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JPS62220930A - Ferroelectric liquid crystal element - Google Patents

Ferroelectric liquid crystal element

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Publication number
JPS62220930A
JPS62220930A JP6505486A JP6505486A JPS62220930A JP S62220930 A JPS62220930 A JP S62220930A JP 6505486 A JP6505486 A JP 6505486A JP 6505486 A JP6505486 A JP 6505486A JP S62220930 A JPS62220930 A JP S62220930A
Authority
JP
Japan
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liquid crystal
state
ferroelectric liquid
angle
ferroelectric
Prior art date
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Application number
JP6505486A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0453404B2 (en
Inventor
Osamu Taniguchi
修 谷口
Junichiro Kanbe
純一郎 神辺
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP6505486A priority Critical patent/JPS62220930A/en
Publication of JPS62220930A publication Critical patent/JPS62220930A/en
Priority to US07/225,827 priority patent/US4941736A/en
Publication of JPH0453404B2 publication Critical patent/JPH0453404B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Liquid Crystal Display Device Control (AREA)

Abstract

PURPOSE:To control a part other than a picture element part in a uniform orientation direction over the entire ferroelectric liquid crystal cell by applying an AC electric field to the ferroelectric liquid crystal cell of matrix electrode structure which has a monostable state. CONSTITUTION:Matrix electrodes (scanning electrode and signal electrode) are formed on a couple of substrates to form a monostable ferroelectric crystal element wherein orientation (initial orientation) in smectic phase (specially in chiral smectic phase) generated by raising temperature from another phase on a high temperatue side has one stable state and one semistable state, and the angle between the mean molecule axial direction of the stable state 102 and semistable state 102' is set to 2theta. Then, this ferroelectric liquid crystal element has relation theta<theta'<=, where the angle between two mean molecule axial direction s appearing when a desired bipolar DC electric field is applied to electrodes is 2H and the angle between the mean molecule axail directions in two bistable states after the AC voltage is ceased after being applied between electrodes for about several - 10 minutes is 2theta'.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は1強誘電性液晶素子に関し、詳しくは非画素部
の濃度ムラを改善し、高コントラストで。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a ferroelectric liquid crystal element, and more specifically, to a ferroelectric liquid crystal element that improves density unevenness in non-pixel areas and achieves high contrast.

表示品位の高い表示を可能にした強誘電性液晶素子に関
する。
The present invention relates to a ferroelectric liquid crystal element that enables high-quality display.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来より、走査電極群と信号電極群をマトリクス状に構
成し、その電極間に液晶化合物を充填し多数の画素を形
成して1画像或いは情報の表示を行5液晶表示素子は、
よく知られている。この表元素子の駆動法としては、走
査電極群に順次周期的にアドレス信号を選択印加し、@
号篭極群には所定の情報信号をアドレス信号と同期させ
て並動的に選択印加する時分割駆動が採用されている。
Conventionally, a scanning electrode group and a signal electrode group are configured in a matrix, and a liquid crystal compound is filled between the electrodes to form a large number of pixels to display one image or information.
well known. The driving method for this front element is to selectively and periodically apply address signals to the scanning electrode group.
Time-division driving is employed in which a predetermined information signal is selectively applied in parallel to the address signal in synchronization with the address signal.

−万、プリンタ分野においては、゛電気信号を入力とし
てハードコピーを得る手段として1画素密度の点からも
スピードの点からも、電気画像信号を光の形で成子写真
感光体に与えるレーザービームプリンタが現在最も優れ
ている。その電気信号を光信号に変換する素子として、
液晶シャッターアレイが提案されている。
- In the field of printers, ``laser beam printers, which provide electric image signals in the form of light to a photoreceptor in the form of light, are useful in terms of both pixel density and speed as a means of obtaining hard copies by inputting electrical signals. is currently the best. As an element that converts that electrical signal into an optical signal,
A liquid crystal shutter array has been proposed.

これらの実用に供されたのは、殆どが0例えば“アプラ
イド・フィツクス・レターズ(”AppliedPhy
sics Letters” ) 1971年、18(
4)号127〜128頁に掲載のM、シーyット(M、
 5chadt )及びX。
Most of these were put to practical use, such as “Applied Fix Letters” (“AppliedPhys Letters”).
sics Letters”) 1971, 18 (
4) M, Sheet (M, published in issue 127-128)
5chadt) and X.

ヘルツリフ(W、 He1frich )共著 “ボル
テージ・ディペンダント・オプティカル・アクティビテ
ィ−φオブ・ア・ツィステッド壷ネマチック・リキッド
・クリスタル” (”Voltage Depende
ntOptical Acttvity of a T
wisted Nematic LiqnidCrys
tal ’ )に示されたTN (twisted n
ematic )型液晶であった。
"Voltage Dependent Optical Activity - φ of a Twisted Urn Nematic Liquid Crystal" co-authored by W. Helfrich.
ntOptical Activity of a T
twisted Nematic LiqnidCrys
tal') shown in TN (twisted n
It was a ``ematic'' type liquid crystal.

近年は、在来の液晶素子の改善型として、双安定性を有
する液晶素子の使用がクラーク(C1ark)及びラガ
ーウォール(Lage rwa l 1 )の両者によ
り特開昭56−107216号公報、米国特許第436
7924号明細瞥等で提案されている。双安定性液晶と
しては。
In recent years, the use of bistable liquid crystal elements as an improved version of conventional liquid crystal elements has been proposed by both C1ark and Lagewal in Japanese Patent Application Laid-open No. 107216/1983 and US Pat. No. 436
This is proposed in the specification of No. 7924. As a bistable liquid crystal.

