JP3984264B2 - Apparatus for determining physical characteristics of nematic liquid crystal material and method for determining physical characteristics of nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy - Google Patents
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Description
本発明は、ネマティック液晶材料の物理特性決定装置及び負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の物理特性決定方法に関する。 The present invention relates to a device for determining physical properties of a nematic liquid crystal material and a method for determining physical properties of a nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy.
現在、液晶ディスプレイはフラットテレビ、コンピュータのモニタなどのアプリケーションで広く使用されている。この液晶ディスプレイに使用される液晶材料には、大きく分けて正の誘電率異方性(Δε>0)、負の誘電率異方性(Δε<0)の2種類ある。特に、TVアプリケーションには負の誘電率異方性を持つ液晶材料が使用される。そして、液晶材料の応答性を良くするために、液晶材料の回転粘性率を小さくすることが重要な課題となっている。 Currently, liquid crystal displays are widely used in applications such as flat TVs and computer monitors. The liquid crystal materials used for this liquid crystal display are roughly classified into two types: positive dielectric anisotropy (Δε> 0) and negative dielectric anisotropy (Δε <0). In particular, liquid crystal materials with negative dielectric anisotropy are used for TV applications. In order to improve the responsiveness of the liquid crystal material, it is an important issue to reduce the rotational viscosity of the liquid crystal material.
なお、誘電率異方性が正あるいは負の液晶材料の回転粘性率を回転磁場法に決定することが知られている(非特許文献1参照)。
しかし、回転磁場法を用いた実験設備は、相対的に構造が複雑で、回転粘性率を測定するのに測定に時間がかかるばかりか、大量の液晶が測定に必要であるといった問題があった。 However, the experimental equipment using the rotating magnetic field method has a problem that the structure is relatively complicated and it takes time to measure the rotational viscosity, and a large amount of liquid crystal is necessary for the measurement. .
さらに磁化率異方性Δχが正の異方性を持つ液晶材料の回転粘性率のみの測定である。 Further, only the rotational viscosity of a liquid crystal material having a positive anisotropy in magnetic susceptibility anisotropy Δχ is measured.
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁化率異方性の極性にかかわらず、正及び負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の物理特性を決定することができるネマティック液晶材料の決定装置および磁化率異方性の極性にかかわらず、正及び負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の物理特性を決定することができるネマティック液晶材料の物理特性決定方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to determine the physical characteristics of a nematic liquid crystal material having positive and negative dielectric anisotropy regardless of the polarity of magnetic susceptibility anisotropy. Apparatus for determining nematic liquid crystal materials capable of determining the physical characteristics of nematic liquid crystal materials having positive and negative dielectric anisotropy irrespective of the polarity of magnetic anisotropy It is to provide a method.
請求項1記載のネマティック液晶材料の物理特性決定装置は、垂直配向を施した基板で負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料を狭持する液晶テストセルと、前記液晶テストセルに印加する為の一つあるいはそれ以上の単発パルス電圧を出力する電圧出力手段と、前記電圧出力手段によって出力される前記単発パルス電圧に重畳されているノイズを除去する為のフィルタ手段と、前記フィルタ手段によってノイズを除去された前記単発パルス電圧を増幅して前記液晶テストセルに印加する電圧増幅手段と、前記液晶テストセルに流れた突入電流をグラウンドへ流す為のスイッチング動作を行う切替スイッチ手段と、前記単発パルス電圧が印加された前記液晶テストセルに流れる過渡電流波形を測定する測定手段と、前記単発パルス電圧が前記液晶テストセルに印加されたときに前記液晶テストセルに流れる過渡電流波形を理論的に計算する計算手段と、前記測定手段で測定された過渡電流波形と、前記計算手段で計算された理論的な過渡電流波形とを、前記液晶テストセルの液晶材料における物理特性を変えながら整合させ、両過渡電流波形が整合したときの物理特性を、前記液晶テストセルの液晶材料における物理特性であると決定する決定手段と、を具備することを特徴とする。
An apparatus for determining physical properties of a nematic liquid crystal material according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載のネマティック液晶材料の物理特性決定装置であって、前記決定手段は、液晶材料の物理特性である回転粘性率γ1を決定することを特徴とする。
The invention described in claim 2 is the apparatus for determining physical properties of a nematic liquid crystal material according to
請求項3記載の発明は、請求項1あるいは請求項2記載のネマティック液晶材料の物理特性決定装置であって、前記決定手段は、液晶材料の物理特性であるずり粘度η2を決定することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the apparatus for determining physical properties of a nematic liquid crystal material according to the first or second aspect , wherein the determining means determines a shear viscosity η 2 which is a physical property of the liquid crystal material. Features.
