JPH05203959A - Ferroelectric liquid crystal element - Google Patents

Ferroelectric liquid crystal element

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JPH05203959A
JPH05203959A JP3281692A JP3281692A JPH05203959A JP H05203959 A JPH05203959 A JP H05203959A JP 3281692 A JP3281692 A JP 3281692A JP 3281692 A JP3281692 A JP 3281692A JP H05203959 A JPH05203959 A JP H05203959A
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JP
Japan
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liquid crystal
ferroelectric liquid
substrate
cell
ferroelectric
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JP3281692A
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Japanese (ja)
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Osamu Taniguchi
修 谷口
Yukio Haniyu
由紀夫 羽生
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Canon Inc
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Abstract

PURPOSE:To lessen the increase in cell thickness at the end of a liquid crystal for which a ferroelectric liquid crystal is used by setting the pretilt angle of the ferroelectric liquid crystal at a specific value or above and setting the inter-layer spacing in the structure of the smectic layer substantially constant. CONSTITUTION:Insulating films 33a, 33b and orientation control films 34a, 34b formed of high-pretilt polyimide are laminated on substrates 31a, 31b coated with transparent electrodes 32a, 32b. The oriented films 34a, 34b are subjected to rubbing treatments at the same directions and the directions intersected with each other within angles of a prescribed range. The ferroelectric smectic liquid crystal 35 having >=10 deg. pretilt angle is disposed between the substrates 31a and 31b. The distance between the substrates 31a and 31b is set at the distance sufficiently small to suppress the formation of the spiral arranging structure of the ferroelectric smectic liquid crystal. The ferroelectric smectic liquid crystal 35 generates a bistable direction. This distance is held by spacers 36 disposed between the substrates 31a and 31b.

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、電界の方向に応じてコ
ントラストを識別することができる強誘電性液晶を用い
た液晶素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal element using a ferroelectric liquid crystal capable of discriminating contrast according to the direction of an electric field.

【0002】[0002]

【従来の技術】双安定性を有する液晶素子の使用がクラ
ーク(Clark)及びラガールウォール(Lager
wall)の両者により特開昭56−107216号公
報、米国特許第4,367,924号明細書等で提案さ
れている。双安定性液晶としては、一般にカイラルスメ
クチックC相(SmC* )又はH相(SmH* )を有す
る強誘電性液晶が用いられ、これらの状態において、印
加された電界に応答して第1の光学的安定状態と第2の
光学的安定状態とのいずれかをとり、且つ電界が印加さ
れない時はその状態を維持する性質、即ち双安定性を有
し、また電界の変化に対する応答がすみやかで、高速且
つ記憶型の表示装置等の分野における幅広い利用が期待
されている。
2. Description of the Related Art The use of liquid crystal devices having bistability is described by Clark and Lager Wall.
Both of them have been proposed in JP-A-56-107216, US Pat. No. 4,367,924, and the like. As the bistable liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal having a chiral smectic C phase (SmC * ) or H phase (SmH * ) is generally used, and in these states, the first optical response is made in response to an applied electric field. A stable state or a second optically stable state, and has the property of maintaining that state when an electric field is not applied, that is, bistability, and has a quick response to a change in the electric field, It is expected to be widely used in the field of high speed and memory type display devices.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た強誘電性液晶セルを長時間駆動し続けると、セル端部
のセル厚がしだいに増加していき、黄色に色付いて見え
てくるという問題が認められた。従って、本発明の目的
は、強誘電性液晶を用いる液晶セルにおいて、その端部
でのセル厚の増加を低減することにある。
However, when the above-mentioned ferroelectric liquid crystal cell is continuously driven for a long time, the cell thickness at the cell edge gradually increases, and it becomes visible that it is colored yellow. Admitted. Therefore, it is an object of the present invention to reduce an increase in cell thickness at the end of a liquid crystal cell using a ferroelectric liquid crystal.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は上記課
題を解決したものであり、その第1は、走査電極群と情
報電極群を備えそれぞれ一軸性配向処理が付与された一
対の基板であってその一軸性配向処理軸を互いに平行又
は略平行とした一対の基板間に強誘電性液晶を挟持した
液晶セルにおいて、該強誘電性液晶のプレチルト角が1
0°以上であり、且つ、スメクチック層構造における層
間隔が実質的に一定であることを特徴とする強誘電性液
晶素子であり、第2は走査電極群と情報電極群を備え、
それぞれ一軸性配向処理が付与された第1の基板と第2
の基板とからなる一対の基板と、その基板間に強誘電性
液晶を挟持している液晶素子であって、該液晶が、印加
された電界の方向に応じて基板界面近傍の液晶分子の有
する双極子モーメントの向きが内部方向及び外部方向を
向き、且つ、該各々の基板界面近傍において、該双極子
モーメントが内部方向を向いた状態と外部方向を向いた
状態とでプレチルト角が実質的に等しく、且つ、第1の
基板界面近傍と第2の基板界面近傍において、該双極子
モーメントの向きに依らず、プレチルト角が実質的に等
しい配向状態を有することを特徴とする強誘電性液晶素
子である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to solve the above-mentioned problems. The first one is a pair of substrates each having a scanning electrode group and an information electrode group, each of which is provided with a uniaxial alignment treatment. In a liquid crystal cell in which a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between a pair of substrates whose uniaxial alignment treatment axes are parallel or substantially parallel to each other, the pretilt angle of the ferroelectric liquid crystal is 1
A ferroelectric liquid crystal device, characterized in that it is 0 ° or more and the layer spacing in the smectic layer structure is substantially constant, and the second is provided with a scanning electrode group and an information electrode group,
A first substrate and a second substrate each provided with a uniaxial alignment treatment.
A liquid crystal element in which a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between the pair of substrates consisting of the substrate and the liquid crystal molecules of the liquid crystal molecules near the interface of the substrate in accordance with the direction of the applied electric field. The directions of the dipole moments are inward and outward, and in the vicinity of the respective substrate interfaces, the pretilt angle is substantially in a state in which the dipole moments are inward and in a state in which they are outward. A ferroelectric liquid crystal element having equal alignment states in which the pretilt angles are substantially equal in the vicinity of the first substrate interface and in the vicinity of the second substrate interface, regardless of the direction of the dipole moment. Is.

【0005】本発明者等の研究によれば、上述したセル
端部でのセル厚の増加は駆動により液晶自身が液晶セル
間の特定の方向へ移動することによって、セル端部での
圧力が増加し、その結果セル厚が増加していることが認
められた。液晶分子が液晶セルの中を移動する力の発生
原因は不明だが、おそらく駆動パルスによる交流的な電
界で、液晶分子の双極子モーメントが揺らぐことにより
発生する電気力学的効果であろうと推定される。
According to the research conducted by the present inventors, the increase in the cell thickness at the cell edges as described above causes the liquid crystal itself to move in a specific direction between the liquid crystal cells due to the driving, so that the pressure at the cell edges is increased. It was observed that the cell thickness increased as a result. The cause of the force that the liquid crystal molecules move in the liquid crystal cell is unknown, but it is presumed that it is probably an electrodynamic effect caused by the fluctuation of the dipole moment of the liquid crystal molecules in the alternating electric field due to the driving pulse. ..

【0006】また、図12(a)に示すように本発明者
等の実験によれば、移動の方向62はラビング方向60
と液晶分子の平均分子軸方向61,61’により決まっ
ている。液晶分子の移動方向がこのようにラビングの方
向に依存することから、その現象は基板界面でのプレチ
ルトの状態に依存していることが推測される。平均分子
軸方向61,61’は強誘電性液晶分子の双安定状態に
おける平均的な分子位置を示している。ここで、例え
ば、平均分子軸方向が61で示した状態で液晶がスイッ
チングしない程度の適当な交流電界を印加すると、矢印
62方向に液晶分子が移動する。
Further, as shown in FIG. 12A, according to an experiment by the present inventors, the moving direction 62 is the rubbing direction 60.
And the average molecular axis directions 61 and 61 'of the liquid crystal molecules. Since the moving direction of the liquid crystal molecules depends on the rubbing direction as described above, it is presumed that the phenomenon depends on the pretilt state at the substrate interface. The average molecular axis directions 61 and 61 'indicate average molecular positions in the bistable state of the ferroelectric liquid crystal molecules. Here, for example, when an appropriate AC electric field that does not cause switching of the liquid crystal is applied in the state where the average molecular axis direction is 61, the liquid crystal molecules move in the direction of arrow 62.

