JPH06105332B2 - Ferroelectric liquid crystal optical shutter - Google Patents

Ferroelectric liquid crystal optical shutter

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JPH06105332B2
JPH06105332B2 JP2292086A JP2292086A JPH06105332B2 JP H06105332 B2 JPH06105332 B2 JP H06105332B2 JP 2292086 A JP2292086 A JP 2292086A JP 2292086 A JP2292086 A JP 2292086A JP H06105332 B2 JPH06105332 B2 JP H06105332B2
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liquid crystal
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optical shutter
ferroelectric liquid
alignment
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豊 中川
幸雄 遠藤
哲郎 松本
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は強誘電性液晶を用いた光シャッターに関するも
のである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical shutter using a ferroelectric liquid crystal.

[従来の技術] 強誘電性液晶は、高速応答性および双安定性を示すこと
が見い出されており、種々の応用が試みられている。プ
リンターヘッド用光シャッターはその一例であり、液晶
プリンターヘッドの弱点の1つであった応答速度を改良
することが期待されている。
[Prior Art] Ferroelectric liquid crystals have been found to exhibit high-speed response and bistability, and various applications have been tried. The optical shutter for the printer head is one example, and it is expected to improve the response speed which is one of the weak points of the liquid crystal printer head.

液晶プリンターヘッドとは、電子写真方式を液晶光シャ
ッターとを組み合わせたものである。こうした光シャッ
ターでは、ある一定時間のみ光を透過し、他の時間では
すべての光を遮断しなければならないという動作上の特
徴がある。そこで従来は、強誘電性液晶の層厚みを1〜
3μm程度に薄膜化した素子を構成し、双安定状態とし
て電界の極性により2種のドメイン間をスイッチングす
る方法が一般的であった。(特開昭56-107216) この方法は、マルチプレックス駆動を可能にするという
利点を有するものの、実用上は次の問題があった。第1
に双安定性は必ずしも完全なものではなく、光を遮断す
べき時にその漏れが生じやすいこと、そして第2に、電
極対向部における液晶分子の配列は電界によって制御で
きるものの、他の部分では配列を制御する方法が無いこ
とである。即ち、双安定状態を利用するがために、電極
対向部以外はONとOFFの2種の状態が共存することにな
り、光シャッターとして用いるためには、その部分に遮
光膜を設けねばならないという実用上の問題点があっ
た。
A liquid crystal printer head is a combination of an electrophotographic system and a liquid crystal optical shutter. Such an optical shutter has an operational characteristic that light must be transmitted only for a certain period of time and all light must be blocked at other periods of time. Therefore, conventionally, the layer thickness of the ferroelectric liquid crystal has been reduced to 1 to
A general method is to form a thin film element having a thickness of about 3 μm, and switch between two types of domains depending on the polarity of an electric field in a bistable state. (JP-A-56-107216) Although this method has an advantage of enabling multiplex driving, it has the following problems in practical use. First
Bistability is not always perfect, and light is likely to leak when it should be blocked. Secondly, the alignment of liquid crystal molecules in the electrode facing part can be controlled by an electric field, but in other parts it is aligned. There is no way to control. That is, since the bistable state is used, two states of ON and OFF coexist except for the electrode facing portion, and in order to use it as an optical shutter, a light shielding film must be provided in that portion. There was a practical problem.

また、強誘電性液晶を用いた素子としては、ラセン構造
の電界による解消を応用した方法もある。(特開昭58-1
73719) しかしながら、この方法においても、遮光膜が必要であ
ること、また光シャッターのON/OFFは常に電界によって
行なわれるために、殆ど常時直流電界が印加され、動作
の安定あるいは耐久性に難点があった。
In addition, as an element using a ferroelectric liquid crystal, there is a method in which elimination of a helical structure by an electric field is applied. (JP-A-58-1
73719) However, even in this method, since a light-shielding film is required and the ON / OFF of the optical shutter is always performed by an electric field, a DC electric field is almost always applied, and there is a problem in stable operation or durability. there were.

