JPS6218522A - Liquid crystal element - Google Patents

Liquid crystal element

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JPS6218522A
JPS6218522A JP15866985A JP15866985A JPS6218522A JP S6218522 A JPS6218522 A JP S6218522A JP 15866985 A JP15866985 A JP 15866985A JP 15866985 A JP15866985 A JP 15866985A JP S6218522 A JPS6218522 A JP S6218522A
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北山 宏之
Akira Tsuboyama
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Abstract

PURPOSE:To realize a particularly excellent bistable state by intersecting uniaxial orientation axes so as to have intersection angles with each other. CONSTITUTION:The molecules of a smectic phase A orient along an axis 14 having theta/2 corresponding to 1/2 the intersection angle theta when a liquid crystal compd. between two sheets of substrates of having the uniaxial orientation axes 11, 12 intersected at the intersection angle theta is slowly cooled to transform the phase from the isotropic phase to the smectic phase A and chiral smectic phase C. Moreover, the molecules in the chiral smectic phase C orient to either the 1st orientation state or the 2nd orientation state having the tilt angle specific to the liquid crystal material around the axis 14 when the smectic phase A in such orientation state is slowly cooled to generate the chiral smectic phase C. The bistability having the 1st orientation state and the 2nd orientation state in this state is improved as compared with the bistability formed under the parallel uniaxial orientation axes having no intersection angle between the upper and lower substrates.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、表示パネルや光シヤツタアレイ等に利用しう
る液晶素子に関し、詳しくは良好な双安定状態を実現し
た強誘電性液晶素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a liquid crystal element that can be used in display panels, optical shutter arrays, etc., and more particularly to a ferroelectric liquid crystal element that achieves a good bistable state.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の液晶素子としては、例えばエム拳シャット(M、
 5chadt )とダブリュー・へルフリッヒ(W、
 He1frich )著“アプライド・フィジックス
・レターズ(”Applied  PhysicsLe
tters”)第18巻、第4号(1971年2月15
日発行)、第127頁〜128頁の°“ボルテージ・デ
ィペンダント・オプティカル−7クテイビテイー・オブ
嗜ア・ツィステッド・ネマチック・リキッド争クリスタ
ル゛(“VoltageDependent  0pt
ical  Activityof  a  Twis
ted  Nematic  LiquidCryst
al” )に示されたツィステッド◆ネマチック(tw
isted nematic)液晶を用いたものが知ら
れている。このTN液晶は、画素密度を高くしたマトリ
クス電極構造を用いた詩分割駆動の時、クロストークを
発生する問題点があるため、画素数が制限されていた。
As a conventional liquid crystal element, for example, M-Ken Shut (M,
5chadt) and W. Helfrich (W,
He1frich) “Applied Physics Letters”
tters”) Volume 18, No. 4 (February 15, 1971
"Voltage Dependent Optical - 7 Activity Observations - Twisted Nematic Liquid Conflict Crystal"
ical Activity of a Twis
ted Nematic LiquidCryst
Twisted ◆ Nematic (tw
There are known devices using liquid crystals. The number of pixels in this TN liquid crystal was limited because of the problem of crosstalk occurring when driving by segmentation using a matrix electrode structure with high pixel density.

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、クラーク(C1
ark)およびラガウエル(Lage rwa l 1
)により提案されている(特開昭56−107216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、カイラルスメクチッ
クC相(SmC”)又はH相(SmH末)、を有する強
誘電性液晶が用いられる。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(メモリー効果)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。
To improve the drawbacks of conventional liquid crystal devices, the use of bistable liquid crystal devices is proposed by Clark (C1
ark) and Lagauer (Lage rwa l 1)
) (Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-107216, U.S. Pat. No. 4,367,924, etc.), liquid crystals having bistability generally include chiral smectic C phase (SmC") or H phase (SmH A ferroelectric liquid crystal with a
It has a bistable state consisting of an optically stable state of The liquid crystal is aligned in an optically stable state, 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 has a property (memory effect) of very quickly taking one of the above two stable states in response to an applied electric field 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.