【0007】但し、液晶分子の移動方向は液晶材料又は
液晶セルの条件により異なる場合もある。実際の液晶セ
ルでは、図12に示すように、例えばセル全体で液晶分
子位置が矢印61で示した状態にあったとすると、セル
内部で図の紙面の右から左へ液晶の移動が生じる。その
結果、図12(b)に示すように領域63のセル厚が経
時的に厚くなり、色付きを生じてくることになる。液晶
分子が矢印61’で示した状態にあるときには、交流電
界下での移動方向は逆になるが、いずれにせよ、ラビン
グ方向60に対して垂直な方向、即ちスメクチック層内
において液晶の移動が生じる。従って、スメクチック層
構造の状態が一つの因子となっていることが推定され
る。
However, the moving direction of the liquid crystal molecules may differ depending on the conditions of the liquid crystal material or the liquid crystal cell. In an actual liquid crystal cell, as shown in FIG. 12, if the liquid crystal molecule position is in the state shown by arrow 61 in the entire cell, the liquid crystal moves inside the cell from the right side to the left side of the drawing. As a result, as shown in FIG. 12B, the cell thickness in the region 63 becomes thicker with time, and coloring occurs. When the liquid crystal molecules are in the state shown by the arrow 61 ′, the movement direction under the AC electric field is opposite, but in any case, the movement of the liquid crystal in the direction perpendicular to the rubbing direction 60, that is, in the smectic layer. Occurs. Therefore, it is estimated that the state of the smectic layer structure is one factor.

【0008】さらに、この液晶移動現象はセルの配向状
態に依存している。即ち、後述するC2配向ではこの現
象は極めて起こりにくく、C1配向で且つユニフォーム
配向において顕著に観測される。
Further, this liquid crystal movement phenomenon depends on the orientation state of the cell. That is, this phenomenon is extremely unlikely to occur in the C2 orientation described later, and is significantly observed in the C1 orientation and the uniform orientation.

【0009】C1及びC2の2種類の配向状態は、図9
に示すようなスメクチック層のシェブロン構造の違いで
説明されている。図9で、41はスメクチック層、42
はC1配向の領域、43はC2配向の領域を表わす。
Two kinds of orientation states of C1 and C2 are shown in FIG.
It is explained by the difference in the chevron structure of the smectic layer as shown in FIG. In FIG. 9, 41 is a smectic layer and 42
Represents a C1-oriented region, and 43 represents a C2-oriented region.

【0010】スメクチック液晶は一般に層構造をもつ
が、SA 相からSC 相又はSC *相に転移すると層間隔が
縮むので図9のように層が上下基板46a,46bの中
央で折れ曲った構造(シェブロン構造)をとる。折れ曲
る方向は図に示すようにC1とC2の2つ有り得るが、
よく知られているようにラビングによって基板界面の液
晶分子は基板に対して角度をなし(プレチルト)、その
方向はラビング方向Aに向かって液晶分子が頭をもたげ
る(先端が浮いた格好になる)向きである。このプレチ
ルトのためにC1配向とC2配向は弾性エネルギー的に
等価でなく、上述のようにある温度で転移が起こる。ま
た、機械的な歪みで転移が起こることもある。
Smectic liquid crystals generally have a layered structure, but when the S A phase transitions to the S C phase or the S C * phase, the layer spacing shrinks, so that the layers are bent at the centers of the upper and lower substrates 46a and 46b as shown in FIG. Has a different structure (chevron structure). There can be two bending directions, C1 and C2, as shown in the figure.
As is well known, the rubbing causes the liquid crystal molecules at the substrate interface to form an angle with the substrate (pretilt), and the liquid crystal molecules lift their heads in the rubbing direction A (the tip becomes floating). It is facing. Due to this pretilt, the C1 orientation and the C2 orientation are not elastically energy-equivalent, and a transition occurs at a certain temperature as described above. Further, mechanical strain may cause dislocation.

【0011】図9の層構造を平面的にみると、ラビング
方向Aに向ってC1配向からC2配向に移るときの境界
44はジグザグの稲妻状でライトニング欠陥と呼ばれ、
C2からC1に移るときの境界45は幅の広い、ゆるや
かな曲線状でヘアピン欠陥と呼ばれる。
When the layered structure of FIG. 9 is viewed in plan view, the boundary 44 at the time of shifting from the C1 orientation to the C2 orientation in the rubbing direction A is zigzag lightning and is called a lightning defect.
The boundary 45 at the time of moving from C2 to C1 has a wide and gentle curved shape and is called a hairpin defect.

【0012】強誘電性液晶を配向するための相互にほぼ
平行で同一方向の一軸性配向処理が施された一対の基板
を備え、強誘電性液晶のプレチルト角をαC 、チルト角
(コーン角の1/2)をΘ、SC *層の傾斜角をδとし
て、強誘電性液晶が次の数式(1)で表わされる配向状
態を有するようにすると、C1配向状態においてさらに
シェブロン構造を有する4つの状態が存在する。
A pair of substrates, which are substantially parallel to each other and are uniaxially oriented in the same direction for orienting the ferroelectric liquid crystal, are provided. The pretilt angle of the ferroelectric liquid crystal is α C and the tilt angle (cone angle is ½) and the tilt angle of the S C * layer is δ so that the ferroelectric liquid crystal has an alignment state represented by the following mathematical formula (1), it further has a chevron structure in the C1 alignment state. There are four states.

【0013】Θ<αC +δ (1) この4つのC1配向状態は、従来のC1配向状態とは異
なっており、中でも4つのC1配向状態のうちの2つの
状態は、双安定状態(ユニフォーム状態)を形成してい
る。ここで、無電界時のみかけのチルト角をθa とすれ
ば、C1配向状態における4つの状態のうち、次の数式
(2)の関係を示す状態をユニフォーム状態という。
Θ <α C + δ (1) These four C1 orientation states are different from the conventional C1 orientation states. Among them, two of the four C1 orientation states are bistable states (uniform states). ) Is formed. Here, assuming that the apparent tilt angle in the absence of an electric field is θ a , of the four states in the C1 orientation state, the state showing the relationship of the following mathematical expression (2) is called the uniform state.

【0014】Θ>θa >Θ/2 (2) ユニフォーム状態においては、その光学的性質からみて
ディレクタが上下基板間でねじれていないと考えられ
る。図10はC1配向の各状態における基板間の各位置
でのディレクタの配置を示す模式図である。図中51〜
54は各状態においてディレクタをコーンの底面に投影
し(以下「Cディレクタ」と記す)、これを底面方向か
ら見た様子を示しており、51及び52がスプレイ状
態、53及び54がユニフォーム状態と考えられるディ
レクタの配置である。
Θ> θ a > Θ / 2 (2) In the uniform state, it is considered that the director is not twisted between the upper and lower substrates in view of its optical properties. FIG. 10 is a schematic view showing the arrangement of directors at respective positions between substrates in each state of C1 orientation. 51-in the figure
Reference numeral 54 shows a state in which the director is projected on the bottom surface of the cone in each state (hereinafter referred to as “C director”) and seen from the bottom surface direction. 51 and 52 are in a spray state, 53 and 54 are in a uniform state. This is a possible director layout.

【0015】同図から分かるとおり、ユニフォームの2
状態53と54においては、上下いずれかの基板界面の
液晶分子の位置がスプレイ状態の位置と入れ替わってい
る。図11はC2配向を示しており、界面のスイッチン
グはなく内部のスイッチングで2状態55と56があ
る。このC1配向のユニフォーム状態は、従来用いてい
たC2配向における双安定状態よりも大きなチルト角θ
a を生じ、コントラストが高い。
As can be seen from the figure, the uniform 2
In the states 53 and 54, the positions of the liquid crystal molecules on either the upper or lower substrate interface are replaced with the positions in the spray state. FIG. 11 shows the C2 orientation, and there are two states 55 and 56 due to internal switching without interface switching. This uniform state of C1 orientation has a larger tilt angle θ than the bistable state of C2 orientation used conventionally.
a and the contrast is high.

【0016】矢印57は双極子モーメントμsを、また
Aで示した方向はラビング方向を表わしている。
The arrow 57 indicates the dipole moment μs, and the direction indicated by A indicates the rubbing direction.

【0017】本発明者等は前述した液晶の移動という現
象とSC *相でのスメクチック層構造の関係を詳細に調べ
た結果、詳細なメカニズムは不明だが層構造の均一性が
乱れた状態で液晶の移動が起こりやすいことを見い出し
た。即ち、層間隔の均一性が層内又は層間において保た
れていない配向状態において液晶を移動させるトルクが
大きいことを見い出した。以下、この点について説明す
る。
The present inventors have investigated in detail the relationship between the above-mentioned phenomenon of liquid crystal movement and the smectic layer structure in the S C * phase. As a result, the detailed mechanism is unknown but the uniformity of the layer structure is disturbed. We found that liquid crystal movement is likely to occur. That is, it has been found that the torque for moving the liquid crystal is large in the alignment state in which the uniformity of the layer spacing is not maintained within or between the layers. Hereinafter, this point will be described.