一般に、カイラルスメクチックC相(SrrC勺又はH
相(Srrf(勺を有する強誘電性液晶が用いられる。
Generally, chiral smectic C phase (SrrC or H
A ferroelectric liquid crystal having a phase (Srrf) is used.

この液晶は、電界に対して第1の光学的安定状態と第2
の光学的安定状態からなる双安定状態を有し、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−万
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、この型の液晶は印加
される′4界に応答して極めて速やかに上記2つの安定
状態のいずれかをとり、か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。
This liquid crystal exhibits a first optically stable state and a second optically stable state with respect to an electric field.
It has a bistable state consisting of an optically stable state of , the liquid crystal is aligned in a second optically stable state with respect to the other electric field vector. Furthermore, this type of liquid crystal has the property of very quickly taking one of the above two stable states in response to an applied '4 field, and maintaining that state when no electric field is applied.

〔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、走査電極群と信号電極群を上下の基板に
マトリクス状に形成したセルに、この双安定性を有する
液晶を挾持した構成では、走査成極と信号は橿の交差部
、即ち0画素部(相対向する電極が形成されている部分
)では前述した如く印加電界の極性だ応じて@1あるい
は第2の安定配向状態に制御することができるが、!極
の交差していない部分、即ち、非画素部(相対向する電
極が形成されていない部分)では、印加電圧によって一
万の安定状態に制御することかできないので、実際の表
示素子の乃今では、非画素部の強誘電性液晶は、第1の
安定状態に配向した液晶と第2の安定状態に配向した液
晶が混在したドメイン構造となっている。
However, in a structure in which this bistable liquid crystal is sandwiched between a cell in which a scanning electrode group and a signal electrode group are formed in a matrix on upper and lower substrates, scanning polarization and signals are generated at the intersection of the rods, that is, at the 0 pixel area. (The part where opposing electrodes are formed) can be controlled to @1 or the second stable orientation state depending on the polarity of the applied electric field as described above, but! In areas where the poles do not intersect, that is, in non-pixel areas (areas where opposing electrodes are not formed), it is only possible to control the stable state of 10,000 by applying voltage. In this case, the ferroelectric liquid crystal in the non-pixel area has a domain structure in which liquid crystal aligned in the first stable state and liquid crystal aligned in the second stable state coexist.

特に、第1の安定状態洗配向した強誘電性液晶のドメイ
ンと第2の安定状態尤配向した強誘電性液晶のドメイン
とは、別個に広範囲に亘って分布される傾向があるため
1例えば表示画面の右上の非画素部では第1の安定状態
に配向したドメインが形成され、左Fの非ii!i素部
では第2の安定状態に配向したドメインが形成されてい
る様な場合が生じる。従って、前述した液晶素子の上下
(互いにクロスニコルの偏光子を配置し、−万の偏光子
の偏光軸を例えば第1の安定状態に配向している液晶分
子の分子軸方向に一致させて配置した時には1表示画面
の右上では非画素部が「黒」の表示状態をとり、−万表
示画面の左下でシ1非画素部が「白」の表示状態をとる
ことばなり、この表示素子はその表示品位が低り、シか
も低コントラストなものとなる問題点があった。
In particular, the domains of the first stable-state oriented ferroelectric liquid crystal and the second stable-state oriented ferroelectric liquid crystal domains tend to be distributed separately over a wide range. In the non-pixel area at the upper right of the screen, a domain oriented in the first stable state is formed, and the non-ii! In the i-element part, a case may occur in which a domain oriented in the second stable state is formed. Therefore, polarizers are arranged above and below the liquid crystal element (crossed nicols with each other), and the polarization axes of the -10,000 polarizers are arranged to match the molecular axis direction of the liquid crystal molecules oriented in the first stable state, for example. When this happens, the non-pixel area at the top right of the 1st display screen will take on a "black" display state, and the 1st non-pixel part at the bottom left of the 1000th display screen will take on a "white" display state, and this display element will There was a problem that the display quality was low and the contrast was low.

この様に、双安定状態又は多安定状態を示す強n電性液
晶は、非画素部で異なる配向状態のドメインを形成し、
その異なるドメインが表示画面内に分布されることにな
るため、表示画面内の非画素部が部分的に異なる表示状
態、詳しくは異なる透過率特性を示し1表示品位を損う
ことになっていた。
In this way, a strong n-electroconductor liquid crystal exhibiting a bistable state or a multistable state forms domains with different orientation states in non-pixel areas,
As these different domains are distributed within the display screen, non-pixel areas within the display screen exhibit partially different display states, more specifically different transmittance characteristics, which impairs display quality. .

〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕従って1
本発明の目的は1表示品位を向上させた強誘電性液晶素
子を提供することにあり、特に表示画面内の非画素部の
表示状態を画面全体に亘って均一な表示状態とした強誘
電性液晶素子を提供することにある。
[Means for solving the problem] and [effect] Therefore 1
An object of the present invention is to provide a ferroelectric liquid crystal element with improved display quality, and in particular, to provide a ferroelectric liquid crystal element that provides a uniform display state in non-pixel areas within the display screen over the entire screen. The purpose of the present invention is to provide a liquid crystal element.

