KR20120057519A - Liquid Crystal Element - Google Patents

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KR20120057519A
KR20120057519A KR1020110118852A KR20110118852A KR20120057519A KR 20120057519 A KR20120057519 A KR 20120057519A KR 1020110118852 A KR1020110118852 A KR 1020110118852A KR 20110118852 A KR20110118852 A KR 20110118852A KR 20120057519 A KR20120057519 A KR 20120057519A
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liquid crystal
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crystal layer
reverse
turning direction
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KR1020110118852A
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야스오 토코
유토 오이케
타이쥬 타카하시
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스탠리 일렉트릭 컴퍼니, 리미티드
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Abstract

PURPOSE: A liquid crystal element is provided to use a polymer wall in a liquid crystal layer, thereby stably maintain a twisted state in a first turning direction. CONSTITUTION: Orientation treatment is performed on a first substrate(1) and a second substrate(2). The first substrate faces the second substrate. A liquid crystal layer(3) is installed between one side of the first substrate and one side of the second substrate. A plurality of polymer walls(6) are installed in a layer-thickness direction in the liquid crystal layer. The liquid crystal layer comprises a chiral agent. The chiral agent has features for twisting a liquid crystal molecule in a second turning direction opposite to a first turning direction.

Description

액정소자{Liquid Crystal Element}Liquid Crystal Element

본 발명은 액정소자에서의 전기광학특성의 개량 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for improving electro-optical characteristics in liquid crystal devices.

일본특허등록 제2510150호 공보에는, 대향배치된 한쌍의 기판에 각각 실시된 배향처리 방향의 조합으로 규제되는 선회방향과 반대되는 선회방향으로 액정분자를 비틀어서 배향시킴으로써 전기광학특성을 향상시킨 액정표시장치가 개시되어 있다(선행예 1). 이러한 액정표시장치(액정소자)의 동작 모드는 리버스 TN(Reverse Twisted Nematic)형이라고 불린다.Japanese Patent No. 2510150 discloses a liquid crystal display in which electro-optical characteristics are improved by twisting and aligning liquid crystal molecules in a direction opposite to a direction of rotation regulated by a combination of alignment treatment directions performed on a pair of substrates arranged oppositely. An apparatus is disclosed (prior example 1). The operation mode of such a liquid crystal display (liquid crystal element) is called a reverse twisted nematic (TN) type.

또한, 일본특허공개공보 2007-293278호에는, 대향배치된 한쌍의 기판에 각각 실시된 배향처리 방향의 조합으로 규제되는 선회방향(제 1 선회방향)과 반대되는 선회방향(제 2 선회방향)으로 비틀어지는 키랄(chiral)제를 첨가하면서도, 액정분자를 상술한 제 1 선회방향으로 비틀어서 배향시킴으로써 액정층 내의 왜곡을 증가시키고, 그에 의해 임계값(threshold value) 전압을 저하시켜서 저전압 구동을 가능하게 하는 액정소자가 개시되어 있다(선행예 2).In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-293278 discloses a turning direction (second turning direction) opposite to a turning direction (first turning direction) regulated by a combination of alignment treatment directions applied to a pair of substrates arranged oppositely. While adding a twisting chiral agent, the liquid crystal molecules are twisted and oriented in the above-described first turning direction to increase distortion in the liquid crystal layer, thereby lowering the threshold value voltage to enable low voltage driving. A liquid crystal device is disclosed (prior example 2).

그리고, 일본특허공개공보 2010-186045호에는, 초기상태에서는 스프레이 트위스트 배향이지만, 세로전계를 1회 인가하면 리버스 트위스트 배향으로 안정되는 리버스 TN형 액정소자에 관한 기술이 개시되어 있다(선행예 3).Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2010-186045 discloses a technique related to a reverse TN type liquid crystal element which is spray twisted in the initial state but stabilized in reverse twisted orientation when a longitudinal electric field is applied once (priority 3). .

그런데, 상기 일본특허공보 제2510150호의 액정표시장치는, 역비틀림의 배향상태가 불안정하여, 액정층에 대하여 비교적 높은 전압을 인가함으로써 역비틀림의 배향상태를 얻을 수는 있지만, 시간의 경과와 함께 순비틀림의 배향상태로 천이해 버리는 문제가 있다. 또한, 일본특허공개공보 2007-293278호의 액정소자는, 상기한 바와 같이 임계값 전압을 저하시키는 이점이 있지만, 전압을 끄면 바로(예를 들어, 수초 정도) 순비틀림의 배향상태로 천이해 버려서, 역으로 임계값 전압을 높여 버리는 문제가 있다. 또한, 일본특허공개공보 2010-186045호의 리버스 TN형 액정소자는 전기광학특성 면에서 개량의 여지가 더욱더 남아있다. 예를 들어, 일본특허공개공보 2010-186045호에서의 선명도(sharpness)는 가장 양호할 때가 1.7 정도여서, 더욱 개량될 것이 기대되고 있다.By the way, in the liquid crystal display device of Japanese Patent No. 2510150, the alignment state of reverse twisting is unstable, and a reverse twisting alignment state can be obtained by applying a relatively high voltage to the liquid crystal layer. There is a problem of transition to a torsional alignment state. In addition, the liquid crystal element of JP 2007-293278 A has the advantage of lowering the threshold voltage as described above, but when the voltage is turned off (for example, several seconds), the liquid crystal element transitions to the forward twisted alignment state. Conversely, there is a problem of raising the threshold voltage. Further, the reverse TN type liquid crystal device of JP2010-186045A still leaves room for improvement in terms of electro-optical characteristics. For example, the sharpness in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-186045 is about 1.7 at the most favorable time, and is expected to be further improved.

본 발명에 따른 구체적인 형태는, 리버스 트위스트 배향상태의 안정성 향상 및 전기광학특성의 향상을 도모할 수 있는 리버스 TN형 액정소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. The specific form which concerns on this invention aims at providing the reverse TN type liquid crystal element which can aim at the improvement of the stability of a reverse twist orientation state, and the improvement of an electro-optical characteristic.

