JPS61205922A - Liquid crystal element - Google Patents

Liquid crystal element

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JPS61205922A
JPS61205922A JP60047785A JP4778585A JPS61205922A JP S61205922 A JPS61205922 A JP S61205922A JP 60047785 A JP60047785 A JP 60047785A JP 4778585 A JP4778585 A JP 4778585A JP S61205922 A JPS61205922 A JP S61205922A
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JP
Japan
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liquid crystal
phase
substrates
substrate
pair
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Pending
Application number
JP60047785A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuharu Katagiri
片桐 一春
Junichiro Kanbe
純一郎 神辺
Shinjiro Okada
伸二郎 岡田
Kazuo Yoshinaga
和夫 吉永
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent the generation of an orientation defect by using a specific liquid crystal element, forming the Sm phase of the liquid crystal by the phase transfer on the higher temp. side than the same and subjecting the surface of a substrate which contacts with the liquid crystal to an orientation treatment. CONSTITUTION:The liquid crystal compsn. contg. >=2 kinds of the liquid crystal compd. expressed by the formula (R is an alkyl, R* is an optically active group having an asymmetric C atom) is sealed between a pair of the substrates 101a and 101b. The Sm phase of the liquid crystal compsn. is formed by the phase transfer form the higher temp. side than the Sm phase. The surface of at least one substrate 101a of a pair of the substrates 101a, 101b is subjected to the uniaxial orientation treatment. The mono-domain in which the liquid crystal molecules are arranged in one direction is formed in the case of forming, for example, the SmA phase by slow cooling from the phase on the higher temp. side than the Sm phase in the above-mentioned manner. The liquid crystal element made into the construction in which the operation of the element based on the bistability of the ferroelectric liquid crystal and the mono-domain charac teristic of the liquid crystal layer 103 are compatible is obtd. The Sm phase having no orientation defect is thus formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶表示素子や液晶−光シヤツタアレイ等に
適用する液晶素子に関し、詳しくは液晶分子の初期配向
状態を改善することにより、表示ならびに駆動特性を改
善した液晶素子に関する。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a liquid crystal element applied to a liquid crystal display element, a liquid crystal-optical shutter array, etc., and more specifically, the present invention relates to a liquid crystal element applied to a liquid crystal display element, a liquid crystal-optical shutter array, etc. This invention relates to a liquid crystal element with improved driving characteristics.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の液晶素子としては1例えばエム会シャット(M、
5chadL)とダブリュー・ヘルフリツヒ(W、 H
e l f r i ch)著″アプライド・フィジッ
クス・レダーズ″(”Applied  Physic
sLetters”)第18巻、第4号(1971年2
月15日発行)、第127頁〜12B頁の″ボルテージ
・ディペンダント−オプティカル・7クテイビテイ一番
オブ・ア・ツィステッド争ネマチック会すキッドφクリ
スタル″(”Voltage  DepenjentO
ptical  Activity  of  aTw
isted   Nematic   LiquidC
r y s t a l ” )に示されたツィステッ
ド・ネマチック(twisted  nematic)
液晶を用いたものが知られている。このTN液晶は1画
素密度を高くしたマトリクス電極構造を用いた時分割駆
動の時、クロストークを発生する問題点があるため1画
素数が制限されていた。
As a conventional liquid crystal element, for example, M-kai shut (M,
5chadL) and W Helfrich (W, H
``Applied Physics Leaders'' (author)
sLetters”) Volume 18, No. 4 (February 1971)
``Voltage Dependent - Optical 7 Activity Ichiban of a Twisted Conflict Nematic Meets Kid φ Crystal'' on pages 127-12B), pp. 127-12B
ptical Activity of aTw
isted Nematic LiquidC
Twisted nematic shown in
One that uses liquid crystal is known. This TN liquid crystal has a problem in that crosstalk occurs during time-division driving using a matrix electrode structure with a high pixel density, so the number of pixels per pixel is limited.

又、各画素に薄膜トランジスタによるスイッチング素子
を接続し、各画素毎をスイッチングする方式の表示素子
が知られているが、基板上に薄膜トランジスタを形成す
る工程が極めて煩雑な上、大面積の表示素子を作成する
ことが難しい問題点がある。
Furthermore, a display element is known in which a switching element using a thin film transistor is connected to each pixel, and each pixel is switched. However, the process of forming the thin film transistor on the substrate is extremely complicated, and it is difficult to use a display element with a large area. There are some problems that make it difficult to create.

この様な従来型の液晶素子の欠点を改善するものとして
、双安定性を有する液晶素子の使用が2 クラーク(C
1ark)およびラガウェル(Lage rwa l 
l)により提案され−(イる(特開昭56−10721
6号公報、米国特許第4367924号明細書等)、双
安定性を有する液晶としては、一般に、カイラルスメク
テイックC相(SmC束)又はH相(SmH¥)を有す
る強誘電性液晶が用いられる。
In order to improve the drawbacks of conventional liquid crystal devices, the use of bistable liquid crystal devices is proposed by Clark (C).
1ark) and Lage rwa l
It was proposed by
6, U.S. Pat. No. 4,367,924, etc.), ferroelectric liquid crystals having chiral smectic C phase (SmC bundle) or H phase (SmH\) are generally used as the liquid crystal having bistability. It will be done.