本発明は、一対の平行基板間に配置した強誘電性液晶と
、相対向する電極を有する画素部と相対向する電極が形
成されていない非画素部とを有する強誘電性液晶素子に
おいて、前記画素部と非画素部の強誘電性液晶を単安定
状態とした後前記画素部の強誘電性液晶を双安定状態又
は多安定状態とした強誘電性液晶素子に特徴を有してい
る。
The present invention provides a ferroelectric liquid crystal element having a ferroelectric liquid crystal disposed between a pair of parallel substrates, a pixel portion having opposing electrodes, and a non-pixel portion having no opposing electrodes. The ferroelectric liquid crystal element is characterized in that the ferroelectric liquid crystal in the pixel portion and the non-pixel portion is brought into a monostable state, and then the ferroelectric liquid crystal in the pixel portion is brought into a bistable state or a multistable state.

すなわち、本発明は、マ) IJスク電極が形成されて
いる強誘電性液晶の初期配向状態を下達するチルト角θ
の単安定状態としてから、画素内の相対向電極間に交流
電圧を印加し、画素内の強誘電性液晶を双安定状態又は
多安定状態とすることによって、非画素部の強誘電性液
晶な単安状態に基づく1つの配向状態にするとともに、
画素部の強誘電性液晶をチルト角の大きい双安定状態又
は多安定状態とすることができる。
That is, the present invention provides a method for controlling the tilt angle θ that lowers the initial alignment state of the ferroelectric liquid crystal on which the IJ screen electrode is formed.
After the ferroelectric liquid crystal in the non-pixel area is brought into a monostable state, an AC voltage is applied between opposing electrodes in the pixel to bring the ferroelectric liquid crystal in the pixel into a bistable or multistable state. In addition to making it into one orientation state based on the monovalent state,
The ferroelectric liquid crystal in the pixel portion can be in a bistable state or a multistable state with a large tilt angle.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を図面に従って説明する。 The present invention will be explained below with reference to the drawings.

本発明の好ましい具体例では、一対の基板上にマトリク
ス電極(走査電極と信号電極)を形成し、高温側の別な
相から降温することにより形成されたスナクチツク相〔
特にカイラルスメクチック相〕での配向状態が(初期配
向状態と呼ぶ)1つの安定状態と1つの準安定状態とを
有する単安定性の強誘電性液晶素子とし、■前記安定状
態と準安定状態の平均分子軸方向間の角度を20とし、
■電極に2極性の所望の直流電界を印加した時に発現す
る2つの平均分子軸方向間の角度を20とし、且つ■前
記電極間に数秒〜10分程度で交流電圧な印加かつ除去
したのち2つの双安定状態の平均分子軸方向間の角度2
0′としたとき、6.θ′と■の間でθくθI≦の関係
をもつ強誘電性液晶素子とすることができる。この際の
電極間に印加される交流電圧の周波数は20Hz〜20
0Hzであり、その電圧は3V〜100vとするのがよ
い。
In a preferred embodiment of the present invention, matrix electrodes (scanning electrodes and signal electrodes) are formed on a pair of substrates, and a snap phase formed by cooling a different phase on the high temperature side [
In particular, it is a monostable ferroelectric liquid crystal element in which the orientation state in the chiral smectic phase has one stable state (referred to as the initial orientation state) and one metastable state, and The angle between the average molecular axis directions is 20,
(2) The angle between the two average molecular axis directions that occurs when a bipolar desired DC electric field is applied to the electrodes is 20, and (2) After applying and removing an AC voltage between the electrodes for about a few seconds to 10 minutes, The angle between the average molecular axis directions of two bistable states 2
When set to 0', 6. A ferroelectric liquid crystal element having a relationship of θ and θI≦ between θ′ and ■ can be obtained. The frequency of the AC voltage applied between the electrodes at this time is 20Hz to 20Hz.
0Hz, and its voltage is preferably 3V to 100V.

本発明で用いる単安定状態の強誘電性液晶は、電圧無印
加時には1つの安定状態に配向しているが、閾値電圧を
越えた直流パルスを印加した時に前述した安定状態とは
異なる別の準安定状態に配向し、電圧無印加状態で再び
元の安定状態へと緩和的に移行することができる。従っ
て、前述した安定状態と準安定状態での平均分子軸方向
のなす角度が前述した角度2θに相当している。
The monostable ferroelectric liquid crystal used in the present invention is oriented in one stable state when no voltage is applied, but when a DC pulse exceeding the threshold voltage is applied, it becomes oriented in another state different from the stable state described above. It is oriented in a stable state, and can be relaxedly transferred back to the original stable state when no voltage is applied. Therefore, the angle formed by the average molecular axis direction in the above-mentioned stable state and metastable state corresponds to the above-mentioned angle 2θ.

又、本発明で用いる単安定状態の強誘電性液晶は、前述
した交流電圧を印加することによって、双安定状態又は
多安定状態を形成することができる。この点については
、下記で詳述する。
Further, the monostable ferroelectric liquid crystal used in the present invention can form a bistable state or a multistable state by applying the above-mentioned alternating current voltage. This point will be explained in detail below.

本発明で用いる液晶材料として、特に適したものは、カ
イラルスメクチック液晶であって、強誘電性を有するも
のである。具体的にはカイラルスメクチックC相(8m
C” ) 、カイラルスメクチックC相(8mG”)、
カイラルスメクチックF相(SmF中)、カイラルスメ
クチックエ相(8mI)又はカイラルスメクチックH相
(8mH)の液晶を用いることができる。その強誘電性
液晶の詳細については、“ル・ジュールナル・ド・フイ
ジーク・ルチール”(@IJ JOURNAL DB 
PHYSIOUE Lg’r’rgas”)1975年
A particularly suitable liquid crystal material for use in the present invention is a chiral smectic liquid crystal having ferroelectricity. Specifically, chiral smectic C phase (8m
C”), chiral smectic C phase (8mG”),
Liquid crystals in chiral smectic F phase (in SmF), chiral smectic E phase (8 mI) or chiral smectic H phase (8 mH) can be used. For more information on ferroelectric liquid crystals, please refer to “Le Journal de Fuisique Rutile” (@IJ JOURNAL DB
PHYSIOUE Lg'r'rgas") 1975.

