JPH0545929B2 - - Google Patents

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JPH0545929B2
JPH0545929B2 JP61300140A JP30014086A JPH0545929B2 JP H0545929 B2 JPH0545929 B2 JP H0545929B2 JP 61300140 A JP61300140 A JP 61300140A JP 30014086 A JP30014086 A JP 30014086A JP H0545929 B2 JPH0545929 B2 JP H0545929B2
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JP
Japan
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liquid crystal
substrate
display
crystal molecules
molecules
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP61300140A
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Japanese (ja)
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JPS63155034A (en
Inventor
Akihiro Mochizuki
Fumyo Onda
Toshiaki Yoshihara
Masayuki Iwasaki
Yasuo Yamagishi
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Priority to EP19870310886 priority patent/EP0271344B1/en
Priority to DE19873750027 priority patent/DE3750027T2/en
Priority to CA000554078A priority patent/CA1304485C/en
Publication of JPS63155034A publication Critical patent/JPS63155034A/en
Priority to US07/662,103 priority patent/US5189535A/en
Priority to US07/928,767 priority patent/US5278684A/en
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、リフレツシユ駆動可能な大容量液晶
表示素子において、応答速度が遅い、視野角が狭
い、コントラスト比が低いという従来の問題点を
解決するため、液晶表示素子を構成する基板表面
上の液晶配向膜による液晶分子配向規制力によつ
てコレステリツク相液晶のら旋構造を解消し、強
力な液晶分子配向規制力で液晶分子をユニホーム
に配列させ、電界印加で旋光性を有する液晶分子
の向きをわずかに変えることで、入射光の旋光度
を変え、透過光量を大きく変えることにより、大
容量表示、高速応答、広い視野角、および高いコ
ントラスト比を実現するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] The present invention solves the conventional problems of slow response speed, narrow viewing angle, and low contrast ratio in large-capacity liquid crystal display elements that can be refresh driven. The helical structure of the cholesteric phase liquid crystal is eliminated by the liquid crystal molecule orientation regulating force of the liquid crystal alignment film on the surface of the substrate that constitutes the display element, and the liquid crystal molecules are aligned in a uniform form with the strong liquid crystal molecule alignment regulating force, and an electric field is applied. By slightly changing the orientation of liquid crystal molecules that have optical rotation, the angle of optical rotation of incident light is changed, and the amount of transmitted light is greatly changed, achieving large-capacity display, high-speed response, wide viewing angle, and high contrast ratio. It is something.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は液晶表示素子に関し、更に詳しくはリ
フレツシユ駆動による大容量表示液晶表示素子の
高速応答化、広視野角化、および高コントラスト
化を実現するための液晶表示素子に関する。
The present invention relates to a liquid crystal display element, and more particularly to a liquid crystal display element for realizing high-speed response, wide viewing angle, and high contrast of a large-capacity liquid crystal display element using refresh drive.

〔従来技術および発明が解決しようとする問題点〕[Prior art and problems to be solved by the invention]

液晶表示は電卓、腕時計からハンドヘルドコン
ピユータ、ワードプロセツサ、携帯用テレビに至
るまで多種多様な用途が開発されている。このよ
うな状況の中で、液晶表示素子には最近特に、従
来のCRT(陰極線管)に代わるデイスプレイ装置
としての役割が求められるようになつて来てい
る。CRTは発光デイスプレイであり作業者の眼
精疲労が、また奥行きが深いため装置全体の奥行
きが大きくなることおよびデザイン上の制約があ
るなどの理由から、目がつかれない反射型でコン
パクトなフタルトパネルデイスプレイが強く求め
られている。液晶表示はこの目的に最も近い素子
として一部使われ出してはいるものの、機能的に
はCRTに今一歩追いついていないのが現状であ
る。特に表示速度に関しては、一画面あたり数百
ミリ秒と遅いため、動画表示には事実上用いられ
ない。また、単位時間あたりの書き換え回数を減
らして表示することにより疑似的動画表示を行う
ことは可能であるが、視野角がせばまる、コント
ラスト比が低下するなどの問題が生ずるため、高
速応答、広視野角、高コントラスト比が可能な液
晶表示素子が強く求められている。
Liquid crystal displays have been developed for a wide variety of uses, from calculators and wristwatches to handheld computers, word processors, and portable televisions. Under these circumstances, liquid crystal display elements have recently been particularly sought after to play a role as a display device in place of the conventional CRT (cathode ray tube). CRTs are light-emitting displays that cause eye strain for workers, and because they are deep, the overall depth of the device increases, and there are design constraints. Panel displays are in high demand. Although liquid crystal displays have begun to be used in some areas as the closest device to this purpose, they currently have not yet caught up with CRTs in terms of functionality. In particular, the display speed is slow at several hundred milliseconds per screen, so it is virtually unusable for video display. In addition, it is possible to display a pseudo-video by reducing the number of rewrites per unit time, but this causes problems such as narrowing the viewing angle and reducing the contrast ratio. There is a strong demand for liquid crystal display elements capable of wide viewing angles and high contrast ratios.

