RU2092883C1 - Liquid-crystal seignette-electric display unit - Google Patents
Liquid-crystal seignette-electric display unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2092883C1 RU2092883C1 RU95109563/25A RU95109563A RU2092883C1 RU 2092883 C1 RU2092883 C1 RU 2092883C1 RU 95109563/25 A RU95109563/25 A RU 95109563/25A RU 95109563 A RU95109563 A RU 95109563A RU 2092883 C1 RU2092883 C1 RU 2092883C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid crystal
- seignette
- electric liquid
- light
- structures
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Liquid Crystal Substances (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрооптическим устройствам и может быть использовано для создания информационных дисплеев, светозатворов, устройств обработки изображений. The invention relates to electro-optical devices and can be used to create information displays, light shutters, image processing devices.
Известна жидкокристаллическая сегнетоэлектрическая дисплейная ячейка. A known liquid crystal ferroelectric display cell.
На фиг. 1 поясняется общий принцип ее устройства и структура; цифрами и буквами на чертежах и далее в тексте обозначены: 1 плоские прозрачные пластины, 2 прозрачные токопроводящие слои, на поверхности которых сформировано выделение R, обеспечивающее однородную ориентацию молекул жидкого кристалла, 3 плоскости смектических слоев жидкого кристалла, перпендикулярные поверхности пластин 1, 4 источник знакопеременного электрического напряжения, подключенный к слоям 2, Е вектор электрического поля, расположенный в плоскости смектического слоя, N вектор, показывающий направление ориентации длинных осей молекул в смектических слоях сегнетоэлектрического жидкого кристалла (СЖК), Рс вектор спонтанной поляризации СЖК, L нормаль к смектическим слоям, z координатная ось, совпадающая по направлению с вектором L, х координатная ось, параллельная пластинам 1, θo угол наклона длинных осей молекул по отношению к вектору L (угол между векторами N и L ), Φ угол в плоскости XY между нормалью к пластинам 1 и вектором Рс, П, А направления осей пропускания поляризатора и анализатора, нанесенных на внешнюю поверхность пластин 1, b - угол между осями пропускания поляризатора и анализатора, I0 интенсивность падающего на ячейку света, I интенсивность промодулированного ячейкой света.In FIG. 1 explains the general principle of its structure and structure; the numbers and letters in the drawings and further in the text denote: 1 flat transparent plates, 2 transparent conductive layers, on the surface of which R is formed, providing a uniform orientation of the liquid crystal molecules, 3 planes of smectic liquid crystal layers, perpendicular to the
На фиг.2 проиллюстрировано фундаментальное свойство СЖК при Е 0: периодическая зависимость азимутального угла v от координаты z, которая называется геликоидальной закруткой; на чертеже и далее в тексте: Р0 - шаг спирали геликоидальной закрутки. Величина Р0 это расстояние вдоль координаты z между плоскостями смектических слоев, в которых вектор Рс имеет одинаковую ориентацию, а угол v одинаковое значение. В зависимости от химического строения СЖК величина Р0 варьируется от 0,16 микрометров до бесконечности. Если Po → ∞, то Φ (z) const, то есть ориентация вектора Рс во всех смектических слоях одинакова. Этот случай показан на фиг. 1. Если Ро конечная величина, например, 0,16 10 микрометров, то v f (z) периодическая функция с периодом Ро. Если Е ≠ 0 и Е > Ес, где Ес критическое значение электрического поля, зависящее от строения и толщины слоя СЖК, то геликоид раскручивается электрическим полем, то есть достигается ситуация v (z) const, соответствующая фиг. 1.Figure 2 illustrates the fundamental property of FLC at E 0: the periodic dependence of the azimuthal angle v on the z coordinate, which is called a helicoidal swirl; in the drawing and further in the text: P 0 is the pitch of the helical twist spiral. The value of P 0 is the distance along the z coordinate between the planes of the smectic layers, in which the vector P c has the same orientation and the angle v is the same value. Depending on the chemical structure of the FFA, the value of P 0 varies from 0.16 micrometers to infinity. If P o → ∞, then Φ (z) const, that is, the orientation of the vector P c is the same in all smectic layers. This case is shown in FIG. 1. If P o is a finite value, for example, 0.16 10 micrometers, then vf (z) is a periodic function with a period P o . If E ≠ 0 and E> E c , where E c is the critical value of the electric field, depending on the structure and thickness of the FLC layer, then the helicoid is untwisted by the electric field, that is, the situation v (z) const corresponding to FIG. one.