請求項4記載の発明は、請求項1ないし請求項3のうちいずれか一項に記載のネマティック液晶材料の物理特性決定装置であって、前記決定手段は、液晶材料の物理特性であるプレチルト角θ0を決定することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the device for determining a physical property of a nematic liquid crystal material according to any one of the first to third aspects , wherein the determining means is a pretilt angle that is a physical property of the liquid crystal material. It is characterized in that θ 0 is determined.
請求項5記載の負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の物理特性決定方法は、垂直配向を施した基板で負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料を狭持する液晶テストセルに印加する為の一つあるいはそれ以上の前記単発パルス電圧を出力する電圧出力ステップと、前記電圧出力ステップにおいて出力された前記単発パルス電圧に重畳されているノイズを除去する為のフィルタ処理ステップと、前記フィルタ処理ステップによってノイズを除去された前記単発パルス電圧を増幅して前記液晶テストセルに印加する電圧増幅ステップと、前記液晶テストセルに流れた突入電流をグラウンドへ流す為のスイッチング動作を行うスイッチングステップと、前記単発パルス電圧が印加された前記液晶テストセルに流れる過渡電流波形を測定手段によって測定する測定ステップと、前記液晶テストセルに一つあるいはそれ以上の単発パルス電圧が印加されたときに前記液晶テストセルに流れる過渡電流波形を理論的に計算する計算ステップと、前記測定ステップにおいて測定された過渡電流波形と、前記計算ステップにおいて計算された理論的な過渡電流波形とを、前記液晶テストセルの液晶材料の物理特性を変えながら整合させる過渡電流波形整合ステップと、前記過渡電流波形整合ステップにおいて両過渡電流波形が整合したときの物理特性を、前記液晶テストセルの液晶材料の物理特性であると決定する決定ステップと、を有することを特徴とする。 6. A method for determining a physical property of a nematic liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy according to claim 5, wherein the liquid crystal test cell includes a nematic liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy sandwiched between vertically aligned substrates. and the voltage output step of outputting one or more of the single pulse voltage for applying to the filtering step for removing noise superimposed on the single pulse voltage outputted in the voltage output step A voltage amplifying step for amplifying the single pulse voltage from which noise has been removed by the filtering step and applying the same to the liquid crystal test cell; and a switching operation for flowing an inrush current flowing through the liquid crystal test cell to the ground. a switching step, the transient current waveform flowing in the liquid crystal test cell the single pulse voltage is applied measurement A measurement step of measuring by means, the a calculation step of the transient waveform of the current flowing through the liquid crystal test cell theoretically calculated, the measuring step when the one or more single pulse voltage is applied to the liquid crystal test cell a transient current waveforms measured at, the calculated theoretical transient current waveform at said computing step, a transient current waveform matching step of Ru aligned while changing the physical properties of the liquid crystal material of the liquid crystal test cell, said transient the physical properties of when both transient current waveform is matched in the current waveform matching step, characterized by having a a determination step of determining that the physical properties of the liquid crystal material of the liquid crystal test cell.
請求項6記載の発明は、請求項5記載の負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の物理特性決定方法であって、前記決定ステップにおいては、液晶材料の物理特性である回転粘性率γ1を決定することを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the method for determining physical characteristics of a nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy according to claim 5 , wherein, in the determining step, the rotational viscosity is a physical characteristic of the liquid crystal material. and determining a gamma 1.
請求項7記載の発明は、請求項5あるいは請求項6記載の負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の物理特性決定方法であって、前記決定ステップにおいては、液晶材料の物理特性であるずり粘度η2を決定することを特徴とする。 A seventh aspect of the invention is a method for determining physical characteristics of a nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy according to claim 5 or claim 6 , wherein the determining step uses the physical characteristics of the liquid crystal material. It is characterized in that a certain shear viscosity η 2 is determined.
請求項8記載の発明は、請求項5ないし請求項7のうちいずれか一項に記載の負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の物理特性決定方法であって、前記決定ステップにおいては、液晶材料の物理特性であるプレチルト角θ0を決定することを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the method for determining physical properties of a nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy according to any one of claims 5 to 7 , wherein the determining step includes: The pretilt angle θ 0 which is a physical characteristic of the liquid crystal material is determined.