[発明の解決しようとする問題点] 本発明の目的は、従来技術が有していた前述の欠点を解
消とするものである。従来の双安定効果を用いた素子で
は、正・負の両ドメイン間のエネルギー障壁が小さいた
めに容易に誤動作を生じ、動作の安定を欠いていた。ま
たラセンピッチ解消を用いた素子では、ほとんどの時間
でオフ状態である光シャッターの駆動時に直流電界を印
加し続けねばならず、動作電圧の安定性あるいは信頼性
に欠けるといった問題点を有していた。
[Problems to be Solved by the Invention] An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art. In the conventional device using the bistable effect, since the energy barrier between the positive and negative domains is small, a malfunction easily occurs, and the stability of the operation is lacking. Further, the element using the spiral pitch elimination has a problem that the DC electric field must be continuously applied when the optical shutter that is in the off state is driven for most of the time, and the stability or reliability of the operating voltage is lacking. .

また、両者共に電極対向部以外に遮光膜を設けねばなら
ず、価格問題のみならず、微細パターンを要求される用
途に対応できないといった問題を持っていた。
Further, both of them have to provide a light-shielding film other than the electrode facing portion, which causes not only a price problem but also a problem that it cannot be applied to an application requiring a fine pattern.

本発明は動作の安定性に優れた強誘電性液晶光シャッタ
ーを提供することを目的とするものである。
An object of the present invention is to provide a ferroelectric liquid crystal optical shutter having excellent operation stability.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、少なくとも一対の電極を有する基板間に強誘電性液
晶を挟持したセルと、少なくとも一枚の偏光板と両電極
間に電圧を印加する手段とを有する強誘電性液晶光シャ
ッターにおいて、電圧無印加時にその液晶分子の配列方
向が基板にほぼ平行であり、一方向に配列した単安定状
態を示し、かつ一方の極性の電圧のみにより液晶分子の
配向状態が変化するようにされ、この液晶層に時間に対
する積分値が0になるような交流電圧を印加することを
特徴とする強誘電性液晶光シャッターを提供するもので
ある。
[Means for Solving Problems] The present invention has been made to solve the above problems, and includes a cell having a ferroelectric liquid crystal sandwiched between substrates having at least a pair of electrodes, and at least one cell. In a ferroelectric liquid crystal optical shutter having a polarizing plate and a means for applying a voltage between both electrodes, the alignment direction of the liquid crystal molecules is substantially parallel to the substrate when no voltage is applied, and the monostable state is arranged in one direction. And the alignment state of the liquid crystal molecules is changed only by a voltage of one polarity, and an alternating voltage is applied to the liquid crystal layer so that the integrated value with respect to time becomes 0. A liquid crystal optical shutter is provided.

第1図は、本発明の基本的な液晶光シャッターに使用さ
れる素子の断面図と装置の模式図である。一対の透明基
板(1a)、(1b)の表面に、それぞれ透明な導電膜(2
a)、(2b)と配向制御膜(3a)、(3b)を形成する。
導電膜(2a)、(2b)は、基板間に保持された液晶層
(4)に電界を印加するための電極であり、In2O3ある
いはSnO2等からなり、所定のパターン形成がされてい
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an element used in a basic liquid crystal optical shutter of the present invention and a schematic view of an apparatus. A transparent conductive film (2) is formed on each of the surfaces of the pair of transparent substrates (1a) and (1b).
A), (2b) and alignment control films (3a), (3b) are formed.
The conductive films (2a) and (2b) are electrodes for applying an electric field to the liquid crystal layer (4) held between the substrates and are made of In 2 O 3 or SnO 2 or the like and have a predetermined pattern formed. ing.

配向制御膜(3a)、(3b)は電圧無印加時に、液晶分子
を基板に対しほぼ平行でかつ一方向に配列し、かつ一方
の極性の電界にのみ液晶分子が応答する単安定状態を与
えるためのものである。代表的な方法としては、有機高
分子膜、特にポリイミド系高分子膜を形成し、布で一定
方向にラビングした後に、ラビング方向が互いに平行に
なる如く2枚の基板を対向させたセルを構成し、液晶を
注入した後に電圧印加する方法がある。
The alignment control films (3a) and (3b) align the liquid crystal molecules in a direction substantially parallel to the substrate when no voltage is applied, and give a monostable state in which the liquid crystal molecules respond only to an electric field of one polarity. It is for. As a typical method, an organic polymer film, particularly a polyimide polymer film is formed, and after rubbing with a cloth in a certain direction, two cells are made to face each other so that the rubbing directions are parallel to each other. However, there is a method of applying a voltage after injecting the liquid crystal.

このような配向処理を行なったのち、該基板が平行、か
つ一定の間隔で保持されるように、スペーサー、例え
ば、有機ビーズ、アルミナ粒子をはさみ、シール剤
(5)で周囲を固定し、セルとする。この際、2枚の基
板の配向制御方向は、お互いに平行になるようにする。
After such an alignment treatment, spacers, such as organic beads and alumina particles, are sandwiched and the periphery is fixed with a sealant (5) so that the substrates are held in parallel and at regular intervals. And At this time, the orientation control directions of the two substrates are set to be parallel to each other.