【0018】図1はプレチルト角が小さい、例えばαC
≒2°程度の液晶セルにおけるスメクチック層構造を各
々平行ラビングセル、反平行ラビングセルに対して模式
的に表わした図である。低プレチルト角のセルにおいて
は図1のように層構造が均一に形成されていると推定さ
れる。即ち、層間隔が層内及び層間においてほぼ均一で
あると考えられる。
FIG. 1 shows that the pretilt angle is small, for example α C
FIG. 3 is a diagram schematically showing a smectic layer structure in a liquid crystal cell of about 2 ° for a parallel rubbing cell and an antiparallel rubbing cell, respectively. It is estimated that the layer structure is uniformly formed in the cell having the low pretilt angle as shown in FIG. That is, it is considered that the layer spacing is substantially uniform within and between layers.

【0019】層構造の均一性については、例えば“Ph
ysical Review Letters Vol
ume 59,Number 23,2658(198
7)”等に記載されているX線回折法により評価するこ
とができる。図3はその光学配置を示した測定系のブロ
ック図である。30は測定セル、ki、ksは各々入射
X線、散乱X線の波数ベクトルを表わしている。また、
2θB はブラッグ角、θは測定セルの回転角を示してい
る。
Regarding the uniformity of the layer structure, for example, "Ph
ysisal Review Letters Vol
ume 59, Number 23, 2658 (198)
7) ”, etc., and can be evaluated by the X-ray diffraction method. FIG. 3 is a block diagram of a measurement system showing its optical arrangement. 30 is a measurement cell, and ki and ks are incident X-rays, respectively. , Represents the wave vector of the scattered X-rays.
B represents the Bragg angle, and θ represents the rotation angle of the measuring cell.

【0020】ブラッグ角2θB は液晶をセルに入れない
状態で、散乱X線を検出する検出器の散乱中心に対する
角度を走査することによって得られる。
The Bragg angle 2θ B can be obtained by scanning the angle with respect to the scattering center of the detector for detecting scattered X-rays, with the liquid crystal not contained in the cell.

【0021】図2(E)はその測定結果の一例で、検出
器の回転角に対する回折強度を表わしたチャートであ
る。液晶をセルに入れない状態ではセル界面からの束縛
を受けないため液晶固有のバルク状態としての層構造を
ランダムな方向に形成する。従って、ブラッグ条件を満
足する角度、即ちブラッグ角2θB の角度で鋭いピーク
が検出される。このピークの半値幅Γo は測定系の測定
精度、例えばスリットの幅等を変えない限り、ほぼ一定
の値が得られ、回折ピークの半値幅の基準値として用い
ることが可能である。従って、液晶がセルに注入された
状態での層構造の均一性はその回折ピークの半値幅の前
記基準値Γo に対する比で評価することができる。
FIG. 2E is an example of the measurement result and is a chart showing the diffraction intensity with respect to the rotation angle of the detector. Since the liquid crystal is not constrained from the cell interface when it is not put in the cell, a layer structure as a bulk state peculiar to the liquid crystal is formed in random directions. Therefore, a sharp peak is detected at an angle satisfying the Bragg condition, that is, an angle of Bragg angle 2θ B. The full width at half maximum Γ o of this peak is almost constant unless the measurement accuracy of the measurement system, for example, the width of the slit is changed, and it can be used as a reference value for the full width at half maximum of the diffraction peak. Therefore, the uniformity of the layer structure in the state where the liquid crystal is injected into the cell can be evaluated by the ratio of the half width of the diffraction peak to the reference value Γ o .

【0022】図2(A)は前述した低プレチルト角セル
における測定結果で、セルの回転角θに対する回折強度
(任意スケール)を示したものである。測定条件は検出
器の位置を2θB に固定し、セルを回転させたこと以外
は図2(E)と同じである。以下に低プレチルト角セル
(以下「セルA」と記す)について具体例を挙げて説明
する。
FIG. 2A shows the measurement results of the low pretilt angle cell described above and shows the diffraction intensity (arbitrary scale) with respect to the rotation angle θ of the cell. Measurement conditions to fix the position of the detector in 2 [Theta] B, except that rotating the cell is the same as FIG. 2 (E). The low pretilt angle cell (hereinafter referred to as “cell A”) will be described below with reference to specific examples.

【0023】透明電極の付いたガラス基板上の酸化タン
タルの薄膜をスパッタ法で形成し、その上に東レ(株)
製のポリアミド酸LP64の1%NMP溶液をスピンナ
で塗布し270℃で1時間焼成した。次に、この基板を
ラビングし、同じ処理をしたもう1枚の基板と1.5μ
mのギャップを保って張り合わせることによりセルを作
成した。このセルのプレチルト角はクリスタルローテー
ション法によって測定した結果2.5°であった。この
セルにフェニルピリミジンを主成分とする混合液晶であ
って、チルト角が室温で15°、層傾斜角が室温で10
°の強誘電性液晶を注入した。相転移温度は以下の通り
であった。
A thin film of tantalum oxide is formed on a glass substrate having a transparent electrode by a sputtering method, and a thin film of Toray Co., Ltd. is formed on the thin film.
A 1% NMP solution of polyamic acid LP64 manufactured by Co., Ltd. was applied with a spinner and baked at 270 ° C. for 1 hour. Next, this substrate was rubbed, and another substrate that had been subjected to the same treatment was 1.5 μm.
A cell was prepared by laminating with a gap of m. The pretilt angle of this cell was 2.5 ° as measured by the crystal rotation method. This cell is a mixed liquid crystal containing phenylpyrimidine as a main component and has a tilt angle of 15 ° at room temperature and a layer tilt angle of 10 at room temperature.
Injected ferroelectric liquid crystal of °. The phase transition temperature was as follows.

【0024】[0024]

【化1】 この液晶セルは前述の数式(1)を満たさず、配向は前
述したC2配向となる。また、X線回折ピークの半値幅
は図2(A)より約1.4°である。この値は前記基準
値Γo の約28倍であり、バルク状態とセル内で配向し
た状態での液晶の層構造はその秩序度にかなりの差があ
ることがわかる。
[Chemical 1] This liquid crystal cell does not satisfy the above-mentioned formula (1), and the orientation becomes the above-mentioned C2 orientation. Further, the full width at half maximum of the X-ray diffraction peak is about 1.4 ° from FIG. 2 (A). This value is about 28 times the reference value Γ o , and it can be seen that there is a considerable difference in the degree of order between the liquid crystal layer structures in the bulk state and in the aligned state in the cell.

【0025】しかしながら、セルAでは少なくとも本発
明者等が測定した多くのセルの中で最も鋭い回折ピーク
を与え、再現性も極めて良好である。また、層構造の乱
れを示すような配向欠陥もほとんど見当たらない。
However, the cell A gives at least the sharpest diffraction peak among many cells measured by the present inventors, and the reproducibility is extremely good. In addition, alignment defects that show disorder of the layer structure are hardly found.

【0026】従って、実質的には層間隔が一定に保たれ
た、図1(A)で示したように均一な層構造を実現して
いると考えることができ、セルAで検出されるX線回折
ピークの半値幅をもう一つの基準値Γl とすることがで
きる。
Therefore, it can be considered that the uniform layer structure is realized, as shown in FIG. 1A, in which the layer spacing is kept substantially constant, and the X detected in the cell A is realized. The full width at half maximum of the line diffraction peak can be used as another reference value Γ l .

【0027】また、本発明者等の実験によれは、プレチ
ルド角が5°以下であって均一な配向が実現されている
セルであれば、そのX線回折ピークの半値幅は概ね同じ
であるという結果を得ている。
According to experiments conducted by the present inventors, the full width at half maximum of the X-ray diffraction peak is almost the same in a cell in which the pretilt angle is 5 ° or less and uniform alignment is realized. I am getting the result.

【0028】一方、図2(B)〜(D)は高プレチルト
角、例えば10°以上の配向膜を配置した同一セルのX
線回折ピークを示している(これらの回折ピークの半値
幅をΓh とする)。X線回折ピークの半値幅と前述した
液晶の移動速度の関係は後述する実施例及び比較例に沿
って述べる。
On the other hand, FIGS. 2B to 2D show the X of the same cell in which an alignment film having a high pretilt angle, for example, 10 ° or more is arranged.
The line diffraction peaks are shown (the half width of these diffraction peaks is Γ h ). The relationship between the full width at half maximum of the X-ray diffraction peak and the moving speed of the liquid crystal described above will be described along with Examples and Comparative Examples described later.