본 발명에 따른 일 형태의 액정소자는, (a) 각각의 일면에 배향처리가 실시되어 있고, 서로 대향배치된 제 1 기판 및 제 2 기판과, (b) 상기 제 1 기판의 일면과 상기 제 2 기판의 일면 사이에 설치된 액정층과, (c) 상기 액정층 안에 층두께 방향을 따라서 설치된 복수의 폴리머벽을 포함하고, (d) 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판은, 상기 액정층의 액정분자에 대해서 제 1 선회방향으로 비틀어진 제 1 배향상태를 발생시키기 쉽도록 상기 배향처리 방향이 상대적으로 설정되어 있으며, (e) 상기 액정층은 상기 액정분자를 상기 제 1 선회방향과 반대되는 제 2 선회방향으로 비트는 성질을 가지는 키랄제를 함유하면서, 상기 제 1 선회방향으로 비틀어진 배향상태를 가지는 것을 특징으로 하는 액정소자이다.The liquid crystal device of one embodiment of the present invention includes (a) a first substrate and a second substrate, each of which is subjected to an alignment treatment and disposed to face each other, and (b) one surface of the first substrate and the first substrate. A liquid crystal layer provided between one surface of the two substrates, and (c) a plurality of polymer walls provided in the liquid crystal layer along the layer thickness direction, and (d) the first substrate and the second substrate are formed of the liquid crystal layer. The alignment process direction is set relatively to facilitate the generation of the first alignment state twisted in the first turning direction with respect to the liquid crystal molecules, and (e) the liquid crystal layer is formed so that the liquid crystal molecules are opposite to the first turning direction. A liquid crystal device comprising a chiral agent having a property of twisting in a second turning direction and having an alignment state twisted in the first turning direction.

상기 구성에 따르면, 액정층에 폴리머벽을 도입함으로써, 제 1 선회방향으로 비틀어진 배향상태(리버스 트위스트 상태)가 안정적으로 유지된다. 폴리머벽에 대해서는, 예를 들어, 액정층 형성시의 액정재료에 광경화형 수지를 첨가해 두고, 액정재료를 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 주입한 후, 전압인가 등에 의해 액정층을 초기상태인 스프레이 트위스트 상태에서 리버스 트위스트 상태로 천이시킨 뒤, 그 상태로 광조사를 함으로써 간단하게 형성할 수 있다. 이러한 폴리머벽을 가지는 리버스 TN형 액정소자는 그 전기광학특성(임계값, 선명도)이 뛰어나다. 따라서, 상기 구성에 따르면, 역비틀림의 배향상태의 안정성 향상 및 전기광학특성의 향상을 도모할 수 있는 리버스 TN형 액정소자가 제공된다.According to the above configuration, by introducing the polymer wall into the liquid crystal layer, the alignment state (reverse twist state) twisted in the first turning direction is stably maintained. For the polymer wall, for example, a photocurable resin is added to the liquid crystal material at the time of forming the liquid crystal layer, the liquid crystal material is injected between the first substrate and the second substrate, and then the liquid crystal layer is initialized by applying voltage or the like. It can form easily by making a transition from the in-spray twist state to a reverse twist state, and irradiating light in that state. The reverse TN type liquid crystal device having such a polymer wall is excellent in its electro-optical characteristics (threshold, sharpness). Therefore, according to the above configuration, there is provided a reverse TN type liquid crystal device capable of improving the stability of the reverse twist alignment state and the electro-optical characteristics.

상기 액정소자에 있어서, 복수의 폴리머벽은 서로 결합하고 있고, 평면에서 볼 때 격자형상을 가지는 것이 바람직하다.In the above liquid crystal device, it is preferable that the plurality of polymer walls are bonded to each other and have a lattice shape in plan view.

이에 의해, 리버스 트위스트 상태의 안정성이 보다 향상된다. 한편, 이러한 격자형상의 폴리머벽은, 예를 들어, 광경화형 수지에 대한 광조사시에 격자형상의 차광부분을 가지는 마스크를 이용함으로써 간단하게 형성할 수 있다.This further improves the stability of the reverse twisted state. On the other hand, such a lattice-shaped polymer wall can be easily formed by, for example, using a mask having a lattice-shaped shielding portion at the time of light irradiation with a photocurable resin.

상기 액정소자에 있어서, 키랄제는 그 키랄 피치와 상기 액정층의 층두께의 비가 0.04 이상 0.4 이하가 되는 양을 첨가하는 것이 바람직하다.In the above liquid crystal device, the chiral agent is preferably added in an amount such that the ratio of the chiral pitch and the layer thickness of the liquid crystal layer is 0.04 or more and 0.4 or less.

또한, 상기 액정소자에 있어서, 복수의 폴리머벽은 광경화형 액정성 모노머를 고분자화한 것인 것도 바람직하다.Moreover, in the said liquid crystal element, it is also preferable that some polymer wall is what polymerized the photocurable liquid crystalline monomer.

그리고, 상기 액정소자에 있어서, 액정층에서의 상기 액정분자의 비틀림각은, 예를 들어 대략 90°로 설정된다. 한편, 비틀림각은 90°전후, 예를 들어 80~110°정도여도 좋다. And in the said liquid crystal element, the twist angle of the said liquid crystal molecule in a liquid crystal layer is set to about 90 degrees, for example. On the other hand, the torsion angle may be around 90 °, for example, about 80 to 110 °.