ところで、従来のリフレツシユ駆動液晶表示に
はツイステツドネマテイツク(TN)型あるい
は、TNの変形であるスーパーツイスト複屈折効
果(SBE)型がある。どちらの表示モードも第
4図に示すように液晶を平行配向させ上下基至に
施す配向処理によつて液晶分子を連続的に上から
下にかけて90度から270度ひねつたものである。
このパネルを2枚の偏光フイルム中に置き、電界
のオン/オフによつて液晶分子の並び方を変える
ことにより表示を行うものである。
By the way, conventional refresh driven liquid crystal displays include the twisted nematic (TN) type and the super twisted birefringence effect (SBE) type, which is a modification of the TN. In both display modes, as shown in FIG. 4, the liquid crystal molecules are aligned in parallel, and the liquid crystal molecules are continuously twisted from 90 degrees to 270 degrees from top to bottom by an alignment process applied to the upper and lower bases.
This panel is placed between two polarizing films, and display is performed by changing the arrangement of liquid crystal molecules by turning on and off an electric field.

ところでワードプロセツサ、ハンドヘルドコン
ピユータなどに一部使われているTN、SBEはリ
フレツシユ駆動であり、ある程度の大容量表示が
可能である。このため、これらはキヤラクタデイ
スプレイとして用いられている。TN型および、
SBE型は第4図に示すように基板に対し水平に
配向した液晶分子を、上基板から下基板にかけて
ひねつており、基板に対し垂直方向から入射した
光に対し、液晶層全体として複屈折効果を持ち、
光の振動方向のスイツチを行つている。このよう
に従来タイプのTN、SBEでは、液晶分子集団の
連続的方向転換に伴う光の振動面の回転によつて
表示を行うため、駆動用電界が印加されると液晶
分子同志の相互作用に打ち勝つて個々の液晶分子
が水平配向から垂直配向に方向転換するのに数十
ミリ〜数百ミリ秒を要する。特に大容量表示が可
能なSBEではマトリクス電極による時分割駆動
において選択点に印加される実効電圧VSと非選
択点に印加される実効電圧VNSの比VS/VNSが小
さくとれる、すなわち印加電圧に対する光透過率
の立上りが急峻であるため、選択点と非選択点の
スイツチング時の印加電圧比が小さく、その結果
液晶分子の向きを変える力が弱くなり応答が遅く
なる。これは、上基板から下基板にかけて連続的
に液晶分子の向きを変えるため、液晶層の厚み方
向に沿つて、液晶分子を配向させる力に連続的な
勾配を持つ結果、電界印加時、配向力の弱い所か
ら徐々に向きを変えるためである。さらに、応答
時間は遅いものの比較的高コントラスト比で大容
量表示可能なSBEは、表示の背景に黄色又は紺
色の色がつくため、カラーフイルタ方式のカラー
表示が事実上できないという欠点がある。
By the way, TN and SBE, which are used in some word processors, handheld computers, etc., are refresh driven and are capable of displaying a certain amount of large capacity. For this reason, these are used as character displays. TN type and
As shown in Figure 4, the SBE type has liquid crystal molecules oriented horizontally to the substrate and twisted from the upper substrate to the lower substrate, and the entire liquid crystal layer has a birefringence effect when light enters the substrate from a direction perpendicular to the substrate. have
It switches the direction of vibration of light. In this way, conventional types of TN and SBE perform display by rotating the plane of vibration of light due to continuous direction changes of a group of liquid crystal molecules, so when a driving electric field is applied, interactions between liquid crystal molecules occur. It takes several tens of milliseconds to several hundred milliseconds for individual liquid crystal molecules to overcome the problem and change direction from horizontal alignment to vertical alignment. In particular, in an SBE capable of displaying a large capacity, the ratio V S /V NS of the effective voltage V S applied to a selected point and the effective voltage V NS applied to a non-selected point can be kept small in time-division drive using matrix electrodes , i.e. Since the light transmittance rises steeply with respect to the applied voltage, the applied voltage ratio during switching between the selected point and the non-selected point is small, and as a result, the force for changing the direction of the liquid crystal molecules becomes weak and the response becomes slow. This is because the direction of the liquid crystal molecules changes continuously from the upper substrate to the lower substrate, so there is a continuous gradient in the force that orients the liquid crystal molecules along the thickness direction of the liquid crystal layer.As a result, when an electric field is applied, the alignment force This is to gradually change direction from the weak point. Furthermore, SBE, which has a slow response time but is capable of displaying a large capacity with a relatively high contrast ratio, has the disadvantage that it is virtually impossible to perform color display using a color filter method because the background of the display is colored yellow or dark blue.