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

しかしながら、これまでの強誘電性液晶素子は、電界ベ
ク%トル下での第1の配向状態と第2の配向状態での安
定化エネルギーレベルが同一とはなっていない問題点が
あった。すなわち、第1の配向状態から第2の配向状態
への変化に必要な電界の大きさと、逆に第2の配向状態
から第1の配向状態への変化に必要な電界の大きさが相
違する問題がある。さらに、また電界ベクトル下で第1
の配向状態から第2の配向状態に、その配向を変化する
が、その電界を解去すると本来のメモリー効果を示さず
に、第2の配向状態からもとの第1の配向状態に戻る現
象(戻り現象)が発生する問題点をも有していた。
However, conventional ferroelectric liquid crystal elements have had a problem in that the stabilization energy levels in the first alignment state and the second alignment state under an electric field vector are not the same. That is, the magnitude of the electric field required to change from the first orientation state to the second orientation state is different from the magnitude of the electric field required to change from the second orientation state to the first orientation state. There's a problem. Furthermore, also under the electric field vector the first
A phenomenon in which the orientation changes from an orientation state to a second orientation state, but when the electric field is removed, the original orientation state returns from the second orientation state without exhibiting the original memory effect. It also had the problem that (return phenomenon) occurred.

これら2つの現象は、双安定状態が第1の安がもう一方
の安定配向状態よりも安定であることによるものと考え
られる。このような状態を、本願明細書では「非対称な
2つの安定状態」と呼ぶことにする。
These two phenomena are considered to be due to the bistable state in which the first orientation is more stable than the other stable orientation state. Such a state will be referred to as "two asymmetric stable states" in this specification.

このような「非対称な2つの安定状態」が存在する場合
、2つの安定配向状態間での電界によるスイッチングを
行なう際の閾値電圧に差を生じるため、駆動上の問題を
惹起していた。
When such "two asymmetric stable states" exist, a difference occurs in the threshold voltage when switching is performed by an electric field between the two stable orientation states, which causes problems in driving.

又、本来第2の配向状態の均一ドメインを形成すべき画
素に、第1の配向状態に基づく別のドメインの混在を生
じ、このため光透過率あるいは遮光率の低下を招く欠点
を生じていた。
Furthermore, pixels that should originally form a uniform domain in the second orientation state are mixed with another domain based on the first orientation state, resulting in a drawback that the light transmittance or light shielding rate decreases. .

[問題点を解決するための手段]及び[作用]本発明の
目的は、前述の問題点ないしは欠点を解消した液晶素子
とを提供することにあり、特に優れた双安定状態を実現
した強誘電性液晶素子を提供することにある。
[Means for Solving the Problems] and [Operations] An object of the present invention is to provide a liquid crystal element that eliminates the above-mentioned problems or drawbacks, and in particular to provide a liquid crystal element that achieves an excellent bistable state. An object of the present invention is to provide a transparent liquid crystal element.

すなわち、本発明は、一軸性配向軸を有する2枚の基板
間に゛強誘電性液晶を配置した液晶素子において、前記
一軸性配向軸が互いに交差角(θ)をもって交差してい
る液晶素子に特徴を有している。
That is, the present invention provides a liquid crystal element in which a ferroelectric liquid crystal is arranged between two substrates having uniaxial alignment axes, in which the uniaxial alignment axes intersect with each other at an intersection angle (θ). It has characteristics.

[実施例] 第1図は、本発明の液晶素子を模式的に表わした平面図
である。図中の11は上基板の一軸性配向軸512は下
基板の一軸性配向軸、θは一軸性配向軸11と12の交
差角を表わしている。又、13は強誘電性液晶より高温
側のスメクチックA相などの一軸異方相における分子を
表わし1分子13は交差角0の1/2に相当する角度θ
/2をなす、軸14に沿って配向する。
[Example] FIG. 1 is a plan view schematically showing a liquid crystal element of the present invention. 11 in the figure represents the uniaxial orientation axis 512 of the upper substrate and the uniaxial orientation axis of the lower substrate, and θ represents the intersection angle of the uniaxial orientation axes 11 and 12. In addition, 13 represents a molecule in a uniaxial anisotropic phase such as smectic A phase on the higher temperature side than the ferroelectric liquid crystal, and one molecule 13 is an angle θ corresponding to 1/2 of the intersection angle 0.
/2 along the axis 14.

