JP2932531B2 - Liquid crystal device using antiferroelectric phase - Google Patents
Liquid crystal device using antiferroelectric phaseInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は液晶表示装置や液晶光シャッターなどに利用
される液晶素子に関し、表示特性が改善された新規な反
強誘電相を用いる液晶素子に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a liquid crystal element used for a liquid crystal display device, a liquid crystal optical shutter, and the like, and relates to a liquid crystal element using a novel antiferroelectric phase with improved display characteristics. Things.
(従来の技術) 近年強誘電性液晶を用いた電気光学素子が注目を集め
ている。強誘電性液晶を用いた電気光学素子の特徴は、
従来のネマチック液晶を用いた電気光学素子に比べては
るかに高速応答であること、双安定性を持つことなどで
ある。この様な強誘電性液晶の特徴を発揮できる電気光
学素子としては表面安定化型強誘電性液晶(以後SSFLC
と略す)素子がある。この素子は、Clerkらにより開発
された素子(U.S.Patent No.4、367,924)で、最も実用
化に近い位置にある素子であるといわれている。(Prior Art) In recent years, an electro-optical element using a ferroelectric liquid crystal has attracted attention. The characteristics of the electro-optical element using ferroelectric liquid crystal are as follows.
The response is much faster than that of an electro-optical device using a conventional nematic liquid crystal, and the device has bistability. As an electro-optical element capable of exhibiting such characteristics of a ferroelectric liquid crystal, a surface-stabilized ferroelectric liquid crystal (hereinafter, SSFLC)
There is an element. This device is said to be the device closest to practical use among devices (US Patent No. 4, 367,924) developed by Clerk et al.
SSFLC素子に於けるdirectorのスイッチング原理は、
強誘電性液晶を螺旋構造が消失する程度に薄いセル(セ
ルギャップ約0.5〜2μm)の間に保持すると、液晶分
子の双安定な状態が出現するところにある。すなわち2
つの安定な状態では、液晶分子は液晶分子の長軸方向の
単位ベクトルであるダイレクターの向きの異なるユニフ
ォームな状態にある。The switching principle of the director in the SSFLC element is
When the ferroelectric liquid crystal is held between cells (cell gap of about 0.5 to 2 μm) that are thin enough to lose the helical structure, a bistable state of liquid crystal molecules appears. That is, 2
In one stable state, the liquid crystal molecules are in a uniform state in which the directions of the directors, which are unit vectors in the major axis direction of the liquid crystal molecules, are different.
強誘電性液晶は自発分極を有すること、及び上記した
ように双安定性を持つことから高速応答性とメモリー性
を実現できる。そのため、高密度の大画面ディスプレー
や高速光シャッターなどへの応用が考えられている。そ
してこの双安定状態を利用するSSFLC素子は近年の液晶
材料の開発の進展と共に大きく進歩している。しかしな
がら、高密度の大画面ディスプレー等の表示にこのSSFL
C素子を応用するにはさらにより高いコントラストを有
すること、高速応答性を有すること、一層明確な電圧し
きい値を有すること、厚いセルでも双安定性を実現でき
ることなど表示特性の改良が必要である。Since the ferroelectric liquid crystal has spontaneous polarization and has bistability as described above, high-speed response and memory properties can be realized. Therefore, application to a high-density large-screen display or a high-speed optical shutter has been considered. SSFLC elements utilizing this bistable state have made great progress with the recent development of liquid crystal materials. However, this SSFL is used for displaying high-density large-screen displays.
In order to apply the C element, it is necessary to improve display characteristics such as having a higher contrast, a high-speed response, a more clear voltage threshold, and being able to realize bistability even in a thick cell. is there.
コントラストおよび応答性の向上のためには、液晶層
の構造の制御が必要であることが近年の研究により明ら
かとなっている。強誘電性液晶層の構造は、配向処理の
方法によって異なるが、一対の平行なガラス基板に対し
て「く」の字構造であるシェブロン構造となることが一
般的である。多くの場合、シェブロン構造の「く」の字
の向きが食い違うことによりジグザク欠陥が発生し、こ
の欠陥を通して光が漏れることによりコントラストが大
きく低下する。又、応答速度も液晶層の構造がシェブロ
ン構造の場合よりもブックシェルフ構造の場合に速くな
ることが明らかとなっている。このことより、ジグザグ
欠陥を生じない強誘電性液晶層の構造として、一対のガ
ラス基板に対して概ね垂直であるブックシェルフ構造が
望まれている。Recent studies have revealed that it is necessary to control the structure of the liquid crystal layer in order to improve contrast and responsiveness. Although the structure of the ferroelectric liquid crystal layer varies depending on the method of the alignment treatment, it is general that the ferroelectric liquid crystal layer has a chevron structure in which a pair of parallel glass substrates has a “<” shape. In many cases, zigzag defects occur due to the misalignment of the "<" shape of the chevron structure, and light leaks through these defects to greatly reduce contrast. It is also clear that the response speed is higher when the liquid crystal layer has a bookshelf structure than when it has a chevron structure. For this reason, a bookshelf structure that is substantially perpendicular to a pair of glass substrates is desired as a structure of a ferroelectric liquid crystal layer that does not generate zigzag defects.
従来の強誘電性液晶では、一般的に電界では液晶層の
構造は変化しないことが知られている。特定の波形、電
圧、周波数をもった電圧を強誘電性液晶に印加し、液晶
層の構造を変化させた例もあるが、基板の法線に対する
シェブロン構造の液晶層の傾きがわずかに変化し、ある
いは傾きは変化しないが液晶層の向きが揃う程度であ
る。層構造がブックシェルフ構造である素子を得る方法
としては、SiO2の斜方蒸着法〔ジャパニーズ ジャーナ
ル オブ アプライド フィジックス(Japanese Journ
al of Applied Physics)27巻、PP L725、1988及びジ
ャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジッ
クス 27巻 PP L1993、1998〕が一般的に知られてい
るが、工業的に実施することは難しい。In a conventional ferroelectric liquid crystal, it is generally known that an electric field does not change the structure of a liquid crystal layer. In some cases, the structure of the liquid crystal layer was changed by applying a voltage with a specific waveform, voltage, and frequency to the ferroelectric liquid crystal.However, the inclination of the liquid crystal layer in the chevron structure slightly changed with respect to the normal to the substrate. Or, the inclination does not change, but the direction of the liquid crystal layer is uniform. As a method for obtaining a device having a bookshelf layer structure, oblique vapor deposition of SiO 2 [Japanese Journal of Applied Physics (Japanese Journal)
al. Applied Physics, Vol. 27, PP L725, 1988, and Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 27, PP L1993, 1998], but are difficult to implement industrially.
ClarkらがSSFLC素子を発表して以来、多くの強誘電性
液晶化合物が合成されているが、近年その中で反強誘電
相を有する液晶化合物が注目を集めている(特開平1−
213390号公報、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプ
ライド フィジックス 27巻 PP L729、1988)。反強
誘電相(相:phase)の特性としては、電圧に対するしき
い値特性、見かけのチルト(角液晶層(層:layer)の法
線と液晶分子の平均的な長軸方向とのなす角)のヒステ
リシス特性、三安定状態(二つのユニフォームと第三状
態)等が明らかとなっているが、液晶層の構造に対する
知見は全く得られていなかった。本発明者らはチルト角
と印加電圧の関係を測定し、液晶分子のスイッチングに
対するしきい値直流電圧を求め、このしきい値電圧より
若干高い印加直流電圧における液晶層の構造を、X線回
折装置を用いて解析したところ、シェブロン構造である
ことが確認され、更にテクスチャー観察により多くのジ
グザグ欠陥が液晶層内に存在することが確認された。Many ferroelectric liquid crystal compounds have been synthesized since Clark et al. Announced the SSFLC element, and in recent years, a liquid crystal compound having an antiferroelectric phase has attracted attention (Japanese Patent Application Laid-Open No.
213390, Japanese Journal of Applied Physics Vol. 27, PP L729, 1988). The characteristics of the antiferroelectric phase (phase) include a threshold voltage characteristic, an apparent tilt (angle between a normal line of a square liquid crystal layer (layer) and an average major axis direction of liquid crystal molecules). ), Three stable states (two uniforms and a third state), etc., have been clarified, but no knowledge of the structure of the liquid crystal layer has been obtained. The present inventors measured the relationship between the tilt angle and the applied voltage, obtained a threshold DC voltage for switching of liquid crystal molecules, and determined the structure of the liquid crystal layer at an applied DC voltage slightly higher than the threshold voltage by X-ray diffraction. As a result of analysis using the apparatus, it was confirmed that the liquid crystal layer had a chevron structure. Further, texture observation confirmed that many zigzag defects existed in the liquid crystal layer.