【0029】次に、基板界面近傍の液晶分子に付帯する
双極子モーメントμsの向きについて、図10のSC1 *
配向を例として説明する。図10の51、52で示した
スプレイ配向では上基板、下基板共に基板界面近傍の液
晶分子のμsは基板から液晶層へと向いており、この向
きを内部方向(インワード inward)と呼ぶ。ま
た、図10の53では下基板側では51、52と同じ向
きであるが、上基板近傍の液晶分子のμsは液晶層から
基板へと向いており、この向きを外部方向(アウトワー
ド outward)と呼ぶ。
Next, with respect to the direction of the dipole moment μs attached to the liquid crystal molecules near the substrate interface, S C1 * in FIG.
Orientation will be described as an example. In the splay alignment shown by 51 and 52 in FIG. 10, μs of liquid crystal molecules near the substrate interface is directed from the substrate to the liquid crystal layer in both the upper substrate and the lower substrate, and this direction is called an inward direction. In FIG. 10, 53 has the same orientation as 51 and 52 on the lower substrate side, but μs of liquid crystal molecules near the upper substrate is oriented from the liquid crystal layer to the substrate, and this orientation is outward (outward outward). Call.

【0030】従来の素子では図10で示したようにμs
の向きによってプレチルト角が異なる配向状態を呈する
のが一般的であった。即ち、μsの向きによって、基板
界面と界面近傍の液晶分子との相互作用が異なるため、
異なるプレチルト角を有した配向状態が一般的であっ
た。
In the conventional device, as shown in FIG.
It was general that the pretilt angle was different depending on the orientation of the. That is, the interaction between the substrate interface and the liquid crystal molecules near the interface varies depending on the direction of μs.
Alignment states with different pretilt angles were common.

【0031】本発明者等は前述した液晶の移動という現
象とSC *相でのプレチルト角αC との関係を詳細に調べ
た結果、現象論的に液晶の移動が上下基板界面近傍にお
けるプレチルト角の差によっても発生することを見い出
した。即ち、プレチルト角が非対称な配向状態におい
て、交流的な駆動パルスが印加されたときに、液晶分子
を移動させるトルクが発生することを見い出したのであ
る。
The inventors of the present invention have investigated in detail the relationship between the above-mentioned phenomenon of liquid crystal movement and the pretilt angle α C in the S C * phase. We also found that it is caused by the difference in angle. That is, it was found that a torque for moving liquid crystal molecules is generated when an AC drive pulse is applied in an alignment state in which the pretilt angle is asymmetric.

【0032】以下、この点について前述したC1ユニフ
ォーム配向を例として説明する。ここでプレチルト角に
対する記号を以下の様に定義する。SC *相において、上
基板近傍の液晶分子のμsがインワードのとき及びアウ
トワードのときのプレチルト角をそれぞれ、α1 Ci ,α
1 Co ,同様に下基板近傍の液晶分子に対して、α2 Ci
α2 Co とする。
This point will be described below by taking the above-mentioned C1 uniform orientation as an example. Here, the symbol for the pretilt angle is defined as follows. In the S C * phase, the pretilt angles when μs of liquid crystal molecules near the upper substrate are inward and outward are α 1 Ci and α, respectively.
1 Co , similarly for liquid crystal molecules near the lower substrate, α 2 Ci ,
α 2 Co.

【0033】また、SA 相における、上基板近傍及び下
基板近傍における液晶分子のプレチルト角をそれぞれ、
α1 A,α2 Aとする。
The pretilt angles of the liquid crystal molecules near the upper substrate and near the lower substrate in the S A phase are
Let α 1 A and α 2 A.

【0034】図7(A)〜(C)は従来の素子における
上下基板近傍及びシェブロン構造の折れ曲り部での液晶
分子のCディレクタ及び双極子モーメントμsを各々、
自発分極PsがUP及びDOWNの各配向状態に対し
て、模式的に表わした図である。この図において各プレ
チルト角αC は、Cディレクタがコーンの射影である円
と交わる点から上下各基板におろした垂線の長さに相当
する。
7A to 7C show the C director and dipole moment μs of liquid crystal molecules near the upper and lower substrates and in the bent portion of the chevron structure in the conventional device, respectively.
It is the figure which represented spontaneous polarization Ps typically about each orientation state of UP and DOWN. In this figure, each pretilt angle α C corresponds to the length of a perpendicular line drawn on each of the upper and lower substrates from the point where the C director intersects with the circle that is the projection of the cone.

【0035】図7(A)は上基板11と下基板12とで
同じ配向処理を行った場合である。この場合、SA 相で
はα1 A=α2 Aであるが、SC *相ではμsの方向の違いに
よりプレチルト角は一般に異なる。例えば、μsがアウ
トワードの時に高いプレチルトを持つとすると、Psが
DOWNの状態で、α2 Co >α1 Ci ,PsがUPの状態
で、α1 Co >α2 Ci の関係で表わされるプレチルト角の
非対称性が発生し、この差分に相当する液晶移動トルク
が交流電界下で発生すると考えられる。また、α1 A=α
2 Aであることから、この差分は等しく|α1 Ci −α2 Co
|=|α1 Co −α2 Ci |であるから、液晶移動トルクは
PsのUPとDOWNの状態で等しく、実験的にも交流
印加下で液晶移動がほぼ同様に行われることが確認され
ている。
FIG. 7A shows the case where the upper substrate 11 and the lower substrate 12 are subjected to the same alignment treatment. In this case, α 1 A = α 2 A in the S A phase, but the pretilt angle generally differs in the S C * phase due to the difference in the direction of μs. For example, if μs has a high pretilt when outward, the pretilt expressed by the relationship of α 1 Co > α 2 Ci when Ps is DOWN, α 2 Co > α 1 Ci and Ps is UP. It is considered that angular asymmetry occurs and a liquid crystal moving torque corresponding to this difference occurs under an AC electric field. Also, α 1 A = α
Since this is 2 A , this difference is equal to | α 1 Ci −α 2 Co
Since | = | α 1 Co −α 2 Ci |, the liquid crystal movement torque is the same in the UP and DOWN states of Ps, and it has been experimentally confirmed that the liquid crystal movement is almost the same under the application of alternating current. There is.

【0036】図7(B)は例えば、上下基板で異なるラ
ビング条件で配向処理を施し、α1 A<α2 Aとした場合を
示している。SA でプレチルト角が上下基板で非対称で
あるから、SC *相ではμsのインワード、アウトワード
でプレチルトが異なるだけでなく、PsのUP、DOW
Nに対しても、図7(A)の様な対称性は崩れる。結果
的に、|α1 A−α2 A|を適正に制御すると、以下の配向
状態が実現できる。
FIG. 7B shows a case where, for example, the upper and lower substrates are subjected to orientation treatment under different rubbing conditions, and α 1 A2 A. Since the pre-tilt angle at S A is asymmetrical between the upper and lower substrates, not only the pre-tilt is different for μs inward and outward in the S C * phase, but also for Ps UP and DOW.
Even for N, the symmetry as shown in FIG. As a result, if | α 1 A −α 2 A | is properly controlled, the following orientation state can be realized.

【0037】[0037]

【数1】 この場合、Ps DOWNの状態で液晶移動が著しく、
Ps UPの状態ではほとんど起こらなくなり、実験的
にも確認されている。
[Equation 1] In this case, liquid crystal movement is remarkable in the Ps DOWN state,
It hardly occurs in the Ps UP state, and it has been confirmed experimentally.

【0038】図7(C)は図7(B)と逆にα1 A<α2 A
とした場合である。図7(B)と同様に議論により、
In contrast to FIG. 7B, FIG. 7C shows α 1 A2 A
That is the case. By the same discussion as in FIG. 7B,

【0039】[0039]

【数2】 が成り立ち、Ps UPの状態で液晶移動が著しく、P
s DOWNの状態ではほとんど起こらない。
[Equation 2] And the liquid crystal movement is remarkable in the Ps UP state,
It hardly happens in the s DOWN state.

【0040】以上述べたように、モデルと実験結果がよ
く対応することから、詳細なメカニズムは不明だが、上
下基板のプレチルト角の非対称という静的な配向状態が
電界下で液晶移動発生の要因となっていることが確かめ
られた。従って、液晶の移動トルクを発生させないため
には上下基板でプレチルト角を対称にする必要がある。
As described above, since the model and the experimental result correspond well with each other, the detailed mechanism is unknown, but the static alignment state of the asymmetry of the pretilt angles of the upper and lower substrates is a cause of the liquid crystal movement under the electric field. It was confirmed that it became. Therefore, in order to prevent the moving torque of the liquid crystal from being generated, it is necessary to make the pretilt angles symmetrical between the upper and lower substrates.

【0041】図6(A)は上下基板でプレチルト角が対
称になる配向状態の一例である。この様な配向状態は、
例えば上下基板で異なる配向膜を形成することにより実
現できる。即ち、上基板11はμsがインワードのとき
が高いプレチルト角を示し、下基板12はμsがアウト
ワードのときに高いプレチルト角を示すように配向条件
を適正に設定し、 α1 Ci =α2 Co , α1 Co =α2 Ci とすることができる。
FIG. 6A shows an example of an alignment state in which the pretilt angles are symmetrical on the upper and lower substrates. Such an alignment state is
For example, it can be realized by forming different alignment films on the upper and lower substrates. That is, the upper substrate 11 has a proper pretilt angle when μs is inward, and the lower substrate 12 has a proper pretilt angle when μs is outward, and α 1 Ci = α 2 Co and α 1 Co = α 2 Ci can be set.

