性液晶をディスプレイやリニヤ
ーシャッタアレイに代表される光学スイッチング素子と
して適用する上でクラーク(Clark)とラガーウォ
ル(Lagerwall)が1980年6月1日の“ア
プライド・フィジィックス・レターズ”(“Appli
ed Physics Letters”)第36巻、
第11号、第899頁〜第901頁の「サブミクロセカ
ンド・バイステイブル・エレクトロオプテイク・スイッ
チング・イン・リキッド・クリスタル」(「Submi
crosecond bistable electr
oopticswitching in liquid
crystals」)で発表している表面安定型メモ
リーセルは、無電界時でもらせん構造がほどけたカイラ
ルスメクチック相の層構造が基板に対して垂直に形成さ
れており、この時の液晶分子の配向が基板面に平行とな
り、双安定性をもつことになるために最も有効なもので
あると考えられる。
Further, in applying a ferroelectric liquid crystal as an optical switching element represented by a display or a linear shutter array, Clark and Lagerwall, "Applied Physics", Jun. 1, 1980.・ Letters ”(“ Appli
ed Physics Letters ") Volume 36,
No. 11, pp. 899 to 901, "Sub-microsecond bistable electro-optical switching in liquid crystal"("Submi
crossbible bistable electr
optics switching in liquid
The surface-stable memory cell announced in "Crystals") has a layer structure of a chiral smectic phase in which a spiral structure is unwound even when there is no electric field, and the layer structure is formed perpendicular to the substrate. It is considered to be the most effective because it becomes parallel to the substrate surface and has bistability.

【0031】本発明者らの実験によれば、前述の表面安
定型メモリーセルを作成する上で、基板間隔d(液晶層
の厚さ)を3μm以下と設定する必要があることが判明
している。従って、特に前述の表面安定型メモリーセル
を形成する上で、図2における3本の直線22、24、
25(直線25はd=3μmを表わしている)で囲まれ
た領域、好ましくは図2における4本の直線21、2
2、24及び25(直線25はd=3μmを表わしてい
る)で囲まれた領域(図中斜線部で示した領域)、好ま
しくは4本の直線23、22、24及び25で囲まれた
領域の液晶セルを用いた場合に極めて配向性が高く、か
つ双安定性を有する液晶素子を得ることができる。
According to the experiments conducted by the present inventors, it was found that it is necessary to set the substrate distance d (thickness of the liquid crystal layer) to 3 μm or less in order to prepare the above-mentioned surface-stabilized memory cell. There is. Therefore, particularly in forming the above-mentioned surface-stable memory cell, the three straight lines 22, 24 in FIG.
25 (the straight line 25 represents d = 3 μm), preferably the four straight lines 21, 2 in FIG.
A region surrounded by 2, 24 and 25 (the straight line 25 represents d = 3 μm) (a region shown by a hatched portion in the drawing), preferably surrounded by four straight lines 23, 22, 24 and 25. When a liquid crystal cell in a region is used, a liquid crystal element having extremely high orientation and bistability can be obtained.

【0032】[0032]

【効果】本発明によれば、液晶セルを作成するに当っ
て、特に好ましくは図2中の傾斜部に示す領域内の液晶
層の厚み(d)とCh層でのらせんピッチ(P)を選択
することによって、均一なモノドメインの初期配向状態
と双安定性を実現することが可能となり、表示並びに駆
動特性の優れた強誘電性液晶素子を得ることができる利
点を有している。
According to the present invention, in producing a liquid crystal cell, it is particularly preferable to control the thickness (d) of the liquid crystal layer and the helical pitch (P) in the Ch layer in the region shown by the inclined portion in FIG. By selecting it, it becomes possible to realize a uniform initial alignment state of a monodomain and bistability, and it is possible to obtain a ferroelectric liquid crystal element having excellent display and driving characteristics.

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

【図1】本発明のデバイスの斜視図。FIG. 1 is a perspective view of a device of the present invention.

【図2】液晶層の厚み(d)とCh相でのらせんピッチ
(p)と配向性の関係を表わす説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the thickness (d) of the liquid crystal layer, the helical pitch (p) in the Ch phase, and the orientation.