このような状態に鑑み、以上の問題点を解決せ
んとして強誘電性液晶を利用する表示素子が提案
されている。すなわち、Noel、A.Clarkらによつ
て報告された強誘電性液晶表示(FLC)は、
(Appl.Phys Lett.、36 899(1980))カイラルスメ
クテイツクC又はスメクテイツクH相液晶を基板
に平行に配向させることを特徴としている。カイ
ラルスメクテイツクC、スメクテイツクH液晶は
基板に平行にユニホームに配列することによつて
基板に上向き又は下向きに個々の液晶分子の双極
子モーメントの向きがそろい、その結果自発分極
が発生する。この自発分極の基板に対する向きを
上・下反転させることによつて光のスイツチング
を行う方法がFLCである。FLCは液晶の自発分
極を駆動源とするため、外部電界と自発分極の強
いカツプリングにより高速応答可能、一度反転し
た自発分極は再び逆極性の電界を印加しない限り
前の状態を維持するというメモリ機能を有してい
る。
In view of this situation, display elements using ferroelectric liquid crystals have been proposed to solve the above problems. In other words, the ferroelectric liquid crystal display (FLC) reported by Noel, A.Clark et al.
(Appl. Phys Lett., 36 899 (1980)) It is characterized by aligning chiral smect C or smect H phase liquid crystal parallel to the substrate. By arranging the chiral smect C and smect H liquid crystals in a uniform manner parallel to the substrate, the dipole moments of the individual liquid crystal molecules are aligned upwardly or downwardly toward the substrate, resulting in spontaneous polarization. FLC is a method of switching light by reversing the direction of this spontaneous polarization relative to the substrate upwards and downwards. FLC uses the spontaneous polarization of the liquid crystal as its driving source, so it can respond quickly due to the strong coupling between the external electric field and the spontaneous polarization.Once the spontaneous polarization is reversed, it has a memory function that maintains the previous state unless an electric field of the opposite polarity is applied again. have.

しかし、FLCは層構造を持つカイラルスメク
テイツクC、スメクテイツクH液晶を用いるた
め、層構造をくずさずに個々の分子を基板に平行
に配向させることが困難であるばかりか、仮に所
望の配向が得られたとしても、層構造は熱的に不
安定であるためヒートサイクル、メカニカルシヨ
ツクなどによつてこわれやすいという欠点があつ
た。
However, since FLC uses chiral smectate C and smectate H liquid crystals that have a layered structure, it is difficult to align individual molecules parallel to the substrate without destroying the layered structure, and even if the desired orientation is not achieved. Even if they were obtained, they had the disadvantage that the layered structure was thermally unstable and easily damaged by heat cycles, mechanical shocks, etc.

〔問題点を解決するための手段、作用および発明の効果〕[Means for solving the problem, action, and effects of the invention]

本発明は、以上説明した諸問題を全て解決し、
応答速度が速くしかも視野角度が広く大容量表示
を可能とする液晶表示を提供するものであり、こ
の液晶表示は、基板界面の強い配向規制力によ
り、旋光性を有するコレステリツク相液晶のら旋
構造を解消し、個々の液晶分子の長軸を互いに平
行に、かつ、少なくとも一方が透明な電極付基板
表面に対し同一方向を向き、かつ分子長軸が基板
表面に対し一様に平行、垂直あるいは傾斜配列し
たことを特徴とする。
The present invention solves all the problems explained above,
We provide a liquid crystal display that has a fast response speed, wide viewing angle, and enables large-capacity display.This liquid crystal display has a helical structure of cholesteric phase liquid crystal with optical rotation due to the strong alignment regulating force of the substrate interface. The long axes of the individual liquid crystal molecules are parallel to each other, at least one of them is oriented in the same direction with respect to the surface of the transparent electrode-attached substrate, and the long axes of the molecules are uniformly parallel, perpendicular, or perpendicular to the surface of the substrate. It is characterized by an inclined arrangement.

ここで分子長軸とは、棒状液晶分子の長手方向
の軸を意味するものとする。
Here, the term "long axis of the molecule" means the axis in the longitudinal direction of rod-like liquid crystal molecules.