도 1은 리버스 TN형 액정소자의 동작을 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 2는 액정층 안에 폴리머 네트워크를 형성하는 방법(고분자 안정화법)에 대해서 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 3은 액정층에 폴리머벽을 형성하는 방법에 대해서 설명하는 도면이다.
도 4는 리버스 TN형 액정소자의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 임계값 전압과 선명도의 정의를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시예 1의 자외선 조사에 이용한 마스크의 구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 1의 액정소자의 현미경 관찰상을 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 1의 액정소자의 전기광학특성의 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시예 2의 자외선 조사에 이용한 마스크의 구조를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시예 2의 액정소자의 현미경 관찰상을 나타내는 도면이다.
도 11은 실시예 2의 액정소자의 전기광학특성의 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시예 2의 액정소자의 현미경 관찰상을 나타내는 도면이다.
도 13은 실시예 2의 액정소자의 전기광학특성의 측정결과를 나타내는 도면이다.
1 is a schematic diagram schematically showing the operation of a reverse TN type liquid crystal element.
2 is a diagram schematically illustrating a method (polymer stabilization method) for forming a polymer network in a liquid crystal layer.
It is a figure explaining the method of forming a polymer wall in a liquid crystal layer.
4 is a cross-sectional view showing a configuration example of a reverse TN type liquid crystal element.
5 is a view for explaining the definition of the threshold voltage and the sharpness.
6 is a diagram showing the structure of a mask used for ultraviolet irradiation in Example 1. FIG.
7 is a view showing a microscope observation image of the liquid crystal device of Example 1. FIG.
8 is a diagram showing a measurement result of electro-optical characteristics of the liquid crystal device of Example 1;
9 is a diagram illustrating a structure of a mask used for ultraviolet irradiation in Example 2. FIG.
10 is a view showing a microscope observation image of the liquid crystal device of Example 2. FIG.
FIG. 11 shows measurement results of electro-optical characteristics of the liquid crystal device of Example 2. FIG.
12 is a view showing a microscope observation image of the liquid crystal device of Example 2. FIG.
FIG. 13 shows measurement results of electro-optical characteristics of the liquid crystal device of Example 2. FIG.

다음에 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Next, embodiment of this invention is described with reference to drawings.

도 1은 리버스 TN형 액정소자의 동작을 개략적으로 나타내는 모식도이다. 리버스 TN형 액정소자는, 대향배치된 상측기판(1) 및 하측기판(2)과, 그들 사이에 설치된 액정층(3)을 기본적인 구성으로서 구비한다. 상측기판(1)과 하측기판(2) 각각의 표면에는 러빙처리 등의 배향처리(도면 안에 화살표로 표시함)가 실시된다. 이들의 배향처리 방향이 90°전후의 각도로 서로 교차하도록 해서, 상측기판(1)과 하측기판(2)이 상대적으로 배치된다. 액정층(3)은, 네마틱 액정재료를 상측기판(1)과 하측기판(2) 사이에 주입함으로써 형성된다. 이러한 액정층(3)에는, 액정분자를 그 방위각 방향에 있어서 특정한 방향(도 1의 예에서는 우측 선회방향)으로 비트는 작용을 발생시키는 키랄제가 첨가된 액정재료가 이용된다. 상측기판(1)과 하측기판(2)의 상호 간격(셀 두께)을 d, 키랄제의 키랄 피치를 p로 하면, 이들의 비(d/p)는 예를 들어 0.4 정도로 설정된다. 이러한 리버스 TN형 액정소자는, 초기상태에는 액정층(3)이 스프레이 배향하면서 비틀리는 스프레이 트위스트 상태가 된다. 이러한 스프레이 트위스트 상태의 액정층(3)에 포화전압을 초과하는 전압을 인가하면, 액정분자가 좌측 선회방향으로 비틀어지는 리버스 트위스트 상태(유니폼 트위스트 상태)로 천이한다. 이러한 리버스 트위스트 상태의 액정층(3)에서는 벌크 안의 액정분자가 기울어져 있으므로, 액정소자의 구동전압을 저감하는 효과가 나타난다. 하지만, 일반적으로, 이러한 리버스 트위스트 상태는 불안정한 경우가 많고, 시간 경과와 함께 초기상태인 스프레이 트위스트 상태로 자연스럽게 천이해 버린다. 그래서, 본원의 발명자는 액정층(3) 안에 폴리머 네트워크를 도입함으로써, 액정층(3)의 배향상태의 안정화를 도모할 것을 생각하였다.1 is a schematic diagram schematically showing the operation of a reverse TN type liquid crystal element. The reverse TN type liquid crystal device includes, as a basic configuration, an opposingly arranged upper substrate 1 and a lower substrate 2 and a liquid crystal layer 3 provided therebetween. The surface of each of the upper substrate 1 and the lower substrate 2 is subjected to an orientation treatment such as a rubbing treatment (indicated by an arrow in the drawing). The upper substrate 1 and the lower substrate 2 are arranged relatively so that these alignment treatment directions cross each other at an angle of about 90 degrees. The liquid crystal layer 3 is formed by injecting a nematic liquid crystal material between the upper substrate 1 and the lower substrate 2. In this liquid crystal layer 3, a liquid crystal material to which a chiral agent is added is used, which generates an action of twisting liquid crystal molecules in a specific direction (right turning direction in the example of FIG. 1) in the azimuth direction. When the distance (cell thickness) between the upper substrate 1 and the lower substrate 2 is d and the chiral pitch made of chiral is p, these ratios d / p are set to about 0.4, for example. Such a reverse TN type liquid crystal device is in a twisted state in which the liquid crystal layer 3 is twisted while being spray-oriented in the initial state. When a voltage exceeding the saturation voltage is applied to the liquid crystal layer 3 in the spray twisted state, the liquid crystal molecules transition to the reverse twisted state (uniform twisted state), which is twisted in the left turning direction. In the liquid crystal layer 3 in the reverse twisted state, since the liquid crystal molecules in the bulk are inclined, the effect of reducing the driving voltage of the liquid crystal element appears. However, in general, such a reverse twist state is often unstable, and naturally transitions to the spray twist state which is an initial state with time. Therefore, the inventor of the present application considered that the alignment state of the liquid crystal layer 3 should be stabilized by introducing a polymer network into the liquid crystal layer 3.