36 (L−69)号に掲載の「7エロエレクトリツク
・リキッド・クリスタA/ スJ (r Ferroe
lectricLiquid Crystals J 
) ; ”アプライド・フィジックス−L/ターズ−(
−Applied physics Letters”
)1980年、36 (11)号に掲載の「サブミクロ
・セカンド・バイスティプル・エレクトロオプティック
−スイッチング拳イン・リキッドeクリスタルス」(r
 8ubmicro 5econd B15table
 Bleetrooptic Switching I
nLiquidCrystals J ) ; ”固体
物理=1981年、16(141)号に掲載の「液晶」
等に記載されていて、本発明ではこれらの開示された強
誘電性液晶を用いることができる。
36 (L-69) No. 7 ERROELECTRIC LIQUID CRYSTA A/SUJ (R Ferroe
electricLiquid Crystals J
); “Applied Physics-L/Tars-(
-Applied physics Letters”
) 1980, issue 36 (11), ``Submicro Second Bistiple Electro-Optic - Switching Fist in Liquid e-Crystals'' (r
8ubmicro 5econd B15table
Bleetrooptic Switching I
nLiquidCrystals J); “Liquid Crystals” published in “Solid State Physics = 1981, No. 16 (141)”
etc., and these disclosed ferroelectric liquid crystals can be used in the present invention.

強誘電性液晶化合物の具体例としては、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(DOBAMBC) 、ヘキシルオキシベンジリデン
−P′−アミノ−2−クロロプロピルシンナメート(H
OBACPC)、4−0− (2−メチル)−ブチルレ
ゾルシリダン−4′−オクチルアニリン(MBR人 )
が挙げられる。特に、好ましい強誘電性液晶としては、
これより高温側でコレステリック相を示すものを用いる
ことができ、例えば下達の実施例に挙げた相転位温度を
示すビフェニルエステル系液晶を用いることができる。
Specific examples of ferroelectric liquid crystal compounds include desiloxybenzylidene-P'-amino-2-methylbutylcinnamate (DOBAMBC), hexyloxybenzylidene-P'-amino-2-chloropropylcinnamate (H
OBACPC), 4-0-(2-methyl)-butylresol silidan-4'-octylaniline (MBR)
can be mentioned. In particular, preferred ferroelectric liquid crystals include:
A liquid crystal exhibiting a cholesteric phase at a higher temperature than this can be used, for example, a biphenyl ester liquid crystal exhibiting a phase transition temperature listed in the Examples below can be used.

これらの材料を用いて素子を構成する場合、液晶化合物
が所望の相となるような温度状態に保持する為、必要に
応じて素子をヒーター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, the element can be supported by a copper block or the like in which a heater is embedded, if necessary, in order to maintain the temperature at which the liquid crystal compound becomes a desired phase.

第4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。以下、所望の相としてS
mC”を例にとって説明する。
FIG. 4 schematically depicts an example of a cell for explaining the operation of a ferroelectric liquid crystal. Hereinafter, S as the desired phase
An explanation will be given using "mC" as an example.

11と11’は、In、0. 、8nO,あるいはIT
O(Indium−TinOxide )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12がガラス面に垂直になるよう配向
した8mC相の液晶が封入されている。太線で示した線
13が液晶分子を表わしており、この液晶分子13は基
板の面方向に連続的にらせん構造を形成している。この
らせん構造の中心軸15と液晶分子13の軸方向とのな
す角度な0として表わす。
11 and 11' are In, 0. , 8nO, or IT
It is a substrate (glass plate) covered with a transparent electrode made of a thin film of O (Indium-TinOxide), etc., and 8mC phase liquid crystal in which the liquid crystal molecular layer 12 is oriented perpendicular to the glass surface is sealed between the substrates. . A thick line 13 represents a liquid crystal molecule, and the liquid crystal molecule 13 continuously forms a helical structure in the plane direction of the substrate. The angle between the central axis 15 of this helical structure and the axial direction of the liquid crystal molecules 13 is expressed as 0.

この液晶分子13は、その分子に直交した方向に双極子
モーメン)(P、)14を有している。基板11と11
’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13のらせん構造がほどけ、双極子モーメン)(
P、)14がすべて電界方向に向くよう、液晶分子13
は配向方向を変えることができる。液晶分子13は、細
長い形状を有しており、その長軸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
クロスニフ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素子となることは、容易に理
解される。
This liquid crystal molecule 13 has a dipole moment (P, ) 14 in a direction perpendicular to the molecule. Boards 11 and 11
'When a voltage above a certain threshold is applied between the upper electrodes, the helical structure of the liquid crystal molecules 13 is unraveled and the dipole moment) (
P, ) 14 are all oriented in the direction of the electric field.
can change the orientation direction. The liquid crystal molecules 13 have an elongated shape and exhibit refractive index anisotropy in the major and minor axis directions. Therefore, for example, if cross-niffle polarizers are placed above and below the glass surface, the polarizer will change depending on the voltage applied polarity. It is easily understood that this results in a liquid crystal optical element whose optical properties change.