請求項9記載の発明は、請求項5〜請求項8のうちいずれか一項に記載の負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の物理特性決定方法であって、前記決定ステップにおいては、液晶材料の物理特性であるLeslieの粘性係数α1〜α5のうちの少なくとも一つを決定することを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the physical property determination method for a nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy according to any one of claims 5 to 8 , wherein the determining step includes: In addition, at least one of Leslie's viscosity coefficients α 1 to α 5 which is a physical characteristic of the liquid crystal material is determined.
請求項10記載の発明は、ネマティック液晶材料の物理特性決定装置であって、水平配向を施した基板で正の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料を狭持する液晶テストセルと、前記液晶テストセルに印加する為の一つあるいはそれ以上の単発パルス電圧を出力する電圧出力手段と、前記電圧出力手段によって出力された前記単発パルス電圧に重畳されているノイズを除去する為のフィルタ手段と、前記フィルタ手段によってノイズを除去された前記単発パルス電圧を増幅して前記液晶テストセルに印加する電圧増幅手段と、前記液晶テストセルに流れた突入電流をグラウンドへ流す為のスイッチング動作を行う切替スイッチ手段と、前記単発パルス電圧が印加された前記液晶テストセルに流れる過渡電流波形を測定する測定手段と、前記単発パルス電圧が前記液晶テストセルに印加されたときに前記液晶テストセルに流れる過渡電流波形を理論的に計算する計算手段と、前記測定手段で測定された過渡電流波形のピーク値に基づいて正の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の回転粘性率γ 1 を演算する演算手段と、
を具備することを特徴とする。
A tenth aspect of the present invention is an apparatus for determining physical properties of a nematic liquid crystal material, wherein the liquid crystal test cell sandwiches a nematic liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy on a horizontally aligned substrate, and the liquid crystal Voltage output means for outputting one or more single pulse voltages to be applied to the test cell; and filter means for removing noise superimposed on the single pulse voltage output by the voltage output means; A voltage amplifying means for amplifying the single pulse voltage from which noise has been removed by the filter means and applying it to the liquid crystal test cell; and a switching for performing a switching operation for flowing an inrush current flowing through the liquid crystal test cell to the ground. Switch means; measuring means for measuring a transient current waveform flowing in the liquid crystal test cell to which the single pulse voltage is applied; A calculation means for theoretically calculating a transient current waveform flowing in the liquid crystal test cell when a single pulse voltage is applied to the liquid crystal test cell, and a positive value based on a peak value of the transient current waveform measured by the measurement means. A computing means for computing the rotational viscosity γ 1 of a nematic liquid crystal material having a dielectric anisotropy of
Characterized by including the.
請求項1乃至4記載の発明によれば、負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の
回転粘性率γ1、ずり粘度η2、プレチルト角θ0を決定することができる。
According to the first to fourth aspects of the present invention, the rotational viscosity γ 1 , shear viscosity η 2 , and pretilt angle θ 0 of a nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy can be determined.
請求項5乃至9記載の発明によれば、負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の
回転粘性率γ1、ずり粘度η2、プレチルト角θ0を決定することができる。
According to the fifth to ninth aspects of the present invention, the rotational viscosity γ 1 , shear viscosity η 2 , and pretilt angle θ 0 of the nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy can be determined.
請求項10記載の発明によれば、正の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の
回転粘性率γ1を決定することができる。
According to the tenth aspect of the present invention, the rotational viscosity γ 1 of a nematic liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy can be determined.
以下図面、数式を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1を参照して負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の物理特性を決定することができるネマティック液晶材料の決定装置について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings and mathematical expressions. A nematic liquid crystal material determining apparatus capable of determining physical characteristics of a nematic liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy will be described with reference to FIG.