上記の反強誘電相を用いる液晶素子の利点は、電圧に
対する非常に明確なしきい値を有すること、厚いセルに
於いてもメモリー性を有することである。この2点から
いうと、反強誘電相を用いた液晶素子は従来の強誘電相
を用いた素子に比べ大幅に改善されているといえる。し
かしながら、反強誘電相の液晶層の構造は、従来の強誘
電性液晶の場合と同様にシェブロン構造であり、コント
ラスト及び応答速度の向上のために、層構造をブックシ
ェルフ構造とすることが望まれている。The advantages of the liquid crystal device using the antiferroelectric phase are that it has a very clear threshold value for voltage and that it has memory properties even in a thick cell. From these two points, it can be said that the liquid crystal element using the antiferroelectric phase is greatly improved as compared with the element using the conventional ferroelectric phase. However, the structure of the liquid crystal layer in the antiferroelectric phase is a chevron structure as in the case of the conventional ferroelectric liquid crystal, and it is desired that the layer structure be a bookshelf structure in order to improve contrast and response speed. It is rare.
(発明が解決しようとする問題点) 従って、本発明の目的は、高いコントラスト、高速応
答性を有する反強誘電相を用いる液晶素子を得ることに
ある。(Problems to be Solved by the Invention) Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid crystal device using an antiferroelectric phase having high contrast and high-speed response.
更に本発明の目的は、液晶層にジグザグ欠陥の存在し
ない又は殆ど存在しない、反強誘電相を用いる液晶素子
を得ることにある。It is a further object of the present invention to provide a liquid crystal element using an antiferroelectric phase in which a liquid crystal layer has no or almost no zigzag defects.
更に本発明の目的は、高密度の大画面ディスプレー、
高速光シャッター等への使用に適する反強誘電相を用い
る液晶素子を得ることにある。Another object of the present invention is to provide a high-density large-screen display,
An object of the present invention is to provide a liquid crystal element using an antiferroelectric phase suitable for use in a high-speed optical shutter or the like.
(問題点を解決するための手段) 本発明の目的は、 反強誘電相(SmCA *)を有する液晶または液晶組成物
と、電極を有し、該液晶または液晶組成物を挟持した一
対の基板とから成り、 反強誘電相(SmCA *)において、該電極にしきい値電
圧の2倍以上の直流電圧またはピーク値がしきい値電圧
の2倍以上で周波数1kHz以下の短矩形波もしくは三角波
電圧を印加することによって、該液晶または液晶組成物
の層構造をシェブロン構造からブックシェルフ構造に一
旦変化させることを特徴とする反強誘電相を用いる液晶
素子によって達成される。An object of the present invention (means for solving the problem) includes a liquid crystal or a liquid crystal composition having an anti-ferroelectric phase (SmC A *), an electrode, a pair of sandwiching the liquid crystal or liquid crystal composition In the antiferroelectric phase (SmC A * ), a short rectangular wave having a DC voltage of at least twice the threshold voltage or a peak value of at least twice the threshold voltage and a frequency of 1 kHz or less is applied to the electrode. This is achieved by a liquid crystal element using an antiferroelectric phase characterized by temporarily changing the layer structure of the liquid crystal or liquid crystal composition from a chevron structure to a bookshelf structure by applying a triangular wave voltage.
本発明で使用される液晶又は液晶組成物は、反強誘電
相(SmCA *)を有することが必要である。例えば、降温
過程において、等方相→カイレルネマチック相(N*)
→スメクチックA相(SA)→カイラルスメクチックC相
(SC *)→反強誘電相(SmCA *)に相転移するものであ
っても、等方相→スメクチックA相(SA)→カイラルス
メクチックC相(SC *)→反強誘電相(SmCA *)に相転
移するものであってもよいが、これらに限定するもので
はない。Liquid crystal or liquid crystal compositions used in the present invention is required to have an antiferroelectric phase (* S m C A). For example, during the cooling process, an isotropic phase → a chiral nematic phase (N * )
→ Smectic A phase (S A ) → Chiral smectic C phase (S C * ) → Anti-ferroelectric phase (S m C A * ), but isotropic phase → Smectic A phase (S A) ) → chiral smectic C phase (S C * ) → antiferroelectric phase (S m C A * ), but is not limited thereto.
上記の相転移を有する液晶又は液晶組成物を、電極を
有する平行に配置された一対の基板の間で保持し、液晶
又は液晶組成物を加熱することによって等方相状態とし
た後、徐冷することによって液晶又は液晶組成物を反強
誘電相(SmCA *)の状態とする。The liquid crystal or the liquid crystal composition having the above phase transition is held between a pair of substrates arranged in parallel with electrodes, and the liquid crystal or the liquid crystal composition is heated to be in an isotropic state, and then gradually cooled. the state of the liquid crystal or liquid crystal composition antiferroelectric phase (* S m C a) by.
この状態において、液晶層は一対の基板に対して
「く」の字となったシェブロン構造となっている。一定
電圧以上の電圧を電極に印加することによって、シェブ
ロン構造は、液晶層が一対の基板に対して概ね垂直であ
るブックシェルフ構造に変化する。電界を切ると、ブッ
クシェルフ構造は基板に対する傾き角ψの小さなシェブ
ロン構造あるいはシェブロンかブックシェルフの判定の
つかない層構造に変化する。以上の層構造の変化を表し
たX線回折パターンが後に詳述する第4図である。又、
層構造の欠陥であるジグザグ欠陥の様子をテクスチャー
観察により調べたところ、電界印加前には多くのジグザ
グ欠陥が認められたが、層が電界印加によりブックシェ
ルフ構造となることにより、ジグザグ欠陥は消滅した。
印加電界を切ると、ブックシェルフ構造は基板に対する
傾き角ψの小さなシェブロン構造あるいはシェブロンか
ブックシェルフの判定のつかない層構造に変化するが、
驚くべきことに、この層構造においても全くジグザグ欠
陥は認められなかった。In this state, the liquid crystal layer has a chevron structure in which a pair of substrates has a "-" shape. By applying a voltage higher than a certain voltage to the electrodes, the chevron structure changes to a bookshelf structure in which the liquid crystal layer is substantially perpendicular to the pair of substrates. When the electric field is turned off, the bookshelf structure changes to a chevron structure with a small inclination angle に 対 す る with respect to the substrate or a layer structure in which a chevron or bookshelf cannot be determined. FIG. 4 is an X-ray diffraction pattern showing the above change in the layer structure, which will be described in detail later. or,
The appearance of the zigzag defects, which are defects in the layer structure, was examined by texture observation.As a result, many zigzag defects were observed before the electric field was applied.However, the zigzag defects disappeared when the layer became a bookshelf structure due to the application of the electric field. did.
When the applied electric field is turned off, the bookshelf structure changes to a chevron structure with a small tilt angle に 対 す る with respect to the substrate or a layer structure in which chevron or bookshelf cannot be determined.
Surprisingly, no zigzag defects were observed in this layer structure.
本発明において、液晶又は液晶組成物の層構造をシェ
ブロン構造からブックシェルフ構造に一旦変化させると
は、液晶層がシェブロン構造にあり且つ一度も電界を印
加されていない液晶素子に電界を印加してブックシェフ
ル構造に変化させることを意味する。このような印加す
る電界の波形、周波数は特に限定されないが、波形とし
ては直流、短矩波形、三角波等を用いることができる。
又、周波数としては、0〜1KHzが好ましい。印加する電
圧は使用する液晶又は液晶組成物に依存するが、液晶層
がシェブロン構造から一旦ブックシェルフ構造に変化す
るために、液晶分子のスイッチングに対するしきい値よ
りも十分に大きな電圧であることを要する。後に詳述す
る実施例1において使用された反強誘電相を有する液晶
の場合には、液晶分子のスイッチングに対するしきい値
の2倍以上の印加電圧で、液晶層はシェブロン構造から
ブックシェルフ構造に完全に変化した。In the present invention, to temporarily change the layer structure of the liquid crystal or the liquid crystal composition from the chevron structure to the bookshelf structure means that an electric field is applied to a liquid crystal element in which the liquid crystal layer has a chevron structure and an electric field has never been applied. This means changing to a bookshelf structure. Although the waveform and frequency of such an applied electric field are not particularly limited, a direct current, a short rectangular waveform, a triangular waveform, or the like can be used as the waveform.