【0042】これまでの議論からわかるように、この条
件を満たした配向状態では確かに液晶の移動は起こらな
いが、液晶分子の上基板から下基板へのねじれを考える
と、PsのDOWNとUPの状態は弾性エネルギー的に
等価でなくなる。即ち、双安定性が成り立たず、図6
(A)の場合はPs UPの状態が安定な単安定状態と
なり、表示素子としての駆動特性上好ましくない。
As can be seen from the discussion so far, the liquid crystal does not actually move in the alignment state satisfying this condition, but considering the twist of the liquid crystal molecules from the upper substrate to the lower substrate, DOWN and UP of Ps are considered. The states of are not elastically equivalent. That is, bistability does not hold, and
In the case of (A), the Ps UP state becomes a stable monostable state, which is not preferable in terms of drive characteristics as a display element.

【0043】以上のことから、液晶移動の防止と双安定
性を両立させるためには図6(B)の配向状態が好まし
い。図6(B)の配向状態はμsのインワードとアウト
ワードに対してプレチルト角が等しく、且つ、上下基板
に対してもプレチルト角が等しくなっている配向状態で
ある。即ち、 α1 Ci =α1 Co =α2 Ci =α2 Co この様な配向が実現されるためには、SC *相でのプレチ
ルト角が基板界面近傍の分子の双極子モーメントの影響
をほとんど受けないこと、及び上下基板で対称なプレチ
ルト角を有することが必要であると考えられることか
ら、 α1 A=α2 A=α1 Ci =α1 Co =α2 Ci =α2 Co (3) なる条件が実質的に満たされている配向状態であると考
えられる。数式(3)を満たす配向状態を実現するため
の具体的手段としては今のところ以下のことが実験的に
有効であると考えられている。 自発分極Psの小さい、例えば10nC/cm2 以下
の液晶材料を用いる。 SC *→SA →SC *の順に相変化させる再配向処理を施
す。 等方相からの徐冷過程又は上記で述べた再配向処理
過程において適当なAC電界を印加する。
From the above, in order to prevent both liquid crystal movement and bistability, the alignment state shown in FIG. 6B is preferable. The alignment state of FIG. 6B is an alignment state in which the pretilt angle is the same for μs inward and outward, and the pretilt angles are also the same for the upper and lower substrates. That is, α 1 Ci = α 1 Co = α 2 Ci = α 2 Co In order to realize such an orientation, the pretilt angle in the S C * phase is influenced by the dipole moment of the molecule near the substrate interface. Since it is considered that it is hardly received and that it is necessary to have a symmetric pretilt angle between the upper and lower substrates, α 1 A = α 2 A = α 1 Ci = α 1 Co = α 2 Ci = α 2 Co ( 3) It is considered that the alignment state is such that the following condition is substantially satisfied. At present, the following is considered to be experimentally effective as a specific means for realizing the orientation state that satisfies the mathematical expression (3). A liquid crystal material having a small spontaneous polarization Ps, for example, 10 nC / cm 2 or less is used. A reorientation treatment for changing the phase in the order of S C * → S A → S C * is performed. An appropriate AC electric field is applied during the slow cooling process from the isotropic phase or the reorientation process described above.

【0044】[0044]

【実施例】【Example】

実施例1 透明電極の付いたガラス基板上の酸価タンタルの薄膜を
スパッタ法で形成し、その上に日立化成(株)製のポリ
アミド酸LQ1802の1%NMP溶液をスピンナで塗
布し270℃で1時間焼成した。次に、この基板をラビ
ングし、同じ処理をしたもう1枚の基板とラビング方向
が上基板と下基板で右ねじ方向に約10°交差し、且つ
その向きが同じとなるように1.5μmのギャップを保
って貼り合わせたセルを作成した。該セルのプレチルト
角はクリスタルローテーション法により17°である。
このセルに前記セルAと同じ混合液晶を注入し、Iso
tropic状態より徐冷した。その後、再配向処理と
して100Hz、±10V程度の交番矩形波を印加しな
がら、SA 相へ昇温し、再びSC *相へ降温する過程を数
回繰り返し、所望の配向を得た(セルBとする)。この
セルの見かけのチルト角θa は約11°で、前述した数
式(1)及び数式(2)を満たしており、従って、均一
なC1ユニフォーム配向が得られるものである。
Example 1 A thin film of acid value tantalum on a glass substrate having a transparent electrode was formed by a sputtering method, and a 1% NMP solution of polyamic acid LQ1802 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. was applied on the thin film by a spinner, and at 270 ° C. It was baked for 1 hour. Next, this substrate is rubbed, and the rubbing direction of another substrate subjected to the same treatment intersects the right-hand screw direction by about 10 ° in the upper substrate and the lower substrate, and the direction is the same 1.5 μm. A bonded cell was created with the gap maintained. The pretilt angle of the cell is 17 ° by the crystal rotation method.
The same mixed liquid crystal as in the cell A was injected into this cell, and Iso
It was gradually cooled from the tropic state. Thereafter, as a reorientation treatment, a process of raising the temperature to the S A phase and then lowering it to the S C * phase again while applying an alternating rectangular wave of 100 Hz and ± 10 V was repeated several times to obtain a desired orientation (cell B). The apparent tilt angle θ a of this cell is about 11 °, which satisfies the above-mentioned formulas (1) and (2), and therefore uniform C1 uniform orientation can be obtained.

【0045】図2(B)はセルBのX線回折ピークであ
り、セルAに匹敵する鋭い回折ピークを示し、Γh は約
1.9°であった。また、偏光顕微鏡による配向観察に
よっても、層構造の乱れによる配向欠陥はほとんど検出
されず、セルAと同様、図1(A)に示したような実質
的に層間隔が一定で、均一な層構造が形成されているこ
とが確認された。
FIG. 2B shows an X-ray diffraction peak of cell B, showing a sharp diffraction peak comparable to that of cell A, and Γ h was about 1.9 °. In addition, the alignment defect due to the disorder of the layer structure was hardly detected by the observation of the orientation with a polarization microscope, and like the cell A, the layer spacing was substantially constant as shown in FIG. It was confirmed that the structure was formed.

【0046】図8は本発明の強誘電性液晶素子を液晶表
示装置へ応用した1例を模式的に描いたものである。
FIG. 8 schematically shows an example in which the ferroelectric liquid crystal element of the present invention is applied to a liquid crystal display device.

【0047】31aと31bは、それぞれIn23
ITO(Indium Tin Oxide)等の透明
電極32aと32bで被覆された基板(ガラス板)であ
り、その上に200〜3000Å厚の絶縁膜33aと3
3b(SiO2 膜、TiO2膜、Ta25 膜など)
と、前述した高プレチルトのポリイミドで形成した50
〜1000Å厚の配向制御膜34aと34bとがそれぞ
れ積層されている。
Reference numerals 31a and 31b denote substrates (glass plates) covered with transparent electrodes 32a and 32b such as In 2 O 3 and ITO (Indium Tin Oxide), respectively, on which an insulating film 33a having a thickness of 200 to 3000 Å is formed. And 3
3b (SiO 2 film, TiO 2 film, Ta 2 O 5 film, etc.)
And 50 made of the above-mentioned high pretilt polyimide
Alignment control films 34a and 34b each having a thickness of up to 1000 Å are laminated.

【0048】配向制御膜34aと34bは同一向きで、
且つその方向が互いに、右ねじ方向に3°〜20°の角
度で交差させたラビング処理が施されている。
The orientation control films 34a and 34b are oriented in the same direction,
Further, the rubbing treatment is performed such that the directions intersect with each other in the right-hand screw direction at an angle of 3 ° to 20 °.

【0049】基板31aと31bとの間には、強誘電性
スメクチック液晶35が配置され、基板31aと31b
との間の距離は、強誘電性スメクチック液晶35のらせ
ん配列構造の形成を抑制するのに十分に小さい距離(例
えば0.1〜3μm)に設定され、強誘電性スメクチッ
ク液晶35は双安定配向状態を生じている。上述の十分
に小さい距離は、基板31aと31bとの間に配置した
ビーズスペーサ36(シリカビーズ、アルミナビーズ)
によって保持される。37a、37bは偏光板である。
このパネルの表示面積は114×228mmである。
A ferroelectric smectic liquid crystal 35 is disposed between the substrates 31a and 31b, and the substrates 31a and 31b are provided.
The distance between the ferroelectric smectic liquid crystal 35 and the ferroelectric smectic liquid crystal 35 is set to be sufficiently small (for example, 0.1 to 3 μm) to suppress the formation of the helical alignment structure of the ferroelectric smectic liquid crystal 35. Is causing a condition. The bead spacer 36 (silica bead, alumina bead) disposed between the substrates 31a and 31b has a sufficiently small distance.
Held by 37a and 37b are polarizing plates.
The display area of this panel is 114 × 228 mm.