本発明者らにとって、全く予想外のことであったが、前
述した交差角θをもって一軸性配向軸を交差させた2枚
の基板間で液晶化合物を徐冷によって等方相からスメク
チックA相及びカイラルスメクチックC相に相転移させ
ると、スメクチックA相が、その分子が交差角0の1/
2に相当するθ/2をなす軸14に沿って配向すること
が確認された。しかも、かかる配向状態のスメクチック
A相を徐冷してカイラルスメクチックC相を生じさせる
と、カイラルスメクチックC相における分子が軸14を
中心に液晶物質固有のチルト角をもって、下述する第1
の配向状態と第2の配向状態の何れかに配向するが、こ
の際の第1の配向状態と第2の配向状態をもつ双安定性
は、上下基板で交差角をもたない平行な一軸性配向軸下
で形成した双安定性と比較して改良されたものになる。
This was completely unexpected for the present inventors, but by slowly cooling a liquid crystal compound between two substrates whose uniaxial alignment axes intersect at the above-mentioned crossing angle θ, it changes from an isotropic phase to a smectic A phase. When phase transition is made to chiral smectic C phase, the smectic A phase becomes 1/1 of the intersection angle of 0.
It was confirmed that the orientation was along the axis 14 forming θ/2, which corresponds to 2. Moreover, when the smectic A phase in such an oriented state is slowly cooled to generate a chiral smectic C phase, the molecules in the chiral smectic C phase have a tilt angle peculiar to the liquid crystal material about the axis 14, and the molecules in the chiral smectic C phase have a tilt angle peculiar to the liquid crystal substance, as described below.
In this case, the bistability with the first orientation state and the second orientation state means that the upper and lower substrates are parallel to each other with no intersecting angle. This is an improvement compared to the bistability formed under the normal orientation axis.

又1本発明では前述の交差角θは、5″′〜85°の範
囲に設定されるが、好ましくは交差1″X 角0200〜70’の範囲に設定される。最っ八 とも好ま゛しい具体例では、交差角θは30°〜50’
の範囲に設定されることができる。
Further, in the present invention, the above-mentioned crossing angle θ is set in the range of 5'' to 85°, but preferably in the range of crossing 1'' x angle of 0200 to 70'. In the most preferred embodiment, the crossing angle θ is between 30° and 50'
can be set to a range of .

第1図に示す結果は、一軸性配向軸の方向と実際の液晶
分子の配向方向の関係について興味深い結果となってい
るが、この現象の原因が何であるのかの詳細は不明であ
る。
The results shown in FIG. 1 are interesting regarding the relationship between the direction of the uniaxial alignment axis and the actual alignment direction of liquid crystal molecules, but the details of the cause of this phenomenon are unclear.

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チックC相(SmC”)、
H相(SmH’)、I相(SmI ”)、J相(SmJ
”)、に相(Snx末)、G相(SmG”)又はF相(
SmF8)を有する液晶を用いることができる。具体的
な液晶化合物としてはDOBAMBC;デシロキシベン
ジリデン−P′−アミノ−2−メチルブチルシンナメー
ト、HOBACPCBへキシルオキシベンジリデン−P
′−アミノ−2−クロロプロビルシンナメートなど各種
のものを用いることができる。
The liquid crystal used in the present invention has ferroelectricity, and specifically, chiral smectic C phase (SmC"),
H phase (SmH'), I phase (SmI''), J phase (SmJ
”), Ni phase (Snx powder), G phase (SmG”) or F phase (
A liquid crystal having SmF8) can be used. Specific liquid crystal compounds include DOBAMBC; decyloxybenzylidene-P'-amino-2-methylbutylcinnamate, HOBACPCB hexyloxybenzylidene-P;
Various compounds such as '-amino-2-chloroprobyl cinnamate can be used.

第2図は、強誘電性液晶の動作説明のために、セルの例
を模式的に描いたものである。
FIG. 2 schematically depicts an example of a cell for explaining the operation of a ferroelectric liquid crystal.

21aと21bは、I n203、S n02あるいは
ITO(インジウム−ティン−オキサイド)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SmC”相又はSmH”相の液晶が封入されてい
る。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。基板21a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、双極子モーメント(P
上)24がすべ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、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。
21a and 21b are substrates (glass plates) covered with transparent electrodes made of thin films such as In203, Sn02 or ITO (indium tin oxide);
In between, liquid crystal of SmC" phase or SmH" phase, which is oriented such that the liquid crystal molecular layer 22 is perpendicular to the glass surface, is sealed. 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. Substrates 21a and 21b
When a voltage higher than a certain threshold is applied between the upper electrodes, the helical structure of the liquid crystal molecules 23 is unraveled, and the dipole moment (P
Above) The alignment direction of the liquid crystal molecules 23 can be changed so that all of the liquid crystal molecules 24 are oriented in the direction of the electric field. The liquid crystal molecules 23 have an elongated shape and exhibit refractive index anisotropy in the long axis direction and the short axis direction. Therefore, for example, if crossed Nicol polarizers are placed above and below the glass surface, the polarity of the applied voltage changes. What makes a liquid crystal optical modulation element whose optical properties change?

容易に理解される。easily understood.

特に、°本発明では、この型の液晶素子に双安定性を付
与するために、液晶層に交流バイアスを印加することが
できる。この際、液晶としては誘電異方性が負になって
いるものが用いられる。
In particular, in the present invention, an alternating current bias can be applied to the liquid crystal layer in order to impart bistability to this type of liquid crystal element. At this time, a liquid crystal having negative dielectric anisotropy is used as the liquid crystal.