The frequency is preferably 0 to 1 KHz. The applied voltage depends on the liquid crystal or liquid crystal composition to be used.However, since the liquid crystal layer temporarily changes from the chevron structure to the bookshelf structure, it is necessary that the voltage be sufficiently higher than the threshold value for switching of liquid crystal molecules. It costs. In the case of the liquid crystal having an antiferroelectric phase used in Example 1 described later in detail, the liquid crystal layer changes from a chevron structure to a bookshelf structure at an applied voltage of at least twice the threshold value for switching of liquid crystal molecules. Completely changed.
先に述べた先行技術において、本発明のように電界の
印加により液晶層がブックシェルフ構造である液晶素子
を得た例はないし、液晶層をシェブロン構造からブック
シェルフ構造に変化させることによって、液晶層内のジ
グザグ欠陥を除去するという例も認められない。本発明
によって容易にブックシェルフ構造を有しそしてジグザ
グ欠陥の除去された液晶層を初めて得ることができた。In the prior art described above, there is no example of obtaining a liquid crystal element in which the liquid crystal layer has a bookshelf structure by applying an electric field as in the present invention, and by changing the liquid crystal layer from a chevron structure to a bookshelf structure, There is no example of removing zigzag defects in the layer. According to the present invention, a liquid crystal layer having a bookshelf structure and having a zigzag defect removed can be easily obtained for the first time.
上記のように、液晶層に電界を加え一旦シェブロン構
造からブックシェルフ構造に変化させた後電界を切る
と、液晶層はブックシェルフ構造から基板に対する傾き
角ψの小さなシェブロン構造又はシェブロン構造かブッ
クシェルフ構造の判定のつきにくい液晶層構造に変化す
る。液晶素子を、この状態から実際に使用することがで
きる。実際の使用に際しては、液晶素子の電極に印加す
る電圧は、液晶分子のスイッチングに対するしきい値よ
りも大きければよく、上記の液晶層を一旦シェブロン構
造からブックシェルフ構造に変化させるのに用いられた
印加電圧ほど高くする必要はない。As described above, when an electric field is applied to the liquid crystal layer to temporarily change from the chevron structure to the bookshelf structure and then cut off the electric field, the liquid crystal layer is changed from the bookshelf structure to the chevron structure having a small inclination angle に 対 す る with respect to the substrate, the chevron structure or the bookshelf. The structure changes to a liquid crystal layer structure that makes it difficult to determine the structure. The liquid crystal element can be actually used from this state. In actual use, the voltage applied to the electrode of the liquid crystal element only needs to be larger than the threshold value for switching of liquid crystal molecules, and was used to temporarily change the above liquid crystal layer from the chevron structure to the bookshelf structure. It need not be as high as the applied voltage.
反強誘電相(SmCA *)の層構造は、従来の強誘電性液
晶と同様にシェブロン構造とブックシェルフ構造に大別
できる。シェブロン構造とは、第5A図に示すように、液
晶層が基板に対して「く」の字に折れ曲がっている状態
を指す。ブックシェルフ構造とは、第5B図に示すよう
に、液晶層が基板に対して垂直な状態、あるいは第5C図
に示すように液晶層が基板に対して傾いている状態を指
す 。第5A、5B及び5C図は液晶素子の断面を示し、10は基板
であり、12は液晶層の1つを示す。第5A図において液晶
層は基板10の法線に対してψだけ傾いている。第1図に
示すX線回折測定系を用いて得られた液晶層構造を示す
X線回折パターンと液晶層構造とは以下の関係となるこ
とが判明した。即ち、シェブロン構造を有する液晶層の
X線回折パターンは、第2A図及び第2B図に示すように、
通常2つのピークを有する。これに対して、ブックシェ
ル構造を有する液晶層のX線回折パターンは、第2C図に
示すように、通常鋭い単一のピークを有する。本明細書
においては、シェブロン構造とブックシェルフ構造とを
以下のとおり定義する。The layer structure of the antiferroelectric phase (* S m C A), as in the conventional ferroelectric liquid crystal can be classified into the chevron structure and a bookshelf structure. The chevron structure refers to a state in which the liquid crystal layer is bent in a “<” shape with respect to the substrate as shown in FIG. 5A. The bookshelf structure indicates a state where the liquid crystal layer is perpendicular to the substrate as shown in FIG. 5B or a state where the liquid crystal layer is inclined with respect to the substrate as shown in FIG. 5C. 5A, 5B and 5C show a cross section of the liquid crystal element, 10 is a substrate, and 12 shows one of the liquid crystal layers. In FIG. 5A, the liquid crystal layer is inclined by ψ with respect to the normal line of the substrate 10. It has been found that the following relationship exists between the X-ray diffraction pattern showing the liquid crystal layer structure obtained using the X-ray diffraction measurement system shown in FIG. 1 and the liquid crystal layer structure. That is, the X-ray diffraction pattern of the liquid crystal layer having a chevron structure is, as shown in FIGS. 2A and 2B,
Usually has two peaks. On the other hand, the X-ray diffraction pattern of the liquid crystal layer having the bookshelf structure usually has a single sharp peak as shown in FIG. 2C. In this specification, the chevron structure and the bookshelf structure are defined as follows.
(1) 液晶層のX線回折パターンが、第2A図又は第2B
図に示すように、2つ以上のピークを明確に有する場
合、液晶層はシェブロン構造である。(1) The X-ray diffraction pattern of the liquid crystal layer
As shown in the figure, when the liquid crystal layer has two or more peaks, the liquid crystal layer has a chevron structure.
(2) 液晶層のX線回折パターンが、第2C図に示すよ
うに、鋭い1つのピークのみを有する場合、液晶層はブ
ックシェルフ構造である。(2) When the X-ray diffraction pattern of the liquid crystal layer has only one sharp peak as shown in FIG. 2C, the liquid crystal layer has a bookshelf structure.
(3) 液晶層のX線回折パターンが、第2D図に示すよ
うに、明確に分離することのできない2つ以上のピーク
を有する場合、液晶層がシェブロン構造であるかあるい
はブックシェルフ構造であるかは、X線回折パターンの
ピークの半値幅によって決定する。即ち、第2C図に示す
ような1つの鋭いピークを有するX線回折パターンが得
られるまで、液晶素子に十分高い電圧(しきい値の2倍
以上の電圧が好ましい)を印加する。この印加状態では
液晶層はブックシェルフ構造となっている。これによっ
て得られたX線回折パターンの1つの鋭いピークの半値
幅(PB)を測定する。次に、シェブロン構造であるかブ
ックシェルフ構造であるかを決定すべき液晶層のX線回
折パターンの半値幅(PS)を測定する。PSがPBの2倍未
満の場合、液晶層はブックシェルフ構造であるとする。
PSがPBの2倍以上の場合、液晶層はシェブロン構造であ
るとする。(3) When the X-ray diffraction pattern of the liquid crystal layer has two or more peaks that cannot be clearly separated as shown in FIG. 2D, the liquid crystal layer has a chevron structure or a bookshelf structure. This is determined by the half width of the peak of the X-ray diffraction pattern. That is, a sufficiently high voltage (preferably at least twice the threshold) is applied to the liquid crystal element until an X-ray diffraction pattern having one sharp peak as shown in FIG. 2C is obtained. In this applied state, the liquid crystal layer has a bookshelf structure. The half width (P B ) of one sharp peak of the X-ray diffraction pattern obtained in this way is measured. Next, to measure the half width of the X-ray diffraction pattern of the liquid crystal to be determined whether the bookshelf structure or a chevron structure layer (P S). If P S is less than twice the P B, and the liquid crystal layer is a bookshelf structure.
When P S is more than twice P B , the liquid crystal layer is assumed to have a chevron structure.