【図3】Ch相のらせんピッチ(p)と温度の関係を表
わす説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the helical pitch (p) of the Ch phase and the temperature.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神辺 純一郎 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−250087(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Junichiro Kannabe 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (56) References JP-A-61-250087 (JP, A)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 それぞれが電極構造を担持しており、少
なくとも一方の壁面が液晶分子を配向させる様に処理し
た2つのセル壁の間に収容されているカイラルスメクチ
ック液晶材料の層と、第1の直線偏光子と第2の偏光子
とを含んで成る液晶デバイスであって、該液晶材料は、 (a)通常のデバイス動作温度における複数の切換え状
態を生じるカイラルスメクチックC相並びにそれより高
い周囲温度以上の温度におけるスメクチックA相及びコ
レステリック相と、 (b)コレステリック相の温度領域の中間の温度におけ
る層の厚さの0.5倍以上のコレステリックピッチと、 (c)コレステリック相の温度領域において低い温度に
向かって、長くなるコレステリックピッチと、 (d)層の厚さ以上のカイラルスメクチックCピッチ
と、 (e)強誘電特性係数と、 (f)少なくとも一種の左旋性コレステリック捩じれ方
向を有する材料成分と、 (g)少なくとも一種の右旋性コレステリック捩じれ方
向を有する材料成分と、を有し、ただし、 (h)該左旋性及び右旋性材料成分は、組み合わさって
成るコレステリックピッチを有し、 (i)該左旋性及び右旋性材料成分は、加算されて成る
強誘電性特性を有する、ものである液晶デバイス。
1. A layer of chiral smectic liquid crystal material, each carrying an electrode structure, at least one wall of which is housed between two cell walls treated to orient liquid crystal molecules. A liquid crystal device comprising a linear polarizer of 1. and a second polarizer, the liquid crystal material comprising: (a) a chiral smectic C phase that produces a plurality of switching states at a normal device operating temperature and a higher ambient. A smectic A phase and a cholesteric phase at a temperature equal to or higher than a temperature, and (b) a cholesteric pitch of 0.5 times or more the layer thickness at a temperature intermediate between the temperature ranges of the cholesteric phase and (c) a temperature range of the cholesteric phase. A cholesteric pitch that becomes longer toward a lower temperature, and a chiral smectic C pitch that is (d) the layer thickness or more, ) A ferroelectric characteristic coefficient, (f) a material component having at least one left-handed cholesteric twist direction, and (g) a material component having at least one right-handed cholesteric twist direction, wherein (h) ) The levorotatory and dextrorotatory material components have a combined cholesteric pitch, and (i) the levorotatory and dextrorotatory material components have additive ferroelectric properties. Liquid crystal device.
【請求項2】 電極がマトリックス形式に配置されたス
トリップ電極として形成されている請求項1に記載の液
晶デバイス。
2. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the electrodes are formed as strip electrodes arranged in a matrix form.
【請求項3】 液晶層の厚さが3μm以下である請求項
1に記載の液晶デバイス。
3. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the thickness of the liquid crystal layer is 3 μm or less.
【請求項4】 一方の偏光子の光軸が他方の偏光子の光
軸に対して交差するように配置されている請求項1に記
載の液晶デバイス。
4. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the optical axis of one of the polarizers is arranged so as to intersect the optical axis of the other polarizer.
【請求項5】 電極構造に異なる電界を印加する事によ
り液晶材料をその2種類の異なった状態に切換えるため
の手段を更に含む請求項1に記載の液晶デバイス。
5. The liquid crystal device according to claim 1, further comprising means for switching the liquid crystal material between its two different states by applying different electric fields to the electrode structure.
【請求項6】 液晶デバイスの製造方法であって、 内側表面に電極構造が形成されており、少なくとも一方
の壁表面が液晶の配向が得られるように処理された2つ
のセル壁を、その中に液晶材料の層を収容する様に間隔
をあけて設ける段階と、 カイラルスメクチックC相と等方相との間で、周囲温度
以上の高温においてスメクチックA相及びコレステリッ
ク相を有し、コレステリック相の温度領域の中間の温度
において層の厚さの0.5倍以上のコレステリックピッ
チを有し、コレステリック相の温度領域において低い温
度に向かって長くなるコレステリックピッチを有し、カ
イラルスメクチックC相において強誘電性特性係数を有
し、カイラルスメクチックC相におけるピッチが層の厚
さ以上であるカイラルスメクチック液晶材料を用意する
段階と、 該壁の間の空間に液晶材料を導入して密封する段階と、 液晶材料をコレステリック相及びスメクチックA層から
カイラルスメクチックC層へと冷却する段階と、 を含んで成る製造方法。
6. A method of manufacturing a liquid crystal device, comprising two cell walls, each of which has an electrode structure formed on an inner surface thereof and at least one wall surface of which has been treated so as to obtain liquid crystal alignment. Between the chiral smectic C phase and the isotropic phase, which have a smectic A phase and a cholesteric phase between the chiral smectic C phase and the isotropic phase. It has a cholesteric pitch of 0.5 times or more the layer thickness at a temperature in the middle of the temperature range, has a cholesteric pitch that becomes longer toward a lower temperature in the temperature range of the cholesteric phase, and has a ferroelectricity in the chiral smectic C phase. A chiral smectic liquid crystal material having a property characteristic coefficient and having a pitch in the chiral smectic C phase equal to or larger than the layer thickness is prepared. Phase and the steps of sealing by introducing a liquid crystal material into the space between the walls, the manufacturing method comprising the steps of cooling the liquid crystal material from the cholesteric phase and smectic A layer to the chiral smectic C layer.
【請求項7】 前記液晶材料は、少なくとも一種の左旋
性コレステリック捩じれ方向を有する材料成分と、少な
くとも一種の右旋性コレステリック捩じれ方向を有する
材料成分と、を有する材料である請求項6に記載の製造
方法。
7. The liquid crystal material according to claim 6, wherein the liquid crystal material has at least one material component having a left-handed cholesteric twist direction and at least one material component having a right-handed cholesteric twist direction. Production method.
【請求項8】 液晶層の厚さが3μm以下である請求項
6に記載の製造方法。
8. The manufacturing method according to claim 6, wherein the liquid crystal layer has a thickness of 3 μm or less.
【請求項9】 一方の偏光子の光軸が他方の偏光子の光
軸に対して交差するように配置されている請求項6に記
載の製造方法。
9. The manufacturing method according to claim 6, wherein the optical axis of one of the polarizers is arranged so as to intersect with the optical axis of the other polarizer.
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