図1において、11はブロック内に記載されたような一つの単発パルス電圧を発生するファンクションジェネレータである。このファンションジェネレータ11から出力される単発パルスはアダプティブ・ローパスフィルタ12、アンプ13を介して液晶テストセル14の一端に供給される。アダプティブ・ローパスフィルタ12は、周波数帯域を時間で可変できるローパスフィルタで、極性反転が起きる時間は高周波帯域のローパスフィルタになり、パルス電圧が変化しない時間はほぼDC帯域のローパスフィルタになる。この機能を利用して、安定したパルス電圧をサンプルに供給することが出来る。
In FIG. 1,
ファンクションジェネレータ11から出力される上記単発パルス電圧に同期したTTL信号は上記アダプティブ・ローパスフィルタ12及び切替スイッチ15に入力される。アダプティブ・ローパスフィルタ12は、ファンクションジェネレータ11から出力されるTTL信号に応じて周波数帯域が切替えられる。
The TTL signal synchronized with the single pulse voltage output from the
上記切替スイッチ15のa接点は電流電圧変換部16に接続される。この電流電圧変換部16は、入力される電流を電圧に変換する。この切替スイッチ15のb点は、パルス電圧の極性反転時に発生するファンクションジェネレータ11からの突入電流が電流電圧変換部16に流入して電流電圧変換部16を破壊することを未然に防止するために設けられている。つまり、上記突入電流はb接点を介してグランドに流される。
The contact a of the
この電流電圧変換部17から出力される電圧信号はアンプ17を介して増幅され、ローパスフィルタ(LPF)18を介してA/Dコンバータ19に入力される。このA/Dコンバータ19から出力される電圧信号Eは、液晶テストセル14に流れる過渡電流に相当する電圧信号である。
The voltage signal output from the current-
上記電圧信号Eは制御部20に入力される。この制御部20は本装置を統括して制御するもので、CPU、ROM、RAM等により構成されている。また、このROMには、理論的な過渡電流波形とを前記液晶テストセルの液晶材料の物理特性を変えながら整合させ、両過渡電流波形が整合したときの物理特性を前記液晶テストセルの液晶材料の物理特性と決定する決定機能手段を有するプログラムが格納されている。
The voltage signal E is input to the
なお、A/Dコンバータ19の接地ライン21に接続されている。この接地ライン21には、上記ファンクションジェネレータ11の他端、上記切替スイッチ15のb接点、アンプ17の一入力端子に接続される。
It is connected to the
ここで、22は制御部20に接続される表示部である。
Here,
まず、水平配向を施した基板で正の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料を狭持する液晶テストセル14に単発パルス電圧を印加したときに流れるピーク電流IPから回転粘性率γ1を計算する手法を説明する。
First, the rotation viscosity gamma 1 from the peak current I P flowing when applying a single pulse voltage to the liquid
式(1)(2)を用いて回転粘性率を計算する。
ここでγ1は液晶の回転粘性率、Sは液晶セルの電極面積、Δεは液晶の誘電率異方性、Ipは測定したピーク電流値、Lは液晶セルのギャップ、Vは印加電圧、V0は液晶材料のしきい値電圧、K11は液晶のスプレイ弾性定数である。 Where γ 1 is the rotational viscosity of the liquid crystal, S is the electrode area of the liquid crystal cell, Δε is the dielectric anisotropy of the liquid crystal, I p is the measured peak current value, L is the gap of the liquid crystal cell, V is the applied voltage, V 0 is the threshold voltage of the liquid crystal material, and K 11 is the splay elastic constant of the liquid crystal.
次に、このファンションジェネレータ11から出力される単発パルス電圧を負の誘電率異方性を持つ液晶材料を持つ液晶テストセル14に印加したときにその液晶テストセル14に流れる過渡電流を理論的に計算する手法について説明する。
Next, when a single pulse voltage output from the
フロー効果を考慮したネマティック液晶の力学的振舞はEricksenとLeslieにより定式化されており、質量保存則、運動方程式および角運動量方程式によって記述される。質量保存の式は式(3)で表される。
ここでvは流体の流速である。 Where v is the flow rate of the fluid.
運動方程式は式(4)で表される。
ここでρは密度、i、jはx、yまたはz座標、コンマは空間座標による偏微分および頭につけたドットは時間による全微分を表す。また繰り返し出てくる指標については和を取る。σijは応力テンソルであり式(5)で与えられる。
ここでpは圧力、niはネマティック液晶のダイレクタnのi成分、
Aij=(νi,j+νj,i)/2、数6およびαi (i=1〜6) はLeslieの粘性係数である。fは電界Eを印加した際のネマティック液晶の自由エネルギー密度であり式(6)で与えられる。
A ij = (ν i, j + ν j, i ) / 2, Equation 6 and α i (i = 1 to 6) are Leslie's viscosity coefficients. f is the free energy density of the nematic liquid crystal when the electric field E is applied, and is given by equation (6).
ここでK11、K22およびK33はそれぞれネマティック液晶のスプレイ弾性定数、ツイスト弾性定数およびベンド弾性定数であり、Dは電束密度である。 Here, K 11 , K 22 and K 33 are the splay elastic constant, twist elastic constant and bend elastic constant of the nematic liquid crystal, respectively, and D is the electric flux density.