도 2는 액정층 안에 폴리머 네트워크를 형성하는 방법(고분자 안정화법)에 대해서 개략적으로 설명하는 도면이다. 도 2의 (A)에 나타내는 바와 같이, 상측기판(1)과 하측기판(2) 사이에 액정층(3)을 형성할 때, 액정분자(3a)와 광경화형(예를 들어, 자외선 경화형)의 액정성 모노머(3b)를 포함한 액정재료를 이용한다. 다음으로, 도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이, 상측기판(1)과 하측기판(2)에 각각 설치된 상측전극(4), 하측전극(5)을 이용해서 액정층(3)에 전압을 인가함으로써, 액정층(3)의 배향상태가 리버스 트위스트 상태로 천이되게 한다. 다음으로, 도 2의 (C)에 나타내는 바와 같이, 액정층(3)의 리버스 트위스트 상태가 유지되고 있는 동안에, 이러한 액정층(3)으로 광조사(예를 들어, 자외선 조사)를 한다. 이에 의해, 액정성 모노머(3b)가 고분자화되고, 액정층(3) 안에 폴리머 네트워크가 형성된다. 이러한 폴리머 네트워크가 형성됨으로써, 리버스 트위스트 상태의 안정성이 향상되어, 초기 상태의 스프레이 트위스트 상태로 천이하기 어려워진다.2 is a diagram schematically illustrating a method (polymer stabilization method) for forming a polymer network in a liquid crystal layer. As shown in Fig. 2A, when the liquid crystal layer 3 is formed between the upper substrate 1 and the lower substrate 2, the liquid crystal molecules 3a and a photocurable type (for example, an ultraviolet curable type) are formed. The liquid crystal material containing the liquid crystalline monomer 3b is used. Next, as shown in FIG. 2B, a voltage is applied to the liquid crystal layer 3 using the upper electrode 4 and the lower electrode 5 provided on the upper substrate 1 and the lower substrate 2, respectively. By applying, the alignment state of the liquid crystal layer 3 is shifted to the reverse twist state. Next, as shown in FIG.2 (C), while the reverse twist state of the liquid crystal layer 3 is hold | maintained, such liquid crystal layer 3 is irradiated with light (for example, ultraviolet irradiation). As a result, the liquid crystalline monomer 3b is polymerized, and a polymer network is formed in the liquid crystal layer 3. By forming such a polymer network, the stability of a reverse twist state improves, and it becomes difficult to transition to the spray twist state of an initial state.

도 3은 액정층에 폴리머벽을 형성하는 방법에 대해서 개략적으로 설명하는 도면이다. 한편, 상기 도 2와 공통되는 구성에 대해서는 같은 부호를 이용하였고, 그것들에 대한 설명은 생략한다. 상기한 폴리머 네트워크를 형성하는 방법에서의 광조사를 하는 공정(도 2의 (C) 참조)에 있어서, 빛을 선택적으로 통과시키는 마스크(10)를 이용한다. 이러한 마스크(10)에서의 차광부분의 패턴에 대해서는 임의로 설정할 수 있고, 예를 들어, 한 방향으로 뻗는 다수의 선형상의 차광부분을 가지는 패턴(라인형상 패턴)으로 하여도 좋으며, 두 방향으로 뻗는 다수의 선형상의 차광부분을 겹쳐서 이루어지는 이차원 격자형상의 패턴(매트릭스 패턴)으로 할 수도 있다. 이러한 마스크(10)를 통해서 광조사를 함으로써, 도 3의 (B)에 나타내는 바와 같이, 액정층(3) 안에서 마스크(10)의 투광부분에 대응한 위치에 폴리머벽(6)이 형성된다. 한편, 마스크(10)를 이용한 광조사 후에, 마스크(10)를 이용하지 않고 액정층(3) 전체에 걸쳐서 더욱 광조사를 하여도 좋다.3 is a diagram schematically illustrating a method of forming a polymer wall in a liquid crystal layer. In addition, the same code | symbol is used about the structure common to FIG. 2, and the description about them is abbreviate | omitted. In the step of irradiating light in the method of forming the polymer network (see FIG. 2C), a mask 10 for selectively passing light is used. The pattern of the light shielding portion in the mask 10 can be arbitrarily set, for example, a pattern having a plurality of linear light shielding portions extending in one direction (line pattern), and a plurality of patterns extending in two directions. It is also possible to set it as a two-dimensional lattice pattern (matrix pattern) formed by superimposing linear light shielding portions. By irradiating light through such a mask 10, as shown in FIG. 3B, the polymer wall 6 is formed in a position corresponding to the light-transmitting portion of the mask 10 in the liquid crystal layer 3. On the other hand, after light irradiation using the mask 10, you may further irradiate light over the whole liquid crystal layer 3 without using the mask 10. FIG.

도 4는 리버스 TN형 액정소자의 구성예를 나타내는 단면도이다. 도 4에 나타내는 액정소자는, 제 1 기판(상측기판)(51)과 제 2 기판(하측기판)(55) 사이에 액정층(59)을 개재시킨 기본 구성을 가진다. 제 1 기판(51)의 바깥쪽에는 제 1 편광판(61)이 배치되고, 제 2 기판(55)의 바깥쪽에는 제 2 편광판(62)이 배치되어 있다. 이하, 더욱 상세하게 액정소자의 구조를 설명한다. 한편, 액정층(59)의 주위를 밀봉하는 밀봉재 등의 부재에 대해서는 도시 및 설명을 생략한다.4 is a cross-sectional view showing a configuration example of a reverse TN type liquid crystal element. The liquid crystal element shown in FIG. 4 has a basic configuration in which a liquid crystal layer 59 is interposed between the first substrate (upper substrate) 51 and the second substrate (lower substrate) 55. The first polarizing plate 61 is disposed outside the first substrate 51, and the second polarizing plate 62 is disposed outside the second substrate 55. Hereinafter, the structure of the liquid crystal element will be described in more detail. In addition, illustration and description are abbreviate | omitted about members, such as the sealing material which seals the periphery of the liquid crystal layer 59. As shown in FIG.

제 1 기판(51) 및 제 2 기판(55)은 각각, 예를 들어, 글라스 기판, 플라스틱 기판 등의 투명기판이다. 도시한 바와 같이, 제 1 기판(51)과 제 2 기판(55)은, 서로의 일면을 마주보게 하고, 소정의 틈(예를 들어, 수㎛)을 설치하여 서로 붙어 있다. 한편, 도시를 생략하였지만, 어느 한 기판 상에 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자가 형성되어 있어도 좋다. Each of the first substrate 51 and the second substrate 55 is, for example, a transparent substrate such as a glass substrate or a plastic substrate. As shown in the drawing, the first substrate 51 and the second substrate 55 face each other, and a predetermined gap (for example, several micrometers) is provided to be attached to each other. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, switching elements, such as a thin film transistor, may be formed on either board | substrate.