本発明の反強誘電相を用いる液晶素子においては、ブ
ックシェルフ構造の液晶層を維持しながら2つのユニフ
ォームの間のスィッチングを高速で行うことが可能であ
る。本発明の反強誘電相を用いる液晶素子における2つ
のユニフォームの間のスィッチングは、カイラルスメク
ティックC相での2つのユニフォームの間のスイッチン
グと同様の機構で進行しているものと考えられる。従来
のカイラルスメクティックC相の液晶層はシェブロン構
造であり、そしてそのスイッチング機構は詳細に知られ
ている。2つのユニフォームの間のスイッチングは、液
晶層がブックシェルフ構造の場合の方が、シェブロン構
造の場合よりも高速となることは、ジャパニーズ ジャ
ーナル オブ アプライド フィジックス Vol 26.p
p、L21〜24、1989に記載されている。しかしながら、従
来のカイラルスメクティックC相での液晶層がブックシ
ェルフ構造となる液晶素子を容易に作製する実用的な方
法はなかった。しかるに、本発明においては、電界の印
加によって液晶層をシェブロン構造からブックシェルフ
構造に容易に変化させることができるので、2つのユニ
フォームの間のスイッチングを高速で行うことができる
液晶素子を容易に作製することができる。In the liquid crystal device using the antiferroelectric phase of the present invention, switching between the two uniforms can be performed at high speed while maintaining the liquid crystal layer having the bookshelf structure. It is considered that the switching between the two uniforms in the liquid crystal device using the antiferroelectric phase of the present invention proceeds by the same mechanism as the switching between the two uniforms in the chiral smectic C phase. The conventional chiral smectic C phase liquid crystal layer has a chevron structure, and its switching mechanism is known in detail. Switching between two uniforms is faster when the liquid crystal layer has a bookshelf structure than when the liquid crystal layer has a chevron structure, see Japanese Journal of Applied Physics Vol 26.p
p, L21-24, 1989. However, there is no practical method for easily manufacturing a conventional liquid crystal element in which a liquid crystal layer in a chiral smectic C phase has a bookshelf structure. However, in the present invention, the liquid crystal layer can be easily changed from the chevron structure to the bookshelf structure by applying an electric field, so that a liquid crystal element capable of performing switching between two uniforms at high speed can be easily manufactured. can do.
以上、本発明によれば液晶層の構造を電界の印加によ
りシェブロンからブックシェルフ構造へ一旦変化させる
ことにより高いコントラスト、高速応答性を有する反強
誘電相を用いる液晶素子を得ることができ、これによっ
て表示特性に優れた反強誘電相を用いる液晶素子を実現
できるものである。As described above, according to the present invention, a liquid crystal element using an antiferroelectric phase having high contrast and high-speed response can be obtained by temporarily changing the structure of the liquid crystal layer from a chevron to a bookshelf structure by applying an electric field. Accordingly, a liquid crystal element using an antiferroelectric phase having excellent display characteristics can be realized.
本発明で用いられる特殊な性質を有する液晶は、単一
物でも混合組成物であっても構わない。The liquid crystal having special properties used in the present invention may be a single substance or a mixed composition.
本発明で用いられる反強誘電相を有する液晶として有
効な化合物は例えば次のような化学構造式を持つ公知の
4−(1−メチルヘプチロオキシカルボニル)フェニル
4′−オクチロオキシビフェニル−4−カルボキシレー
ト(化合物A)をあげることができる。A compound effective as a liquid crystal having an antiferroelectric phase used in the present invention is, for example, a known 4- (1-methylheptyloxycarbonyl) phenyl 4'-octyloxybiphenyl-4 having the following chemical structural formula. Carboxylate (compound A).
C8H17O−Ph−Ph−COO−Ph−COO−C*H(CH3)C6H13 Ph;ベンゼン環 C*;不斉炭素 また上記化合物に次のような公知の化合物を混合して
反強誘電相を有する液晶組成物として用いることもでき
る。混合される化合物としては、例えば次のような一般
式で表される化合物群(化合物B)がある。C 8 H 17 O-Ph-Ph-COO-Ph-COO-C * H (CH 3 ) C 6 H 13 Ph; benzene ring C * ; asymmetric carbon Then, it can be used as a liquid crystal composition having an antiferroelectric phase. Examples of the compound to be mixed include a compound group (compound B) represented by the following general formula.
RO−Ph−Ph−COO−R* RCOO−Ph−Ph−COO−R* RO−Ph−COO−Ph−COOR* RO−Ph−OCO−Ph−R* RO−Ph−Ph−COO−Ph−OR* RO−Pym−Ph−OR* R ;アルキル基 Ph ;ベンゼン環 R* ;不斉炭素を含む置換基 Pym;ピリミジン環 上記一般式で表わされる化合物(B)の具体的例とし
ては例えば次のような化合物があげられるが本発明はこ
れらに限定されるものではない。RO-Ph-Ph-COO-R * RCOO-Ph-Ph-COO-R * RO-Ph-COO-Ph-COOR * RO-Ph-OCO-Ph-R * RO-Ph-Ph-COO-Ph- OR * RO-P ym -Ph- OR * R; alkyl group Ph; benzene ring R *; substituents P ym containing an asymmetric carbon; specific examples of the pyrimidine ring the general compounds of the formula (B) is For example, the following compounds may be mentioned, but the present invention is not limited thereto.
C7H15−Ph−Ph−COO−CH2C*H(CH3)C2H5 C8H17−COO−Ph−Ph−COO−CH2C*H(CH2)C3H6 C8H17O−Ph−COO−Ph−COO−CH2C*H(CH3)C2H5 C9H19O−Ph−OCO−Ph−CH2C*H(CH3)C2H5 C8H17O−Ph−Ph−COO−Ph−O−CH2C*H(CH3)C2H5 C11H29O−Pym−Ph−O−CH2C*H(OCH3)C2H5 本発明で用いられる化合物Aと化合物Bの混合物であ
る反強誘電相を有する液晶組成物は化合物Bの種類によ
って異なるが化合物Bの1種又はそれ以上を添加して作
ることができる。また化合物Aと化合物Bの混合割合は
化合物Aが液晶組成物中に2〜80重量%、好ましくは3
〜70重量%になるように混合することが好ましい。 C 7 H 15 -Ph-Ph- COO-CH 2 C * H (CH 3) C 2 H 5 C 8 H 17 -COO-Ph-Ph-COO-CH 2 C * H (CH 2) C 3 H 6 C 8 H 17 O-Ph- COO-Ph-COO-CH 2 C * H (CH 3) C 2 H 5 C 9 H 19 O-Ph-OCO-Ph-CH 2 C * H (CH 3) C 2 H 5 C 8 H 17 O- Ph-Ph-COO-Ph-O-CH 2 C * H (CH 3) C 2 H 5 C 11 H 29 O-P ym -Ph-O-CH 2 C * H ( OCH 3 ) C 2 H 5 The liquid crystal composition having an antiferroelectric phase which is a mixture of the compound A and the compound B used in the present invention varies depending on the type of the compound B, but one or more of the compound B is added. Can be made. The mixing ratio of the compound A and the compound B is such that the compound A is 2 to 80% by weight, preferably 3% by weight in the liquid crystal composition.
It is preferable to mix them so as to be about 70% by weight.
本発明で用いられる強誘電性液晶または強誘電性液晶
組成物の例としては前述したとおりであるが、これらの
化合物又は混合物は降温過程において等方相より相転移
を行わせる時反強誘電相(SmCA *)が存在しなければな
らない。Examples of the ferroelectric liquid crystal or the ferroelectric liquid crystal composition used in the present invention are as described above. However, these compounds or mixtures are used when an antiferroelectric phase is caused to undergo a phase transition from an isotropic phase in a temperature decreasing process. (S m C a *) must be present.
反強誘電相(SmCA *)とは下記の性質を示す相であ
る。The anti-ferroelectric phase (* S m C A) is a phase showing the following properties.
(1) 平行配向され、反強誘電相(SmCA *)を用いる
液晶素子の消光位は、電界を印加しない状態では、液晶
素子を上から見た場合の液晶層の法線方向及び液晶層に
平行な方向である(以下液晶層の法線方向及び液晶層に
平行な方向という場合には、液晶素子を上から見た場合
をいう)。(1) The extinction position of the liquid crystal element using the antiferroelectric phase (SmC A * ) which is aligned in parallel is the normal direction of the liquid crystal layer and the liquid crystal layer when the liquid crystal element is viewed from above when no electric field is applied. (Hereinafter, the term “normal direction of the liquid crystal layer and the direction parallel to the liquid crystal layer” refers to the case where the liquid crystal element is viewed from above).