角運動量方程式は式(7)で表される。
ここでρ1は単位体積あたりの慣性モーメント、γ1=α3−α2は回転粘性率、γ2=α3+α2である。hは分子場であり式(8)で与えられる。
垂直配向ネマティック液晶セルに対して基板に垂直方向に電界Eを印加した際の条件を式(3)〜(8)に代入すると、この条件における運動方程式および角運動量方程式はそれぞれ式(9)、(10)のように導かれる。
ここでθはダイレクタと基板に垂直な軸とがなす角度、vはダイレクタの回転面内における基板に平行方向の流速、σは積分定数、εoは真空中の誘電率、Δεは液晶の誘電率異方性である。a、bはそれぞれ式(11)、(12)で与えられる。
式(9)、(10)を用いて垂直配向ネマティック液晶セルに電界を印加した際に流れる過渡電流の解析解を導出する。液晶セルの配向状態は強アンカリング状態でありダイレクタは基板上で常にθ=θoで固定されていると仮定する。ここでθ0がプレチルト角である。このとき式(9)右辺の積分定数σは基板表面で発生するずれ応力とみなせる。いまσ=0と仮定する。これは液晶分子が基板表面で自由に動くことを示している。さらに電界応答過程において液晶セルのバルク領域におけるダイレクタのチルト角θbは一様に回転し、またバルク領域における電界Ebは時間に依存せず常に一定であると仮定する。このとき式(9)、(10)は解析的に解くことができ、式(13)、式(14)が導かれる。
ここで、β1=α1 2+γ2 2+2α1(α3+α4+α5)、
β2=γ1 2+γ2 2−2γ1(α3+α4+α5)
β3=α2−α4−α5、β4=α2+2α3+α4+α5
β5=γ2 2+α1(α3+α4+α5)、β6=α1γ1+γ2 2、
β7=α1+α3+α4+α5
である。
Here, β 1 = α 1 2 + γ 2 2 + 2α 1 (α 3 + α 4 + α 5 ),
β 2 = γ 1 2 + γ 2 2 -2γ 1 (α 3 + α 4 + α 5 )
β 3 = α 2 -α 4 -α 5 , β 4 = α 2 + 2α 3 + α 4 + α 5
β 5 = γ 2 2 + α 1 (α 3 + α 4 + α 5 ), β 6 = α 1 γ 1 + γ 2 2 ,
β 7 = α 1 + α 3 + α 4 + α 5
It is.
式(13)を導く条件としてα1≠0、β1>0、式(14)を導く条件としてα1≠0、β1<0仮定しているが、これは多くの液晶材料について一般に成り立つ条件である。また過渡電流Iは次式のように導かれる。
ここでSは電極面積である。式(13)、(14)(β1の符号に依存)、および式(15)を連立させ実験結果とのフィッティング(図5)をおこなうことにより、負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料のLeslieの粘性係数およびθoを見積もることができる。 Here, S is an electrode area. Equation (13), (14) (beta 1 dependent on the sign), and by then simultaneous equation (15) performs fitting with the experimental results (Fig. 5), a nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy The Leslie viscosity coefficient and θ o of the material can be estimated.
さらに、負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料のLeslieの粘性係数から回転粘性率(γ1)及び ずり粘度(η2)を見積もることができる。 Furthermore, the rotational viscosity (γ 1 ) and the viscosity coefficient of Leslie of nematic liquid crystal material with negative dielectric anisotropy and The shear viscosity (η 2 ) can be estimated.
液晶材料のずり粘度(η2)を決定するためのこの仮定は、この測定法の大きな利点である。なぜなら今までは古典的なフローの実験によって幾つかの液晶材料の決定をしていたからである[例えば H. Kneppe, F. Schneider, Molecular Crystals and Liquid Crystals, 65 (1981), 23] 。 This assumption for determining the shear viscosity (η 2 ) of the liquid crystal material is a great advantage of this measurement method. This is because some liquid crystal materials have been determined by classical flow experiments so far [for example, H. Kneppe, F. Schneider, Molecular Crystals and Liquid Crystals, 65 (1981), 23].