この液晶は電界に対して第1の光学的安定状態と第2の
光学安定状態からなる双安定状態を有し、従って前述の
TN型の液晶で用いられた光学変調素子とは異なり、例
えば一方の電界ベクトルに対して第1の光学的安定状態
に液晶が配向し、他方の電界ベクトルに対しては第2の
光学的安定状態に液晶が配向される。またこの型の液晶
は、加えられる電界に応答して、極めて速やかに上記2
つの安定状態のいずれかを取り、且つ電界の印加のない
ときはその状態を維持する性質を有する。このような性
質を利用することにより、上述した従来のTN型素子の
問題点の多くに対して、かなり本質的な改善が得られる
。この点は1本発明と関連して、以下に、更に詳細に説
明する。しかしながら、この双安定性を有する強誘電性
液晶が所定の駆動特性を発揮するためには、一対の平行
基板間に配置される液晶が、電界の印加状態とは無関係
に4上記2つの安定状態の間での変換が効果的に起るよ
うな分子配列状態にあることが必要である。
This liquid crystal has a bistable state consisting of a first optically stable state and a second optically stable state with respect to an electric field. Therefore, unlike the optical modulation element used in the TN type liquid crystal described above, for example, one The liquid crystal is aligned in a first optically stable state with respect to the electric field vector, and the liquid crystal is aligned in a second optically stable state with respect to the other electric field vector. In addition, this type of liquid crystal responds to an applied electric field and very quickly responds to the above-mentioned
It has the property of taking one of two stable states and maintaining that state when no electric field is applied. By utilizing such properties, many of the problems of the conventional TN type device described above can be significantly improved. This point will be explained in more detail below in connection with the present invention. However, in order for this ferroelectric liquid crystal with bistability to exhibit predetermined driving characteristics, the liquid crystal placed between a pair of parallel substrates must be in the above two stable states regardless of the applied state of the electric field. It is necessary that the molecules be arranged in such a state that conversion between them can occur effectively.

例えばSmC”又はSmH”相を有する強誘電性液晶に
ついては、SmC”又はSmH”相を有する液晶分子層
が基板面に対して垂直で、したがって液晶分子軸が基板
旬にほぼ平行に配列した領域(モノドメイン)が形成さ
れる必要がある。しかしながら、従来の双安定性を有す
る強誘電性液晶素子においては、このようなドメイン構
造を有する液晶の配向状態が、必ずしも満足に形成され
なかったために、充分な特性が得られなかったのが実情
である。
For example, for a ferroelectric liquid crystal having an SmC" or SmH" phase, a region in which the liquid crystal molecular layer having an SmC" or SmH" phase is perpendicular to the substrate surface, and therefore the liquid crystal molecular axes are aligned approximately parallel to the substrate surface. (monodomain) needs to be formed. However, in conventional ferroelectric liquid crystal devices with bistability, the alignment state of the liquid crystal with such a domain structure was not always formed satisfactorily, so the actual situation was that sufficient characteristics could not be obtained. It is.

たとえば、C1arkらによれば、このような配向状態
を与えるために、磁界を印加する方法、せん断力を印加
する方法、基板間に小間隔で平行なリッジ(ridge
)を配列する方法などが提案されている。しかしながら
、これらは、いずれも必ずしも満足すべき結果を与える
ものではなかった。たとえば、磁界を印加する方法は、
大規模な装置を要求するとともに作動特性の良好な薄層
セルとは両立しがたいという難点があり、また、せん断
力を印加する方法は、セルを作成後に液晶を注入する方
法と両立しないという難点がある。又、セル内に平行な
りツジを配列する方法では、それのみによっては、安定
な配向効果を与えられない。
For example, according to C1ark et al., in order to provide such an orientation state, there are methods of applying a magnetic field, methods of applying a shear force, and methods of applying parallel ridges at small intervals between substrates.
) have been proposed. However, none of these methods necessarily gave satisfactory results. For example, the method of applying a magnetic field is
There are disadvantages in that it requires large-scale equipment and is incompatible with thin-layer cells with good operating characteristics.Also, the method of applying shear force is incompatible with the method of injecting liquid crystal after creating the cell. There are some difficulties. Further, the method of arranging parallel apertures within the cell cannot provide a stable alignment effect by itself.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

本発明の目的は、前述した事情に鑑み、高速応答性、高
密度画素と大面積を有する表示素子、或いは高速度のシ
ャッタスピードを有する光学シャッター等として潜在的
な適性を有する強誘電性液晶素子において、従来問題で
あったモノドメイン形成性ないしは初期配向性を改善す
ることにより、その特性を充分に発揮させ得る強誘電性
液晶素子を提供することにある。
In view of the above-mentioned circumstances, an object of the present invention is to provide a ferroelectric liquid crystal element that has potential suitability as a display element having high-speed response, high-density pixels, and a large area, or an optical shutter having a high shutter speed. The object of the present invention is to provide a ferroelectric liquid crystal element that can fully exhibit its characteristics by improving the monodomain formation property or initial orientation, which has been a problem in the past.

〔作用〕[Effect]