【0050】このような構成の表示装置において、前述
した再配処理を施した後、セル全体の配向を、図12
(A)に示す平均分子軸方向21に揃え、パルス巾が2
5μs、電圧振幅が40V、1/2デューティの矩形波
を約7時間印加した後に、図12(B)の領域23にお
けるセル厚(間隙)を測定したところ、初期に比較して
約5%しか増加しなかった。
In the display device having such a structure, after the above-mentioned redistribution processing is performed, the orientation of the entire cell is shown in FIG.
Aligned in the average molecular axis direction 21 shown in (A), the pulse width is 2
The cell thickness (gap) in the region 23 of FIG. 12B was measured after applying a rectangular wave of 5 μs, a voltage amplitude of 40 V, and a 1/2 duty for about 7 hours. Did not increase.

【0051】実施例2 セルBと同じセルをIsotropic状態から徐冷し
た後、再配向処理として、SA 相へ昇温し、再びSC *
へ降温する過程を数回繰り返した(セルCとする)。
Example 2 The same cell as the cell B was gradually cooled from the Isotropic state, and as a reorientation treatment, the process of raising the temperature to the S A phase and then lowering it to the S C * phase again was repeated several times (cell C And).

【0052】図2(C)はセルCのX線回折ピークであ
り、セルAに比べて若干ブロードになっている(Γh
2.4°)ものの、配向観察では若干の配向欠陥が検出
されるだけ、おおよそ均一な層構造が形成されていると
考えられる。さらに、実施例1と同じ液晶表示装置にセ
ルCと同じ再配向処理を施した後、実施例1と同様の評
価を行ったところ、セル厚は初期に比較して約10%し
か増加しなかった。
FIG. 2C shows the X-ray diffraction peak of cell C, which is slightly broader than that of cell A (Γ h
Although it is 2.4 °), it is considered that an approximately uniform layer structure is formed as a result of detecting some alignment defects in the alignment observation. Furthermore, the same liquid crystal display device as in Example 1 was subjected to the same re-orientation treatment as in Cell C, and then the same evaluation as in Example 1 was carried out. As a result, the cell thickness increased by only about 10% compared to the initial stage. It was

【0053】比較例 セルBと同じセルをIsotropic状態から徐冷し
た後、再配向処理を行わなかった(セルD)。
Comparative Example The same cell as the cell B was gradually cooled from the Isotropic state, and then no reorientation treatment was performed (cell D).

【0054】図2(D)はセルDのX線回折ピークであ
り、セルAに比べて相当ブロードになっている(Γh
3.6°)。回折ピークがブロードであるということ
は、スメクチック層の秩序が何らかの形で低下している
ことを意味する。この原因としては例えば図4(A),
(B)で示したように等方相から徐冷した状態では基板
界面の影響を強く受け、そのためにスメクチック層のベ
ンドが発生し、層間隔が一定でない層構造が実現されて
いるものと考えることができるが、詳細なメカニズムは
今のところ不明である。
FIG. 2D shows the X-ray diffraction peak of cell D, which is considerably broader than that of cell A (Γ h
3.6 °). A broad diffraction peak means that the order of the smectic layer is lowered in some way. The cause is, for example, FIG.
As shown in (B), it is considered that in the state of slow cooling from the isotropic phase, the influence of the substrate interface is strongly exerted, so that the smectic layer bends are generated, and the layer structure in which the layer spacing is not constant is realized. Yes, but the detailed mechanism is currently unknown.

【0055】また、配向観察では層構造の乱れによると
思われる配向欠陥が多数検出された。このような配向欠
陥は例えば図5に示したように、層のベンドにより、局
所的に層間隔を一定に保とうとするために、50で示し
た層の不整合による配向欠陥を生じせしめるものと考え
ているが、詳細は不明である。
In the alignment observation, many alignment defects, which are considered to be caused by the disorder of the layer structure, were detected. As shown in FIG. 5, for example, such an alignment defect causes an alignment defect indicated by 50 due to a layer misalignment in order to locally maintain a constant layer interval by the bend of the layer. I am thinking, but the details are unknown.

【0056】実施例1と同じ液晶表示装置にセルD同
様、再配向処理を施さず、実施例1と同様の評価を行っ
たところ、セル厚は初期と比較して約30%増加した。
When the same liquid crystal display device as in Example 1 was subjected to the same evaluation as in Example 1 without subjecting it to re-orientation treatment, the cell thickness was increased by about 30% as compared with the initial stage.

【0057】セルA〜セルDの特性及びそれに対応する
液晶移動によるセル厚変化量の評価結果を表1にまとめ
る。
Table 1 shows the characteristics of the cells A to D and the evaluation results of the cell thickness change amount due to the liquid crystal movement corresponding thereto.

【0058】[0058]

【表1】 実施例3 図8は、本発明第2の一実施例に係る液晶セルを模式的
に示す断面図である。図8に示すように、この液晶セル
は、一対の平行に配置した上基板31a及び下基板31
bと、それぞれの基板に配線した例えば厚さが約400
〜2000Åの透明電極32aと32bを備えている。
上基板31aと下基板31bとの間には強誘電性液晶、
好ましくは少なくとも2つの安定状態をもつ非らせん構
造の強誘電性スメクチック液晶35が配置されている。
透明電極32a及び32b上には、例えば厚さが10〜
1000Åの高分子有機膜、例えばポリイミド樹脂で形
成した配向制御膜34a及び34bが配置されている。
配向制御膜34aと34bには、配向方向が平行且つ同
一向き(図8でいえば矢印Aの方向)になるようにラビ
ング処理してある。ラビングの方向は5°〜20°の角
度で交差させてもよい。また、配向制御膜34a,34
bと透明電極32a,32bとの間に、例えば、厚さが
200〜3000Åの絶縁膜33aと33b(SiO2
膜、TiO2膜、Ta25 膜など)を配置してもよ
い。基板間隔は液晶層35内に散布された平均粒径約
1.5μm(一般に0.1〜3.5μm)のシリカビー
ズ36により保持される。37a及び37bは偏光板で
ある。ここで、上基板31aと下基板31bは実効的に
等しいプレチルト角を発生させるように等価な配向処理
が施されている。
[Table 1] Example 3 FIG. 8 is a sectional view schematically showing a liquid crystal cell according to a second example of the present invention. As shown in FIG. 8, this liquid crystal cell has a pair of upper substrate 31a and lower substrate 31 arranged in parallel.
b and the wiring on each substrate, for example, the thickness is about 400
It is equipped with transparent electrodes 32a and 32b of up to 2000 Å.
Ferroelectric liquid crystal is provided between the upper substrate 31a and the lower substrate 31b,
Preferably, a non-helical ferroelectric smectic liquid crystal 35 having at least two stable states is arranged.
On the transparent electrodes 32a and 32b, for example, a thickness of 10
A 1000Å polymer organic film, for example, alignment control films 34a and 34b formed of a polyimide resin are arranged.
The alignment control films 34a and 34b are rubbed so that the alignment directions are parallel and in the same direction (the direction of arrow A in FIG. 8). The rubbing directions may intersect at an angle of 5 ° to 20 °. In addition, the orientation control films 34a, 34
b and the transparent electrodes 32a and 32b, for example, insulating films 33a and 33b (SiO 2) having a thickness of 200 to 3000 Å, for example.
Film, TiO 2 film, Ta 2 O 5 film, etc.) may be arranged. The space between the substrates is held by silica beads 36 having an average particle diameter of about 1.5 μm (generally 0.1 to 3.5 μm) dispersed in the liquid crystal layer 35. 37a and 37b are polarizing plates. Here, the upper substrate 31a and the lower substrate 31b are subjected to equivalent alignment treatment so as to effectively generate equal pretilt angles.

【0059】強誘電性液晶35としては、カイラルスメ
クチック相状態のものを用いることができ、具体的に
は、カイラルスメクチックC相(SC *)、H相
(SH *)、I相(SI *)の液晶を用いることができる。
[0059] As the ferroelectric liquid crystal 35, it is possible to use a chiral smectic phase state, specifically, a chiral smectic C phase (S C *), H phase (S H *), I phase (S I * ) liquid crystals can be used.

【0060】特に、好ましい強誘電性液晶としては、こ
れより高温側でコレステリック相を示すものを用いるこ
とができ、例えば次式で示す相転移温度及び物性値を有
するピリミジン系混合液晶を用いることができる。
As a particularly preferable ferroelectric liquid crystal, one exhibiting a cholesteric phase on the higher temperature side can be used, and for example, a pyrimidine-based mixed liquid crystal having a phase transition temperature and a physical property value represented by the following formula is used. it can.