(2) 平行配向され、反強誘電相(SmCA *)を用いる
液晶素子における液晶分子の見かけのチルト角ψ(液晶
層の法線方向と平均的な液晶分子の長軸方向とのなす角
度)は第3図に示すように、直流印加電圧に対してヒス
テリシスを有する。更に、第3図に示すように、かかる
液晶素子は直流印加電圧に対する明確なしきい値を有す
る。(2) Apparent tilt angle of liquid crystal molecules in a liquid crystal device that uses an antiferroelectric phase (SmC A * ) that is aligned in parallel, ψ (the angle between the normal direction of the liquid crystal layer and the average long axis direction of the liquid crystal molecules) ) Has a hysteresis with respect to the DC applied voltage as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 3, such a liquid crystal element has a clear threshold value for a DC applied voltage.
(3) 平行配向され、反強誘電相(SmCA *)を用いる
液晶素子にしきい値以上の電界を印加した場合、カイラ
ルスメクティックC相と同様に液晶分子はユニフォーム
状態となる。(3) When an electric field of a threshold value or more is applied to a liquid crystal element that is parallel-aligned and uses an antiferroelectric phase (SmC A * ), the liquid crystal molecules are in a uniform state similarly to the chiral smectic C phase.
平行配向され、反強誘電相(SmCA *)を用いる液晶素
子を直交する偏光板の間に保持して液晶素子を観察する
と、電界を印加しない状態では、消光位は液晶層の法線
方向及び液晶層に平行な方向である。このことから、電
界を印加しない状態では、見かけ上、液晶分子の長軸は
液晶層の法線方向に平行に配列している。この液晶素子
にしきい値の電圧以上の直流電圧を印加すると、液晶分
子は液晶層の法線方向から或る角度傾き、通常のカイラ
ルスメクティックC相において認められるユニフォーム
状態となる。即ち、反強誘電相(SmCA *)は、従来知ら
れている2つのユニフォーム状態と、1つの新しい状態
(液晶分子が見かけ上液晶層の法線方向を向いている)
を有する。この新しい状態を第3の状態と呼ぶ。反強誘
電相(SmCA *)の特徴の1つは、上記のように3つの安
定な状態(三安定状態と呼ぶ)を有することである。現
在、三安定状態を有する反強誘電相(SmCA *)の詳細な
構造については不明な点が多いが、第6図のようなモデ
ルが考えられている(ジャパニーズ ジャーナル オブ
アプライド フィジックス、Vol 28、pp L1265、19
89参照)。第6図は液晶素子を上から見た図であり、第
6図の中央が第3の状態を示し、液晶分子の長軸は隣接
する液晶層において反対方向を向いており、その結果、
ダイポールモーメントは隣接する液晶層の間で打ち消し
あっている。第6図の右端及び左端はユニフォーム状態
を示す。Observation of the liquid crystal device while holding the liquid crystal device that uses the antiferroelectric phase (SmC A * ) aligned in parallel between the orthogonal polarizers shows that the extinction position is the normal direction of the liquid crystal layer and the liquid crystal when no electric field is applied. The direction parallel to the layer. Therefore, when no electric field is applied, the major axes of the liquid crystal molecules are apparently arranged parallel to the normal direction of the liquid crystal layer. When a DC voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the liquid crystal element, the liquid crystal molecules are inclined at a certain angle from the normal direction of the liquid crystal layer, and a uniform state is observed in a normal chiral smectic C phase. That is, the anti-ferroelectric phase (* S m C A) is (are oriented normal to the direction of the liquid crystal layer apparent crystal molecules) and two uniform states conventionally known, one new state
Having. This new state is called a third state. One feature of the antiferroelectric phase (* S m C A) is to have a as the three stable states (3 referred to as a stable state). Currently, the three anti-ferroelectric phase having a stable state (S m C A *) is often unsure detailed structure of but models like FIG. 6 is considered (Japanese Journal of Applied Physics, Vol 28, pp L1265, 19
89). FIG. 6 is a view of the liquid crystal element as viewed from above. The center of FIG. 6 shows the third state, and the major axes of the liquid crystal molecules are in opposite directions in the adjacent liquid crystal layer.
The dipole moment is canceled between adjacent liquid crystal layers. The right end and the left end in FIG. 6 show a uniform state.
三安定状態を示す反強誘電相(SmCA *)を用いる液晶
素子の更に別の特徴は、液晶分子の見かけのチルト角
(ψ)が、第3図に示すように、直流印加電圧に対して
2つのヒステリシスを有しそして明確な直流電圧のしき
い値を有することである。即ち、液晶素子の電極に或る
方向の直流の電界を印加し電圧を増加させていくと、当
初0℃であった見かけのチルト角(第3図のA点)は電
圧V1まではわずかに変化し、電圧V1で変化し始め(第3
図のB点)更に電圧を増加させるにつれて見かけのチル
ト角は急激に変化する。電圧をV2まで増加させると見か
けのチルト角の急激な変化が止み(第3図のC点)、そ
れ以上電圧を増加させても見かけのチルト角の変化は殆
ど生じない(第3図のD点)。この状態から電圧を減少
し始めると、始めのうちは見かけのチルト角は殆ど変化
しないが、電圧V3まで電圧が減少すると見かけのチルト
角は変化し始める(第3図のE点)。更に電圧を減少し
続けると見かけのチルト角は急激に変化し、電圧V4にお
いて見かけのチルト角の急激な変化は止み(第3図のF
点)、その後電圧をOVまで下げていくと見かけのチルト
角は徐々に減少し電圧0Vで概ね0となる。電圧V1とV4及
び電圧V2とV3とは異なっており、見かけのチルト角は直
流印加電圧に対してヒステリシスを示す。印加する電界
の方向を逆にしても、上記と同様の現象が発現する。但
し、見かけのチルト角の角度変化の向きは上記と逆であ
る。即ち、第3図において、上記と逆の電界を印加し電
圧を増加し次に減少すると、見かけのチルト角はA点→
B′点→C′点→D′点→E′点→F′点→A点へと変
化する。見かけのチルト角が電圧V1からV2への変化に対
して急激に変化するので、反強誘電相(SmCA *)を用い
る液晶素子は明確な直流印加電圧のしきい値を有する。Still another characteristic of the liquid crystal device using an antiferroelectric phase (SmC A * ) exhibiting a tristable state is that the apparent tilt angle (ψ) of the liquid crystal molecule is, as shown in FIG. Have two hysteresis and a well-defined DC voltage threshold. That is, when a DC electric field in a certain direction is applied to the electrodes of the liquid crystal element to increase the voltage, the apparent tilt angle (point A in FIG. 3) which was initially 0 ° C. is slightly increased up to the voltage V 1. changes to, started to change in the voltage V 1 (3
(Point B in the figure) As the voltage is further increased, the apparent tilt angle changes rapidly. A sudden change in the tilt angle of the apparent to increase the voltage up to V 2 ceased (C point of FIG. 3), is hardly a change in the tilt angle also apparent increase more voltage (of FIG. 3 D point). Begins to decrease a voltage from this state, but hardly changed tilt angle of apparent at first, the tilt angle of the apparent when a voltage up to the voltage V 3 decreases begins to change (Fig. 3 E point). Furthermore the tilt angle of the apparent and continues to decrease the voltage changes rapidly, ceased abrupt change in the tilt angle of the apparent in voltage V 4 (F of FIG. 3
Point) Then, when the voltage is lowered to OV, the apparent tilt angle gradually decreases and becomes almost 0 at 0V. It is different from the voltage V 1 and V 4 and the voltage V 2 and V 3, the tilt angle of the apparent exhibits hysteresis with respect to the applied DC voltage. Even when the direction of the applied electric field is reversed, the same phenomenon as described above appears. However, the direction of the change in the apparent tilt angle is opposite to the above. That is, in FIG. 3, when an electric field reverse to the above is applied and the voltage is increased and then decreased, the apparent tilt angle becomes point A →
It changes from point B '→ point C' → point D '→ point E' → point F '→ point A. Since the tilt angle of the apparent changes rapidly to changes in the voltages V 1 to V 2, the liquid crystal element using an antiferroelectric phase (SmC A *) has a threshold value of the definite applied DC voltage.