本発明者らは、前述の目的に沿って研究した結果、特定
の液晶又はその液晶を含む組成物を一軸性配向処理効果
が付与された基板に挟持し、スメクテイツク相より高温
側の相、例えばコレステリック相(カイラルネマチック
相)、ネマチック相、等吉相からの徐冷による相転移を
生じさせた場合、例えばSmAの形成時に液晶分子が一
方向に配列したモノドメインを形成することができ、こ
の結果強誘電性液晶の双安定性に基づく素子の作動と液
晶層のモノドメイン性を両立し得る構造の液晶素子が得
られることを見い出した。
As a result of research in line with the above-mentioned purpose, the present inventors have discovered that a specific liquid crystal or a composition containing the liquid crystal is sandwiched between substrates to which a uniaxial alignment treatment effect has been imparted, and a phase on the higher temperature side than the smectic phase, e.g. When a phase transition is caused by slow cooling from a cholesteric phase (chiral nematic phase), nematic phase, or togoyoshi phase, for example, when forming SmA, a monodomain in which liquid crystal molecules are aligned in one direction can be formed, and as a result, It has been found that a liquid crystal element can be obtained that has a structure that allows both the operation of the element based on the bistability of ferroelectric liquid crystal and the monodomain property of the liquid crystal layer.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の液晶素子は、前述の知見に基づくものであり、
より詳しくは、一対の基板間に、下記一般式(1)で表
わされる液晶化合物の2種以上を含有する液晶組成物を
封入したセル構造をなし、前記液晶組成物のスメクテイ
ツク相を該スメクテイツク相より高温側の相からの相転
移により形成するとともに、前記一対の基板のうち少な
くとも一方の基板の面が界面で接する分子軸方向を優先
して一方向に配列させる効果を有している点に特徴を有
している。
The liquid crystal element of the present invention is based on the above-mentioned findings,
More specifically, a cell structure is formed in which a liquid crystal composition containing two or more types of liquid crystal compounds represented by the following general formula (1) is sealed between a pair of substrates, and the smectate phase of the liquid crystal composition is It is formed by a phase transition from a phase on the higher temperature side, and has the effect of arranging the molecules in one direction with priority given to the direction of the molecular axis where the surfaces of at least one of the pair of substrates meet at the interface. It has characteristics.

一般式(1) %式% 式中、Rはアルキル基を示し、R*は不斉炭素原子を有
する光学活性基を示し、特に炭素数1−18のアルキル
基で、炭素数4〜14のアルキル基が好ましい、特に下
記一般式(2)で示される光学活性基が好ましい。
General formula (1) %Formula% In the formula, R represents an alkyl group, and R* represents an optically active group having an asymmetric carbon atom, particularly an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, An alkyl group is preferred, and an optically active group represented by the following general formula (2) is particularly preferred.

一般式(2) %式% ここでR1とR2はアルキル基、アルキルオキシ基、シ
アノ基、ハロゲン原子のいずれかであるが、R1,R,
2は相異るものであり、かつR1,R2が共にハロゲン
原子である場合は除外される。又上式に於てnはO〜8
の整数である。(1)式の化合物のうち実用的な製造上
特に好適なものは、光学活性な原材料の入手のし易さな
どの見地からn=1.Rx=CH3゜R2=C2H5の
もの、即ちR木が2−メチルブチル基のもの及びn=o
 、R1=CH3。
General formula (2) %Formula% Here, R1 and R2 are either an alkyl group, an alkyloxy group, a cyano group, or a halogen atom, but R1, R,
2 are different, and cases where R1 and R2 are both halogen atoms are excluded. Also, in the above formula, n is O~8
is an integer. Among the compounds of formula (1), those with n=1 are particularly suitable for practical production, from the viewpoint of ease of obtaining optically active raw materials. Rx=CH3゜R2=C2H5, that is, the R tree is 2-methylbutyl group, and n=o
, R1=CH3.

R2=C6H13のもの、即ちR水が2−オクチル基の
化合物である。
It is a compound where R2=C6H13, that is, R water is a 2-octyl group.

この一般式(1)の化合物は、4−フルキルオキシ−4
′−ビフェニルカルボン酸を塩化チオニル、五塩化リン
の如きハロゲン化剤との反応により酸ハロゲン化物とし
、これをピリジンの如き塩基性溶媒中で光学活性アルコ
ール類と反応させることにより、最も好適に合成される
The compound of general formula (1) is 4-furkyloxy-4
It is most preferably synthesized by reacting '-biphenylcarboxylic acid with a halogenating agent such as thionyl chloride or phosphorus pentachloride to form an acid halide, and then reacting this with an optically active alcohol in a basic solvent such as pyridine. be done.

詳細には特開昭59−118744号公報に開示されて
いる。
Details are disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 118744/1983.

〔実施例〕〔Example〕

以下、必要に応じて図面を参照しつつ1本発明を更に詳
細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to the drawings as necessary.

本発明で用いる液晶は、強誘電性を有するものであって
、具体的にはカイラルスメクテイツクC相(SmC”)
、H相(SmH”)、I相(SmI ”)、J相(Sm
A末)、に相(SmK”)、G相(SmC宜)又はF相
(SmF”)I、自+ス播JLル田いど→がでまる。
The liquid crystal used in the present invention has ferroelectricity, and specifically has chiral smectate C phase (SmC").
, H phase (SmH"), I phase (SmI"), J phase (Sm
A phase (SmK"), G phase (SmC yi) or F phase (SmF") I, self+spring JL field → appear.

前記一般式(1)で示される化合物の具体例は、下記の
とおりである。
Specific examples of the compound represented by the general formula (1) are as follows.

(m=7.8,9.10.12) これらの液晶組成物は他の強誘電性液晶、例えばDOB
AMBC;デシロキシベンジリデン−y−アミノ−2−
メチルブチルシンナメート、HOB A CP C;ヘ
キシルオキシベンジリデン−Y−アミノ−2−クロロプ
ロピルシンナメートなどと組合せることによっても、良
好な結果を得ることができる。
(m=7.8, 9.10.12) These liquid crystal compositions can be used with other ferroelectric liquid crystals, such as DOB.
AMBC; decyloxybenzylidene-y-amino-2-
Good results can also be obtained by combining with methylbutyl cinnamate, HOB A CP C; hexyloxybenzylidene-Y-amino-2-chloropropyl cinnamate, etc.

これらの材料を用いて素子を構成する場合、液晶組成物
がSmC)le相又は5rnH*相となる様な温度状態
に保持する為、必要に応じて素子をヒータが埋め込まれ
た銅ブロック等により支持することができる。
When constructing an element using these materials, in order to maintain the temperature such that the liquid crystal composition is in the SmC)le phase or 5rnH* phase, the element may be placed in a copper block with a heater embedded, etc., as necessary. can be supported.