近年、液晶の光学応答の時間依存性を測定する(ディケイフローを観測)ことが提案されている[S. V. Pasechnik, V.G. Chigrinov, D.V. Shmeliova, V.A. Tsvetkov, A.N. Voronov, Liquid Crystals 31(4), 2004, 585]。しかし、この方法は確度が低く、屈折率異方性が0.2以下の液晶材料では特に確度が低くなる。そのため、この方法は液晶ディスプレイに使用される屈折率異方性が0.15以下の液晶材料の測定には適さない。 In recent years, it has been proposed to measure the time dependence of the optical response of liquid crystals (observation of decay flow) [SV Pasechnik, VG Chigrinov, DV Shmeliova, VA Tsvetkov, AN Voronov, Liquid Crystals 31 (4), 2004, 585]. However, this method has low accuracy, and the accuracy is particularly low for a liquid crystal material having a refractive index anisotropy of 0.2 or less. Therefore, this method is not suitable for measuring a liquid crystal material having a refractive index anisotropy of 0.15 or less used for a liquid crystal display.
(実験結果)
表1に負の誘電率異方性を持つ3種類の液晶材料の回転粘性率の測定結果を示す。測定温度は20℃で、垂直配向膜としてSE-1211(日産化学)を用いた。測定に用いたテストセルのギャップは約22umで、印加電圧は90V、100Vの2種類である。
Table 1 shows the measurement results of the rotational viscosity of three liquid crystal materials with negative dielectric anisotropy. The measurement temperature was 20 ° C., and SE-1211 (Nissan Chemical) was used as the vertical alignment film. The gap of the test cell used for the measurement is about 22um, and there are two types of applied voltages: 90V and 100V.
なお、表1中の「γ1mag」は、“Merck Liquid Crystals”, Physical Properties of Liquid Crystals, Stat. Nov. 1997, Merck KGaAに記載された回転磁界中の液晶のトルクを計測することにより決定された値との比較するためのものである。 “Γ 1 mag” in Table 1 is determined by measuring the torque of the liquid crystal in the rotating magnetic field described in “Merck Liquid Crystals”, Physical Properties of Liquid Crystals, Stat. Nov. 1997, Merck KGaA. This is for comparison with the measured value.
次に、実際に負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の回転粘性率γ1を決定する動作について説明する。 Next, the operation for determining the rotational viscosity γ 1 of a nematic liquid crystal material that actually has a negative dielectric anisotropy will be described.
まず、垂直配向を施した基板で負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料を狭持する液晶テストセル14を図1に示すように設置する。この際、液晶テストセル14は垂直配向されている。つまり、図3に示すように、液晶テストセル14の液晶分子が垂直配向されている。ところで、液晶テストセル14に電界がかけられると、図4に示すように液晶テストセル14の液晶分子が配向される。
First, a liquid
次に、制御部20からの制御信号によりファンクションジェネレータ11は動作を開始する。つまり、ファンクションジェネレータ11は一つの単発パルス電圧を出力する。
Next, the
負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料からなる液晶テストセル14に単発パルス電圧を印加したときには図2に示すような過渡電流Iが流れる。
When a single pulse voltage is applied to the liquid
そして、この過渡電流Iは、電流電圧変換部16、アンプ17、A/Dコンバータ19を介して過渡電流Iに相当する電圧信号に変換されて制御部20に入力される。そして、表示部22に図5の実線で示したように過渡電流Iが表示される。図5の表示例は、実際に測定された過渡電流Iの波形と、式(13)〜(15)のように理論的に計算された過渡電流I´とが整合された状態を示している。
The transient current I is converted into a voltage signal corresponding to the transient current I via the current-
つまり、制御部10は式(15)中に存在する物理特性(α1〜α5、γ1、γ2等)を変化させながら、実際に測定された過渡電流Iの波形と、式(13)〜(15)のように理論的に計算された過渡電流I´をマッチングする機能を有している。 That is, the control unit 10 changes the physical characteristics (α 1 to α 5 , γ 1 , γ 2, etc.) existing in the equation (15) while changing the waveform of the transient current I actually measured and the equation (13). ) To (15) have a function of matching the transient current I ′ calculated theoretically.
そして、マッチングがとれた時の物理特性のうち、回転粘性率(γ1)とずり粘度(η2)が求められる。 Of the physical characteristics when matching is achieved, the rotational viscosity (γ 1 ) and the shear viscosity (η 2 ) are obtained.
また、このマッチングによりプレチルト角θ0も求められる。 Further, the pretilt angle θ 0 is also obtained by this matching.
次に、実際に正の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の回転粘性率γ1を決定する動作について説明する。 Next, a description actually the positive dielectric constant operation of determining the rotational viscosity gamma 1 of the nematic liquid crystal material having anisotropic.