本発明の液晶光学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10μ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
5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、非らせん構造となり、その双
極子モーメントPまたはP′は上向き(24)又は下向
き(24’)のどちらかの状態をとる。この液晶分子1
3の分子軸と、23′のなす角度の1/2の角度をチル
ト角(0)と称し、このチルト角(■)はらせん構造を
とる時のコーンのなす頂角の1/2に等しい。
The liquid crystal cell preferably used in the liquid crystal optical element of the present invention can have a sufficiently thin thickness (for example, 10 μm or less). As the liquid crystal layer becomes thinner in this way, the helical structure of the liquid crystal molecules unwinds and becomes a non-helical structure even when no electric field is applied, as shown in Figure 5, and the dipole moment P or P' is directed upward ( 24) or downward (24'). This liquid crystal molecule 1
1/2 of the angle formed by the molecular axis of 3 and 23' is called the tilt angle (0), and this tilt angle (■) is equal to 1/2 of the apex angle formed by the cone when it takes a helical structure. .

このようなセルに、第5図に示す如く一定の閾値以上の
極性の異る電界E又はE/を電圧印加手段21と21’
により付与すると、双極子モーメントは、電界E又はE
′の電界ベクトルに対応して上向き24又は下向き2ν
と向きを変え、それに応じて液晶分子は、第1の安定状
態23かあるいは第2の安定状態23′の何れか一方に
配向する。
To such a cell, as shown in FIG.
The dipole moment is given by the electric field E or E
′ upward 24 or downward 2ν corresponding to the electric field vector
Accordingly, the liquid crystal molecules are oriented to either the first stable state 23 or the second stable state 23'.

このような強誘電性を液晶光学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。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。
As mentioned earlier, there are two advantages to using such ferroelectricity as a liquid crystal optical element. The first is that the response speed is extremely fast, and the second is that the alignment of liquid crystal molecules has bistability.

第2の点を、例えば第5図によって更に説明すると、電
界Eを印加すると液晶分子は第1の安定状態23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E/を印加すると、液晶分子は第2の安定状
態23′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まっている。
To further explain the second point, for example, with reference to FIG. 5, when the electric field E is applied, the liquid crystal molecules are oriented in a first stable state 23, and this state remains stable even when the electric field is turned off. When an electric field E/ in the opposite direction is applied, the liquid crystal molecules are oriented to a second stable state 23' and the orientation of the molecules is changed, but they remain in this state even after the electric field is turned off.

このような強誘電性を有する液晶で素子を形成するに当
って最も問題となるのは、先にも述べたように、非画素
部で異なる配向状態の比較的太きいドナイン構造が発生
し、非画素部ではその制御ができないことである。
The biggest problem when forming an element with such a liquid crystal having ferroelectricity is, as mentioned earlier, that relatively thick donine structures with different alignment states occur in non-pixel areas. This cannot be controlled in non-pixel areas.

ところで、従来より大面積の液晶セルを製造する上で、
基板表面に一軸性の配向処理を施す方法が知られている
。この−軸性の配向処理法として例えばポリイミド(P
I)−?ポリビニルアルコール(PVA )等の高分子
膜を配向膜として基板表面に塗布した後表面をビロード
、布や紙で一方向にラビングする方法あるいは基板表面
に8i0やS 102を斜方蒸着する方法などが挙げら
れる。
By the way, in manufacturing a liquid crystal cell with a larger area than before,
A method is known in which a substrate surface is subjected to uniaxial alignment treatment. As an example of this -axial orientation treatment method, polyimide (P
I)-? Methods include applying a polymer film such as polyvinyl alcohol (PVA) as an alignment film to the substrate surface and then rubbing the surface in one direction with velvet, cloth, or paper, or obliquely depositing 8i0 or S102 on the substrate surface. Can be mentioned.

強誘電性液晶に対して、この上うな配向処理を施すとチ
ルト角θの双安定な初期配向状態が実現される。但し、
この双安定状態は後述するように第5図で示した理想的
な分子配列とは異なるものである。
When the ferroelectric liquid crystal is subjected to such alignment treatment, a bistable initial alignment state with a tilt angle θ is realized. however,
This bistable state is different from the ideal molecular arrangement shown in FIG. 5, as will be described later.

第1図は、本発明による液晶素子の分子の配向状態を示
す模式図である。第2図及び第3図は、その本発明に使
用される液晶セルの1例を示す平面図及びそのX−X/
による断面図である。第2図及び第3図において、液晶
セル1は、ガラス又はプラスチックの基板3a及び3b
上に、ストライプ状電極群4a及び4bをITO(In
dium −Tln0xide )によりtoooKの
膜厚で形成し、その上層にPVA被g 5 a及び5b
を約500Aの膜厚で形成した。更にその上層に液晶層
厚を保持するために、片側の基板のみ20μm平方のド
ツト状のネガレジスト材のスペーサ一群6を設け、この
スペーサ一群6によって、液晶層2が広い範囲で一定の
厚さに保たれている。上記の2枚の基板をラビング処理
したのち、セル組みして、液晶を導入する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the orientation state of molecules in a liquid crystal element according to the present invention. FIGS. 2 and 3 are a plan view showing an example of a liquid crystal cell used in the present invention, and its X-X/
FIG. In FIGS. 2 and 3, the liquid crystal cell 1 includes glass or plastic substrates 3a and 3b.
Above, striped electrode groups 4a and 4b are made of ITO (In
dium-Tln0xide) to a film thickness of tooK, and the upper layer is coated with PVA.
was formed with a film thickness of about 500A. Furthermore, in order to maintain the thickness of the liquid crystal layer on the upper layer, a group 6 of 20 μm square dot-shaped negative resist material spacers is provided only on one side of the substrate, and this group 6 of spacers allows the liquid crystal layer 2 to have a constant thickness over a wide range. is maintained. After rubbing the above two substrates, they are assembled into cells and liquid crystal is introduced.