第1図は、強誘電性液晶の動作説明の為に。Figure 1 is for explaining the operation of ferroelectric liquid crystal.

セルの例を模式的に描いたものである。21aと21b
は、I n203、S n02あるいはITO(Ind
ium−Tin  0xide)等の薄膜からなる透明
電極で被覆された基板(ガラス板)であり、その間に液
晶分子層22がガラス面に垂直になるよう配向したSm
C*相又はSmH*相の液晶が封入されている。
This is a schematic drawing of an example of a cell. 21a and 21b
I n203, S n02 or ITO (Ind
It is a substrate (glass plate) coated with a transparent electrode made of a thin film such as Sm-Tin Oxide), between which a liquid crystal molecular layer 22 is oriented perpendicular to the glass surface.
C* phase or SmH* phase liquid crystal is sealed.

太線で示した線23が液晶分子を表わしており、この液
晶分子23はその分子に直交した方向に双極子モーメン
ト(P工)24を有している。
A thick line 23 represents a liquid crystal molecule, and this liquid crystal molecule 23 has a dipole moment (P) 24 in a direction perpendicular to the molecule.

基板2taと21b上の電極間に一定の閾値以上の電圧
を印加すると、液晶分子23のらせん構造がほどけ、双
極子モーメン) (P工)24が全て電界方向に向くよ
う、液晶分子23は配向方向を変えることができる。液
晶分子23は。
When a voltage equal to or higher than a certain threshold is applied between the electrodes on the substrates 2ta and 21b, the helical structure of the liquid crystal molecules 23 is unraveled, and the liquid crystal molecules 23 are oriented so that all dipole moments (P) 24 are oriented in the direction of the electric field. You can change direction. The liquid crystal molecules 23 are.

細長い形状を有しており、その長袖方向と短軸方向で屈
折率異方性を示し、従って例えばガラス面の上下に互い
にクロスニコルの偏光子を置けば、電圧印加極性によっ
て光学特性が変わる液晶光学変調素子となることは、容
易に理解される。
It has an elongated shape and exhibits refractive index anisotropy in its long and short axis directions. Therefore, for example, if crossed Nicol polarizers are placed above and below the glass surface, the optical properties change depending on the polarity of voltage application. It is easily understood that this serves as an optical modulation element.

本発明の液晶素子で好ましく用いられる液晶セルは、そ
の厚さを充分に薄く(例えば10g以下)することがで
きる、このように液晶層が薄くなるにしたがい、第2図
に示すように電界を印加していない状態でも液晶分子の
らせん構造がほどけ、非らせん構造を採り、その双極子
モーメントPaまたはPbは上向き(34a )。
The liquid crystal cell preferably used in the liquid crystal element of the present invention can be made sufficiently thin (for example, 10 g or less).As the liquid crystal layer becomes thinner, the electric field can be reduced as shown in FIG. Even when no voltage is applied, the helical structure of the liquid crystal molecules unwinds and assumes a non-helical structure, with its dipole moment Pa or Pb pointing upward (34a).

又は下向き(34b)のどちらかの状態をとる。このよ
うなセルに、第2図に示す如く一定の閾値以上の極性の
異る電界Ea又はEbを電圧印加手段31aと31bに
より付与すると。
or downward (34b). When an electric field Ea or Eb of different polarity above a certain threshold value is applied to such a cell by voltage applying means 31a and 31b, as shown in FIG.

双極子モーメントは、電界Ea又はEbの電界ベクトル
に対応して上向き34a又は下向き34bと向きを変え
、それに応じて液晶分子は、第1の安定状態33aかあ
るいは第2の安定状態33bの伺れか一方に配向する。
The dipole moment changes its direction upward 34a or downward 34b in response to the electric field vector of the electric field Ea or Eb, and accordingly, the liquid crystal molecules are in the first stable state 33a or in the second stable state 33b. orient to one side.

このような強誘電性を光学変調素子として用いることの
利点は、先にも述べたが2つある。
As mentioned earlier, there are two advantages to using such ferroelectricity as an optical modulation element.

その第1は、応答速度が極めて速いことであり、第2は
液晶分子の配向が双安定性を有することである。第2の
点を、例えば第2図によって更に説明すると、電界Ea
を印加すると液晶分子は第1の安定状態33aに配向す
るが、この状態は電界を切っても安定である。又、逆向
きの電界Ebを印加すると、液晶分子は第2の安定状態
33bに配向してその分子の向きを変えるが、やはり電
界を切ってもこの状態に留っている。又、与える電界E
aが一定の閾値を越えない限り、それぞれの配向状態に
やはり維持されている。このような応答速度の速さと、
双安定性が有効に実現されるにはセルとしては出来るだ
け薄い方が好ましい。
The first is that the response speed is extremely fast, and the second is that the alignment of liquid crystal molecules has bistability. To further explain the second point, for example with reference to FIG. 2, the electric field Ea
When the voltage is applied, the liquid crystal molecules are aligned in a first stable state 33a, and this state remains stable even when the electric field is turned off. When an electric field Eb in the opposite direction is applied, the liquid crystal molecules are oriented to a second stable state 33b and change their orientation, but they remain in this state even after the electric field is turned off. Also, the electric field E
As long as a does not exceed a certain threshold, each orientation state is maintained. Such fast response speed and
In order to effectively realize bistability, it is preferable that the cell be as thin as possible.