その後、強誘電性液晶組成物を、コレステリック相、あ
るいは等方相まで加熱し、セルに注入した後、封止す
る。セルの外側に2枚の偏光板(6a)、(6b)を、その
偏光軸がお互いに直交もしくは平行かつ一方の偏光軸と
基板の配向制御方向が一致もしくは直交するように、配
置する。基板(1b)側に、光源(8)を置き、反対側へ
光が透過するようにする。
Then, the ferroelectric liquid crystal composition is heated to a cholesteric phase or an isotropic phase, injected into the cell, and then sealed. Two polarizing plates (6a) and (6b) are arranged outside the cell so that their polarization axes are orthogonal or parallel to each other and one polarization axis and the orientation control direction of the substrate are the same or orthogonal. The light source (8) is placed on the side of the substrate (1b) so that the light is transmitted to the opposite side.

駆動回路(7)によってセルに印加される電圧は、時間
に対する積分値が0になる如く交流化されており、かつ
一方の極性のみが液晶の配列構造変化に寄与し、その結
果光透過率変化をもたらす。
The voltage applied to the cell by the drive circuit (7) is made alternating so that the integrated value with respect to time becomes 0, and only one polarity contributes to the change in the alignment structure of the liquid crystal, resulting in a change in the light transmittance. Bring

使用する液晶に関しては、強誘電性を示す液晶ならば、
本発明は有効であるが、応答速度あるいは配向制御の容
易さから、カイラルスメクチックC相がより好ましい。
Regarding the liquid crystal used, if it is a liquid crystal showing ferroelectricity,
The present invention is effective, but the chiral smectic C phase is more preferable because of the response speed and ease of orientation control.

カイラルスメクチックC相を有する単体液晶としては、
次のようなものがある。
As a simple liquid crystal having a chiral smectic C phase,
There are the following.

以下の例でR*は不齊炭素又はハロゲンを有するアルキル
基又はアルコキシ基を示し、Rは直鎖アルキル基又は直
鎖アルコキシ基を示し、一つの化合物に同一のR*,Rが示
されていてもそれらは同一の基とは限らない。
In the following examples, R * represents an alkyl group or an alkoxy group having a non-symmetric carbon or halogen, R represents a linear alkyl group or a linear alkoxy group, and the same R * and R are shown in one compound. However, they are not always the same group.

又、上述のようなカイラルスメクチックC相を示す液晶
に他の液晶を加えてその特性を改善してもよく、これに
は公知の種々の液晶又は非液晶の液晶用添加物が使用が
でき、例えば以下のようなものがある。
Further, other liquid crystals may be added to the liquid crystal exhibiting the chiral smectic C phase as described above to improve the characteristics thereof, and various known liquid crystal or non-liquid crystal additives for liquid crystals can be used for this. For example, there are the following.

本発明では、カイラルスメクチックC相を有する液晶化
合物の少なくとも1つと必要に応じて他の液晶化合物又
は非液晶の液晶用添加物を加えた液晶組成物であって、
液晶組成物としてカイラルスメクチックC相を示すもの
であれば使用でき、上述の化合物は単に例示にしかすぎ
ない。
In the present invention, there is provided a liquid crystal composition comprising at least one liquid crystal compound having a chiral smectic C phase and, if necessary, other liquid crystal compound or a non-liquid crystal additive for liquid crystal,
Any liquid crystal composition having a chiral smectic C phase can be used, and the above-mentioned compounds are merely examples.

配向制御膜(3a),(3b)としては、前述の如く、両基
板面共に同一種類の膜を用いても可能であるが、電圧無
印加時に単安定性をより安定にするために各々異なった
種類の配向制御膜を組合せて用い、かつ少なくとも一方
を布等でラビングすることがより好ましい。配向制御膜
の組合せとしては、ポリイミド,ポリビニルアルコー
ル,ポリアクリロニトリル等の有機高分子膜、SiO2,Al2
O3,SiZrO4等の無機酸化物膜,シランカップリング剤で
表面処理されたガラス基板等から選ばれた2種を用いて
ラビング処理することが好ましい。
As described above, it is possible to use the same type of film for both substrate surfaces as the orientation control films (3a) and (3b), but they are different to make the monostability more stable when no voltage is applied. It is more preferable to use a combination of different types of alignment control films and rub at least one of them with a cloth or the like. As a combination of orientation control films, organic polymer films such as polyimide, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, SiO 2 , Al 2
The rubbing treatment is preferably performed using two kinds selected from an inorganic oxide film such as O 3 and SiZrO 4 , a glass substrate surface-treated with a silane coupling agent, and the like.