すなわち、本発明はコレステリツク相を示す液
晶をパネルギヤツプの狭いセル内に封入し、液晶
分子配向膜による液晶分子配向規制力をパネルの
上基板から下基板まで均一に近い状態で働かせる
ことにより液晶分子をある特定の方向(例えば基
板に平行、垂直、傾斜等)に配向させ、コレステ
リツク相のら旋構造を解消させることによつて大
容量表示と高速表示を同時に可能ならしめるもの
である。つまり、本発明の液晶表示装置は、本来
ら旋構造を示すコレステリツク相液晶を配向規制
力によつて強制的にユニホーム配向させることを
その本質とする。この配向させた液晶を以下
PAC(Parallel Aligned Chiralnematic)と呼
ぶ。
That is, in the present invention, liquid crystal exhibiting a cholesteric phase is sealed in a narrow cell of a panel gap, and the liquid crystal molecules are controlled by a liquid crystal molecule alignment film that acts almost uniformly from the upper substrate to the lower substrate of the panel. By oriented in a specific direction (for example, parallel to, perpendicular to, or inclined to the substrate) and eliminating the helical structure of the cholesteric phase, large-capacity display and high-speed display are simultaneously possible. In other words, the essence of the liquid crystal display device of the present invention is to forcibly align the cholesteric phase liquid crystal, which originally has a helical structure, in a uniform orientation using an alignment regulating force. This oriented liquid crystal is shown below.
It is called PAC (Parallel Aligned Chiralnematic).

本発明においてコレステリツク相液晶は、コレ
ステリツク液晶(ステロイド系液晶)、カイラル
ネマテイツク液晶、ネマテイツク液晶およびコレ
ステリツク液晶又はカイラルネマテイツク液晶の
混合液晶(コレステリツク液晶、カイラルネマテ
イツク液晶の組成比は混合組成物全体の3重量%
以上)、あるいはネマテイツク液晶および液晶と
の相溶性が十分にある光学活性物質(例えば、l
−メントール又はl−アドレナリン)との混合物
(光学活性物質の混合比率は混合物全体の3重量
%以上)のいずれかである。また、コレステリツ
ク相液晶は室温、電界無印加時に示すら旋ピツチ
の大きさが1.5μm以下である。これは、ら旋ピツ
チが長い液晶では、パネル内に封入し、強い配向
規制力でら旋をほどいても旋光性が十分大きくな
らないため、光のスイツチングが不十分となるた
めである。一般に、ら旋解消状態では、ら旋ピツ
チが短いほど旋光能が高くなるため、効果的な表
示を行うためには1.5μm以下のピツチ長にする必
要がある。
In the present invention, cholesteric phase liquid crystals include cholesteric liquid crystals (steroidal liquid crystals), chiral nematic liquid crystals, nematic liquid crystals, and mixed liquid crystals of cholesteric liquid crystals or chiral nematic liquid crystals (the composition ratio of cholesteric liquid crystals and chiral nematic liquid crystals is the same as that of the entire mixed composition). 3% by weight of
above), or nematic liquid crystals and optically active substances with sufficient compatibility with liquid crystals (for example, l
- menthol or l-adrenaline) (mixing ratio of optically active substance is 3% by weight or more of the entire mixture). Further, the cholesteric phase liquid crystal exhibits a helical pitch size of 1.5 μm or less at room temperature and when no electric field is applied. This is because a liquid crystal with a long helical pitch does not have a sufficiently large optical rotation even if it is sealed in a panel and the spiral is unwound using a strong alignment control force, resulting in insufficient light switching. In general, in a state in which the helix is resolved, the shorter the helical pitch, the higher the optical rotation power, so in order to display effectively, the pitch length needs to be 1.5 μm or less.

またコレステリツク相液晶の、基板表面上の液
晶配向膜との界面相互作用によつて配向規制を受
ける層(アンカリング層)の厚さは、液晶層全体
の厚さの1/3以上を必要とする。
In addition, the thickness of the layer (anchoring layer) of the cholesteric phase liquid crystal whose alignment is regulated by interfacial interaction with the liquid crystal alignment film on the substrate surface must be at least 1/3 of the thickness of the entire liquid crystal layer. do.