この様な強誘電性を有する液晶で素子を形成するに当た
って最も問題となるのは、先にも述べたように、SmC
*相又はSmH*相を有する層が基板面に対して垂直に
配列し且つ液晶分子が基板面に略平行に配向した、モノ
ドメイン性の高いセルを形成することが困難なことであ
り、この点に解決を与えることが本発明の主要な目的で
ある。
The biggest problem in forming devices using liquid crystals with such ferroelectricity is, as mentioned earlier, that SmC
It is difficult to form a highly monodomain cell in which a layer having a *phase or an SmH* phase is aligned perpendicular to the substrate surface and liquid crystal molecules are aligned approximately parallel to the substrate surface, and this It is the main objective of the present invention to provide a solution to this point.

第3図(A)と(B)は、本発明の液晶素子の一実施例
を示している。第3図(A)は。
FIGS. 3(A) and 3(B) show an embodiment of the liquid crystal element of the present invention. Figure 3(A) is.

本発明の液晶素子の乎面図で、第3図(B)はそのA−
A′断面図である。
FIG. 3(B) is a top view of the liquid crystal element of the present invention.
It is an A' sectional view.

第3図で示すセル構造体100は、ガラス板又はプラス
チック板などからなる一対の基板101aと101bを
スペーサ104で所定の間隔に保持され、この一対の基
板をシーリングするために接着剤106で接着したセル
構造を有しており、さらに基板101の上には複数の透
明電極102aからなる電極群(例えば、マトリクス電
極構造のうちの走査電圧印加用電極群)が例えば帯状パ
ターンなどの所定パターンで形成されている。基板10
1bの上には前述の透明電極102aと交差させた複数
の透明電極102bからなる電極群(例えば、マトリク
ス電極構造のうちの信号電圧印加用電極群)が形成され
ている。
In the cell structure 100 shown in FIG. 3, a pair of substrates 101a and 101b made of glass or plastic plates are held at a predetermined distance by a spacer 104, and are bonded together with an adhesive 106 to seal the pair of substrates. Further, on the substrate 101, an electrode group (for example, a scanning voltage application electrode group of a matrix electrode structure) consisting of a plurality of transparent electrodes 102a is arranged in a predetermined pattern such as a strip pattern. It is formed. Substrate 10
An electrode group (for example, a signal voltage application electrode group of the matrix electrode structure) is formed on the transparent electrode 102a and the plurality of transparent electrodes 102b intersecting with the transparent electrode 102a.

このような透明電極102bを設けた基板101bには
1例えば−酸化硅素、二酸化硅素、酸化アルミニウム、
ジルコニア、フッ化マクネシウム、酸化セリウム、フッ
化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化物、ホウ素
窒化物などの無機絶縁物質やポリビニルアルコール。
The substrate 101b provided with such a transparent electrode 102b contains 1, for example, silicon oxide, silicon dioxide, aluminum oxide,
Inorganic insulating materials such as zirconia, magnesium fluoride, cerium oxide, cerium fluoride, silicon nitride, silicon carbide, boron nitride, and polyvinyl alcohol.

ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、
ポリバラキシレリン、ポリエステル、ポリカーボネート
、ポリビニルアセタール。
Polyimide, polyamideimide, polyesterimide,
Polyvaraxylerin, polyester, polycarbonate, polyvinyl acetal.

ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリスチレン、セルロー
ス樹脂、メラミン樹脂1ユリア樹脂やアクリル樹脂など
の有機絶縁物質を用いて被膜形成した配向制御膜105
を設けることができる。
An alignment control film 105 formed using an organic insulating material such as polyvinyl chloride, polyamide, polystyrene, cellulose resin, or melamine resin 1 urea resin or acrylic resin
can be provided.

この配向制御膜105は、前述の如き無機絶縁物質又は
有機絶縁物質を被膜形成した後に。
This alignment control film 105 is formed after forming an inorganic insulating material or an organic insulating material as described above.

その表面をビロード、布や紙で一方向に摺擦(ラビング
)することによって得られる。
It is obtained by rubbing the surface in one direction with velvet, cloth, or paper.

本発明の別の好ましい具体例では、SiOや5i02な
どの無機絶縁物質を基板101bの北に斜め蒸着法によ
って被膜形成することによって、配向制御膜105を得
ることができる。
In another preferred embodiment of the present invention, the alignment control film 105 can be obtained by depositing an inorganic insulating material such as SiO or 5i02 on the north side of the substrate 101b by oblique vapor deposition.

第5図に示された装置に於いてペルジャー501は吸出
口505を有する絶縁基板503上に!ll!置され、
前記吸出口505から伸びる(図示されていない)真空
ポンプによりペルジャー501が真空にされる。タング
ステン製またはモリブデン製のるつぼ507はペルジャ
ー501の内部および底部に配置され。
In the apparatus shown in FIG. 5, a Pelger 501 is placed on an insulating substrate 503 having a suction port 505! ll! placed,
A vacuum pump (not shown) extending from the outlet 505 evacuates the pelger 501 . A crucible 507 made of tungsten or molybdenum is placed inside and at the bottom of the Pelger 501.

るつぼ507には数グラムのSin、S [02。The crucible 507 contains several grams of Sin, S [02.

MgF2等の結晶508が載置される。るつぼ507は
下方の2つのアーム507a 、507bを有し、前記
アームはそれぞれ導線509゜510に接続される。電
源506及びスイッチ504がペルジャー501の外部
導線509゜510間に直列に接続される。基板502
はペルジャー501の内部でるつぼ507の真上にペル
ジャー501の垂直軸に対しθの角度を成して配置され
る。
A crystal 508 such as MgF2 is placed. The crucible 507 has two lower arms 507a, 507b, which are connected to conductive wires 509 and 510, respectively. A power supply 506 and a switch 504 are connected in series between external conductors 509 and 510 of Pelger 501. Substrate 502
is located inside the Pelger 501 directly above the crucible 507 at an angle θ with respect to the vertical axis of the Pelger 501 .