また、配向膜の性質としては、液晶の自発分極と相互作
用を持ち、自発分極の極性によって液晶分子の配向方向
が一定化することが必要である。従って、両配向膜(3
a),(3b)間で一定方向に配列するためには、一方の
配向膜の表面近傍には正の電荷が、他方には負の電荷が
蓄積されるような状態が最も好ましい。
Further, as the property of the alignment film, it is necessary that the alignment film interacts with the spontaneous polarization of the liquid crystal, and the alignment direction of the liquid crystal molecules is made constant by the polarity of the spontaneous polarization. Therefore, both alignment films (3
In order to arrange in a certain direction between a) and (3b), it is most preferable that positive charges are accumulated near the surface of one alignment film and negative charges are accumulated in the other.

このように配向処理したセルに強誘電性液晶組成物を注
入して、注入口を封止する。このセルを加熱するか、加
熱した強誘電性液晶組成物をセル間に注入するかして、
一旦強誘電性液晶組成物をカイラルスメクチックC相の
上のコレステリック相あるいは等方相まで加熱する。
The ferroelectric liquid crystal composition is injected into the cell thus oriented, and the injection port is sealed. Either heating this cell or injecting the heated ferroelectric liquid crystal composition between the cells,
The ferroelectric liquid crystal composition is once heated to a cholesteric phase or an isotropic phase above the chiral smectic C phase.

次いでこのセルを、カイラルスメクチックC相まで冷却
し、観察すると、液晶分子は様々な方向を向いているこ
とがわかる。このセルをこの温度に保持して電極(3
a),(3b)を用いて直流バイアス電圧を有する電界を
印加する。
Then, the cell was cooled to the chiral smectic C phase and observed, and it was found that the liquid crystal molecules were oriented in various directions. Hold the cell at this temperature and hold the electrode (3
An electric field with a DC bias voltage is applied using a) and (3b).

この直流バイアス電圧を有する電圧としては、単に直流
電圧のみでもよいが、直流と交流とを重畳した電圧を印
加することが、初期配向をとるための温度範囲が広くか
つ低電圧ですむことから好ましい。
As the voltage having this DC bias voltage, only a DC voltage may be used, but it is preferable to apply a voltage in which DC and AC are superposed because a wide temperature range for initial orientation and a low voltage are required. .

この直流と交流とを重畳する場合、直流と交流の比は5
0:1〜1:1が好ましく、配向欠陥の少ない良い配向が容易
に得られる。
When superimposing this direct current and alternating current, the ratio of direct current to alternating current is 5
0: 1 to 1: 1 is preferable, and good alignment with few alignment defects can be easily obtained.

また、交流に直流を重畳するのと同様の効果を得る方法
として、交流において正の電界を印加する時間と負の電
界を印加する時間の比(以下、これをデューティーと呼
ぶ)を通常の1:1からはずし、好ましくは9:11〜1:20と
することにより低電圧又は短時間で良好な配向を得るこ
とができる。特に、少ない時間で良好な配向を得るに
は、2:3〜3:17のデューティーの範囲が特に好ましい。
As a method of obtaining the same effect as superimposing a direct current on an alternating current, the ratio of the time for applying a positive electric field to the time for applying a negative electric field (hereinafter, referred to as a duty) in an alternating current is usually set to 1 It is possible to obtain good orientation at low voltage or in a short time by removing from 1: 1 and preferably from 9:11 to 1:20. Particularly, in order to obtain good orientation in a short time, the duty range of 2: 3 to 3:17 is particularly preferable.

もちろんデューティーが1:1以外の交流に直流を重畳さ
せることもできる。この交流としてはサイン波、矩形
波、三角波等種々のものが使用できる。この交流の周波
数は、1KHz以上が好ましい。
Of course, it is also possible to superimpose direct current on alternating current with a duty other than 1: 1. As this alternating current, various ones such as sine wave, rectangular wave and triangular wave can be used. The frequency of this alternating current is preferably 1 KHz or higher.