まず、水平配向を施した基板で正の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料を狭持する液晶テストセル14を図1に示すように設置する。この際、液晶テストセル14は水平配向されている。つまり、図7に示すように、液晶テストセル14の液晶分子が水平配向されている。ところで、液晶テストセル14に電界がかけられると、図8に示すように液晶テストセル14の液晶分子が配向される。
First, a liquid
次に、制御部20からの制御信号によりファンクションジェネレータ11は動作を開始する。つまり、ファンクションジェネレータ11は一つの単発パルス電圧を出力する。
Next, the
正の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料からなる液晶テストセル14に単発パルス電圧を印加したときには図6に示すような過渡電流Iが流れる。
When a single pulse voltage is applied to the liquid
そして、この過渡電流Iは、電流電圧変換部16、アンプ17、A/Dコンバータ19を介して過渡電流Iに相当する電圧信号に変換されて制御部20に入力される。
The transient current I is converted into a voltage signal corresponding to the transient current I via the current-
そして、制御部20において過渡電流Iのピーク電流Ipが求められる。
Then, the
このピーク電流Ipを式(1)に代入することにより、正の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の回転粘性率γ1が決定される。 By substituting this peak current Ip into equation (1), the rotational viscosity γ 1 of the nematic liquid crystal material having positive dielectric anisotropy is determined.
なお、上記した実施の形態では、ファンクションジェネレータ11から単発パルス電圧を出力するようにしたが、2以上の単発パルス電圧を出力するようにしても良い。
In the above-described embodiment, the single pulse voltage is output from the
さらに、上記実施の形態では、ROMにプログラムを記憶させておいたが、ハードディスク装置やその他の記録媒体に記憶させておくようにしても良い。 Furthermore, in the above embodiment, the program is stored in the ROM, but it may be stored in a hard disk device or other recording medium.
11…ファンクションジェネレータ、12…アダプティブ・ローパスフィルタ、
13…アンプ、14…液晶テストセル、15…切替スイッチ、16…電流電圧変換部、
17…アンプ、18…ローパスフィルタ、19…A/Dコンパレータ、
20…制御部。
11 ... function generator, 12 ... adaptive low-pass filter,
DESCRIPTION OF
17 ... Amplifier, 18 ... Low-pass filter, 19 ... A / D comparator,
20: Control unit.
Claims (10)
前記液晶テストセルに印加する為の一つあるいはそれ以上の単発パルス電圧を出力する電圧出力手段と、
前記電圧出力手段によって出力される前記単発パルス電圧に重畳されているノイズを除去する為のフィルタ手段と、
前記フィルタ手段によってノイズを除去された前記単発パルス電圧を増幅して前記液晶テストセルに印加する電圧増幅手段と、
前記液晶テストセルに流れた突入電流をグラウンドへ流す為のスイッチング動作を行う切替スイッチ手段と、
前記単発パルス電圧が印加された前記液晶テストセルに流れる過渡電流波形を測定する測定手段と、
前記単発パルス電圧が前記液晶テストセルに印加されたときに前記液晶テストセルに流れる過渡電流波形を理論的に計算する計算手段と、
前記測定手段で測定された過渡電流波形と、前記計算手段で計算された理論的な過渡電流波形とを、前記液晶テストセルの液晶材料における物理特性を変えながら整合させ、両過渡電流波形が整合したときの物理特性を、前記液晶テストセルの液晶材料における物理特性であると決定する決定手段と、
を具備することを特徴とするネマティック液晶材料の物理特性決定装置。 A liquid crystal test cell sandwiching a nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy on a vertically aligned substrate;
Voltage output means for outputting one or more single pulse voltages for application to the liquid crystal test cell;
Filter means for removing noise superimposed on the single pulse voltage output by the voltage output means;
Voltage amplifying means for amplifying the single pulse voltage from which noise has been removed by the filter means and applying it to the liquid crystal test cell;
Changeover switch means for performing a switching operation for flowing an inrush current flowing through the liquid crystal test cell to the ground;
Measuring means for measuring the transient current waveform flowing in the liquid crystal test cell the single pulse voltage is applied,
A calculating means for calculating theoretically the transient current waveforms flowing in the liquid crystal test cell when the single pulse voltage is applied to the liquid crystal test cell,
A transient current waveform measured by the measuring means, said been a theoretical transient current waveform calculated by the calculating means, is aligned while changing the physical properties of the liquid crystal material of the liquid crystal test cell, both transient current waveform matching was physical characteristic when the, determining means for determining said a physical property of the liquid crystal material of the liquid crystal test cell,
Physical characterization device of nematic liquid crystal material characterized by comprising a.