以下、液晶材料としてエステル系混合液晶チッソ社製C
81011を例にとり、上記の各図に従って、本発明を
説明する。このエステル系混合液晶は、次の相転移状態
を表わしている(この相転移点は顕微鏡観察により求め
た)。
Hereinafter, as a liquid crystal material, ester-based mixed liquid crystal C made by Chisso Co., Ltd.
Taking 81011 as an example, the present invention will be explained in accordance with the above figures. This ester-based mixed liquid crystal exhibits the following phase transition state (this phase transition point was determined by microscopic observation).

Iso (等吉相)→ch (コレステリック相)90
℃ →8mA(スメクテイツク人相) → 8mC申→Cr
y75℃                  50℃
  0℃以下(結晶相〕 まず、前述のピフェニルエステル系液晶が封入されてい
るセル構造体1は、セル1全体が均一に加熱される様な
加熱ケース(図示せず)にセットされる。
Iso (Tokichi phase) → ch (Cholesteric phase) 90
℃ → 8mA (Smectic physiognomy) → 8mC → Cr
y75℃ 50℃
Below 0° C. (Crystalline Phase) First, the cell structure 1 in which the above-mentioned piphenyl ester liquid crystal is sealed is set in a heating case (not shown) in which the entire cell 1 is heated uniformly.

次に、セル1中の化合物が等吉相となる温度(約95℃
)まで加熱する。しかる後に、加熱ケースの温度を降温
させて、セル1中の等吉相となっている化合物を降温過
程に移す。この降温過程で等吉相の化合物は、約90℃
でグランシュアン組織のコレステリック相に相転移し、
さらに降温過程を続けると約75℃でコレステリック相
がら一軸異吉相であるSmAに相転移を生じることがで
きる。この時、 8mAの液晶分子軸は、ラビング方向
に揃う。
Next, the temperature at which the compound in cell 1 becomes the tokiyoshi phase (approximately 95°C
). Thereafter, the temperature of the heating case is lowered, and the compound in the isokyoshi phase in the cell 1 is transferred to the temperature lowering process. During this temperature-lowering process, the compounds in the Tokichi phase are reduced to approximately 90°C.
undergoes a phase transition to the cholesteric phase of the Grand Shuan structure,
If the temperature-lowering process is further continued, a phase transition can occur at about 75° C. from the cholesteric phase to SmA, which is a uniaxial auspicious phase. At this time, the 8 mA liquid crystal molecular axes are aligned in the rubbing direction.

しかる後に、この8mAより降温過程でSmC中に相転
移することによって例えばセル厚を3μL′t1程度以
下とすると非らせん構造をもつモノドメインのSmC中
が得られる。
Thereafter, when the temperature is lowered from this 8 mA, a phase transition occurs in SmC, and if the cell thickness is reduced to, for example, about 3 μL't1 or less, a monodomain SmC with a non-helical structure can be obtained.

ここで、第1図を再び説明すると、第1図は、基板面の
上方から見た配p」状態の模式図である。
Here, FIG. 1 will be explained again. FIG. 1 is a schematic diagram of the "p" state as seen from above the substrate surface.

図中、10Gは一軸性配向処理の方向、即ち、本実施例
ではラビング方向に相当している。8mA相では、液晶
分子がラビング方向100と一致する液晶の平均分子軸
方向101をもって配向する。
In the figure, 10G corresponds to the direction of uniaxial alignment treatment, that is, the rubbing direction in this example. In the 8 mA phase, the liquid crystal molecules are aligned with the average molecular axis direction 101 of the liquid crystal coinciding with the rubbing direction 100.

8mC”相に於ては液晶分子の平均的な分子軸方向は、
102の方向に傾き、ラビング方向100と8mCの平
均分子軸方向102は、角度θ、をなして1つの安定配
向状態となる、 この状態で上下基板に所定の閾値以上の直流パルス電圧
を印加すると、液晶分子の平均的な分子軸方向はラビン
グ方向100と角度θ2をなす準安定状態の平均分子軸
方向へと液晶分子のスイッチングがおこる。
In the 8mC” phase, the average molecular axis direction of liquid crystal molecules is
The rubbing direction 100 and the average molecular axis direction 102 of 8 mC form an angle θ, resulting in one stable alignment state. In this state, when a DC pulse voltage of a predetermined threshold value or more is applied to the upper and lower substrates, , switching of the liquid crystal molecules occurs to the average molecular axis direction in a metastable state where the average molecular axis direction of the liquid crystal molecules forms an angle θ2 with the rubbing direction 100.

閾値は矩形パルスのパルス幅と電圧波高値によって表わ
され、例えば1 m5ecのパルス幅では約5vである
。またθ、とθ、は用いた配向膜及びラビングの条件に
より異なるが、θ、が約9°、θ2が約4゜で、単安定
状態ではθ、≦02の関係が成立すると推測される。
The threshold value is expressed by the pulse width of a rectangular pulse and the voltage peak value, and is approximately 5V for a pulse width of 1 m5ec, for example. Although θ and θ differ depending on the alignment film used and the rubbing conditions, it is assumed that θ is about 9° and θ2 is about 4°, and the relationship θ≦02 holds in a monostable state.