PACでは上基板から下基板にかけて一様に液
晶を配列させるところに特徴がある。すなわち一
様に配列しているために印加電界に対しどの部分
の液晶も一様に応答する。このとき、液晶を一様
に配列させるための配向規制力が弱い、すなちア
ンカリング層の厚さが薄いと印加した電界にすぐ
液晶分子が応答してしまうため、明確なしきい値
(電界−光透過率)がなくなりリフレツシユ駆動
による大容量表示が不可能となる。従つて、しき
い値を急峻にして大容量表示を行うためには、で
きるだけアンカリング層を厚くして印加電界に対
し液晶分子の動きを制御する必要がある。このた
めにはアンカリング層の厚さが、液晶層全体の1/
3以上なければならない。1/3あれば、液晶分子同
志の分子間相互作用によりアンカリング層以外の
液晶も強く規制されるからである。しかし、アン
カリング層は厚いほど、有効であることは言うま
でもない。
PAC is unique in that the liquid crystals are arranged uniformly from the top board to the bottom board. That is, since the liquid crystals are uniformly arranged, the liquid crystals in any part respond uniformly to the applied electric field. At this time, if the alignment regulating force for uniformly aligning the liquid crystal is weak, that is, if the thickness of the anchoring layer is thin, the liquid crystal molecules will respond immediately to the applied electric field. -Light transmittance) is lost, making large-capacity display by refresh drive impossible. Therefore, in order to steepen the threshold value and perform large-capacity display, it is necessary to make the anchoring layer as thick as possible to control the movement of liquid crystal molecules in response to the applied electric field. For this purpose, the thickness of the anchoring layer must be 1/1/2 of the entire liquid crystal layer.
Must be 3 or more. This is because if it is 1/3, liquid crystals other than the anchoring layer are also strongly regulated due to intermolecular interactions between liquid crystal molecules. However, it goes without saying that the thicker the anchoring layer, the more effective it is.

第1図は本発明の液晶表示素子の一例を示すも
のである。ガラス基板1には透明電極2が設けら
れこの透明電極表面には配向膜3が付着せられて
いる。この配向膜は、有機ポリマーを電極に塗布
又は無機化合物を電極に蒸着して成る。このよう
に構成したセルにコレステリツク相液晶5を封入
しパネルを構成する。更に実施にあたつて偏光フ
イルム4をパネルに取りつける。
FIG. 1 shows an example of a liquid crystal display element of the present invention. A transparent electrode 2 is provided on a glass substrate 1, and an alignment film 3 is attached to the surface of this transparent electrode. This alignment film is formed by applying an organic polymer to the electrodes or depositing an inorganic compound onto the electrodes. A cholesteric phase liquid crystal 5 is sealed in the cell thus constructed to form a panel. Further, during implementation, a polarizing film 4 is attached to the panel.

このように構成した液晶表示素子に電界を印加
し駆動させた場合、パネルギヤツプが狭いことに
起因し、前記のように液晶分子配向膜による分子
配向規制力(アンカリング)が上基板から下基板
までずつと働くことにより、全ての液晶分子は基
板に平行、垂直、傾斜(第1図ではやや傾斜)状
態でユニホームに配向する。
When an electric field is applied to drive a liquid crystal display element configured in this way, due to the narrow panel gap, the molecular alignment regulating force (anchoring) by the liquid crystal molecular alignment film is applied from the upper substrate to the lower substrate as described above. By working together, all the liquid crystal molecules are aligned in a uniform manner parallel to, perpendicular to, or inclined (slightly inclined in FIG. 1) to the substrate.

配向規制力によつてら旋構造を解消したコレス
テリツク相液晶を、基板に平行、垂直あるいは傾
斜配向させ、個々の液晶分子が互いに平行に配向
したユニホーム状態にすると液晶分子は配向規制
力によつて強い力で固定される。
When the cholesteric phase liquid crystal whose spiral structure has been eliminated by the alignment regulating force is aligned parallel to, perpendicular to, or obliquely to the substrate to form a uniform state in which the individual liquid crystal molecules are oriented parallel to each other, the liquid crystal molecules are aligned by the alignment regulating force. Fixed with strong force.

このような状態のパネルをクロスニコルあるい
はクロスニコルに近い交叉角を持つ2枚の偏光板
4の間に置くと、ユニホーム配列した旋光能を有
するカイラルネマテイツク液晶(コレステリツク
液晶)により液晶層全体として複屈折を示す。そ
の結果、偏光板により振動面をそろえられた入射
光は、液晶層によつて旋光され、第2の偏光板の
偏光面と合致し、これを透過し明状態となる。こ
の状態を第2図aに示す。尚第2図中、2はガラ
ス基板を示す。このガラス基板の構成は第1図と
同じであり透明電極と配向膜を設けたものであ
る。
When a panel in such a state is placed between two polarizing plates 4 having cross nicols or a cross angle close to crossed nicols, the entire liquid crystal layer is formed by a chiral nematic liquid crystal (cholesteric liquid crystal) having a uniformly arranged optical rotation power. Shows birefringence. As a result, the incident light whose vibration plane is aligned by the polarizing plate is optically rotated by the liquid crystal layer, matches the polarization plane of the second polarizing plate, and is transmitted through this, resulting in a bright state. This state is shown in FIG. 2a. In FIG. 2, 2 indicates a glass substrate. The structure of this glass substrate is the same as that in FIG. 1, and includes a transparent electrode and an alignment film.

