JPS6060625A - 光変換素子 - Google Patents

光変換素子

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JPS6060625A
JPS6060625A JP16901983A JP16901983A JPS6060625A JP S6060625 A JPS6060625 A JP S6060625A JP 16901983 A JP16901983 A JP 16901983A JP 16901983 A JP16901983 A JP 16901983A JP S6060625 A JPS6060625 A JP S6060625A
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JP
Japan
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liquid crystal
helix
voltage
impressed
cell
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Pending
Application number
JP16901983A
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English (en)
Inventor
Koji Kakiuchi
宏司 垣内
Taisuke Miyoshi
泰介 三好
Masaaki Taguchi
田口 雅明
Takamasa Harada
隆正 原田
Kokichi Ito
伊藤 耕吉
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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Publication of JPS6060625A publication Critical patent/JPS6060625A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/141Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent using ferroelectric liquid crystals

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶表示素子に関し、特に印加電圧と分子配向
との強い結合によシ極性にょル迅速に応答するカイラル
スメクチック液晶を用いた液晶表示素子に関する。
〔従来技術〕
液晶は、諸種の電気光学的応用に使わnて米ており、特
にコンパクトでエネルギー効率がよく、電圧駆動の元パ
ルプとして時計や計算機の表示に使わnている。こnら
の素子は、ネマチック、コレステリック、スメクチック
相の誘電性配列効果に基づいておシ、この場合は、誘電
異方性のために、平均的な分子の長軸方向が、加えらn
た電場の中では特定の方向に向くことになる。この機構
による加えらnた電場との結合力はかなり弱いのでこn
らの素子の電気光学的な応答時間は、多くの潜在的な応
用分野では非常に遅い。
液晶素子(L OD)はたくさんの特異な特性を有して
いる。例えば、低電圧、低消費電力のような、このため
受光学の電気光学素子の中で最も期待さnるものである
が、遅い応答と不十分な非線形性は、特に駆動しうる画
素の数が多くなると重要な問題になってくる゛。
こnらの欠点を除去するために01arks (USP
cLt、4367924)はスメクチック相を用いた新
しい表示原理による液晶素子を考案した。ζnについて
以下若干の説明をする。
図1は、スメクチックCまたはH液晶の模式図でおる。
液晶全体は分子層1から成っている。個々の層の中では
、分子長軸の平均的な方向が、層に垂直な方向とは角度
φ。たけ傾いている。M。
yerらは、L e Jourrbat dg Phy
sique V o l 。
35(&γOにm 1975 FP −L−69to 
L −71)の「強誘電性液晶」というタイトルの論文
において、光学活性な分子から成るスメクチック0ある
いはH液晶は、一般に電気双極子密度1を有し、強誘電
的であることを示している。この双極子密度Vは、分子
の傾き方向だに垂直で、スメクチックの層面に平行であ
る。彼らの示したことはH相についても適用可能である
が、■相では、層に垂直な軸のまわシの回転に対する粘
性がよシ大きくなる。こnらのカイラルスメクチックに
おける電気双極子の存在は、誘電異方性におけるよりも
、電場に対してずつと強い結合力を与える。さらに、こ
の結合は、ヲの好ましい方向が2と平行な方向であると
いう意味で極性のあるものなので、印加した電場の方向
を反転することは、ソの方向を反転することになる。つ
まり、電場を反転させて、分子の方向を制御することが
できるのである。
カイラルスメクチック液晶を用いたこの駆動法は01a
rkらによって(US、Pat 、4367924)明
らかにさ2″した。しかし、彼らのやフ方によnば、セ
ル厚を充分薄くすることによって液晶内に本来存在する
ヘリックスをなくすること、及び表面は無配向にして、
磁場あるいはせん断を用いて外部力によって配向すると
いう方法がとらnていた。こnらの方法は、セル製作上
の問題が非常に大きく、量産化が現実的には極めて困難
である。
まず、セル厚を均一に薄くするということが難しいので
ある。カイラルスメクチック液晶は、電場の無印扉状態
でヘリックスを持つが、このヘリックスftWI消する
一fc26には、ヘリックスのピッチと同じ(らいか、
またはそnより薄いセル厚にしなけnばならないとさn