さて、スイッチングパルス電圧により、安定状態から準
安定状態へと液晶分子はスイッチングされるが、電圧を
とり去った後は、液晶分子は準安定状態から元の安定状
態へと移行する。この移行時間は配向処理法により異な
るが、数m5ecから数分である。このような単安定な
2状態が出現する詳細な理由は明らかではないが、上下
基板の何らかの非対称な配向制御作用により本来は双安
定な2つの状態がエネルギー的に等価でなくなることに
よるものと考えている。
Now, the liquid crystal molecules are switched from the stable state to the metastable state by the switching pulse voltage, but after the voltage is removed, the liquid crystal molecules transition from the metastable state to the original stable state. This transition time varies depending on the alignment treatment method, but is from several m5ec to several minutes. Although the detailed reason why such two monostable states appear is not clear, it is thought that this is because the two originally bistable states are no longer energetically equivalent due to some kind of asymmetrical orientation control effect of the upper and lower substrates. ing.

従って、少なくとも初期配向状態においてはエネルギー
のより低い安定状態の平均分子軸方向102にセル全体
にわたって液晶分子は配列する。
Therefore, at least in the initial alignment state, the liquid crystal molecules are aligned throughout the cell in the average molecular axis direction 102 in a stable state with lower energy.

このような無電界時にらせん構造がほどけた単安定状態
を実現する方法としては、前述した如く、セルを作成す
る際に片側基板にのみスペーサ材を設ける方法の外に、
上下基板で互いに異種の配向膜を塗設する方法、例えば
PIやPV人等の有機高分子膜を設けた基板とシランカ
ップリング剤等の無機物の膜を形成した基板を用いる方
法がある。
As a method for realizing such a monostable state in which the helical structure is unwound in the absence of an electric field, in addition to the method of providing a spacer material only on one side of the substrate when creating the cell, as described above,
There is a method of coating different types of alignment films on upper and lower substrates, for example, a method of using a substrate on which an organic polymer film such as PI or PV film is formed and a substrate on which an inorganic film such as a silane coupling agent is formed.

さらに、単安定状態を実現する別の方法としては、セル
を作成する際の配向方法を異ならせる方法を用いること
ができる。例えば上下基板でのラビングの方向を平行あ
るいは反平行な方向からある角度だけずらす方法、片側
の基板のみにラビング処理を施す方法、上下基板に形成
する配向膜の膜厚を銚ならせる方法あるいは一方の基板
にITO/絶縁膜/配向膜を設け、他方の基板にITO
/配向膜を設ける方法などを用いることができる。
Furthermore, as another method for realizing a monostable state, a method can be used in which the orientation method used when creating cells is different. For example, a method of shifting the rubbing direction of the upper and lower substrates by a certain angle from parallel or antiparallel directions, a method of applying rubbing treatment to only one side of the substrate, a method of reducing the thickness of the alignment film formed on the upper and lower substrates, or one of the methods. ITO/insulating film/alignment film is provided on one substrate, and ITO is provided on the other substrate.
/ A method of providing an alignment film, etc. can be used.

この様にセルを作成する際の上下基板を非対称すること
によって容易に単安定状態の強誘電性液晶素子!作成す
ることができる。
In this way, by making the upper and lower substrates asymmetric when creating a cell, you can easily create a monostable ferroelectric liquid crystal element! can be created.

次に、このセルに3〜IOV、 20〜10 GHzの
交流電界を数分間印加した。
Next, an alternating current electric field of 3 to IOV and 20 to 10 GHz was applied to the cell for several minutes.

交流印加後の平均分子軸方向は、ラビング方向101と
それぞれ角度θIをなす方向に双安定状態として変化し
た。このチルト角θIは前述したらせん構造をとる時の
コーンのなす頂角の1/2の角度0にほぼ一致し、約1
8°であった。
After the application of alternating current, the average molecular axis direction changed in a bistable state to directions forming an angle θI with the rubbing direction 101, respectively. This tilt angle θI almost corresponds to the angle 0, which is 1/2 of the apex angle of the cone when it takes the helical structure described above, and is about 1
It was 8°.

このような交流印加によって、チルト角の小さな単安定
状態からチルト角の大きな双安定状態への「転換」のナ
カニズムは明らかではないが、次のように推測している
Although it is not clear how the "conversion" from a monostable state with a small tilt angle to a bistable state with a large tilt angle occurs due to such AC application, we speculate as follows.

即ち、初期配向状態として得られる単安定状態では、セ
ルの厚さ方向に何らかの液晶分子の「ねじれ」が存在し
、非対称な基板界面の配向制御作用により、エネルギー
状態の異なる2種類のねじれがそれぞれ安定状態及び準
安定状態に対応しているものと考えられ、この「ねじれ
」により見かけ上、平均的分子軸方向がねじれのない状
態に比べて、光学的に小さく観測されるものと思われる
That is, in the monostable state obtained as the initial alignment state, there is some "twisting" of the liquid crystal molecules in the thickness direction of the cell, and due to the alignment control action of the asymmetric substrate interface, two types of twisting with different energy states are created. It is thought that this corresponds to a stable state and a metastable state, and it is thought that this "twisting" causes the average molecular axis direction to be optically observed to be smaller than that in an untwisted state.