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10ル以下)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3
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)Paまたはpbは上向き(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3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、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の安定配向
状態33aかあるいは第2の安定配向状7133bの何
れか一方に配向する。
The liquid crystal cell preferably used in the liquid crystal element of the present invention can have a sufficiently thin thickness (for example, 10 μl or less). As the liquid crystal layer becomes thinner, the third
As shown in the figure, even when no electric field is applied, the helical structure of the liquid crystal molecules unwinds and assumes a non-helical structure, and its dipole moment (Pa or pb) is either upward (34a) or downward (34b). Take. When an electric field Ea or Eb of different polarity above a certain threshold value is applied to such a cell by the voltage applying means 31a and 31b as shown in FIG. 3, the dipole moment corresponds to the electric field vector of the electric field Ea or Eb. Then, the direction is changed to upward direction 34a or downward direction 34b, and accordingly, the liquid crystal molecules are aligned in either the first stable alignment state 33a or the second stable alignment state 7133b.

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3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の安定配向状態33aに配
向するが、この状態は電界を切っても安定である。
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. 3, the electric field Ea
When the voltage is applied, the liquid crystal molecules are aligned in the first stable alignment state 33a, and this state remains stable even when the electric field is turned off.

又、逆向きの電界Ebを印加すると、液晶分子は第2の
安定配向状態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Ea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。
Further, when an electric field Eb in the opposite direction is applied, the liquid crystal molecules are aligned to the second stable alignment state 33b and change their orientation, but they remain in this state even after the electric field is turned off. or,
Each orientation state is maintained as long as the applied electric field Ea does not exceed a certain threshold value. In order to effectively achieve such high response speed and bistability, it is preferable that the cell be as thin as possible.

第4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4図(A)は本発明の液晶素子の平面
図で、第4図(B)はそのA−A′°断面図である。
FIGS. 4(A) and 4(B) show an embodiment of the liquid crystal element of the present invention. FIG. 4(A) is a plan view of the liquid crystal element of the present invention, and FIG. 4(B) is a sectional view taken along the line AA'°.

第4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101と101’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102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101′
の上には前述の透明電極102と交差させた複数の透明
電極i 02’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. 4, a pair of substrates 101 and 101' made of glass or plastic plates are held at a predetermined distance by a spacer 104, and an adhesive 106 is used to seal the pair of substrates. It has a bonded cell structure, and furthermore, an electrode group (for example, an electrode group for applying a scanning voltage in a matrix electrode structure) consisting of a plurality of transparent electrodes 102 is arranged on a substrate 101 in a predetermined pattern such as a strip pattern. It is formed of. Substrate 101'
An electrode group (for example, a signal voltage application electrode group of the matrix electrode structure) is formed on the transparent electrode 102 and the plurality of transparent electrodes i02' intersecting with each other.

この様な透明電極102′を設けた基板101’には、
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、フッ化マグネシウム、M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、ポリ
イミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリ
パラキシレリン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポ
リビニルアセタール、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、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及び105′を設けることができ
る。
The substrate 101' provided with such a transparent electrode 102' has
For example - inorganic insulating materials such as silicon oxide, silicon dioxide, aluminum oxide, zirconia, magnesium fluoride, cerium Mide, cerium fluoride, silicon nitride, silicon carbide, boron nitride, polyvinyl alcohol, polyimide, polyamideimide, polyester. Orientation control films 105 and 105 formed using an organic insulating material such as imide, polyparaxylerin, polyester, polycarbonate, polyvinyl acetal, polyvinyl chloride, polyamide, polystyrene, cellulose resin, melamine resin, urea resin, or acrylic resin. ' can be provided.

この配向制御膜105と105′には、ラビング処理な
どによって形成した一軸性配向軸が付与されている。
The alignment control films 105 and 105' are provided with a uniaxial alignment axis formed by a rubbing process or the like.

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101′の上に斜め蒸着法によ
って被膜形成することによって、一軸性配向軸が付与さ
れた配向制御JII I O5及び105′を得ること
ができる。
In another preferred embodiment of the present invention, the orientation controlled JII I O5 and 105 are provided with a uniaxial orientation axis by forming a film of an inorganic insulating material such as SiO or 5i02 on the substrate 101' by oblique vapor deposition. ′ can be obtained.