액정층(59)은 제 1 기판(51)과 제 2 기판(55)의 상호 사이에 설치되어 있다. 액정층(59)을 구성하는 액정재료의 유전율 이방성(Δε)은 양(Δε>0)이다. 액정층(59)에 도시된 굵은 선은, 액정층(59)에 전압이 인가되어 있지 않은 초기상태에서의 액정분자의 배향방위를 모식적으로 나타낸 것이다. 이러한 액정층(59)에는 상기 방법에 의해 형성되는 폴리머벽(60)이 포함된다.The liquid crystal layer 59 is provided between the first substrate 51 and the second substrate 55. The dielectric anisotropy (Δε) of the liquid crystal material constituting the liquid crystal layer 59 is positive (Δε> 0). The thick line shown in the liquid crystal layer 59 schematically shows the orientation orientation of liquid crystal molecules in an initial state in which no voltage is applied to the liquid crystal layer 59. The liquid crystal layer 59 includes a polymer wall 60 formed by the above method.

제 1 전극(52)은 제 1 기판(51)의 일면측에 설치되어 있고, 제 2 전극(56)은 제 2 기판(55)의 일면측에 설치되어 있다. 제 1 전극(52) 및 제 2 전극(56)은 각각, 예를 들어, 인듐주석산화물(ITO) 등의 투명도전막을 적절히 패터닝함으로써 구성되어 있다.The first electrode 52 is provided on one surface side of the first substrate 51, and the second electrode 56 is provided on one surface side of the second substrate 55. The first electrode 52 and the second electrode 56 are each configured by appropriately patterning a transparent conductive film such as indium tin oxide (ITO), for example.

배향막(53)은 제 1 전극(52)을 덮도록 제 1 기판(51)의 일면측에 설치되어 있다. 또한, 배향막(57)은 제 2 전극(56)을 덮도록 제 2 기판(55)의 일면측에 설치되어 있다.The alignment film 53 is provided on one surface side of the first substrate 51 so as to cover the first electrode 52. The alignment film 57 is provided on one surface side of the second substrate 55 so as to cover the second electrode 56.

도 5는 본 실시형태의 리버스 TN형 액정소자의 평가지표로 이용되는 임계값 전압과 선명도의 정의를 설명하기 위한 도면이다. 액정소자에 전압이 인가되지 않았을 때의 투과율을 100%로 하고, 인가전압을 상승시켜서 투과율이 변하지 않게 되었을 때의 값을 0%로 한다. 이때, 투과율이 90%가 되는 전압값을 V90으로 하고, 투과율이 10%가 되는 전압값을 V10으로 하면, 이들을 이용해서 다음과 같이 임계값 전압 및 선명도를 표현할 수 있다.FIG. 5 is a diagram for explaining the definition of the threshold voltage and the sharpness used as evaluation indexes of the reverse TN type liquid crystal element of the present embodiment. The transmittance when no voltage is applied to the liquid crystal element is 100%, and the value when the transmittance is not changed by raising the applied voltage is 0%. At this time, if the voltage value at which the transmittance is 90% is set to V 90 , and the voltage value at which the transmittance is 10% is set at V 10 , the threshold voltage and clarity can be expressed as follows.

임계값 전압 = V90 Threshold Voltage = V 90

선명도(γ) = V10/V90 Sharpness (γ) = V 10 / V 90

일반적으로는, 임계값 전압과 선명도 모두 값이 작을수록 그 액정소자의 전기광학특성이 뛰어나다고 평가된다.In general, the smaller the value of both the threshold voltage and the sharpness, the better the electro-optical characteristics of the liquid crystal element.

다음으로, 상기한 바와 같은 리버스 TN형 액정소자의 실시예 몇 가지를 설명한다.Next, some embodiments of the reverse TN type liquid crystal device as described above will be described.

(실시예 1)(Example 1)