ている。ところが、カイラルスメクチック液晶のピッチ
は2〜3μ情ぐらいが多く、シたがって、この程度のセ
ル厚にする必要がおる。一方こnまで量産化さしてきた
液晶(特にTH型液晶〕においてはセル厚は10 p 
mぐらいであるので、この差はかなシ大きい。セル厚が
薄(なnば、要求さnるバラツキの程度もよシ小さくな
るのでますます作シ方が難しくなるであろう。この問題
点に対処する仕方は、3つオシうる。
第一は、よシ高精度なセル作)を可能にするような製造
方法を開発することで、こしには非常な労力が必要とさ
するのが明らかである。
第2は、ピッチの長い液晶を用いることによって必要な
セル厚を厚くするというものである。こしにはさらに2
つの方法がある。1つは、光学活性な材料に光学不活性
な材料を混合することによシ、いはば光学活性を希釈す
るというやシ方であシ、もう1つは、反対方向の光学活
性体を混合して、ラセミ体に近くすることによシ、こn
も1.り光学活性を希釈するというものである。しかし
、このうちのどちらをとるにしても、本来の光学活性と
いう性質は希釈さnているので問題点を指摘することが
できる。つまカ、応答に関係していると考えらnている
自発分極が小さくなるのではないかということがある。
応答では、自発分極Pと電場の大きさE及び液晶の粘度
ηを用いてτ=η/P、]Ic と書けるとさnている。するとτはPに反比例するので
Pが小さくなると、τは大きくなる。この自発分極は、
光学活性な性質によって生起しているものである。なぜ
なら双極子がある一定の方向に揃うような相互作用が存
在するには、そnに対応する相互作用場の対称性が必要
であるからである。例えば、もし、液晶の並び方がその
長軸のまわシに回転対称でおったとすると、長軸に垂直
なすべての方向は等価であるので、物足の方向だけに分
極が偏ることはあシえず、必ず逆方向にも同じだけの相
互作用が働いて、全体としては、分極は揃わないはずで
ある。こnと同様に、ある液晶が鏡面対称な相互作用場
の中に置かnると、この鏡面に垂直な方向の相互作用は
、右にも左にも等価な量だけ働くはずであるから、ある
一方の方向のみに双極子が偏ることはない。即ち、鏡面
に垂直な方向の自発分極は存在しえない。ここでもし、
液晶が光学活性であnば、分子そのものの鏡面非対称性
によって、相互作用場の鏡面対称性がなくなるので、あ
る一方の方向に双極子が偏るということが起こシうる。
つまり自発分極が発生しうるということKなるのである
こ扛から想像さnるように、分子の光学活性が希釈さn
るということは、相互作用場が、鏡面対称に近くなると
いうことであるから、自発分極は小さくなると考えら牡
る。よって、応答は遅くなるのである。
第3の方法は、本発明の内容であって、電圧を印加して
いない状態においても、電圧を印加すnばヘリックスは
とけて、通常のスメクチック状態になるという事実を用
いることである。
この電場印加によるヘリックスの消失について以下若干
の説明を行う。
まずヘリツ、クスを形成していることから、こnに対応
する液晶の弾性1木・ルギーが存在すると想定して、こ
nをF、と書(。
ここで座標軸は第3図のようにとった。またq。は電圧
無印加状態でのピッチz0 と+7o=2π/ z。
という関係で結ばnておシ、Ktは弾性足数。
次に、分子の長軸方向に垂直な双極子Pと、電場との相
互作用をFdと書くと F cLニー P Kt 608φ よって全体のエネルギーFは こnがφについて極小になる条件から微分方程式が得ら
nる。
この弐全解くことによル、ヘリックスはある臨界電場E
で消失することを示すことができ、EC=π番 Kt/
4PZ♂ この事実を用いnば、電圧無印刃口状態でヘリックスが
あっても、電圧を充分かけnばへ′リツクスはな(な〕
、また電圧の極性を変えnば、液晶の方向が変わシこの
変化を光学的に区別することができる。このときも0!
afKらの特許と同様の駆動ができることは明らかであ
シ、彼らと同じコントラスト全行ることが可能である。
しかも、このように電圧の無印加状態でヘリックスを有
することを許せば、セル厚をピッチの長さに応じて薄く
する必要もない。このことは先に述べたようにセル製造
上極めて有利なことである。要するに、この方法は、基
板の表面規制力を電場の力によって代替することを意図
したものであ多、基板を薄く作るより、′、■圧を上げ
る方がはるかに容易であるということを利用したものと
いえる。
特に大型パネルを作製する場合には、この特徴は重要に
なフ、現在では5μ惧以上のセル厚であnば、かなシ均
一なパネルを広い面渭で作ることができるので、この程
度のセル厚であることは非常に有利である。
次に表面の配向法について考えてみると、atGfKら
の方法によると、表面は配向処理を一切しないで、磁場
もしくは、せん断の方法によって配向させるということ
になっている。こnは、ヘリックスが自然になくなるよ
うな薄いセルでは、非常に実行の困難な方法であシ、特
にal場では、表面の規制力が強いために配向させるの
にかな夛強い磁場をかけてやる必要がある。またせん断
の方法では、量産化、人里化のどの観点から見ても実用
的とはいえない。またこしらの薄いセルでは、表面の規
制力がセルの中央部にまで及ぶので、どのような方法で
配向し′fcかによって、応答がちがつ7’cD、量産
化したときに、配向のバラツキがそのまま特性のバラツ
キに反映することが考えらnる。一方セルが厚けnばこ
tらの欠点は除去しうるし、配向法についてもあまシ精
密に考えることもなく、通常の方線、即ちラビングが使
えることになる。こljLは今までのTNのノウ、ハウ
がそのまま使える訳で実用化に際し、極めて有利である
。以下、本発明を実施例に沿って具体的に説明する。
〔実施例1〕 カイラルスメクチック液晶P−n−ドデシルオキシベン
ジリデン−Pl−アミノ−2−メチルブチルシンナマー