印加する電界は、スレシュホールド電圧の2〜100倍程
度であるが、初期配向をとる温度、波形、時間等により
変化するので、夫々の液晶に適した範囲に実験的により
定めればよく、又、時間も数十秒から数分程度でよい。
The applied electric field is about 2 to 100 times the threshold voltage, but it varies depending on the temperature, the waveform, the time, etc. for the initial alignment, so it may be experimentally determined within a range suitable for each liquid crystal. The time may be several tens of seconds to several minutes.

この初期配向をとる温度範囲は、カイラルスメクチック
C相の上限温度に近い温度範囲であり、特に、カイラル
スメクチックC相の上限温度、例えばカイラルスメクチ
ックC相−コレステリック相転移温度とその温度から10
℃低い温度との間の10℃の範囲が好ましい。
The temperature range in which this initial orientation is achieved is a temperature range close to the upper limit temperature of the chiral smectic C phase, and particularly, the upper limit temperature of the chiral smectic C phase, for example, the chiral smectic C phase-cholesteric phase transition temperature and its temperature
A range of 10 ° C between temperatures lower than 0 ° C is preferred.

この初期配向は、液晶セル製造時には必ず必要となる
が、その後は配向がくずれたときのみに必要となり、具
体的には、液晶の結晶化とか高電圧印加より配向不良を
生じたとき等がある。
This initial alignment is always necessary when manufacturing a liquid crystal cell, but thereafter it is necessary only when the alignment collapses. Specifically, it may occur when the liquid crystal is crystallized or alignment failure occurs due to high voltage application. .

使用する液晶に関しては、強誘電性を示す液晶ならば、
本発明は有効であるが、特に、カイラルスメクチックC
相より高い温度において、コレステリック相、あるいは
ネマチック相をもつ液晶に対して、良好な配向が得られ
る。
Regarding the liquid crystal used, if it is a liquid crystal showing ferroelectricity,
The present invention is effective, but in particular, chiral smectic C
At a temperature higher than the phase, good alignment can be obtained for liquid crystals having a cholesteric phase or a nematic phase.

[作用] 本発明では、強誘電性液晶層は単安定性を示すものであ
り、電圧を印加したときには、分子配向が変化するが、
電圧を切るとその分子配向がもどる性質を有している。
ただし、通常の強誘電性液晶表示装置の場合と同様、電
圧を徐々に変化させていった場合、ヒステリシス特性を
示し、ある電圧範囲内では双安定性を示す性質を有して
いるが、本発明では電圧無印加時には双安定性を示さな
いようにする。
[Function] In the present invention, the ferroelectric liquid crystal layer exhibits monostability, and the molecular orientation changes when a voltage is applied,
It has the property that its molecular orientation returns when the voltage is turned off.
However, as in the case of a normal ferroelectric liquid crystal display device, when the voltage is gradually changed, it exhibits a hysteresis characteristic and has the property of showing bistability within a certain voltage range. In the invention, bistability is not exhibited when no voltage is applied.

第2図は、本発明の強誘電性液晶光シャッターに三角波
を徐々に印加していった時の電圧−光透過率の関係を示
す図であり、電圧が徐々に増加するとある点から急に光
透過率が増加し、次いで飽和し、次いで電圧を徐々に下
げていくと、前記電圧を下げてきたときの光透過率が増
加した電圧よりもかなり低い電圧で光透過率が低下を始
めるパターンを示す。
FIG. 2 is a diagram showing a voltage-light transmittance relationship when a triangular wave is gradually applied to the ferroelectric liquid crystal optical shutter of the present invention, and the voltage suddenly increases from a certain point. A pattern in which when the light transmittance increases, then becomes saturated, and then the voltage is gradually decreased, the light transmittance starts to decrease at a voltage considerably lower than the voltage at which the light transmittance increases when the voltage is decreased. Indicates.

第3図(a),(b)は、本発明の分子の配向方向と、
偏光板の偏光方向および電気光学効果を説明する説明図
であり、基板(1a)側から見た状態を示す。電界無印加
時には(a)の状態にあり、分子長軸方向と偏光軸(9
a,9b)が互いに平行もしくは直交しており透過率は小さ
くなる。一方電界(E1)の影響で分子長軸が偏光軸より
角度θだけ傾いた場合(b)次式で表わされるように液
晶の屈折率異方性(Δn)とセルギャップ(d)との積
に依存した透過率になる。
3 (a) and 3 (b) show the orientation directions of the molecules of the present invention,
It is an explanatory view for explaining the polarization direction of the polarizing plate and the electro-optical effect, and shows the state viewed from the substrate (1a) side. When no electric field is applied, the state is as shown in (a).
Since a and 9b) are parallel or orthogonal to each other, the transmittance is small. On the other hand, when the molecular long axis is tilted by an angle θ from the polarization axis due to the influence of the electric field (E 1 ), (b) the refractive index anisotropy (Δn) of the liquid crystal and the cell gap (d) are expressed by the following equation. The transmittance depends on the product.