スメクティック相として、現在までにスメクティック
A相やカイラルスメクティックC相を初めとして多くの
相が知られているが、三安定状態を有する反強誘電相
(SmCA *)とは以下の点で相違する。Many phases including a smectic A phase and a chiral smectic C phase have been known as a smectic phase so far. However, an antiferroelectric phase (S m C A * ) having a tristable state is as follows. Different.
第7A及び第7B図に、液晶素子を上から見た場合の液晶
層14と液晶分子16の関係を示す。7A and 7B show the relationship between the liquid crystal layer 14 and the liquid crystal molecules 16 when the liquid crystal element is viewed from above.
スメクティックA相は、第7A図に示すように、液晶分
子が液晶層の法線方向に対して平行に並んでいる相であ
る。スメクティックA相において、電界を印加しない場
合の消光位は、反強誘電相(SmCA *)と同様に液晶層の
法線方向及び液晶層に平行な方向である。しかしなが
ら、液晶分子の見かけのチルト角は、直流印加電圧に対
してヒステリシスを有しておらず、直流印加電圧に関す
るしきい値を有していない。As shown in FIG. 7A, the smectic A phase is a phase in which liquid crystal molecules are arranged in parallel to the normal direction of the liquid crystal layer. In smectic A phase, extinction position when no electric field is applied, like the anti-ferroelectric phase (* S m C A) is a direction parallel to the normal direction and the liquid crystal layer of the liquid crystal layer. However, the apparent tilt angle of the liquid crystal molecules has no hysteresis with respect to the DC applied voltage, and has no threshold value with respect to the DC applied voltage.
カイラルスメクティックC相は、第7B図に示すよう
に、液晶分子が液晶層の法線方向から見かけのチルト角
(ψ′)だけ傾いている相である。カイラルスメクティ
ックC相の状態にあるSSFLC素子は、双安定性を有して
おり、電界を印加した場合、液晶分子は双安定状態、即
ち2つのユニフォーム、の間でスイッチングする。又、
パルス電圧と見かけのチルト角の関係は、第7C図に示す
ように、パルス電圧に関するしきい値と1つのヒステリ
シスを有する。As shown in FIG. 7B, the chiral smectic C phase is a phase in which liquid crystal molecules are inclined by an apparent tilt angle (ψ ′) from the normal direction of the liquid crystal layer. The SSFLC element in the chiral smectic C phase has bistability, and when an electric field is applied, the liquid crystal molecules switch between the bistable state, that is, between two uniforms. or,
As shown in FIG. 7C, the relationship between the pulse voltage and the apparent tilt angle has a threshold value for the pulse voltage and one hysteresis.
反強誘電相(SmCA *)は、以上述べたように、スメク
ティックA相やカイラルスメクティックC相を初めとす
る従来知られているスメクティック相とは明らかに相違
している。Antiferroelectric phase (* S m C A) is more as mentioned, it is clearly different from the smectic phase are known prior to beginning a smectic A phase and chiral smectic C phase.
本発明で用いられる一対の平行基板の材料としてはガ
ラス、プラスチックなどが用いられ透明電極が配置され
ていることが望ましい。また、一対の平行基板の両面或
は片面にラビング処理された有機高分子膜が配向膜とし
て形成されるのが望ましい。有機高分子膜としては、ポ
リイミド膜、ポリアミド膜、ポリビニール膜、ナイロン
膜等を使用するのが好ましい。また、有機高分子膜の代
わりにイットリュウム、酸化珪素(SiO、SiO2)等の無
機薄膜を一対の平行基板の片面或は両面に形成させて実
施することもできる。更に、液晶を一対の平行基板に挟
持し素子を作る際に温度勾配法を採用することによって
液晶を配向させることも可能であり、この場合には平行
基板に配向処理を行わなくとも実施可能である。As a material of the pair of parallel substrates used in the present invention, glass, plastic, or the like is preferably used, and a transparent electrode is preferably disposed. It is preferable that an organic polymer film rubbed on both surfaces or one surface of a pair of parallel substrates is formed as an alignment film. As the organic polymer film, it is preferable to use a polyimide film, a polyamide film, a polyvinyl film, a nylon film, or the like. Further, instead of the organic polymer film, an inorganic thin film such as yttrium or silicon oxide (SiO, SiO 2 ) may be formed on one or both surfaces of a pair of parallel substrates. Furthermore, it is also possible to align the liquid crystal by adopting a temperature gradient method when the liquid crystal is sandwiched between a pair of parallel substrates to form an element, and in this case, the alignment can be performed without performing the alignment treatment on the parallel substrate. is there.
本発明で用いられる透明電極はITO膜、NESA膜等が好
ましい。The transparent electrode used in the present invention is preferably an ITO film, a NESA film, or the like.
本発明における平行基板の間隙即ちセルギャップは液
晶素子の用途によって異なるが、0.5〜300μmが好まし
い。特にディスプレーデバイス用の素子として使用する
場合は1.5〜10μm、特に好ましくは1.5〜5μmであ
る。In the present invention, the gap between the parallel substrates, that is, the cell gap varies depending on the use of the liquid crystal element, but is preferably 0.5 to 300 μm. In particular, when used as an element for a display device, the thickness is 1.5 to 10 μm, particularly preferably 1.5 to 5 μm.
(発明の効果) 本発明は反強誘電相を有する液晶又は液晶組成物と電
極を有し該液晶又は液晶組成物を挟持した一対の基板と
からなり、反強誘電相において、該電極に電圧を印加す
ることによって該液晶又は液晶組成物の層構造をシェブ
ロン構造からブックシェルフ構造に一旦変化させること
を特徴とする反強誘電相を用いる液晶素子であって、こ
れは高いコントラストと高速応答性を有するなどの表示
特性に優れたもので高密度の大画面ディスプレーや高速
光シャッター等への使用に適したものである。(Effect of the Invention) The present invention comprises a liquid crystal or a liquid crystal composition having an antiferroelectric phase and a pair of substrates having electrodes and sandwiching the liquid crystal or the liquid crystal composition. In the antiferroelectric phase, a voltage is applied to the electrodes. A liquid crystal device using an antiferroelectric phase characterized by temporarily changing the layer structure of the liquid crystal or liquid crystal composition from a chevron structure to a bookshelf structure by applying a liquid crystal, which has high contrast and high-speed response. It is excellent in display characteristics, such as having a display, and is suitable for use in high-density large-screen displays, high-speed optical shutters, and the like.
(実施例) 以上実施例により更に具体的に本発明を説明する。(Examples) The present invention will be described more specifically with reference to the examples.
実施例 1 液晶は4−(1−メチルヘプチロキシカルボニル)フ
ェニル4′−オクチロキシビフェニル−4−カルボキシ
レートを用いた。相転移温度は、等方相→SmA相149℃、
SmA→SmC*121℃、SmC*→SmCA *116℃、SmCA *→結晶7
2℃であった。一対の厚さ150μmのITO付ガラス基板を
ポリイミドコーティング後、一対の基板の片方のみをラ
ビング処理し、その一対の基板間に液晶を注入し液晶セ
ルを作った。セルギャップは6μmであった。液晶が等
方相になるまで液晶セルを加熱し、その後1℃/minの速
度で液晶セルを徐冷し、液晶をガラス基板に平行に均一
に配向させX線回折用のサンプルとした。X線回折はRu
−200(理学(株)製)を用いて行った。液晶セルの温
度制御は±0.1℃の精度を有する温度コントロールユニ
ットを用いて行った。Example 1 As a liquid crystal, 4- (1-methylheptyloxycarbonyl) phenyl 4'-octyloxybiphenyl-4-carboxylate was used. The phase transition temperature is isotropic → SmA 149 ° C,
SmA → SmC * 121 ℃, SmC * → SmC A * 116 ℃, S m C A * → crystal 7
2 ° C. After a pair of 150 μm-thick glass substrates with ITO were coated with polyimide, only one of the pair of substrates was rubbed, and liquid crystal was injected between the pair of substrates to form a liquid crystal cell. The cell gap was 6 μm. The liquid crystal cell was heated until the liquid crystal became an isotropic phase, and then the liquid crystal cell was gradually cooled at a rate of 1 ° C./min to uniformly align the liquid crystal parallel to the glass substrate to obtain a sample for X-ray diffraction. X-ray diffraction is Ru
-200 (manufactured by Rigaku Corporation). The temperature control of the liquid crystal cell was performed using a temperature control unit having an accuracy of ± 0.1 ° C.