一方、AC電界印加後の状態は第6図に示した理想な双
安定状態での分子配列にほぼ一致し、基板界面の配向制
御作用の非対称性にそれほど彰響されることなく、双安
定な2状態が実現されているものと考えている。
On the other hand, the state after application of the AC electric field almost matches the molecular arrangement in the ideal bistable state shown in Figure 6, and is not affected much by the asymmetry of the orientation control effect at the substrate interface, resulting in a bistable state. We believe that two states are realized.

この双安定状態間のスイッチングは交流印加前と同様、
所定の閾値以上のパルス電圧により行われ、閾値は1 
m5ecのパルス幅で約15Vであった。
This switching between bistable states is the same as before application of alternating current.
This is done using a pulse voltage that is higher than a predetermined threshold, and the threshold is 1.
The voltage was about 15V with a pulse width of m5ec.

交流印加前の単安定状態とは異なり、電界をとり去った
後も、それぞれの安定状態を保持している。
Unlike the monostable state before the application of alternating current, each stable state is maintained even after the electric field is removed.

ここで、このような転換が生じるのはセル内において、
交流電界が印加される画素部のみであり、画素以外の部
分は交流電界印加前の単安定状態を維持していることは
言うまでもない。
Here, such a conversion occurs within the cell,
Needless to say, only the pixel portion is applied with the AC electric field, and the parts other than the pixels maintain the monostable state before application of the AC electric field.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、!トリクス電極
構造をもつ単安定状態の有する強誘電性液晶セルに、交
流電界を印加することにより、画素部以外の部分をセル
全体にわたって均一な配向方向に制御できるとともに、
画素部においてはチルト角の拡大された双安定状態が実
現され、透過光量、及びコントラストを増大させること
が可能となり、表示特性の優れた強誘電性液晶素子を提
供することができる。
As explained above, according to the present invention,! By applying an alternating current electric field to a ferroelectric liquid crystal cell in a monostable state with a trix electrode structure, it is possible to control the alignment direction of parts other than the pixel part to be uniform throughout the cell, and
In the pixel portion, a bistable state with an enlarged tilt angle is realized, making it possible to increase the amount of transmitted light and contrast, and providing a ferroelectric liquid crystal element with excellent display characteristics.

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

第1図は本発明による液晶セルの1実施例の模式図、第
2図及び第3図は液晶セルの平面図及び断面図、第4図
及び第5図は液晶セルの模式図である。 1!許J:1.ふル     O・畠旦3:基板   
    4:電極 5:被膜       6:スペーサー101ニラピン
グ方向平均分子軸 102:安定状態平均分子軸 103 :飽和平均分子軸 特許出願人  キャノン株式会社 不1(21 不脣明の潅晶しルの砿六図 1055侵晶口し :夜晶〔ルの1M面図
FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a liquid crystal cell according to the present invention, FIGS. 2 and 3 are a plan view and a sectional view of the liquid crystal cell, and FIGS. 4 and 5 are schematic diagrams of the liquid crystal cell. 1! Hu J: 1. Full O. Hatadan 3: Board
4: Electrode 5: Coating 6: Spacer 101 Nilaping direction average molecular axis 102: Stable state average molecular axis 103: Saturated average molecular axis Patent applicant Canon Co., Ltd. Fu1 (21) 1055 Penetration hole: 1M view of night crystal

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)一対の平行基板間に配置した強誘電性液晶と、相
対向する電極を有する画素部と、相対向する電極が形成
されていない非画素部とを有する強誘電性液晶素子にお
いて、前記画素部と非画素部の強誘電性液晶を単安定状
態とした後、前記画素部の強誘電性液晶を双安定状態又
は多安定状態としたことを特徴とする強誘電性液晶素子
(1) A ferroelectric liquid crystal element having a ferroelectric liquid crystal disposed between a pair of parallel substrates, a pixel portion having opposing electrodes, and a non-pixel portion having no opposing electrodes formed therein. 1. A ferroelectric liquid crystal element, characterized in that the ferroelectric liquid crystal in a pixel portion and a non-pixel portion is brought into a monostable state, and then the ferroelectric liquid crystal in the pixel portion is brought into a bistable state or a multistable state.
(2)前記画素部の双又は多安定状態の強誘電性液晶が
単安定状態下の強誘電性液晶に交流電圧を印加すること
によって形成された強誘電性液晶である特許請求の範囲
第1項記載の強誘電性液晶素子。
(2) The bi- or multistable ferroelectric liquid crystal of the pixel portion is a ferroelectric liquid crystal formed by applying an alternating current voltage to a monostable ferroelectric liquid crystal. The ferroelectric liquid crystal element described in .
(3)前記交流電圧の周波数が20Hz〜200Hzで
、その電圧が3V〜100Vである特許請求の範囲第2
項記載の強誘電性液晶素子。
(3) Claim 2, wherein the frequency of the AC voltage is 20Hz to 200Hz, and the voltage is 3V to 100V.
The ferroelectric liquid crystal element described in .
(4)前記強誘電性液晶がカイラルスメクチック液晶で
ある特許請求の範囲第1項記載の強誘電性液晶素子。
(4) The ferroelectric liquid crystal device according to claim 1, wherein the ferroelectric liquid crystal is a chiral smectic liquid crystal.
(5)前記カイラルスメクチック液晶が該相より高温の
別の相から降温することにより形成された液晶である特
許請求の範囲第4項記載の強誘電性液晶素子。
(5) The ferroelectric liquid crystal device according to claim 4, wherein the chiral smectic liquid crystal is a liquid crystal formed by cooling another phase having a higher temperature than the chiral smectic liquid crystal.
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