前述の配向制御膜105及び105′は、同時に絶縁膜
としても機能されることが好ましく、このためにこの配
向制御膜105及び105′の膜厚は一般に100人〜
1p、好ましくは500人Lsooo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 alignment control films 105 and 105' also function as insulating films at the same time, and for this reason, the thickness of the alignment control films 105 and 105' is generally 100 to 100%.
1p, preferably in the range of 500 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.

第4図に示すセル構造体100の中の液晶層103は、
SmC” 、SmH” 、SmF末。
The liquid crystal layer 103 in the cell structure 100 shown in FIG.
SmC”, SmH”, SmF end.

SmI ” 、SmG”などのカイラルスメクチック相
とすることができる。このカイラルスメクチック相を示
す液晶層103は徐冷で等吉相→コレステリック相−S
mA(スメクチックA相)−+SmC”、等吉相+Sm
A−+SmC”、等吉相→コレステリック相→SmC”
や等吉相→SmC”の相転移で生じたSmC”を用いる
ことが好ましい。
It can be a chiral smectic phase such as SmI'', SmG''. The liquid crystal layer 103 exhibiting this chiral smectic phase is slowly cooled to change from tojoytic phase to cholesteric phase-S.
mA (smectic A phase) −+SmC”, Tokichi phase +Sm
A-+SmC”, Toyoshi phase → cholesteric phase → SmC”
It is preferable to use SmC'' which is generated by the phase transition from the Tokichi phase to the SmC''.

又、本発明の液晶素子は、一対の基板101と101’
の間に複数のスペーサ部材201が配置されている。こ
のスペーサ部材201は、例えば配向制御膜105が設
けられていない基板101′の上にSiO,5i02.
A立203゜’rio2などの無機化合物あるいはポリ
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、ポリパラキシリレン、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、所定の位置にスペーサ部材201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。
Further, the liquid crystal element of the present invention has a pair of substrates 101 and 101'.
A plurality of spacer members 201 are arranged between them. This spacer member 201 is made of, for example, SiO, 5i02.
Inorganic compounds such as A203゜rio2, polyvinyl alcohol, polyimide, polyamideimide, polyesterimide, polyparaxylylene, polyester, polycarbonate, polyvinyl acetal, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyamide, polystyrene,
It can be obtained by forming a film using a suitable method using a resin such as cellulose resin, melamine resin, urea resin, acrylic resin, or photoresist resin, and then etching the spacer member 201 so that it is placed at a predetermined position.

又1本発明では、スペーサ部材201として、アルミナ
粒子、グラスファイバーなども用いることができる。
Furthermore, in the present invention, alumina particles, glass fibers, etc. can also be used as the spacer member 201.

この様なセル構造体100は、基板101と101’の
両側にはクロスニコル状態とした偏光子107.と10
8がそれぞれ配置されて、電極102と102′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 polarizers 107 in a crossed Nicol state on both sides of the substrates 101 and 101'. and 10
8 are arranged respectively to produce optical modulation when a voltage is applied between the electrodes 102 and 102'.

又、本発明の液晶素子は、液晶中にアントラキノン系色
素、アゾ系色素やシアニン色素などの2色性色素を溶解
させたゲスト−ホスト方式とすることも可能である。こ
の際、前述で使用した偏光子は1枚でよく、画素シャッ
タの開閉コントラストを十分に大きな値になすことがで
きる。
The liquid crystal element of the present invention can also be of a guest-host type in which a dichroic dye such as an anthraquinone dye, an azo dye, or a cyanine dye is dissolved in the liquid crystal. At this time, only one polarizer as used above is sufficient, and the opening/closing contrast of the pixel shutter can be made to a sufficiently large value.

以下、本発明を具体的な実施例を挙げて説明する。The present invention will be described below with reference to specific examples.

実施例1 本実施例では第4図に示す液晶素子を作成した。Example 1 In this example, a liquid crystal element shown in FIG. 4 was created.

第4図に示した液晶素子100において、先ず一対のガ
ラス基板lotと101′上に、ITO電極102と1
02′をストライプ状に1000人の厚みでパターニン
グした0次いで、配向制御膜105と105′として、
スピナー塗布によりポリイミド被膜を1000人の厚み
で形成し、硬化させることによって形成した後、スペー
サー201をポリイミドでIgの高さに形成し、フォト
エツチングによりパターニングを行ない硬化させること
によって設けた。つづいて、両基板の表面に、後述する
ようなラビング処理軸方向でのラビング処理を施した0
次に、2枚の基板を電極が平面的に交差するように組み
合わせ、上下基板を貼り付けた。
In the liquid crystal element 100 shown in FIG. 4, first, ITO electrodes 102 and 1 are placed on a pair of glass substrates lot and 101'.
02' was patterned into a stripe shape with a thickness of 1000 mm, and then, as alignment control films 105 and 105',
A polyimide film was formed to a thickness of 1000 mm by spinner coating and cured, and then a spacer 201 was formed of polyimide to a height of Ig, patterned by photoetching, and cured. Next, the surfaces of both substrates were subjected to rubbing treatment in the rubbing axial direction as described later.
Next, the two substrates were combined so that the electrodes intersected planarly, and the upper and lower substrates were attached.