測定系を第1図に示した。X線回折の測定手順は、ジ
ャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジッ
クス 27巻 pp L725、1988及びジャパニーズ ジャー
ナル オブアプライド フィジックス 27巻、pp L199
3、1988に従って行った。すなわち、最初に液晶を充填
したキャピラリーセールを用い、液晶のブラッグ角を測
定した。次にカウンターをブラッグ角にセットした。上
記の手順で作製したセルを用い、αを回転させることに
よりX線回折パターンを得た。ここでαはガラス面と入
射ビームとのなす角度である。X線のビームの大きさは
1mm2であった。X線回折は、液晶セルの温度を100℃(S
mCA *相)として、液晶配向後1度も電界を印加してい
ない場合、及び段階的に70Vまで印加直流電圧を増加し
た場合、最後に印加電圧を解除した場合の各々について
測定した。The measurement system is shown in FIG. The measurement procedure for X-ray diffraction is described in Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 27, pp L725, 1988 and Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 27, pp L199.
3, according to 1988. That is, the Bragg angle of the liquid crystal was measured using a capillary sail initially filled with the liquid crystal. Next, the counter was set to the Bragg angle. An X-ray diffraction pattern was obtained by rotating α using the cell prepared in the above procedure. Here, α is the angle between the glass surface and the incident beam. The size of the X-ray beam is
1 mm 2 . X-ray diffraction sets the temperature of the liquid crystal cell to 100 ° C (S
(m C A * phase) were measured for the case where no electric field was applied even once after the liquid crystal alignment, the case where the applied DC voltage was increased stepwise to 70 V, and the case where the applied voltage was finally released.
X線回折測定条件は以下のとおりである。 The X-ray diffraction measurement conditions are as follows.
X線回折装置;Ru−200(理学(株)製)、60KV、20
0mA Target;Cu Filter;Ni Voltage;50KV Current;200mA Scan Speed;4deg/min Sampling Rate;0.1deg,conteniousscan Slit;DS0.5゜、RS0.3mm、SS0.5゜ Detector;P.C. 第4図に印加電圧毎のX線回折パターンをそのパター
ン左端をベースとする集合図を示した。第4図の縦軸は
X線回折強度を示し、横軸は液晶セルの回転角αを示
す。第4図から、印加電圧を増加していくと液晶層の構
造はシェブロン構造からブックシェルフ構造に変化する
ことが分かる。この時の液晶分子のスイッチングのしき
い電圧は27V(第3図V1)であることより、層をブック
シェルフ構造にするためには、しきい電圧の2倍以上の
電圧を印加する必要があることが分かる。また、電圧を
解除した場合には液晶層の構造は本発明の定義によるシ
ェブロン構造に戻ることが分かる(第4図の70→OVのX
線回折パターン参照)。X-ray diffractometer; Ru-200 (manufactured by Rigaku Corporation), 60 KV, 20
0mA Target; Cu Filter; Ni Voltage; 50KV Current; 200mA Scan Speed; 4deg / min Sampling Rate; 0.1deg, conteniousscan Slit; DS0.5 ゜, RS0.3mm, SS0.5 ゜ Detector; PC An assembly diagram based on the left end of each X-ray diffraction pattern is shown. In FIG. 4, the vertical axis indicates the X-ray diffraction intensity, and the horizontal axis indicates the rotation angle α of the liquid crystal cell. FIG. 4 shows that as the applied voltage increases, the structure of the liquid crystal layer changes from a chevron structure to a bookshelf structure. At this time, the threshold voltage for switching the liquid crystal molecules is 27 V (V1 in FIG. 3), so that it is necessary to apply a voltage twice or more the threshold voltage in order for the layer to have a bookshelf structure. You can see that. When the voltage is released, the structure of the liquid crystal layer returns to the chevron structure defined by the present invention (70 → OV X in FIG. 4).
Line diffraction pattern).
実施例 2 実施例1と同様の手順で、一対のガラス基板の両方を
ラビングしたセルと、一対のガラス基板の片方をラビン
グしたセルを作製し、X線回折により層構造を調べた。
一対のガラス基板の両方をラビングした液晶セルの温度
を90℃(SmCA *相)に保持し、液晶配向後1度も電界を
印加していない場合、80Vの直流電圧を印加した場合、
及び印加電圧を解除した場合の各各についてX線回折パ
ターンを測定した。各々の結果を第2A、第2C及び第2B図
に示す。図の縦軸はX線回折強度を示し、横軸は液晶セ
ルの回転角αを示す。一対のガラス基板の片方のみをラ
ビングした液晶セルを90℃(SmCA *相)に保持し、液晶
配向後一度も電界を印加しない状態から80Vの直流電圧
を印加し次いで印加電圧を解除した後の液晶セルのX線
回折パターンを第2D図に示す。第2D図及び第4図の70→
0VのX線回折パターンより、片面ラビングセルに於け
る、電界印加解除後のシェブロン構造を有する液晶素子
のX線回折パターンは、セルにより若干のばらつきがあ
ることがわかる。又、第2B図及び第2D図より、電界印加
解除後のシェブロン構造を有する液晶素子のX線回折パ
ターンは、基板のラビング条件により大きく異なること
が分かる。Example 2 In the same procedure as in Example 1, a cell in which both the pair of glass substrates were rubbed and a cell in which one of the pair of glass substrates was rubbed were produced, and the layer structure was examined by X-ray diffraction.
When the temperature of the liquid crystal cell where both the pair of glass substrates are rubbed is maintained at 90 ° C (S m C A * phase) and no electric field has been applied once after the liquid crystal alignment, or when a DC voltage of 80 V is applied ,
An X-ray diffraction pattern was measured for each of the cases where the applied voltage was canceled. The respective results are shown in FIGS. 2A, 2C and 2B. The vertical axis in the figure indicates the X-ray diffraction intensity, and the horizontal axis indicates the rotation angle α of the liquid crystal cell. A liquid crystal cell in which only one of a pair of glass substrates is rubbed is kept at 90 ° C (S m C A * phase), a DC voltage of 80 V is applied from the state where no electric field is applied after liquid crystal alignment, and then the applied voltage is released. The X-ray diffraction pattern of the liquid crystal cell after the above is shown in FIG. 2D. 2D and 70 in FIG. 4
From the X-ray diffraction pattern of 0 V, it can be seen that the X-ray diffraction pattern of the liquid crystal element having the chevron structure after the application of the electric field in the single-sided rubbing cell slightly varies depending on the cell. 2B and 2D that the X-ray diffraction pattern of the liquid crystal element having the chevron structure after the application of the electric field is greatly different depending on the rubbing condition of the substrate.
実施例 3 実施例1の基板の片方のみをラビングした液晶素子を
用い、100℃で見かけのチルト角と印加電圧の関係を調
べた。見かけのチルト角は液晶層の法線方向と消光位の
なす角とした。測定方法は、液晶素子に直流電圧を段階
的に印加して行き、各々の電圧での消光位を偏光板を直
交させた偏光顕微鏡により観察し決定した。結果を第3
図に示した。この図より、直流電圧に対するしきい値
と、メモリー性があることがわかる。直流電圧に対する
しきい値は27V(第3図V1)であった。Example 3 A relationship between an apparent tilt angle and an applied voltage at 100 ° C. was examined using a liquid crystal element obtained by rubbing only one of the substrates of Example 1. The apparent tilt angle was the angle between the normal direction of the liquid crystal layer and the extinction position. The measuring method was determined by applying a DC voltage to the liquid crystal element in a stepwise manner, and observing the extinction position at each voltage with a polarizing microscope having a polarizing plate orthogonal to the polarizing plate. Third result
Shown in the figure. From this figure, it can be seen that there is a threshold value for the DC voltage and a memory property. The threshold value for the DC voltage was 27 V (FIG. 3, V1).