前記電圧出力ステップにおいて出力された前記単発パルス電圧に重畳されているノイズを除去する為のフィルタ処理ステップと、
前記フィルタ処理ステップによってノイズを除去された前記単発パルス電圧を増幅して前記液晶テストセルに印加する電圧増幅ステップと、
前記液晶テストセルに流れた突入電流をグラウンドへ流す為のスイッチング動作を行うスイッチングステップと、
前記単発パルス電圧が印加された前記液晶テストセルに流れる過渡電流波形を測定手段によって測定する測定ステップと、
前記液晶テストセルに一つあるいはそれ以上の単発パルス電圧が印加されたときに前記液晶テストセルに流れる過渡電流波形を理論的に計算する計算ステップと、
前記測定ステップにおいて測定された過渡電流波形と、前記計算ステップにおいて計算された理論的な過渡電流波形とを、前記液晶テストセルの液晶材料の物理特性を変えながら整合させる過渡電流波形整合ステップと、
前記過渡電流波形整合ステップにおいて両過渡電流波形が整合したときの物理特性を、前記液晶テストセルの液晶材料の物理特性であると決定する決定ステップと、
を有することを特徴とする負の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の物理特性決定方法。 And the voltage output step of outputting one or more of the single pulse voltage for applying to the liquid crystal test cell sandwiching a nematic liquid crystal material having a negative dielectric anisotropy substrate subjected to vertical alignment,
A filter processing step for removing noise superimposed on the single pulse voltage output in the voltage output step;
A voltage amplifying step of amplifying the single pulse voltage from which noise has been removed by the filtering step and applying it to the liquid crystal test cell;
A switching step for performing a switching operation for flowing an inrush current flowing through the liquid crystal test cell to the ground;
A measurement step of measuring by the measuring means the transient current waveforms flowing in the liquid crystal test cell the single pulse voltage is applied,
A calculation step for theoretically calculating a transient current waveform flowing in the liquid crystal test cell when one or more single pulse voltages are applied to the liquid crystal test cell ;
A transient current waveforms measured at the measuring step, has been a theoretical transient current waveform calculated in the calculation step, a transient current waveform matching step of Ru aligned while changing the physical properties of the liquid crystal material of the liquid crystal test cell ,
A determining step of determining a physical characteristic when both transient current waveform is aligned in the transient current waveform matching step, a physical property of the liquid crystal material of the liquid crystal test cell,
A method for determining physical properties of a nematic liquid crystal material having negative dielectric anisotropy, characterized by comprising:
前記液晶テストセルに印加する為の一つあるいはそれ以上の単発パルス電圧を出力する電圧出力手段と、
前記電圧出力手段によって出力された前記単発パルス電圧に重畳されているノイズを除去する為のフィルタ手段と、
前記フィルタ手段によってノイズを除去された前記単発パルス電圧を増幅して前記液晶テストセルに印加する電圧増幅手段と、
前記液晶テストセルに流れた突入電流をグラウンドへ流す為のスイッチング動作を行う切替スイッチ手段と、
前記単発パルス電圧が印加された前記液晶テストセルに流れる過渡電流波形を測定する測定手段と、
前記単発パルス電圧が前記液晶テストセルに印加されたときに前記液晶テストセルに流れる過渡電流波形を理論的に計算する計算手段と、
前記測定手段で測定された過渡電流波形のピーク値に基づいて正の誘電率異方性を持つネマティック液晶材料の回転粘性率γ 1 を演算する演算手段と、
を具備することを特徴とするネマティック液晶材料の物理特性決定装置。 A liquid crystal test cell holding a nematic liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy on a horizontally oriented substrate;
Voltage output means for outputting one or more single pulse voltages for application to the liquid crystal test cell;
Filter means for removing noise superimposed on the single pulse voltage output by the voltage output means;
Voltage amplifying means for amplifying the single pulse voltage from which noise has been removed by the filter means and applying it to the liquid crystal test cell;
Changeover switch means for performing a switching operation for flowing an inrush current flowing through the liquid crystal test cell to the ground;
Measuring means for measuring a transient current waveform flowing in the liquid crystal test cell to which the single pulse voltage is applied;
Calculation means for theoretically calculating a transient current waveform flowing in the liquid crystal test cell when the single pulse voltage is applied to the liquid crystal test cell;
Calculation means for calculating the rotational viscosity γ 1 of the nematic liquid crystal material having positive dielectric anisotropy based on the peak value of the transient current waveform measured by the measurement means ;
Physical characterization device of nematic liquid crystal material characterized by comprising a.
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