スイッチ504が開放されると、ペルジャー501はま
ず約to−5mmHg圧の真空状態にされ、次にスイッ
チ504が閉じられて、るつぼ507が適温で白熱して
結晶508が蒸発されるまで電源506を調節して電力
が供給される。適温範囲(700−1000℃)に対し
て必要な電流は約100100aである。結晶508は
次に蒸発され図中Sで示された上向きの分子流を形成し
、流体Sは、基板502に対してθの角度を成して基板
502上に入射され、この結果基板502が被膜される
。角度θは上記の゛入射角“°であり、流体Sの方向は
上記の°°斜め蒸着方向′°である。この被膜の膜厚は
基板502をペルジャー501に挿入する前に行なわれ
る装置の時間に対する厚みのキャリブレーションにより
決定される。適宜な厚みの被膜が形成されると電源50
6からの電力を減少させ、スイッチ504を開放してペ
ルジャー501とその内部を冷却する0次に圧力を大気
圧まで上げ基板502をペルジャー501から取り外す
When the switch 504 is opened, the Pel jar 501 is first evacuated to a pressure of about to-5 mmHg, and then the switch 504 is closed and the power supply 506 is turned on until the crucible 507 is incandescent at a suitable temperature and the crystal 508 is evaporated. Power is supplied in a regulated manner. The required current for a suitable temperature range (700-1000°C) is about 100100A. The crystal 508 is then evaporated to form an upward molecular stream indicated by S in the figure, and the fluid S is incident on the substrate 502 at an angle θ with respect to the substrate 502, so that the substrate 502 coated. The angle θ is the angle of incidence described above, and the direction of the fluid S is the oblique deposition direction described above. It is determined by calibrating the thickness with respect to time.When a film of appropriate thickness is formed, the power supply 50
6 and open the switch 504 to cool the Pel jar 501 and its interior.Then, the pressure is raised to atmospheric pressure and the substrate 502 is removed from the Pel jar 501.

また、別の具体例ではガラス又はプラスチックからなる
基板101bの表面あるいは基板101bの上に前述し
た無機絶縁物質や有機絶縁物質を被膜形成した後に、該
被膜の表面を斜方エツチング法によりエツチングするこ
とにより、その表面に配向制御効果を付与することがで
きる。
In another specific example, after forming a film of the above-mentioned inorganic insulating material or organic insulating material on the surface of the substrate 101b made of glass or plastic or on the substrate 101b, the surface of the film is etched by an oblique etching method. Accordingly, an orientation control effect can be imparted to the surface.

前述の配向制御膜105は、同時に絶縁膜としても機能
させることが好ましく、このためにこの配向制御111
105の膜厚は一般に100人〜lk、好ましくは50
0人〜5000人の範囲に設定することができる。この
絶縁膜は、液晶層103に微量に含有される不純物等の
ために生ずる電流の発生を防止できる利点をも有してお
り、従って動作を繰り返し行なっても液晶化合物を劣化
させることがない。
It is preferable that the above-mentioned orientation control film 105 also functions as an insulating film, and for this purpose, the orientation control film 111
The film thickness of 105 is generally 100 to 100 lk, preferably 50 lk.
It can be set in a range of 0 to 5000 people. This insulating film also has the advantage of being able to prevent the generation of current caused by trace amounts of impurities contained in the liquid crystal layer 103, and therefore does not deteriorate the liquid crystal compound even if the operation is repeated.

また、本発明の液晶素子では前述の配向制御    。In addition, the liquid crystal element of the present invention has the above-mentioned alignment control.

膜105と同様のものをもう一方の基板101に設ける
ことができる。
Something similar to membrane 105 can be provided on the other substrate 101.

第3図に示すセル構造体100の中の液晶層103は、
SmC* 、SmH* 、SmI* 。
The liquid crystal layer 103 in the cell structure 100 shown in FIG.
SmC*, SmH*, SmI*.

SmJ * 、SmK)k 、SmG)k 、SmF*
とす、  ることができる、このカイラルスメクテイツ
ク相の液晶相103は、スメクテイツク相より高温側の
相、例えばコレステリック相(カイラルネマチック相)
、ネマチック相、等吉相からの徐冷(l″C!−10℃
/時間)による降温過程でSmA(スメクテイツクA相
)に相転移され、さらに徐冷による降温過程でカイラル
スメクテイツク相に相転移されることによって形成され
る。
SmJ*, SmK)k, SmG)k, SmF*
The liquid crystal phase 103 of the chiral smectate phase is a phase on the higher temperature side than the smectate phase, for example, a cholesteric phase (chiral nematic phase).
, nematic phase, slow cooling from Tokichi phase (l″C!-10℃
It is formed by undergoing a phase transition to SmA (smectic A phase) during the temperature cooling process (/hour), and further to a chiral smectic phase during the temperature cooling process due to slow cooling.

本発明で重要な点は、徐冷による降温過程で前述の液晶
を用いた時に、モノドメインのSmAを形成することが
でき、このSmAのモノドメイン性に応じたモノドメイ
のカイラルスメクテイツク相を形成することができる。
The important point of the present invention is that monodomain SmA can be formed when the above-mentioned liquid crystal is used in the temperature decreasing process by slow cooling, and a chiral smectate phase of monodomain can be formed according to the monodomain nature of this SmA. can be formed.

本発明で用いる液晶組成物としては、降温過程において
等1相−コレステリツク相−SmA−力イラルスメクテ
イツク相、等1相−コレステリツク相−カイラルスメク
テイック相あるいは等1相−SmA−力イラルスメクテ
イツク相と相転移させる組成物とすることができる。
The liquid crystal composition used in the present invention may be a monophase-cholesteric phase-SmA-chiral smectic phase, a mono-cholesteric phase-chiral smectic phase, or a monophase-cholesteric phase-chiral smectic phase, or The composition may undergo a phase transition with the smectic phase.