【0061】[0061]

【化2】 チルト角Θ=14° 自発分極Ps=4nC/cm2 層の傾斜角δ=10° 見かけのチルト角θa =11° 上記の液晶セルを等方相から徐冷した後、100Hz、
±10V程度の交番矩形波を印加しながら、SA 相へ昇
温し、再びSC *相へ降温し、所望の配向を得た。
[Chemical 2] Tilt angle Θ = 14 ° Spontaneous polarization Ps = 4 nC / cm 2 Layer tilt angle δ = 10 ° Apparent tilt angle θ a = 11 ° After slowly cooling the above liquid crystal cell from the isotropic phase, 100 Hz,
While applying an alternating rectangular wave of about ± 10 V, the temperature was raised to the S A phase and then dropped again to the S C * phase to obtain the desired orientation.

【0062】プレチルト角は、Appl.Phys.L
ett.,Vol.53,No.24,2397(19
88)等に記載の内部全反射法(TIR法)に従って測
定された。
The pretilt angle is Appl. Phys. L
ett. , Vol. 53, no. 24, 2397 (19
88) and the like according to the total internal reflection method (TIR method).

【0063】但し、測定セルは図8に示した上基板31
aにかわって、高屈折率の半球プリズムが使用され、半
球プリズムと接する液晶界面近傍の液晶分子に対するS
A 相でのプレチルト角αA 及び、双極子モーメントμs
のインワード、アウトワードの各状態におけるプレチル
ド角αCi,αCoを各々測定した。プレチルト角は比較的
温度変化が少ないが、少なくとも、SA →SC *相転移温
度TACの前後3℃以内の温度範囲では、 αA ≒αCi≒αCo≒19° であった。
However, the measuring cell is the upper substrate 31 shown in FIG.
Instead of a, a hemispherical prism with a high refractive index is used, and S for liquid crystal molecules near the liquid crystal interface in contact with the hemispherical prism is used.
Pretilt angle α A in phase A and dipole moment μs
The pretilt angles α Ci and α Co in each of the inward and outward states were measured. Pretilt angle is small relatively temperature vary, at least in the temperature range within 3 ° C. before and after S A → S C * phase transition temperature T AC, were α A ≒ α Ci ≒ α Co ≒ 19 °.

【0064】この配向状態は、数式(1)及び数式
(2)を満たしており、従って前述したC1ユニフォー
ム配向が得られるものである。
This orientation state satisfies the equations (1) and (2), and thus the above-mentioned C1 uniform orientation is obtained.

【0065】このような構成のセルにおいて、セル全体
の配向を、図12(A)に示す平均分子軸方向21に揃
え、パルス巾が25μs、電圧振幅が40V、1/2デ
ューティの矩形波を約7時間印加した後に、図12
(B)の領域23におけるセル厚(間隙)を測定したと
ころ、初期に比較して約5%しか増加しなかった。ま
た、双安定性も極めて良好であった。
In the cell having such a structure, the orientation of the entire cell is aligned in the average molecular axis direction 21 shown in FIG. 12A, and a rectangular wave having a pulse width of 25 μs, a voltage amplitude of 40 V, and a 1/2 duty is formed. After applying for about 7 hours, FIG.
When the cell thickness (gap) in the region 23 of (B) was measured, it increased by only about 5% compared to the initial stage. The bistability was also very good.

【0066】比較例2 実施例3と全く同じセルを作成し、等方相から徐冷した
後、その後の再配向処理を行わなかった。
Comparative Example 2 The same cell as in Example 3 was prepared, and after gradually cooling from the isotropic phase, the subsequent reorientation treatment was not performed.

【0067】この配向条件で実施例と同じ方法でプレチ
ルト角を測定したところ、αCo>αCiとなり、その差は
約3°であった。またαA はαCoとαCiのほぼ中央の値
であった。
When the pretilt angle was measured in the same manner as in the example under these orientation conditions, α Co > α Ci , and the difference was about 3 °. In addition, α A was a value around the center of α Co and α Ci .

【0068】このセルに実施例1と同じ条件で電圧を印
加したところ、初期に比較して約30%セル厚が増加し
た。
When a voltage was applied to this cell under the same conditions as in Example 1, the cell thickness increased by about 30% compared to the initial stage.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上説明したように、第1の発明によれ
ば、例えばプレチルト角が10°以上の高プレチルト角
セルであっても、前述した再配向処理を施すことによ
り、スメクチック層の層秩序を高めることができ、その
結果液晶の移動によるセル厚の経時的変化を著しく低減
することが可能となった。
As described above, according to the first aspect of the present invention, even in the case of a high pretilt angle cell having a pretilt angle of 10 ° or more, the layer of the smectic layer can be formed by performing the above-mentioned realignment treatment. The order can be enhanced, and as a result, it has become possible to significantly reduce the change in cell thickness over time due to the movement of liquid crystals.

【0070】スメクチック層の層秩序を高める具体的な
手段としては前述した再配向処理以外にも例えば、 Iso→Sch →SC * の相系列を有する強誘電性液晶を用いることも有効であ
った。
As a specific means for increasing the layer order of the smectic layer, it is effective to use, for example, a ferroelectric liquid crystal having a phase sequence of Iso → S ch → S C * in addition to the re-orientation treatment described above. It was

【0071】また、ラビング軸の方向が上基板と下基板
で逆向きとしたセル(反平行ラビングセル)において
は、前述した液晶の移動という現象はないが、スメクチ
ック層構造の欠陥を解消する手段として前述した再配向
処理は有効であった。
In a cell (antiparallel rubbing cell) in which the directions of the rubbing axes are opposite between the upper substrate and the lower substrate, the phenomenon of liquid crystal movement described above does not occur, but means for eliminating defects in the smectic layer structure. The reorientation treatment described above was effective.

【0072】即ち、反平行ラビングセルにおいても平行
ラビングセル同様、図4(C)のように基板界面の影響
を強く受け、スメクチック層がベンドした状態が、前記
再配向処理により図1(B)のような均一な層構造が形
成されるものと推測するが、詳細は明らかではない。
That is, as in the parallel rubbing cell, the antiparallel rubbing cell is strongly influenced by the substrate interface as shown in FIG. 4C, and the state where the smectic layer is bent is shown in FIG. It is presumed that a uniform layer structure such as the above is formed, but the details are not clear.

【0073】さらに、第2の発明によれば、プレチルト
角を適正化したために、双安定性に優れ、高コントラス
トな配向を実現した強誘電性液晶素子を提供するととも
に、駆動による局所的なセル厚の変動を著しく軽減する
ことができる。
Further, according to the second aspect of the invention, since the pretilt angle is optimized, a ferroelectric liquid crystal element excellent in bistability and realizing high contrast alignment is provided, and a local cell by driving is provided. The thickness variation can be significantly reduced.

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

【図1】本発明におけるスメクチック層構造を示す模式
図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a smectic layer structure in the present invention.

【図2】X線回折法による得られた回折ピークを示すチ
ャート図である。
FIG. 2 is a chart showing diffraction peaks obtained by an X-ray diffraction method.

【図3】X線回折法における光学配置を示すブロック図
である。
FIG. 3 is a block diagram showing an optical arrangement in an X-ray diffraction method.

【図4】従来例におけるスメクチック層構造を示す模式
図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a smectic layer structure in a conventional example.

【図5】配向欠陥を説明するためのスメクチック層構造
を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a smectic layer structure for explaining alignment defects.

【図6】本発明におけるユニフォーム配向状態の基板間
の各位置でのCディレクタの配置を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic view showing the arrangement of C directors at respective positions between substrates in a uniform orientation state according to the present invention.

【図7】従来のユニフォーム配向状態の基板間の各位置
でのCディレクタの配置を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic view showing the arrangement of C directors at respective positions between substrates in a conventional uniform orientation state.

【図8】本発明の液晶表示装置の一例を示す模式図であ
る。
FIG. 8 is a schematic view showing an example of a liquid crystal display device of the present invention.

【図9】C1配向とC2配向の層構造を示す模式図であ
る。
FIG. 9 is a schematic view showing a layer structure of C1 orientation and C2 orientation.

【図10】C1配向の各状態における基板間の各位置で
のディレクタの配置を示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing the arrangement of directors at respective positions between substrates in each state of C1 orientation.

【図11】C2配向の各状態における基板間の各位置で
のディレクタの配置を示す模式図である。
FIG. 11 is a schematic view showing the arrangement of directors at respective positions between substrates in each state of C2 orientation.