その後、カイラルスメクチック相を有する強誘電性液晶
としてDOBAMBCを封入しくこれを液晶層103と
した)、4辺を封止して液晶素子100とした。この液
晶素子の液晶層103を、等吉相の状態になるまで昇温
し1次いで0.5℃/hOurで徐冷し配向させた。
Thereafter, DOBAMBC was sealed as a ferroelectric liquid crystal having a chiral smectic phase, and this was used as a liquid crystal layer 103), and the four sides were sealed to form a liquid crystal element 100. The temperature of the liquid crystal layer 103 of this liquid crystal element was raised until it was in an isotonic phase state, and then it was slowly cooled at 0.5° C./hour to orient it.

以上のようにして作成した液晶素子100は、基板10
1と101’の両側にはクロスニコル状態とした偏光子
107と108が夫々配置されて、電極102と102
′の間に電圧を印加した時に光学変調を生じることにな
り、この条件下での°スイッチングを観測した。
The liquid crystal element 100 produced as described above has a substrate 10
Polarizers 107 and 108 in a crossed Nicol state are arranged on both sides of electrodes 102 and 101', respectively.
Optical modulation occurs when a voltage is applied between ', and ° switching was observed under this condition.

本実施例では、上下基板のラビング処理軸が交差する角
度をθとしたとき、比較例として上下基板のラビング処
理軸方向が一致している素子(θ:=O°)及び上基板
のラビング処理軸に対して、下基板のラビング処理軸を
30゜の角度で交差させて貼りあわせた素子(θ=30
”)を作成し1.夫々について、下述の条件下でスイッ
チング特性の実験を行なった。尚、測定温度は70°C
であった。
In this example, when the angle at which the rubbing axes of the upper and lower substrates intersect is θ, as a comparative example, an element in which the directions of the rubbing axes of the upper and lower substrates are the same (θ:=O°) and the rubbing treatment of the upper substrate The element is bonded with the rubbing axis of the lower substrate intersecting the axis at an angle of 30° (θ=30
”) were created and 1. Experiments were conducted on the switching characteristics of each under the conditions described below.The measurement temperature was 70°C.
Met.

この結果、θ=0°の液晶素子では、電圧ノくルス幅1
m5ecで双安定状態間のスイッチングを行なうと、「
非対称な安定状態」を示し、より安定な配向状態から不
安定な配向状態への閾値電圧は21.8Vであるのに対
し、より不安定な配向状態から安定な配向状態への閾値
電圧は30.2 Vであった。さらに、より安定な配向
状態から不安定な配向状態にスイッチングした際に、ス
イッチング後1〜2秒後でより安定な配向状態にもどる
「戻り現象」が見られた。
As a result, in a liquid crystal element with θ=0°, the voltage nozzle width is 1
When switching between bistable states in m5ec,
The threshold voltage from a more stable orientation state to an unstable orientation state is 21.8 V, whereas the threshold voltage from a more unstable orientation state to a stable orientation state is 30 V. It was .2V. Furthermore, when switching from a more stable orientation state to an unstable orientation state, a "return phenomenon" was observed in which the orientation state returned to the more stable orientation state 1 to 2 seconds after switching.

一方、θ=30°の液晶素子では、2つの安定配向状態
間の閾値電圧は、配向状態の変化の方向によらず、どち
らも20.5 Vであり、θ=0°の時に出現したよう
な「戻り現象」は観測されなかった。
On the other hand, in the liquid crystal element with θ = 30°, the threshold voltage between two stable alignment states is 20.5 V for both, regardless of the direction of change in the alignment state, which appears when θ = 0°. No "return phenomenon" was observed.

以上の結果より、上下基板に形成した2つのラビング処
理軸をある一定の角度で交差させることによっで、より
すぐれた双安定性をもつ強誘電性液晶を得ることができ
る。
From the above results, a ferroelectric liquid crystal with better bistability can be obtained by intersecting the two rubbing axes formed on the upper and lower substrates at a certain angle.