다음과 같은 조건으로 실시예 1의 액정소자를 제작하고, 그 특성을 평가하였다. 우선, ITO막이 부착된 글라스 기판을 2장 준비하고, 이것을 세정한 뒤 건조하였다. 이어서, 각 글라스 기판의 표면에 배향재를 도포하였다. 배향재로서는, 액정분자에 1~2°의 프리틸트각(pretilt angle)을 부여하는 수평배향재를 적절히 사용하였다. 하나의 글라스 기판의 배향재를 소성하고, 이것에 러빙처리를 실시한 후, 이 글라스 기판 위에 스페이서재를 산포하고, 다시 밀봉재를 인쇄하였다. 스페이서재로서는 입자직경이 4㎛인 것을 사용하였다. 또한, 또 다른 글라스 기판에 대해서도 배향재를 소성하고, 이것에 러빙처리를 실시한 후, 양 글라스 기판을 서로 붙여서 셀화해서, 이것에 액정재료를 주입하였다. 양 글라스 기판의 부착에 대해서는, 각각의 글라스 기판에 대한 러빙처리의 방향이 서로 90°가 되도록 하였다. 그리고, 액정재료로서는 가부시키가이샤 메르크 제품 ZLI-2293을 사용하였다. 이러한 액정재료에는 키랄제로서 CB15가 첨가되었다. 키랄제의 첨가량은 셀 두께(d)와 키랄제 피치(p0)의 비(d/p0)가 0.2가 되도록 설정되었다. 또한, 액정재료에는 자외선 경화형 수지가 첨가되었다. 자외선 경화형 수지의 첨가량은 4wt%, 5wt% 또는 6wt%의 3가지 패턴으로 하였다. 액정재료를 주입한 후에 셀을 밀봉하고, 전압인가에 의해 액정층의 배향상태를 초기상태의 스프레이 트위스트 상태에서 리버스 트위스트 상태로 천이하게 한 후, 자외선 경화형 수지로 자외선 조사를 하였다. 자외선 조사에 이용한 마스크의 구조를 도 6에 나타낸다. 본 실시예에서는 도시한 바와 같은 라인형상의 패턴을 가지는 마스크를 이용해서 2회의 자외선 조사를 하였다. 1회 조사할 때와 2회 조사할 때의 마스크 방향을 대략 90°회전시켰다. 즉, 라인형상 패턴의 길이방향이 1회 조사할 때와 2회 조사할 때에 대략 직교하도록 하였다. 마스크의 라인형상 패턴은, 도시한 바와 같이 선폭이 약 150㎛이고 선 간격이 20㎛이다. 또한, 자외선의 파장은 365㎚, 조사강도는 40㎽/㎠이고, 이러한 조사강도로 30초간 조사하는 것을 마스크 방향을 바꾸는 전후로 각 3회씩 실시하였다. 이때, 각 회의 자외선 조사전에는 액정층을 리버스 트위스트 상태로 천이하기 위한 전압을 인가하였다. 전압인가 조건은, 예를 들어 15V 정도의 전압을 10초간 인가하거나, 혹은 15V 정도의 전압을 2, 3회 간헐적으로 인가하였다. 이에 의해, 액정층 안에 이차원 격자형상의 폴리머벽이 형성되었다.The liquid crystal element of Example 1 was produced under the following conditions, and the characteristics thereof were evaluated. First, two glass substrates with an ITO film were prepared, washed and dried. Next, the alignment material was applied to the surface of each glass substrate. As an orientation material, the horizontal orientation material which gives a pretilt angle of 1-2 degrees to liquid crystal molecule was used suitably. After baking the orientation material of one glass substrate, carrying out a rubbing process to this, the spacer material was spread | dispersed on this glass substrate, and the sealing material was printed again. As the spacer material, one having a particle diameter of 4 m was used. In addition, after the orientation material was fired about the other glass substrates and subjected to a rubbing treatment, the glass substrates were bonded to each other to form a cell, and a liquid crystal material was injected therein. Regarding the adhesion of the two glass substrates, the directions of the rubbing treatments on the respective glass substrates were set to 90 ° to each other. As the liquid crystal material, ZLI-2293 manufactured by Merck Co., Ltd. was used. CB15 was added to this liquid crystal material as a chiral agent. The addition amount of the chiral agent was set so that the ratio (d / p0) of the cell thickness d and the chiral agent pitch p0 became 0.2. In addition, ultraviolet curable resin was added to the liquid crystal material. The amount of the ultraviolet curable resin added was three patterns of 4 wt%, 5 wt% or 6 wt%. After injecting the liquid crystal material, the cell was sealed, and the alignment state of the liquid crystal layer was changed from the spray twist state in the initial state to the reverse twist state by voltage application, and then irradiated with ultraviolet rays with an ultraviolet curable resin. The structure of the mask used for ultraviolet irradiation is shown in FIG. In this embodiment, two ultraviolet irradiations were performed using a mask having a line-shaped pattern as shown. The mask direction at the time of one irradiation and the irradiation of two times was rotated approximately 90 degrees. In other words, the longitudinal direction of the line-shaped pattern was approximately orthogonal when irradiated once and irradiated twice. As shown, the line pattern of the mask has a line width of about 150 mu m and a line spacing of 20 mu m. The wavelength of the ultraviolet ray was 365 nm and the irradiation intensity was 40 kW / cm 2, and irradiation for 30 seconds at the irradiation intensity was performed three times before and after changing the mask direction. At this time, before each ultraviolet irradiation, a voltage for transitioning the liquid crystal layer to the reverse twisted state was applied. As the voltage application condition, for example, a voltage of about 15V was applied for 10 seconds or a voltage of about 15V was applied intermittently two or three times. As a result, a two-dimensional lattice-shaped polymer wall was formed in the liquid crystal layer.

도 7은 실시예 1의 액정소자의 현미경 관찰상을 나타내는 도면이다. 도시한 액정소자는 자외선 경화형 수지를 4wt% 첨가한 것이다. 도면 안에서 검은색 격자형상으로 보이는 것이 폴리머벽이다. 한편, 하얀 점은 스페이서재이다. 액정소자의 편광판(P, A)의 흡수축은 도시한 바와 같이 대략 45°의 각도를 이루는 상태로 배치하였다. 폴리머벽이 형성됨으로써 리버스 트위스트 상태가 안정되는 것을 확인할 수 있었다. 실시예 1의 액정소자의 전기광학특성(V-T 특성)의 측정결과를 도 8에 나타낸다(자외선 경화형 수지의 첨가량을 4~6wt%로 한 샘플). 자기이력현상(hysteresis)이 보이는 4wt%의 샘플을 제외하고, 5wt%와 6wt%의 각 샘플을 비교하면 5wt%의 샘플의 선명도가 뛰어났다.7 is a view showing a microscope observation image of the liquid crystal device of Example 1. FIG. The illustrated liquid crystal element is a 4 wt% addition of an ultraviolet curable resin. It is the polymer wall that looks like a black lattice in the figure. In addition, a white point is a spacer material. The absorption axes of the polarizing plates P and A of the liquid crystal element were arranged in a state of forming an angle of approximately 45 ° as shown. It was confirmed that the reverse twisted state was stabilized by the formation of the polymer wall. The measurement result of the electro-optical characteristic (V-T characteristic) of the liquid crystal element of Example 1 is shown in FIG. 8 (sample which added the amount of ultraviolet-ray curable resin to 4-6 wt%). Except for 4 wt% samples showing hysteresis, 5 wt% and 6 wt% samples were compared with each other.