一方、ユニホーム配向した液晶に電界が印加さ
れると、電界と液晶に誘起された誘起分極がカツ
プリングして液晶分子を回転させようとするトル
クが働く。従来のTN、SBEでは、このトルク
が、パネル中央部に働く配向規制力に比べて格段
に強かつたため、中央部から基板界面部に向つて
徐々に液晶分子はその向きを変えて行く。ところ
が、PACにおいては、パネル中央部、基板界面
部ともに配向規制力が強力に働いているため、〜
10V程度の印加電圧では分子の向きを十分に変え
る(横配向の分子を縦配向にする)までに至らな
い。しかしPACではTN、SBEと異なり、液晶分
子そのものが旋光能を有しているため、〜10V程
度の電圧でわずかに、液晶分子を無電界時の平衡
位置からずらしただけで液晶層全体の旋光度が変
わり暗状態となり(第2図b)クロスニコル下で
光スイツチングが可能となる。このようにPAC
では強い配向規制力で支えられた旋光能を持つ液
晶分子を比較的弱い電界でほんのわずか駆動する
ことで光のスイツチングができるため、非常に高
速かつ高コントラスト比、広視野角、立上り急峻
性に優れた液晶表示が可能となる。
On the other hand, when an electric field is applied to a uniformly oriented liquid crystal, the electric field and the induced polarization induced in the liquid crystal are coupled to produce a torque that attempts to rotate the liquid crystal molecules. In conventional TN and SBE, this torque is much stronger than the alignment regulating force that acts at the center of the panel, so the liquid crystal molecules gradually change their orientation from the center toward the substrate interface. However, in PAC, the alignment regulating force is strong at both the center of the panel and the interface of the substrate, so...
An applied voltage of about 10 V is not enough to change the orientation of the molecules (transversely oriented molecules become vertically oriented). However, in PAC, unlike TN and SBE, the liquid crystal molecules themselves have optical rotation ability, so by slightly shifting the liquid crystal molecules from their equilibrium position in the absence of an electric field with a voltage of ~10V, the entire liquid crystal layer undergoes optical rotation. The power changes and becomes a dark state (FIG. 2b), making light switching possible under crossed Nicol conditions. Like this PAC
In this method, light switching is possible by slightly driving liquid crystal molecules with optical rotation power supported by a strong alignment regulating force using a relatively weak electric field, resulting in extremely high speed, high contrast ratio, wide viewing angle, and steep rise. Excellent liquid crystal display becomes possible.

高速スイツチングの理由としては、第1に、液
晶分子の配向変化の度合いが空間的に小さいこ
と、第2に液晶層全体が同時に個々の液晶分子の
向きを変えることがある。
The reasons for the high-speed switching are, firstly, that the degree of change in the orientation of liquid crystal molecules is spatially small, and secondly, the entire liquid crystal layer changes the orientation of individual liquid crystal molecules at the same time.

高コントラスト比の理由としては、液晶が
TN、SBEと異なりユニホームな配列を取るた
め、効率の高い光スイツチングができるからであ
る。
The reason for the high contrast ratio is that the liquid crystal
This is because unlike TN and SBE, it has a uniform arrangement, which allows for highly efficient optical switching.

また、広視野角は、PACではTN、SBEと異な
り液晶層を形成する個々の液晶分子がユニホーム
な状態となつているため、入射角度依存性が
TN、SBEより小さくなるためである。
In addition, unlike TN and SBE, PAC has a wide viewing angle because the individual liquid crystal molecules that form the liquid crystal layer are in a uniform state, so there is no dependence on the incident angle.
This is because it is smaller than TN and SBE.

また、急峻性が良い理由は、強い配向規制力が
均一に近い力で液晶層全体に働いているために、
印加電界があるしきい値を越えた時はじめて、液
晶分子全体が移動するからである。
In addition, the reason why the steepness is good is that the strong alignment regulating force acts almost uniformly on the entire liquid crystal layer.
This is because the entire liquid crystal molecules move only when the applied electric field exceeds a certain threshold.

さらにその結果として、PACではSBEと異な
り表示背景に色が付かない表示ができるため、従
来のモザイク状カラーフイルタと組み合わせたタ
イプのフルカラー表示が可能である。
Furthermore, as a result, unlike SBE, PAC can display without coloring the display background, making it possible to display full color in combination with a conventional mosaic color filter.

以下、更に本発明を実施例により説明するが、
本発明がこの例に限定されないことはもとよりで
ある。
Hereinafter, the present invention will be further explained by examples.
It goes without saying that the present invention is not limited to this example.