実施例2〜4 本実施例では、実施例1で作製した液晶素子において、
以下に示す封入した液晶の種類と上下基板のラビング軸
方向の交差角度θの他については、全〈実施例1と同様
な方法で作製した液晶素子を用いた。
Examples 2 to 4 In this example, in the liquid crystal element manufactured in Example 1,
A liquid crystal element manufactured in the same manner as in Example 1 was used except for the type of liquid crystal sealed and the intersection angle θ of the rubbing axis directions of the upper and lower substrates as shown below.

まず、本実施例で用いたカイラルスメクチック道晶とし
ては、以下の化合物を示された重量比で混合させたもの
であった。
First, the chiral smectic path crystal used in this example was a mixture of the following compounds in the weight ratio shown.

また、この混合°液晶のSmC相の温度範囲は3℃〜3
5℃であった。
In addition, the temperature range of the SmC phase of this mixed liquid crystal is 3°C to 3°C.
The temperature was 5°C.

さらに、θとして比較例としてのθ=O″の素子以外に
、θがそれぞれ30° 、45°と90″の3つの素子
(それぞれ実施例2.3と4とする)を作成し、実施例
1と全く同様の方法で測定したことによって得られた結
果を第1表にまとめて示した。尚、測定温度は28℃で
あった。
Furthermore, in addition to the element with θ = O'' as a comparative example, three elements with θ of 30°, 45°, and 90'' (referred to as Examples 2.3 and 4, respectively) were created, and The results obtained by measuring in exactly the same manner as in 1 are summarized in Table 1. Note that the measurement temperature was 28°C.

尚、第1表で状態Aとは#:=辷;立二より安定な配向
状態(閾値電圧が低1.N方)、状態Bとはもう一方の
閾値電圧が高い方のより不安定な配向状態のことである
In Table 1, state A is #:=辷; more stable orientation state than the one with lower threshold voltage (1.N side), and state B is the other more unstable orientation state with higher threshold voltage. It refers to the orientation state.

以上の結果より、ラビング処理軸をある一定の角度、好
ましくは30”〜50°ずらせることによって、良好な
双安定性を実現できる。
From the above results, good bistability can be achieved by shifting the rubbing axis by a certain angle, preferably 30'' to 50 degrees.

実施例5 本実施例では、実施例1で作成した液晶素子において、
配向制御膜として用し\たボ1Jイミド被膜に代えて、
以下に示す5t02斜方蒸着Illを用いた以外は、実
施例1と全く同様の方法で作成した液晶素子を用いた。
Example 5 In this example, in the liquid crystal element created in Example 1,
Instead of the Bo1J imide film used as the orientation control film,
A liquid crystal element was used that was prepared in exactly the same manner as in Example 1, except that 5t02 obliquely deposited Ill shown below was used.

すなわち、実施例1で述べたようなガラス基板上にIT
O電極をパターニングした基板を斜め蒸着装置にセット
し、次1.Nでるつ(l内番こ5i02の結晶をセット
した。その後、蒸着装置内をto−5Torr程度の真
空状態として力)ら、所定の方法で基板上に5i02を
斜めが着し、800人の斜め蒸着膜を上、下基板それぞ
れについて作成した。
That is, IT is placed on a glass substrate as described in Example 1.
The substrate on which the O electrode has been patterned is set in an oblique evaporation device, and the following 1. A crystal of 5i02 was placed on the substrate using a predetermined method, and 800 people were Obliquely deposited films were created for each of the upper and lower substrates.

この後は、実施例1と全く同様な方法により、液晶とし
てDOBAMBCを封入し、上、下基板に形成された一
軸性配向軸の交差角度をθ=0° (比較例)とθ=3
o”  (実施例)の2つの素子を作成し、実施例1と
同様にしてスイッチング特性の実験を行なった。尚、測
定温度は70℃であった。
After this, DOBAMBC was sealed as a liquid crystal using the same method as in Example 1, and the crossing angles of the uniaxial alignment axes formed on the upper and lower substrates were changed to θ=0° (comparative example) and θ=3°.
Two devices of "O" (Example) were prepared, and experiments on switching characteristics were conducted in the same manner as in Example 1. The measurement temperature was 70°C.

この結果、θ=0°の液晶素子では電圧パルス幅1m5
ecで双安定状態間のスイッチングを行なうと、より安
定な配向状態から不安定な配向状態への閾値電圧は23
. OVであるのに対し、より不安定な配向状態から安
定な配向状態へのvIA値電圧は2 B、 5 Vであ
った。ざらに「戻り現象」も観測された。
As a result, for a liquid crystal element with θ=0°, the voltage pulse width is 1 m5.
When switching between bistable states with ec, the threshold voltage from a more stable orientation state to an unstable orientation state is 23
.. OV, whereas the vIA value voltage from a more unstable alignment state to a stable alignment state was 2 B, 5 V. A ``return phenomenon'' was also observed.