ここでI0は入射光強度と偏光板の透過率で決められる定
数、λは波長である。
Here, I 0 is a constant determined by the incident light intensity and the transmittance of the polarizing plate, and λ is the wavelength.

次いで電圧の印加をやめると液晶層は(a)の状態にも
どろうとするが、本発明では逆極性の電界(E2)を印加
し、このもどるスピードを速くするとともに、印加され
る交流パルスの時間に対する積分値が0となるようにさ
れ、これにより直流成分が残存しないようにされる。
Next, when the voltage application is stopped, the liquid crystal layer tries to return to the state of (a), but in the present invention, an electric field (E 2 ) of opposite polarity is applied to increase the returning speed, and the applied AC pulse The integral value with respect to time is set to 0, so that no DC component remains.

この交流パルスは、液晶層が配向方向を変化させるスレ
シュホールド電圧以上の電界E1を光シャッターの光透過
率を変化させたい時間t1の間印加し、次いで逆極性の電
界E2を時間t2印加し、E1×t1=E2×t2となるようにされ
る。もちろん、例えばE1を一定とせずに液晶層の配向方
向が変化した後段階状にあるいは徐々に低下するように
させてもよい。もっとも|E1|=|E2|とし、対称の交
流パルスとすることが回路設計上は容易である。
This AC pulse applies an electric field E 1 above the threshold voltage for changing the alignment direction of the liquid crystal layer for a time t 1 at which the light transmittance of the optical shutter is desired to be changed, and then applies an electric field E 2 of opposite polarity at a time t 1. 2 is applied so that E 1 × t 1 = E 2 × t 2 . Of course, for example, E 1 may not be constant and may be gradually or gradually decreased after the alignment direction of the liquid crystal layer is changed. However, in terms of circuit design, it is easy to set │E 1 │ = │E 2 │ and use symmetrical AC pulses.

又、偏光板は、前述の説明ではセルの両該表面に2枚配
置したが、液晶中に2色性色素を含める場合には1枚で
もよい。又、偏光板の位置も基板の外側でなくてもよ
く、基板と電極との間、電極と液晶層との間でもよく、
偏光板自体を基板として用いてもよい。
Further, although two polarizing plates are arranged on both surfaces of the cell in the above description, one polarizing plate may be arranged when the liquid crystal contains a dichroic dye. Further, the position of the polarizing plate does not have to be outside the substrate, and may be between the substrate and the electrode, between the electrode and the liquid crystal layer,
The polarizing plate itself may be used as the substrate.

この外、基板上にTFT、ダイオード、MIM素子等を形成し
て能動素子基板としたり、カラーフィルターを併用した
り、液晶層を2層以上にしてもよく、種々の応用が可能
なものである。
In addition to this, TFTs, diodes, MIM elements, etc. may be formed on the substrate to form an active element substrate, color filters may be used in combination, and two or more liquid crystal layers may be provided, and various applications are possible. .

[実施例] In2O3の透明電極をパターニングしたガラス基板の表面
をガーゼで一定方向にラビングし、ラビング方向が互い
に平行になるように透明電極面を相対向配置し、約2μ
mのアルミナスペーサーを介して間隙を形成した後に周
辺をシールしてセルとした。このセルに第1表記載のカ
イラルスメクチックC相を示す液晶組成物を、カイラル
スメクチックC相を示す上限温度(以下転移温度とい
う)68.6℃よりも高い80℃において加熱注入した後に注
入口をエポキシ樹脂で封止した。次いで転移温度以下の
63℃に保持して50V,10KHzの交流に5Vの直流を重畳させ
た電界を30秒間印加したところ、液晶分子がラビング方
向に整列した均一な配向が得られた。該セルに、液晶の
分子軸と平行および直交するように、2枚の偏光板を貼
り合わせて光シャッターセルを構成した。
[Example] The surface of a glass substrate on which a transparent electrode of In 2 O 3 was patterned was rubbed in a certain direction with gauze, and the transparent electrode surfaces were arranged to face each other so that the rubbing directions were parallel to each other.
After forming a gap through the alumina spacer of m, the periphery was sealed to form a cell. The liquid crystal composition showing the chiral smectic C phase shown in Table 1 was heat-injected into this cell at 80 ° C. higher than the upper limit temperature (hereinafter referred to as transition temperature) 68.6 ° C. showing the chiral smectic C phase, and then the injection port was made of epoxy resin. It was sealed with. Then below the transition temperature
When an electric field in which 5V DC was superimposed on 50V and 10KHz AC was applied for 30 seconds while maintaining at 63 ℃, liquid crystal molecules were aligned uniformly in the rubbing direction. An optical shutter cell was constructed by attaching two polarizing plates to the cell so as to be parallel and orthogonal to the molecular axis of the liquid crystal.