〔実施例〕〔Example〕

透明導電膜(ITO)付ガラス基板を洗浄、乾燥
した後、該ガラス基板にイオンプレーテイング装
置を用いて、フツ化マグネシウム(MgF2)をプ
ラズマ出力70Wで蒸着した。これをラビングし、
ラビング方向が平行になるように2枚の基板を配
して0.7μm粒径のアルミナ(Al2O3)をスペーサ
として液晶パネルを構成した。このパネルに
ROCHE社製のネマティツク混合液晶Nr2801お
よびBDH社のカイラルネマテイツク液晶CB−15
の80:20重量組成比から成るコレステリツク相液
晶を封入した。なおこの混合液晶のら旋ピツチは
25℃において0.7μmであつた。また、液晶層の厚
さ(パネルギヤツプ)は実測で1.5μmであつた。
さらに、この液晶パネルにおける配向膜のアンカ
リング層の厚さ(強い配向規制力の及び液晶層の
厚さ)を、パネルギヤツプを変えてそれぞれの旋
光度を旋光度計を用いて測定したところ上下基板
ともそれぞれ0.6μmすなわち1.2μmであることが
わかつた。本方法によるアンカリング層の測定方
法は本発明者等発明による液晶アンカリング層の
層厚測定方法(特開昭62−169007)に詳細に報告
されている。
After cleaning and drying the glass substrate with a transparent conductive film (ITO), magnesium fluoride (MgF 2 ) was deposited on the glass substrate using an ion plating apparatus at a plasma output of 70W. Rub this,
Two substrates were arranged so that the rubbing directions were parallel to each other, and a liquid crystal panel was constructed using alumina (Al 2 O 3 ) having a particle size of 0.7 μm as a spacer. on this panel
Nematic mixed liquid crystal Nr2801 manufactured by ROCHE and chiral nematic liquid crystal CB-15 manufactured by BDH.
A cholesteric phase liquid crystal with a weight composition ratio of 80:20 was encapsulated. The spiral pitch of this mixed liquid crystal is
It was 0.7 μm at 25°C. The thickness of the liquid crystal layer (panel gap) was actually measured to be 1.5 μm.
Furthermore, we measured the thickness of the anchoring layer of the alignment film (thickness of the strong alignment regulating force and liquid crystal layer) of the alignment film in this liquid crystal panel using a polarimeter while changing the panel gap. Both were found to be 0.6 μm or 1.2 μm, respectively. The method for measuring the anchoring layer according to this method is reported in detail in a method for measuring the layer thickness of a liquid crystal anchoring layer invented by the present inventors (Japanese Patent Laid-Open No. 169007/1986).

液晶封入後、クロスニコルに設定した偏光顕微
鏡にパネルをセツトし、パルス発生器を用いて−
6Vのオフセツトをかけた1KHzの矩形波(±)を
印加して(−6Vのバイアス電圧を印加し、1KHz
の±矩形波を印加)、印加電圧に対する応答時間
(立上りτrおよび立下りτd、τr:光透過率10−100
%変化に要する時間、τd:光透過率90−0%に要
する時間)を測定した。結果を第3図に示す。こ
の図から明らかなように約±6Vの駆動電圧にお
いてτr、τdともに180μSの応答を示すことを確認
した。これは従来のリフレツシユ駆動による
TN、SBEの一画面応答時間(例えば640×400絵
素のパネル)が数百ミリ秒であるのと比較して約
1000倍の速さである。
After filling the liquid crystal, set the panel on a polarizing microscope set to crossed nicols, and use a pulse generator to
Apply a 1KHz square wave (±) with a 6V offset (-6V bias voltage applied, 1KHz
± square wave applied), response time to applied voltage (rise τ r and fall τ d , τ r : light transmittance 10−100
The time required for % change (τ d : time required for light transmittance of 90-0%) was measured. The results are shown in Figure 3. As is clear from this figure, it was confirmed that both τ r and τ d showed a response of 180 μS at a drive voltage of about ±6 V. This is due to the conventional refresh drive.
Compared to the single screen response time of TN and SBE (for example, a 640 x 400 pixel panel), which is several hundred milliseconds, approximately
That's 1000 times faster.

また、印加電圧に対する光透過率の立上り、い
わゆる立上り急峻性を測定したところ、TN、
SBEと同様の電圧平均化法によるリフレツシユ
駆動を行つた時、コントラスト比4:1(透過光
量比)以上にできるデユーテイ比は1/300以下
であり、300本以上の走査線数を設定できOA用
フラツトパネルデイスプレイに必要な大容量化に
対応可能なことがわかつた。
In addition, when we measured the rise of the light transmittance with respect to the applied voltage, the so-called rise steepness, we found that TN,
When performing refresh drive using the voltage averaging method similar to SBE, the duty ratio that can achieve a contrast ratio of 4:1 or higher (transmitted light amount ratio) is less than 1/300, and the number of scanning lines of 300 or more can be set for OA It was found that this technology can accommodate the large capacity required for flat panel displays.