実施例 4 実施例1の基板の片方のみをラビングした液晶素子を
用い、チクスチャーの観察を偏光板を直交させた偏向顕
微鏡を用いて行った。なお、顕微鏡観察の間液晶素子の
温度を100℃に保った。液晶を配向させた直後には液晶
素子に多くのジグザグ欠陥が観察されたが、セルに70V
の電圧を印加するとこのジグザグ欠陥は消滅した。ま
た、電圧を切っても液晶素子にジグザグ欠陥が再び現れ
ることはなかった。さらに、液晶配向直後のジグザグ欠
陥を有する素子に於いて、±35Vの矩形波電圧を印加し
両ユニフォーム間のコントラストを測定したところコン
トラスト比は35であった。このセルに一旦70Vの電圧を
印加しジグザグ欠陥を取り除いた後、再び±35Vの矩形
波電圧を印加し両ユニフォーム間のコントラストを測定
したところコントラスト比は60と向上し非常に高いコン
トラストを示した。Example 4 Using a liquid crystal device in which only one of the substrates of Example 1 was rubbed, observation of the fixture was performed using a deflection microscope in which a polarizing plate was orthogonally arranged. Note that the temperature of the liquid crystal element was kept at 100 ° C. during microscopic observation. Immediately after the liquid crystal was aligned, many zigzag defects were observed in the liquid crystal element.
When this voltage was applied, the zigzag defect disappeared. Further, even when the voltage was cut off, the zigzag defect did not appear again in the liquid crystal element. Further, in the device having the zigzag defect immediately after the liquid crystal alignment, the contrast ratio between both uniforms was measured by applying a rectangular wave voltage of ± 35 V and measuring the contrast between the two uniforms. After applying a voltage of 70V to this cell to remove the zigzag defect, applying a rectangular wave voltage of ± 35V again and measuring the contrast between the two uniforms, the contrast ratio was improved to 60, showing a very high contrast. .
実施例 5 液晶は4−(1−メチルヘプチロキシカルボニル)フ
ェニル4′−オクチロキシビェニル−4−カルボキシレ
ートを用いた。相転移温度は、等方相→SmA相149℃、Sm
A→SmC*121℃、SmC*→SmCA *116℃、SmCA *→結晶72
℃であった。一対のITO付ガラス基板に液晶を注入し、
温度勾配法により液晶を基板に平行に均一に配向させ
た。セルギャップは2.5μmであった。この液晶素子に
おいては直流電圧に対するしきい値は15Vであった。セ
ルの温度を70℃に保ち、電圧±17V、周波数5Hzの矩形波
電圧を印加し応答時間を測定した。液晶配向後一度も電
界を印加していないセルに、上記の電圧を印加した時の
応答時間は34μs(マイクロセカンド)であった。これ
に対し、このセルに一旦80Vの直流電圧を印加し、層構
造をブックシェルフ構造とし再び上記の電圧を印加した
時の応答時間は27μs(マイクロセカンド)であった。Example 5 The liquid crystal used was 4- (1-methylheptyloxycarbonyl) phenyl 4'-octyloxybienyl-4-carboxylate. Phase transition temperature isotropic phase → SmA phase 149 ℃, Sm
A → SmC * 121 ° C, SmC * → SmC A * 116 ° C, SmC A * → Crystal 72
° C. Inject liquid crystal into a pair of glass substrates with ITO,
The liquid crystal was uniformly aligned parallel to the substrate by a temperature gradient method. The cell gap was 2.5 μm. In this liquid crystal element, the threshold value for the DC voltage was 15V. The cell temperature was maintained at 70 ° C., and a response time was measured by applying a rectangular wave voltage having a voltage of ± 17 V and a frequency of 5 Hz. The response time when the above voltage was applied to the cell to which no electric field was applied after the liquid crystal alignment was 34 μs (microsecond). On the other hand, when a DC voltage of 80 V was once applied to the cell, the layer structure was changed to a bookshelf structure, and the above-described voltage was applied again, the response time was 27 μs (microsecond).
以上のように、電界印加により層構造をシェブロンか
らブックシェルフ構造に一旦変化させることにより、応
答速度が速くなった。As described above, the response speed was increased by temporarily changing the layer structure from the chevron to the bookshelf structure by applying an electric field.
第1図は、本発明の反強誘電相を用いる液晶素子の液晶
層構造の回折に用いたX線解析測定系であり、αは回転
角、θは回折角、Kiは入射X線、Ksは回折X線である。 第2A、2B、2C及び2D図は、本発明の反強誘電相を用いる
液晶素子のX線回折パターンであり、横軸は液晶素子の
回転角度、縦軸はX線回折強度(cps)である。 第3図は、本発明の反強誘電相を用いる液晶素子の見か
けのチルト角(φ)と印加直流電圧の関係を示す。 第4図は、本発明の反強誘電相を用いる液晶素子への印
加直流電圧を変化させた場合のX線回折パターンであ
る。 第5A、5B及び5C図は、スメクチック相の層構造を模式的
に表した液晶素子の断面図である。 第6図は、液晶素子を上から見た場合の本発明の液晶素
子の分子配列の模式図である。 第7A、7B図は、液晶素子を上から見た場合の、各種液晶
相の分子配列の模式図である。 第7C図は、反強誘電層を有さない強誘電性液晶素子のパ
ルス電圧とチルト角のヒステリシスを示す。FIG. 1 is an X-ray analysis measurement system used for diffraction of a liquid crystal layer structure of a liquid crystal device using an antiferroelectric phase of the present invention, where α is a rotation angle, θ is a diffraction angle, Ki is an incident X-ray, and Ks Is a diffraction X-ray. FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D are X-ray diffraction patterns of a liquid crystal device using the antiferroelectric phase of the present invention. The horizontal axis represents the rotation angle of the liquid crystal device, and the vertical axis represents the X-ray diffraction intensity (cps). is there. FIG. 3 shows the relationship between the apparent tilt angle (φ) and the applied DC voltage of the liquid crystal device using the antiferroelectric phase of the present invention. FIG. 4 is an X-ray diffraction pattern when a DC voltage applied to a liquid crystal element using the antiferroelectric phase of the present invention is changed. FIGS. 5A, 5B, and 5C are cross-sectional views of a liquid crystal element schematically showing a layer structure of a smectic phase. FIG. 6 is a schematic view of the molecular arrangement of the liquid crystal element of the present invention when the liquid crystal element is viewed from above. 7A and 7B are schematic diagrams of the molecular arrangement of various liquid crystal phases when the liquid crystal element is viewed from above. FIG. 7C shows a hysteresis of a pulse voltage and a tilt angle of a ferroelectric liquid crystal element having no antiferroelectric layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/1337 G02F 1/141 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02F 1/1337 G02F 1/141
Claims (1)
液晶組成物と、電極を有し、該液晶または液晶組成物を
挟持した一対の基板とから成り、 反強誘電相(SmCA *)において、該電極にしきい値電圧
の2倍以上の直流電圧またはピーク値がしきい値電圧の
2倍以上で周波数1kHz以下の短矩形波もしくは三角波電
圧を印加することによって、該液晶または液晶組成物の
層構造をシェブロン構造からブックシェルフ構造に一旦
変化させることを特徴とする反強誘電相を用いる液晶素
子。1. A liquid crystal or liquid crystal composition having an antiferroelectric phase (SmC A * ), and a pair of substrates having electrodes and sandwiching the liquid crystal or liquid crystal composition. In A * ), by applying a DC voltage or a short-wave or triangular-wave voltage having a peak value of twice or more of the threshold voltage and a frequency of 1 kHz or less to the electrode, A liquid crystal device using an antiferroelectric phase, wherein a layer structure of a liquid crystal composition is temporarily changed from a chevron structure to a bookshelf structure.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28117588 | 1988-11-09 | ||
JP63-281175 | 1988-11-09 | ||
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02222930A JPH02222930A (en) | 1990-09-05 |
JP2932531B2 true JP2932531B2 (en) | 1999-08-09 |
Family
ID=26549770
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP27155089A Expired - Lifetime JP2932531B2 (en) | 1988-11-09 | 1989-10-20 | Liquid crystal device using antiferroelectric phase |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2932531B2 (en) |
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JP2775042B2 (en) * | 1992-03-04 | 1998-07-09 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Liquid crystal electro-optical device |
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US5847799A (en) * | 1995-05-31 | 1998-12-08 | Casio Computer Co., Ltd. | Antiferroelectric liquid crystal display device |
US6151090A (en) * | 1995-05-31 | 2000-11-21 | Casio Computer Co., Ltd. | LCD using liquid crystal of ferroelectric and/or antiferroelectric phase having pretilt angle of 1 degree or less |
US6133896A (en) * | 1997-02-07 | 2000-10-17 | Citizen Watch Co., Ltd. | Antiferroelectric liquid crystal cell |
-
1989
- 1989-10-20 JP JP27155089A patent/JP2932531B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH02222930A (en) | 1990-09-05 |
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