50℃において該光シャッターセルに第4図(a)に示す
パルス幅5msの交流化された駆動電圧を印加したとこ
ろ、第4図(b)に示すように、電圧無印加時に安定し
た遮光状態が得られた。
When an alternating drive voltage having a pulse width of 5 ms shown in FIG. 4 (a) was applied to the optical shutter cell at 50 ° C., as shown in FIG. 4 (b), a stable light-shielding state was obtained when no voltage was applied. was gotten.

応答速度は、0から+10Vへ電圧が変化した場合、約1.2
msec、また+10Vから−10Vへ変化した場合約0.3msecで
あった。
The response speed is about 1.2 when the voltage changes from 0 to + 10V.
msec, and about 0.3 msec when changing from + 10V to -10V.

実施例2 配向制御膜として、SiZrO4膜(株式会社日板研究所製グ
ラスカ G401)を塗布した後に180℃で15分乾燥した後、
一方はガーゼでラビング、また一方はラビングせずに実
施例1と同様の手法でセルを構成した。液晶として、2
−メチルブチル−p−(p−n−デシロキシベンジリデ
ンアミノ)シンナメートを用い、120℃に加熱して液晶
注入した後に80℃まで冷却した。このセルは、電圧無印
加時で均一な配向を示し、また80℃での応答速度は、0
から+10Vへ電圧が変化した際、120μsec、+10Vから−
10Vへ変化した際に80μsecであった。
Example 2 As an orientation control film, a SiZrO 4 film (GLASCA G401, manufactured by Nichiban Kenkyusho Co., Ltd.) was applied and then dried at 180 ° C. for 15 minutes,
One was rubbed with gauze, and the other was not rubbed to construct a cell in the same manner as in Example 1. 2 as liquid crystal
Using -methylbutyl-p- (pn-decyloxybenzylideneamino) cinnamate, the mixture was heated to 120 ° C, liquid crystal was injected, and then cooled to 80 ° C. This cell shows uniform orientation when no voltage is applied, and the response speed at 80 ° C is 0.
When the voltage changes from + 10V to + 10V, 120μsec, from + 10V to −
It was 80 μsec when changing to 10V.

実施例3 配向制御膜として、一方はポリイミド膜(日立化成製:P
IX・5400)、また他方にはシランカップリング剤(信越
化学製:KBM603)を処理した後にガーゼでラビングし、
実施例1と同様のセルを構成したところ、セル面内のす
べての場所で一様な配向状態となった。その結果、液晶
分子配列方向と直交および平行に2枚の偏光板の偏光軸
を設けることにより、実施例1と同様に電圧無印加時に
安定した遮光状態となり、遮光膜を設けなくても十分に
暗い状態に保てることが確認された。応答速度は、0か
ら+10Vへ電圧が変化した場合、約1.0msecで実施例1よ
りもやや速く、また+10Vから−10Vへ変化した場合、約
0.3msecで実施例1とほぼ同じであった。
Example 3 As an orientation control film, one was a polyimide film (P manufactured by Hitachi Chemical: P
IX-5400), and the other side is treated with a silane coupling agent (Shin-Etsu Chemical: KBM603) and then rubbed with gauze.
When a cell similar to that of Example 1 was constructed, a uniform alignment state was obtained at all locations in the cell plane. As a result, by providing the polarization axes of the two polarizing plates in the direction orthogonal to and parallel to the liquid crystal molecule alignment direction, a stable light-shielding state is obtained when no voltage is applied as in the case of Example 1, and it is sufficient to provide no light-shielding film. It was confirmed that it could be kept in a dark state. The response speed is about 1.0 msec when the voltage changes from 0 to +10 V, which is slightly faster than that in Example 1, and when the voltage changes from +10 V to −10 V, the response speed is about
It was almost the same as in Example 1 at 0.3 msec.