【図12】液晶の移動方向を説明するための説明図であ
る。
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining a moving direction of liquid crystal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 上基板 12 下基板 30 測定セル 31a、31b 基板 32a、32b 透明電極 33a、33b 絶縁膜 34a、34b 配向制御膜 35 強誘電性スメクチック液晶 36 スペーサ 37a、37b 偏光板 41 スメクチック層 42 C1配向領域 43 C2配向領域 44 ライトニング欠陥 45 ヘアピン欠陥 50 配向欠陥 51、52 スプレイ配向 53、54 ユニフォーム配向 57 双極子モーメント 60 ラビング方向 61、61’ 平均分子軸方向 11 Upper Substrate 12 Lower Substrate 30 Measurement Cell 31a, 31b Substrate 32a, 32b Transparent Electrode 33a, 33b Insulating Film 34a, 34b Alignment Control Film 35 Ferroelectric Smectic Liquid Crystal 36 Spacer 37a, 37b Polarizing Plate 41 Smectic Layer 42 C1 Alignment Region 43 C2 alignment region 44 Lightning defect 45 Hairpin defect 50 Alignment defect 51,52 Spray alignment 53,54 Uniform alignment 57 Dipole moment 60 Rubbing direction 61,61 'Average molecular axis direction

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 走査電極群と情報電極群を備えそれぞれ
一軸性配向処理が付与された一対の基板であってその一
軸性配向処理軸を互いに平行又は略平行とした一対の基
板間に強誘電性液晶を挟持した液晶セルにおいて、該強
誘電性液晶のプレチルト角が10°以上であり、且つ、
スメクチック層構造における層間隔が実質的に一定であ
ることを特徴とする強誘電性液晶素子。
1. A pair of substrates, each of which includes a scanning electrode group and an information electrode group and which has been subjected to a uniaxial orientation treatment, wherein the uniaxial orientation treatment axes are parallel or substantially parallel to each other. A liquid crystal cell sandwiching a volatile liquid crystal, the pretilt angle of the ferroelectric liquid crystal is 10 ° or more, and
A ferroelectric liquid crystal device characterized in that the layer spacing in the smectic layer structure is substantially constant.
【請求項2】 走査電極群と情報電極群を備え、それぞ
れ一軸性配向処理が付与された第1の基板と第2の基板
とからなる一対の基板と、その基板間に強誘電性液晶を
挟持している液晶素子であって、該液晶が、印加された
電界の方向に応じて基板界面近傍の液晶分子の有する双
極子モーメントの向きが内部方向及び外部方向を向き、
且つ、該各々の基板界面近傍において、該双極子モーメ
ントが内部方向を向いた状態と外部方向を向いた状態と
でプレチルト角が実質的に等しく、且つ、第1の基板界
面近傍と第2の基板界面近傍において、該双極子モーメ
ントの向きに依らず、プレチルト角が実質的に等しい配
向状態を有することを特徴とする強誘電性液晶素子。
2. A pair of substrates each comprising a scanning electrode group and an information electrode group, each of which is provided with a uniaxial alignment treatment and which comprises a first substrate and a second substrate, and a ferroelectric liquid crystal between the substrates. In the sandwiched liquid crystal element, the liquid crystal has a dipole moment of liquid crystal molecules in the vicinity of the interface of the substrate depending on the direction of the applied electric field.
In addition, in the vicinity of each of the substrate interfaces, the pretilt angle is substantially equal between the state in which the dipole moment faces the inner direction and the state in which the dipole moment faces the outer direction, and the pretilt angle is close to the first substrate interface and the second substrate dipole moment. A ferroelectric liquid crystal device having an alignment state in which pretilt angles are substantially equal to each other regardless of the direction of the dipole moment in the vicinity of a substrate interface.
【請求項3】 強誘電性液晶のスメクチック層構造によ
る回折として得られる、層の傾き角に対する回折強度で
表わされたX線回折ピークにおいて、該強誘電性液晶が
液晶セルに注入されないバルク状態での半値幅をΓo
該液晶セルに注入した後での半値幅をΓh とした時、 20<Γh /Γo <50 の関係で表わされる配向状態を有することを特徴とする
請求項1記載の強誘電性液晶素子。
3. A bulk state in which the ferroelectric liquid crystal is not injected into a liquid crystal cell at an X-ray diffraction peak, which is obtained as a diffraction by a smectic layer structure of the ferroelectric liquid crystal and is expressed by a diffraction intensity with respect to a tilt angle of the layer. The half width at Γ o ,
2. The ferroelectric liquid crystal according to claim 1, wherein the ferroelectric liquid crystal has an alignment state represented by a relationship of 20 <Γ h / Γ o <50 when a half width after injection into the liquid crystal cell is Γ h. element.
【請求項4】 強誘電性液晶のプレチルト角が5°以下
である液晶素子における前記X線回折ピークの半値幅を
Γl としたとき、該液晶素子の半値幅Γh が、 1<Γh /Γl <2 の関係で表わされる配向状態を有することを特徴とする
請求項1記載の強誘電性液晶素子。
4. When the full width at half maximum of the X-ray diffraction peak in a liquid crystal element in which the pretilt angle of the ferroelectric liquid crystal is 5 ° or less is Γ l , the full width at half maximum Γ h of the liquid crystal element is 1 <Γ h The ferroelectric liquid crystal device according to claim 1, having an alignment state represented by a relationship of / Γ l <2.
【請求項5】 強誘電性液晶のプレチルト角をαC 、チ
ルト角をΘ、SC *層の傾斜角をδとすれば、強誘電性液
晶が、 Θ<αC +δ で表わされる配向状態を有し、且つ該配向状態における
強誘電性液晶が少なくとも2つの安定状態を示し、それ
らの光学軸のなす角度の1/2であるθa と強誘電性液
晶のチルト角Θとが Θ>θa >Θ/2 で表わされる配向状態を有する請求項1又は2記載の強
誘電性液晶素子。
5. When the pretilt angle of the ferroelectric liquid crystal is α C , the tilt angle is Θ, and the tilt angle of the S C * layer is δ, the ferroelectric liquid crystal has an alignment state represented by Θ <α C + δ. And the ferroelectric liquid crystal in the alignment state exhibits at least two stable states, and θ a , which is ½ of the angle formed by the optical axes thereof, and the tilt angle Θ of the ferroelectric liquid crystal are θ> The ferroelectric liquid crystal device according to claim 1 or 2, which has an alignment state represented by θ a > θ / 2.
【請求項6】 一軸性配向処理軸の方向が同一で且つ上
基板と下基板とで角度θc (ただし、θc <90°)で
交差していることを特徴とする請求項1又は2記載の強
誘電性液晶素子。
6. The uniaxial alignment treatment axis has the same direction, and the upper substrate and the lower substrate intersect at an angle θ c (where θ c <90 °). The ferroelectric liquid crystal device described.
【請求項7】 一軸性配向処理軸の方向が逆で且つ上基
板と下基板とで角度θc (ただし、θc <90°)で交
差していることを特徴とする請求項1記載の強誘電性液
晶素子。
7. The method according to claim 1, wherein the directions of the uniaxial alignment treatment axes are opposite and the upper substrate and the lower substrate intersect at an angle θ c (where θ c <90 °). Ferroelectric liquid crystal element.
【請求項8】 一軸性配向処理がラビング処理であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の強誘電性液晶素子。
8. The ferroelectric liquid crystal device according to claim 1, wherein the uniaxial alignment treatment is a rubbing treatment.
【請求項9】 強誘電性液晶がカイラルスメクチック相
の高温側にスメクチックA相(SA 相)を有しており、
該SA 相における、第1の基板近傍と第2の基板近傍の
液晶分子のプレチルト角(αA )が実質的に等しくさら
に、αA がカイラルスメクチック相におけるプレチルト
角αC と実質的に等しい配向状態を有することを特徴と
する請求項2記載の強誘電性液晶素子。
9. The ferroelectric liquid crystal has a smectic A phase (S A phase) on the high temperature side of the chiral smectic phase,
The pretilt angles (α A ) of liquid crystal molecules near the first substrate and the second substrate in the S A phase are substantially equal, and α A is substantially equal to the pretilt angle α C in the chiral smectic phase. The ferroelectric liquid crystal device according to claim 2, having an alignment state.
JP3281692A 1992-01-24 1992-01-24 Ferroelectric liquid crystal element Pending JPH05203959A (en)

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EP98100899A EP0844510A1 (en) 1992-01-24 1993-01-22 Ferroelectric liquid crystal device and treatment method therefor
DE69320073T DE69320073T2 (en) 1992-01-24 1993-01-22 Method of treating a chiral smectic liquid crystal device
AT93100950T ATE169414T1 (en) 1992-01-24 1993-01-22 METHOD FOR TREATING A CHIRAL SMECTIC LIQUID CRYSTAL DEVICE
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US08/554,031 US5543943A (en) 1992-01-24 1995-11-06 Chiral smectic device subjected to a simultaneous thermal and AC field treatment

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