(실시예 2) (Example 2)

상기한 실시예 1과 같은 조건으로 액정소자를 제작하고, 그 특성을 평가하였다. 단, 다음의 조건이 실시예 1과는 상이하다. 본 실시예에서는, d/p0값을 0.2 또는 0.4로 하고, 자외선 경화형 수지의 첨가량은 4wt%, 5wt%, 6wt%, 7wt%의 4가지 패턴으로 하였다. 또한, 본 실시예에서는, 격자형상(매트릭스 형상)의 패턴을 가지는 마스크를 이용하여 자외선을 조사하였다. 본 실시예에 있어서 자외선 조사에 이용한 마스크의 구조를 도 9에 도시한다. 마스크의 격자형상 패턴은, 도시한 바와 같이, 선폭이 약 180㎛이고 선 간격이 20㎛이다. 또한, 자외선의 파장은 365㎚, 조사강도는 80㎽/㎠이다. 이러한 조사강도로 노광시간을 1분씩 4회 반복하여 마스크 노광하고, 마지막에 마스크를 제거하고 1분간 노광(전면조사)하였다. 이때, 자외선 조사 전에는 액정층을 리버스 트위스트 상태로 천이시키기 위해 전압을 인가하였다. 전압인가 조건은, 예를 들어, 15V 정도의 전압을 10초간 인가하거나, 혹은 15V 정도의 전압을 2, 3회 간헐적으로 인가하였다. 이에 의해, 액정층 안에 이차원 격자형상의 폴리머벽이 형성되었다.The liquid crystal device was produced under the same conditions as in Example 1, and the characteristics thereof were evaluated. However, the following conditions are different from Example 1. In the present Example, d / p0 value was 0.2 or 0.4, and the addition amount of ultraviolet curable resin was 4 patterns of 4 wt%, 5 wt%, 6 wt%, 7 wt%. In addition, in the present Example, ultraviolet-ray was irradiated using the mask which has a grid | lattice-like (matrix-shaped) pattern. The structure of the mask used for ultraviolet irradiation in the present Example is shown in FIG. As shown in the drawing, the lattice pattern of the mask has a line width of about 180 mu m and a line spacing of 20 mu m. The wavelength of the ultraviolet ray is 365 nm and the irradiation intensity is 80 mW / cm 2. With this irradiation intensity, the exposure time was repeated four times for 1 minute, and the mask was exposed. Finally, the mask was removed and exposed for 1 minute (front irradiation). At this time, before ultraviolet irradiation, a voltage was applied to transition the liquid crystal layer to the reverse twisted state. As the voltage application condition, for example, a voltage of about 15 V was applied for 10 seconds or a voltage of about 15 V was applied intermittently two or three times. As a result, a two-dimensional lattice-shaped polymer wall was formed in the liquid crystal layer.

도 10은 실시예 2의 액정소자의 현미경 관찰상을 나타내는 도면이다. 도시한 액정소자는, d/p0을 0.2로 설정하고, 자외선 경화형 수지를 4wt% 첨가한 것이다. 도면 속에서 흰색의 격자형상으로 보이는 것이 폴리머벽이다. 액정소자의 편광판(P, A)의 흡수축은 도시한 바와 같이 대략 20°의 각도를 이루는 상태로 하고, 하나의 편광판(A)의 흡수축이 폴리머벽의 연장방향 중 한 방향과 대략 평행하도록 배치하였다. 폴리머벽이 형성됨으로써 리버스 트위스트 상태가 안정되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 샘플의 액정소자 및 자외선 경화형 수지의 첨가량만을 다르게 한 각각의 샘플의 전기광학특성(V-T 특성)의 측정결과를 도 11에 나타낸다. 한편, 도 11 속에서 'ps전 상승', 'ps전 하강'이라고 나타낸 것은 폴리머벽이 형성되기 이전 샘플의 V-T 특성이다. 도시한 바와 같이, 폴리머벽이 형성되기 이전의 샘플에서는 V-T 특성에 자기이력현상이 관찰된다.10 is a view showing a microscope observation image of the liquid crystal device of Example 2. FIG. In the illustrated liquid crystal element, d / p0 is set to 0.2, and 4 wt% of ultraviolet curable resin is added. It is the polymer wall that looks like a white lattice in the figure. The absorption axes of the polarizing plates P and A of the liquid crystal element are in a state of forming an angle of approximately 20 degrees as shown in the figure, and the absorption axes of one polarizing plate A are arranged substantially parallel to one of the extending directions of the polymer walls. It was. It was confirmed that the reverse twisted state was stabilized by the formation of the polymer wall. The measurement result of the electro-optical characteristic (V-T characteristic) of each sample which changed only the addition amount of the liquid crystal element and ultraviolet curable resin of such a sample is shown in FIG. Meanwhile, in FIG. 11, 'ps before rise' and 'ps before fall' are V-T characteristics of the sample before the polymer wall is formed. As shown, magnetic hysteresis is observed in the V-T characteristics in the sample before the polymer wall is formed.

도 12는 실시예 2의 액정소자의 현미경 관찰상을 나타내는 도면이다. 도시한 액정소자는, d/p0을 0.4로 설정하고, 자외선 경화형 수지를 4wt% 첨가한 것이다. 도면 속에서 흰색의 격자형상으로 보이는 것이 폴리머벽이다. 액정소자의 편광판(P, A)의 흡수축은 도시한 바와 같이 대략 10°의 각도를 이루는 상태로 하고, 하나의 편광판(A)의 흡수축이 폴리머벽의 연장방향 중 한 방향과 대략 평행하도록 배치하였다. 폴리머벽이 형성됨으로써 리버스 트위스트 상태가 안정되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 샘플의 액정소자 및 자외선 경화형 수지의 첨가량만을 다르게 한 각각의 샘플의 전기광학특성(V-T 특성)의 측정결과를 도 13에 나타낸다. 한편, 도 13 속에서 'ps전 상승', 'ps전 하강'이라고 나타낸 것은 폴리머벽이 형성되기 이전 샘플의 V-T 특성이다. 도시한 바와 같이, 폴리머벽이 형성되기 이전의 샘플에서는 V-T 특성에 자기이력현상이 관찰된다.12 is a view showing a microscope observation image of the liquid crystal device of Example 2. FIG. In the illustrated liquid crystal element, d / p0 is set to 0.4, and 4 wt% of ultraviolet curable resin is added. It is the polymer wall that looks like a white lattice in the figure. The absorption axes of the polarizing plates P and A of the liquid crystal element are in a state of forming an angle of approximately 10 degrees as shown in the figure, and the absorption axes of one polarizing plate A are arranged substantially parallel to one of the extending directions of the polymer walls. It was. It was confirmed that the reverse twisted state was stabilized by the formation of the polymer wall. The measurement result of the electro-optical characteristic (V-T characteristic) of each sample which changed only the addition amount of the liquid crystal element of this sample and an ultraviolet curable resin is shown in FIG. Meanwhile, in FIG. 13, 'ps before rise' and 'ps before fall' are V-T characteristics of the sample before the polymer wall is formed. As shown, magnetic hysteresis is observed in the V-T characteristics in the sample before the polymer wall is formed.