[発明の効果] 本発明は、電圧無印加時に液晶分子が一方向に配列した
単安定性の強誘電液晶セルを用い、交流駆動することに
より、光シャッターとして安定な動作を実現できるもの
であり、特に配向膜を非対称比とすることで高コントラ
スト化を実現でき、電極の非対向部でも遮光層を設ける
必要がないという実用性の高い液晶光シャッターであ
り、印加される電圧の時間に対する積分値が0となるよ
うにされているため、直流電圧が残存しなく長寿命の光
シャッターが得られる。
EFFECTS OF THE INVENTION The present invention uses a monostable ferroelectric liquid crystal cell in which liquid crystal molecules are aligned in one direction when no voltage is applied, and is AC-driven to realize stable operation as an optical shutter. In particular, it is a highly practical liquid crystal optical shutter that can realize high contrast by making the alignment film have an asymmetric ratio and does not need to provide a light shielding layer even in the non-opposing part of the electrode, and integrates the applied voltage with respect to time. Since the value is set to 0, a DC voltage does not remain and a long-life optical shutter can be obtained.

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

第1図は、この発明の基本構成を示すセルの断面図と装
置の模式図、第2図は単安定性を説明する電圧−光透過
率図、第3図(a),(b)は実施例の液晶層における
電圧の効果の説明図、第4図(a),(b)は印加電圧
波形と光シャッターの透過光強度変化の特性を示す図で
ある。 1a,1b……透明基板 2a,2b……透明導電膜 3a,3b……配向制御膜 4……液晶 5……シール剤 6a,6b……偏光板 7……駆動回路 8……光源 9a,9b……偏光軸 10……液晶分子
FIG. 1 is a sectional view of a cell and a schematic view of the device showing the basic structure of the present invention, FIG. 2 is a voltage-light transmittance diagram for explaining monostability, and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are FIGS. 4 (a) and 4 (b) are diagrams for explaining the effect of voltage on the liquid crystal layer of the example, and FIGS. 4 (a) and 4 (b) are diagrams showing the characteristics of the change in transmitted light intensity of the optical shutter. 1a, 1b …… Transparent substrate 2a, 2b …… Transparent conductive film 3a, 3b …… Alignment control film 4 …… Liquid crystal 5 …… Sealant 6a, 6b …… Polarizer 7 …… Drive circuit 8 …… Light source 9a, 9b …… Polarization axis 10 …… Liquid crystal molecule

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも一対の電極を有する基板間に強
誘電性液晶を挟持したセルと、少なくとも一枚の偏光板
と両電極間に電圧を印加する手段とを有する強誘電性液
晶光シャッターにおいて、電圧無印加時にその液晶分子
の配列方向が基板にほぼ平行であり、一方向に配列した
単安定状態を示し、かつ一方の極性の電圧のみにより液
晶分子の配向状態が変化するようにされ、この液晶層に
時間に対する積分値が0になるような交流電圧を印加す
ることを特徴とする強誘電性液晶光シャッター。
1. A ferroelectric liquid crystal optical shutter comprising a cell in which a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between substrates having at least a pair of electrodes, and at least one polarizing plate and means for applying a voltage between both electrodes. , When the voltage is not applied, the alignment direction of the liquid crystal molecules is almost parallel to the substrate, which shows a monostable state in which the liquid crystal molecules are aligned in one direction, and the alignment state of the liquid crystal molecules is changed only by the voltage of one polarity, A ferroelectric liquid crystal optical shutter, characterized in that an alternating voltage is applied to the liquid crystal layer so that an integrated value with respect to time becomes zero.
【請求項2】該強誘電性液晶がカイラルスメクチックC
液晶である特許請求の範囲第1項記載の強誘電性液晶光
シャッター。
2. The ferroelectric liquid crystal is chiral smectic C.
The ferroelectric liquid crystal optical shutter according to claim 1, which is a liquid crystal.
【請求項3】該一対の透明基板の液晶に接する表面に
は、各々異なる液晶配向制御膜を設け、かつ少なくとも
一方をラビングする特許請求の範囲第1項記載の強誘電
性液晶光シャッター。
3. A ferroelectric liquid crystal optical shutter according to claim 1, wherein different liquid crystal orientation control films are provided on the surfaces of the pair of transparent substrates which are in contact with liquid crystal, and at least one of them is rubbed.
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