第4図は、本発明の液晶素子の別の具体例を表わしてい
る。第4図で示す液晶素子は、一対の基板101aと1
01bの間に複数のスペーサ部材203が配置されてい
る。このスペーサ部材203は1例えば配向制御膜10
5が設けられている基板101aの上にSiO,5t0
2、A交203 、TiO2などの無機化合物或いはポ
リビニルアルコール、ポリイミド、ポリアミドイミド、
ポリエステルイミド、ポリバラキシリレン、ポリエステ
ル、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリ塩
化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリスチレン
、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリャ樹脂。
FIG. 4 shows another specific example of the liquid crystal element of the present invention. The liquid crystal element shown in FIG. 4 consists of a pair of substrates 101a and 1
A plurality of spacer members 203 are arranged between 01b. This spacer member 203 is 1, for example, an alignment control film 10.
SiO, 5t0 is placed on the substrate 101a on which 5 is provided.
2, A-cross 203, inorganic compounds such as TiO2, or polyvinyl alcohol, polyimide, polyamideimide,
Polyesterimide, polyvaraxylylene, polyester, polycarbonate, polyvinyl acetal, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyamide, polystyrene, cellulose resin, melamine resin, yulya resin.

アクリル樹脂やフォトレジスト樹脂などの樹脂類を適当
な方法で被膜形成した後に、所定の位置にスペーサ部材
203が配置される様にエツチングすることによって得
ることができる。
It can be obtained by forming a film of resin such as acrylic resin or photoresist resin by an appropriate method, and then etching it so that the spacer member 203 is placed at a predetermined position.

この様なセル構造体100は、基板101aと101b
の両側にはクロスニコル状態またはパラレルニコル状態
とした偏光子107と108がそれぞれ配置されて、電
極102aと102bの間に電圧を印加した時に光学変
調を生じることになる。
Such a cell structure 100 includes substrates 101a and 101b.
Polarizers 107 and 108 in a crossed Nicol state or a parallel Nicol state are respectively arranged on both sides of the electrodes 102a and 102b, and optical modulation occurs when a voltage is applied between the electrodes 102a and 102b.

以下1本発明を実施例に従って説明する。The present invention will be explained below according to examples.

〔実施例1〕 ピッチ100ルmで幅62.5 ILmのストライプ状
のITO膜を電極として設けた正方形状ガラス基板を用
意し、これの電極となるITO膜が設けられている側を
下向きにして第5図に示す斜め蒸着装置にセットし、次
いでモリブデン製るつぼ内に5i02の結晶をセットし
た。
[Example 1] A square glass substrate on which a striped ITO film with a pitch of 100 lm and a width of 62.5 ILm was provided as an electrode was prepared, and the side on which the ITO film serving as the electrode was provided faced downward. The sample was placed in the oblique evaporation apparatus shown in FIG. 5, and then a 5i02 crystal was placed in a molybdenum crucible.

しかる後に蒸着装置内を1O−5Torr程度の真空状
態としてから、所定の方法でガラス基板上に5i02を
斜め蒸着し、800人の斜め蒸着膜を形成した(A電極
板)。
Thereafter, the inside of the vapor deposition apparatus was made into a vacuum state of about 10-5 Torr, and 5i02 was obliquely vapor-deposited on the glass substrate by a predetermined method to form an obliquely vapor-deposited film of 800 people (electrode plate A).

一方、同様のストライプ状のITO膜が形成されたガラ
ス基板上にポリイミド形成溶液(日立化成工業(株)製
のrPIQJ、不揮発分濃度14゜5wt%)をスピナ
ー塗布機で塗布し、800人の被膜を形成した(B電極
板)。
On the other hand, a polyimide forming solution (rPIQJ manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., non-volatile content concentration 14°5 wt%) was applied using a spinner coater onto a glass substrate on which a similar striped ITO film was formed. A film was formed (B electrode plate).

次いでA電極板の周辺部に注入口となる個所を除いて熱
硬化型エポキシ接着剤をスクリーン印刷法によって塗布
した後に、A電極板とB電極板のストライブ状パターン
電極が直交する様に重ね合せ、2枚の電極板の間隔をポ
リイミドスペーサで2fiLmに保持した。
Next, a thermosetting epoxy adhesive is applied to the periphery of the A electrode plate except for the area that will become the injection port by screen printing, and then the striped pattern electrodes of the A electrode plate and the B electrode plate are overlapped so that they are perpendicular to each other. The distance between the two electrode plates was maintained at 2fiLm using a polyimide spacer.

次に4−ヘキシルオキシフェニル−4−(2″−メチル
ブチル)ビフェニル−4′−力ルポキシレート100重
量部に対して、コレステリルノナネート5重量部加えて
液晶組成物を調整した。
Next, 5 parts by weight of cholesteryl nonanate was added to 100 parts by weight of 4-hexyloxyphenyl-4-(2''-methylbutyl)biphenyl-4'-lupoxylate to prepare a liquid crystal composition.

こうして作成したセル内に等1相となっている下記の液
晶組成物Aを注入口から注入し、その注入口を封口した
。このセルを徐冷によって降温させ、一対の偏光子をク
ロスニコル状態で設けてから顕微鏡観察したところ、非
らせん構造を採り、モノドメイ〉′のS m C*が形
成されている事が判明した。
The following liquid crystal composition A having a uniform phase was injected into the cell thus prepared through the injection port, and the injection port was sealed. When the temperature of this cell was lowered by slow cooling and a pair of polarizers were placed in a crossed nicol state, microscopic observation revealed that it had a non-helical structure and a monodomain S m C* was formed.