コントラスト比については、バイアス電圧依存
性が大きい。最大コントラスト比はバイアス電圧
+5Vのとき得られ15:1(透過光量比)であつ
た。また、バイアス電圧を印加しない時は約7:
1であつた。
Contrast ratio is highly dependent on bias voltage. The maximum contrast ratio was obtained when the bias voltage was +5 V and was 15:1 (transmitted light amount ratio). Also, when no bias voltage is applied, approximately 7:
It was 1.

また、コントラスト比の入射角度依存性を測定
したところ、コントラスト比4:1以上となる入
射角度(基板法線と入射光とのなす角度)が25度
(法線の両側に対し50度の開き角)と広くとれる
ことがわかつた。
In addition, when we measured the dependence of the contrast ratio on the incident angle, we found that the incident angle (the angle between the substrate normal and the incident light) at which the contrast ratio was 4:1 or more was 25 degrees (50 degrees on both sides of the normal). I found out that it can be made wider.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は以上説明したようにコレステリツク相
液晶を用い、基板界面の液晶分子配向規制力によ
つて液晶分子をユニホームに配向させるように構
成したものである。ここで、配向方向は、前述の
ように平行配向に限らず垂直配向、傾斜配向のい
ずれであつてもよい。
As explained above, the present invention uses a cholesteric phase liquid crystal and is configured so that the liquid crystal molecules are aligned in a uniform manner by the liquid crystal molecule alignment regulating force at the substrate interface. Here, the orientation direction is not limited to parallel orientation as described above, but may be either vertical orientation or oblique orientation.

本発明をこのように構成したことにより、従来
のTN、SBEと同様の駆動回路、IC等を用いなが
らもOA用フラツトパネルデイスプレイに必要な
大容量表示が従来液晶に比べて少くとも数百倍以
上の高速で可能となり、高コントラスト比、広い
視野角とともに従来不可能であつた大容量ビデオ
表示が可能となる。
By configuring the present invention in this way, the large display capacity required for OA flat panel displays is at least several hundred times larger than that of conventional liquid crystals, even though it uses the same drive circuits, ICs, etc. as conventional TN and SBE. This makes it possible to display large-capacity video, which was previously impossible, with a high contrast ratio and wide viewing angle.

更に本発明のPACではコレステリツク相液晶
を用いている。従つて、強誘電性液晶表示
(FLC)における如く層構造を保つ必要はない。
従つて、液晶の配向が容易に得られかつ配向状態
は熱的に安定であるため、駆動安定性が高い効果
を奏する。
Furthermore, the PAC of the present invention uses cholesteric phase liquid crystal. Therefore, there is no need to maintain the layer structure as in ferroelectric liquid crystal displays (FLC).
Therefore, the alignment of the liquid crystal can be easily obtained and the alignment state is thermally stable, resulting in high driving stability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はPACのパネル構成を示す説明図であ
り、第2図aおよび第2図bはそれぞれPACの
駆動原理を説明する図であり、第3図はPACの
応答時間の実測データを示すグラフであり、第4
図は従来のTNの駆動原理を示す説明図である。 1……ガラス基板、2……透明電極、3……配
向膜、4……扁光板、5……液晶分子。
Figure 1 is an explanatory diagram showing the panel configuration of the PAC, Figures 2a and 2b are diagrams each explaining the driving principle of the PAC, and Figure 3 shows actual measurement data of the response time of the PAC. is a graph, and the fourth
The figure is an explanatory diagram showing the driving principle of a conventional TN. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Glass substrate, 2...Transparent electrode, 3...Alignment film, 4...Polarizing plate, 5...Liquid crystal molecules.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基板界面の強い配向規制力により、旋光性を
有するコレステリツク相液晶のら旋構造を解消
し、個々の液晶分子の長軸を互いに平行に、か
つ、少なくとも一方が透明な電極付基板表面に対
し同一方向を向き、かつ分子長軸が基板表面に対
し一様に平行、垂直あるいは傾斜配列したことを
特徴とする液晶表示素子。 2 コレステリツク相液晶のら旋ピツチが、室温
および電界無印加時において、1.5μm以下である
特許請求の範囲第1項に記載の液晶表示素子。
[Claims] 1. The strong alignment regulating force at the substrate interface eliminates the helical structure of the cholesteric phase liquid crystal with optical rotation, so that the long axes of the individual liquid crystal molecules are parallel to each other, and at least one of them is transparent. 1. A liquid crystal display element, characterized in that the long axes of molecules face the same direction with respect to the surface of a substrate with electrodes and are arranged uniformly parallel to, perpendicular to, or inclined to the surface of the substrate. 2. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the cholesteric phase liquid crystal has a helical pitch of 1.5 μm or less at room temperature and when no electric field is applied.
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