一方、θ=30°の液晶素子では、2つの安定配向状態
間の閾値電圧は配向状態の変化の方向によらず、どちら
も23.5 Vであり、ざらに「戻り現象」は観測され
なかった。
On the other hand, in the liquid crystal element with θ = 30°, the threshold voltage between two stable alignment states is 23.5 V for both, regardless of the direction of change in the alignment state, and no "return phenomenon" was observed. Ta.

以上の実施例1〜5の結果より、配向処理方法がラビン
グ法か、5i02斜方蒸着法かによることなく、交差し
た一軸性配向軸を有する上、下基板を用いることによっ
てよりすぐれた双安定性を実現できることがわかる。
From the results of Examples 1 to 5 above, it is clear that superior bistableness can be achieved by using upper and lower substrates having crossed uniaxial orientation axes, regardless of whether the orientation treatment method is the rubbing method or the 5i02 oblique evaporation method. You can see that you can realize your sexuality.

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

第1図は、本発明の液晶素子を模式的に表わす平面図で
ある。第2図及び第3図は、本発明で用いる強誘電性液
晶素子を模式的に表わす斜視図である。第4図(A)は
、本発明で用いる液晶素子の平面図で、第4図(B)は
そのA−N断面図である。
FIG. 1 is a plan view schematically showing a liquid crystal element of the present invention. FIGS. 2 and 3 are perspective views schematically showing a ferroelectric liquid crystal element used in the present invention. FIG. 4(A) is a plan view of a liquid crystal element used in the present invention, and FIG. 4(B) is a sectional view taken along the line AN.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)一軸性配向軸を有する2枚の基板間に強誘電性液
晶を配置した液晶素子において、前記一軸性配向軸が互
いに交差角(θ)をもって交差していることを特徴とす
る液晶素子。
(1) A liquid crystal element in which a ferroelectric liquid crystal is arranged between two substrates having uniaxial alignment axes, wherein the uniaxial alignment axes intersect with each other at a crossing angle (θ). .
(2)前記強誘電性液晶より高温側の一軸性異方相にお
ける分子が前記一軸性配向軸の交差角(θ)のθ/2の
角度をもって配向する特許請求の範囲第1項記載の液晶
素子。
(2) The liquid crystal according to claim 1, wherein molecules in a uniaxial anisotropic phase on a higher temperature side than the ferroelectric liquid crystal are oriented at an angle of θ/2 of the intersection angle (θ) of the uniaxial alignment axes. element.
(3)前記交差角(θ)が5°〜85°の角度である特
許請求の範囲第1項記載の液晶素子。
(3) The liquid crystal element according to claim 1, wherein the intersection angle (θ) is an angle of 5° to 85°.
(4)前記交差角(θ)が20°〜70°の角度である
特許請求の範囲第1項記載の液晶素子。
(4) The liquid crystal element according to claim 1, wherein the intersection angle (θ) is an angle of 20° to 70°.
(5)前記交差角(θ)が30°〜50°の角度である
特許請求の範囲第1項記載の液晶素子。
(5) The liquid crystal element according to claim 1, wherein the intersection angle (θ) is an angle of 30° to 50°.
(6)前記一軸性異方相がスメクチツクA相である特許
請求の範囲第2項記載の液晶素子。
(6) The liquid crystal element according to claim 2, wherein the uniaxial anisotropic phase is a smectic A phase.
(7)前記強誘電性液晶がカイラルスメクチツク液晶で
ある特許請求の範囲第1項記載の液晶素子。
(7) The liquid crystal device according to claim 1, wherein the ferroelectric liquid crystal is a chiral smectic liquid crystal.
(8)前記一軸性配向軸がラビング処理軸である特許請
求の範囲第1項記載の液晶素子。
(8) The liquid crystal element according to claim 1, wherein the uniaxial alignment axis is a rubbing treatment axis.
(9)前記一軸性配向軸が基板上に設けた配向制御膜に
形成されている特許請求の範囲第1項記載の液晶素子。
(9) The liquid crystal element according to claim 1, wherein the uniaxial alignment axis is formed on an alignment control film provided on a substrate.
(10)前記配向制御膜が絶縁性有機樹脂膜で形成され
ている特許請求の範囲第9項記載の液晶素子。
(10) The liquid crystal element according to claim 9, wherein the alignment control film is formed of an insulating organic resin film.
(11)前記配向制御膜が無機絶縁膜で形成されている
特許請求の範囲第9項記載の液晶素子。
(11) The liquid crystal element according to claim 9, wherein the alignment control film is formed of an inorganic insulating film.
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