組成牝込 〔実施例2〕 ピッチ100gmで幅62.5 h mのストライプ状
のITO電極を設けである正方形状のガラス基板を2枚
用意し、それぞれの基板上にポリイミド形成溶液(実施
例1と同様のもの)をスピンナー塗布機で塗布し、80
0人のポリイミド膜を形成した。
Composition [Example 2] Two square glass substrates were prepared with striped ITO electrodes with a pitch of 100 gm and a width of 62.5 h, and a polyimide forming solution (Example 1) was prepared on each substrate. (similar to) using a spinner coater, and
0 polyimide films were formed.

この2枚の基板上に形成したポリイミド膜に、それぞれ
重ねた時にラビング方向が平行となり、且つストライブ
状ITO電極が互いに直交する様にしてビロードによる
ラビング処理を施した。
The polyimide films formed on these two substrates were rubbed with velvet so that when they were stacked, the rubbing directions were parallel and the striped ITO electrodes were perpendicular to each other.

次いで、互いにラビング方向が平行となる様に2枚の基
板を重ね合せ、一方の基板の周辺部に注入口となる個所
を除いて熱硬化をエポキシ接着剤をスクリーン印刷法に
よって塗布した後に、2枚の基板を重ね合せ、2枚の基
板の間隔をボイリミドスペーサで2gmに保持した。
Next, the two substrates were placed on top of each other so that the rubbing directions were parallel to each other, and heat-curing epoxy adhesive was applied to the periphery of one substrate except for the area that would become the injection hole by screen printing. The two substrates were stacked on top of each other, and the distance between the two substrates was maintained at 2 gm using a boilimide spacer.

こうして作成したセル内に等吉相となっている前述の実
施例1で用いた液晶組成物Aを注入口から注入し、その
注入口を封口した。このセルを徐冷によって降温させ、
温度を室温で維持させた状態で、一対の偏光子をクロス
ニコル状態で設けてから、顕微鏡観察したところ、非ら
せん構造を採り、モノドメインのSmC*が形成されて
いることが判明した。
The liquid crystal composition A used in the above-mentioned Example 1, which was in an isokyoshi phase, was injected into the cell thus prepared through the injection port, and the injection port was sealed. The temperature of this cell is lowered by slow cooling,
A pair of polarizers was provided in a crossed nicol state while the temperature was maintained at room temperature, and microscopic observation revealed that a monodomain SmC* was formed with a non-helical structure.

〔実施例3〕 前記実施例2の液晶素子を作成した際に用いた液晶化合
物に代えて、下記組成の液晶組成物Bを用いたほかは、
実施例2を全く同様の方法で強誘電性液晶素子を作成し
た。
[Example 3] In place of the liquid crystal compound used when creating the liquid crystal element of Example 2, liquid crystal composition B having the following composition was used.
A ferroelectric liquid crystal device was produced in exactly the same manner as in Example 2.

この強誘電性液晶素子を偏光顕微鏡で観察したところ、
配向欠陥を生じていない非らせん構造のモノドメイが確
認できた。
When observing this ferroelectric liquid crystal element with a polarizing microscope, we found that
A non-helical monodomain with no orientation defects was confirmed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

前記したように、本発明によれば、前述した特定の液晶
を用いることによって、配向欠陥の生じていないスメク
テイツク相を形成することができ、特に配向欠陥のない
非らせん構造の強誘電性液晶相を形成することができる
As described above, according to the present invention, by using the specific liquid crystal described above, it is possible to form a smectate phase free of alignment defects, and in particular, a ferroelectric liquid crystal phase with a non-helical structure free of alignment defects. can be formed.

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

第1図は、カイラルスメクテイツク液晶を用いた液晶素
子を模式的に示す斜視図である。第2図は、同液晶素子
の双安定性を模式的に示す斜視図である。第3図(A)
は、本発明の液晶素子を表わす平面図で、第3図CB)
はそのA−A’断面図である。第4図は、本発明の液晶
素子の別の具体例を表わす断面図である。第5図は5本
発明の液晶素子を作成する際に用いる斜め蒸着装置を模
式的に表わす断面図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a liquid crystal element using chiral smectic liquid crystal. FIG. 2 is a perspective view schematically showing the bistability of the liquid crystal element. Figure 3 (A)
is a plan view showing the liquid crystal element of the present invention; FIG. 3 CB)
is a sectional view taken along line AA'. FIG. 4 is a sectional view showing another specific example of the liquid crystal element of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an oblique evaporation apparatus used in producing the liquid crystal element of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)一対の基板間に、下記一般式(1)で表わされる
液晶化合物の2種以上を含有する液晶組成物を封入した
セル構造をなし、前記液晶組成物のスメクテイツク相を
該スメクテイツク相より高温側の相からの相転移により
形成するとともに、前記一対の基板のうち少なくとも一
方の基板の面が界面で接する分子軸方向を優先して一方
向に配列させる効果を有していることを特徴とする液晶
素子。 一般式(1) ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、Rはアルキル基を示し、R^*は不斉炭素原子
を有する光学活性基を示す。)
(1) A cell structure is formed in which a liquid crystal composition containing two or more types of liquid crystal compounds represented by the following general formula (1) is sealed between a pair of substrates, and the smectate phase of the liquid crystal composition is separated from the smectate phase. It is characterized by being formed by phase transition from a phase on the high temperature side, and having the effect of arranging in one direction preferentially the molecular axis direction where the surface of at least one of the pair of substrates contacts at the interface. A liquid crystal element. General formula (1) ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼ (In the formula, R represents an alkyl group, and R^* represents an optically active group having an asymmetric carbon atom.)
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0310403A2 (en) * 1987-09-29 1989-04-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Liquid crystal electro-optical device

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