실시예 2의 액정소자에서의 임계값은 대체로 종래의 TN형 액정소자와 동등하고, 구체적으로는 1.58V(볼트) 정도였다. 또한, 선명도에 대해서는 최적의 조건에 서 1.32라는 값이 얻어져서, 종래의 TN형 액정소자에 비해서 크게 개선되었다. 여기에서 얻어진 선명도 1.32라는 값은, 대체로 1/12듀티 이상의 단순한 매트릭스 구동이 가능하다는 것을 나타내며, 종래의 1/4듀티 혹은 1/8듀티가 한계였던 TN형 액정소자의 이용범위를 크게 확장할 수 있다는 것을 나타낸다. 한편, 선명도, 임계값의 정의는 상기한 바와 같다.The threshold value in the liquid crystal element of Example 2 was generally equivalent to that of a conventional TN type liquid crystal element, and was specifically about 1.58 V (volts). In addition, the sharpness value of 1.32 was obtained under optimum conditions, and greatly improved compared with the conventional TN type liquid crystal device. The value of 1.32, which is obtained here, indicates that a simple matrix drive of more than 1/12 duty can be performed, and the range of use of the TN type liquid crystal device in which the conventional 1/4 duty or 1/8 duty is limited can be greatly extended. It is present. In addition, definition of sharpness and a threshold value is as above-mentioned.

그리고, 본 발명은 상술한 내용으로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지의 범위 안에서 다양하게 변형해서 실시할 수 있다. 예를 들어, 상기에서는 폴리머벽을 형성하기 위해 광경화형 수지를 예시하였지만, 열경화형 수지를 이용하여도 좋다. 또한, 앞서 d/p0에 대한 알맞은 일례로서 0.2, 0.4라는 값을 들었지만, d/p0은 이들 수치로 한정되지 않는다. 본원의 발명자들이 예비실험 등에 근거해서 검토한바, d/p0값이 작을수록 선명도가 악화되는 경향이 있어, 선명도의 개선을 달성할 수 있는 d/p0의 하한값은 0.04인 것이 확인되었다. In addition, this invention is not limited to the above-mentioned content, It can variously deform and implement within the range of the summary of this invention. For example, in the above, although photocurable resin was illustrated in order to form a polymer wall, you may use thermosetting resin. In addition, although the values of 0.2 and 0.4 were mentioned previously as a suitable example with respect to d / p0, d / p0 is not limited to these numerical values. Based on preliminary experiments and the like, the inventors of the present application found that the smaller the d / p0 value was, the more the sharpness tended to deteriorate, and it was confirmed that the lower limit of d / p0 that could achieve the improvement of the sharpness was 0.04.

1: 상측기판 2: 하측기판
3: 액정층 3a: 액정분자
3b: 액정성 모노머 4: 상측전극
5: 하측전극 6: 폴리머벽
10: 마스크 51: 제 1 기판
52: 제 1 전극 53, 57: 배향막
55: 제 2 기판 56: 제 2 전극
59: 액정층 60: 폴리머벽
1: upper board 2: lower board
3: liquid crystal layer 3a: liquid crystal molecules
3b: liquid crystalline monomer 4: upper electrode
5: lower electrode 6: polymer wall
10: mask 51: first substrate
52: first electrode 53, 57: alignment layer
55: second substrate 56: second electrode
59: liquid crystal layer 60: polymer wall

Claims (5)

각각의 일면에 배향처리가 실시되어 있고, 서로 대향배치된 제 1 기판 및 제 2 기판과,
상기 제 1 기판의 일면과 상기 제 2 기판의 일면 사이에 설치된 액정층과,
상기 액정층 안에 층두께 방향을 따라서 설치된 복수의 폴리머벽을 포함하고,
상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판은, 상기 액정층의 액정분자에 대해서 제 1 선회방향으로 비틀어진 제 1 배향상태를 발생시키기 쉽도록 상기 배향처리 방향이 상대적으로 설정되어 있고,
상기 액정층은, 상기 액정분자를 상기 제 1 선회방향과 반대되는 제 2 선회방향으로 비트는 성질을 가지는 키랄제를 포함하며, 상기 제 1 선회방향으로 비틀어진 배향상태를 가지는 액정소자.
The first substrate and the second substrate, each of which is subjected to an orientation treatment and are disposed to face each other;
A liquid crystal layer provided between one surface of the first substrate and one surface of the second substrate;
A plurality of polymer walls disposed in the liquid crystal layer along the layer thickness direction,
The orientation direction of the first substrate and the second substrate is relatively set so that the first alignment state twisted in the first pivot direction with respect to the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer is easily generated.
The liquid crystal layer includes a chiral agent having a property of twisting the liquid crystal molecules in a second turning direction opposite to the first turning direction, and having an alignment state twisted in the first turning direction.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 폴리머벽은 서로 결합하고 있고, 평면에서 볼 때 격자형상을 가지는 액정소자.
The method of claim 1,
The plurality of polymer walls are bonded to each other, the liquid crystal device having a grid shape in plan view.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 키랄제는 그 키랄 피치와 상기 액정층의 층두께의 비가 0.04 이상 0.4 이하가 되는 양이 첨가되어 있는 액정소자.
The method according to claim 1 or 2,
And said chiral agent is added in an amount such that the ratio of the chiral pitch and the layer thickness of the liquid crystal layer is 0.04 or more and 0.4 or less.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 폴리머벽은, 광경화형 액정성 모노머를 고분자화시킨 것인 액정소자.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The plurality of polymer walls are polymerized photocurable liquid crystalline monomers.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액정층에서의 상기 액정분자의 비틀림각이 대략 90°인 액정소자.
The method according to any one of claims 1 to 4,
And a twist angle of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is approximately 90 degrees.
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