ト (DOBAMBO)を用いて、図2に示すような表
示セルを作製した。ここで3は上下のガラス基板、4は
S%O,J嘆、5はスペーサで、ナイロンシートを熱圧
着して用いた。6はり、CIBAMBOである。ここで
セルの厚みは10μ常で作製した。こt″L全磁全円場
内nて、温度を130℃に設定した。この温度ではDO
BAMBCは液体(等方性)であるが、この温度がら徐
冷して(1℃/hr)SmA相にし、磁場を切った後さ
らに徐冷してS B O*相のセルを作製した。
このときの温度は85℃に設定した。このセルの電圧無
印加状態における様子を偏光顕微鏡でみるとピッチが観
測さn、その大きさは約2μ処であった。このセルに電
圧を印刀口してゆくと、約1vでヘリックスが消失する
のが観測さnた。ここで電圧の極性を反転して、電圧を
しだいに上げてゆくと、やは451V附近でヘリックス
の消失するのが観測さ′t′I−た。
このようにして作シしたセルに上下の偏光板をつけて光
変換素子とした。ここで偏光板の方向は次のようにして
決めた。まず一方の極性の電圧を印加してヘリックスを
消失させておき、上下の偏光板を直交させた状態でパネ
ルを回転し、透過率の最も小さい方向′fc足めて、こ
の方向でパネルに偏光板を貼シ附けた。このセルに、±
10 Vの電圧を印加する点滅することが確かめらnた
〔実施例2〕 実施例1で用いたのと同じ液晶セルを用いたが今度は、
上下のガラスの8102上にPVA1コードンた後にラ
ビングを行った。ここでPTAコート!−j:、0.’
1%のFVA水溶液をガラス上にスヒンナーで塗布し、
乾燥したものである。
セル厚はやけ910μ゛常でした。
このパネルに、実施例1と同様にDOBAMBOi13
9℃で注入し、85℃まで徐冷(1℃/hr)した。こ
のセルを偏光顕微鏡で電圧を印加しながら観察したとこ
ろ、やはシ±1vでヘリックスの消失が観測さnた。
このセルに実施例1と同様の方法で偏光板を貼シ附けて
、±10 Vを印加するとやはシ点滅して光学的変化が
見らnた。
〔実施例3〕 実施例2と同じようにセルを作製したが、今度は、PT
Aコートではなくテアワンコートを行って、ラビングを
行った。ここでテフロンは真空蒸着によって基板上につ
けた。
このセルでもやは、9,10pmではへリックスを持つ
が、電圧を印加することによシヘリックスを消失させる
ことができ、実施例1.2と同じ光学変化を実現できた
〔実施例4〕 本実施例ではカイラルスメクチック液晶P −ヘキシル
オキシベンジリデン−Pl−アミノ−2−クロロブロビ
ルシンナアート (HOBACPC)を用いて実施例2
と同様なPTAラビング処理によるセル全作製したセル
厚はやはシ1oμ飢とした、HOBAOPO[ついては
、注入時は150’Cで等方性液体として注入して、や
はシ徐冷(1℃/hiLで70℃に設定した。
こしについても前と同様に、偏光顕微鏡観察をしたとこ
ろ、電圧の熱印加状態でヘリックスを持ち、そのピッチ
は約2μ質であった。この場合も±l0VO印加によっ
てヘリックスは解消し、点滅させることができた。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明にょnば厚いセルによっても駆動
することができ、セル製造上非常に大きな利点となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、スメクチック液晶のLもしくはH相の構造を
示すもので1は液晶の全体、2はスメクチックの層。第
2図は゛実施例で用いた液晶パネル。3はガラス基板、
4はsno、膜、5はスペーサ、6は液晶。 以上 出願人 株式会社第二精工舎 代理人 弁理士最上 務 第1、図 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)光学活性なスメクチック液晶を用いた光変換素子
    において、該スメクチック層が電圧無印加状態でヘリッ
    クスを持ち、電圧印刀口状態において、ヘリックスがな
    くなるように構成した光変換素子(2、特許請求の範囲
    (1)において、スメクチック液晶が2つの基板にはさ
    まnた形をしているときに、該基板の一方もしくは、両
    方に液晶配向効果を及ぼす表面構造を有している光変換
    素子。 (3)特許請求の範囲<2)において、液晶配向効果を
    及ぼす表面構造がラビングによシ形底さnていることを
    特徴とする光変換素子。 (4)特許請求の範囲(1)において、セルの厚みが5
    pm以上でおること全特徴とする光変換素子。
JP16901983A 1983-09-13 1983-09-13 光変換素子 Pending JPS6060625A (ja)

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JP16901983A JPS6060625A (ja) 1983-09-13 1983-09-13 光変換素子

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01152430A (ja) * 1987-09-18 1989-06-14 F Hoffmann La Roche Ag 液晶混合物用キラール添加剤おびその用途
US5676880A (en) * 1987-09-18 1997-10-14 Rolic Ag Ferroelectric liquid crystal cell
JP2007232264A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Fujitsu General Ltd 空気調和機

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