Модуляция света ячейкой происходит следующим образом. На ячейку падает естественный неполяризованный свет, интенсивность которого Iо (фиг. 1). Проходя через поляризатор П, свет становится поляризованным в направлении оси пропускания поляроида и, пройдя через слои 1 и 2, попадает на слой СЖК. Распространение поляризованного света через СЖК зависит от взаимного расположения вектора N и оси пропускания поляризатора П. Hаправление вектора N в ячейке зависит от знака напряжения источника 4, то есть от направления поля Е. Угол между векторами N(+E) и N(-E) составляет 2θo (фиг. 1). Если СЖК находится в поле +Е, а поляроид наносится так, что его ось параллельна вектору N(+E), то свет распространяется вдоль главной оптической оси СЖК и поэтому не испытывает двулучепреломления, и при β = π/2 ячейка не пропускает свет. Если направление поля изменится на -Е, свет будет распространяться под углом 2θo к главной оптической оси СЖК и поэтому испытывать двулучепреломление, вследствие чего поляризация света из линейной преобразуется в эллиптическую. В этом случае при β = π/2 ячейка пропускает свет. Изменение светопропускания ячейки происходит вследствие изменения анизотропии СЖК при изменении направления вектора электрического поля. Интенсивность прошедшего света I определяется соотношением:
где
Δn величина двулучепреломления слоя СЖК;
d его толщина;
λ длины волны света,
угол между векторами N и L. Максимально возможное светопропускание ячейки Т I/Iо 1 достигается, согласно (1), если:
Таким образом, при полярности электрического напряжения источника происходит изменение направления электрического поля в образце СЖК от +Е к -Е, что приводит к изменению светопропускания ячейки от минимального значения до максимального, а при изменении от -Е к +Е светопропускание изменяется от максимального значения. Описанный процесс происходит, если Е > Ес.The modulation of light by a cell is as follows. Natural non-polarized light is incident on the cell, the intensity of which is I o (Fig. 1). Passing through the polarizer P, the light becomes polarized in the direction of the transmission axis of the polaroid and, passing through
Where
Δn is the birefringence of the FLC layer;
d its thickness;
λ wavelength of light,
the angle between the vectors N and L. The maximum possible light transmission of the cell T I /
Thus, when the source voltage is polarity, the direction of the electric field in the FLC sample changes from + E to -E, which leads to a change in the light transmission of the cell from the minimum to maximum, and when changing from -E to + E, the light transmission changes from the maximum value. The described process occurs if E> E s .
После смены полярности электрического напряжения источника 4 и его последующего выключения, то есть при Е 0 возможно сохранение на время от 10- 3 с до 106 с, называемое временем памяти, двух состояний светопропускания ячейки минимального (непрозрачное состояние) и максимального. Это явление называется бистобильностью.After changing the polarity of the electric voltage of
Известно также явление мультистабильности, которое наблюдается в жидкокристаллических антисегнетоэлектрических дисплейных ячейках [3] Суть его заключается в том, что при Е 0 возможно сохранение не только двух состояний светопропускания ячейки максимального, но и любого промежуточного состояния. Указанный эффект может быть использован для получения серости в информационных дисплеях. Однако в жидкокристалличческих сегнетоэлектрических дисплейных ячейках эффект мультистабильности до настоящего времени не наблюдался. The phenomenon of multistability is also known, which is observed in liquid crystal antiferroelectric display cells [3]. Its essence lies in the fact that at E 0 it is possible to preserve not only two states of light transmission of the cell maximum, but also any intermediate state. The indicated effect can be used to obtain grayness in information displays. However, in the liquid crystal ferroelectric display cells, the effect of multistability has not yet been observed.
Известно, что до настоящего времени бистабильность достигалась за счет взаимодействия СЖК с поверхностями 2. Бистабильные жидкокристаллические сегнетоэлектрические дисплейные ячейки такого типа называются поверхностно-стабилизированными структурами. Для них характерно следующее соотношение между шагом спирали геликоида и толщиной слоя СЖК: Ро ≥ d. Эти структуры обладают существенными недостатками. Во-первых, устойчивость бистабильности сильно зависит от однородности поверхностей 2 и их идентичности, что трудно достичь технологически. Во-вторых, для получения бистабильности поверхностно-стабилизированная структура должна предварительно подвергаться специальному электрическому воздействию [2] называемому электрической тренировкой образца. Через какое-то время после электрической тренировки образец теряет бистабильность и его надо тренировать снова. В-третьих, поверхностно-стабилизированные структуры работают при толщине слоя СЖК d 1,5 2 микрометра, что трудно обеспечить при изготовлении образцов ячеек. В-четвертых, в смектических слоях наблюдаются разломы, называемые шевронными дефектами или шевронами (фиг. 3а). Hаличие шевронов ограничивает время памяти и приводит к светорассеянию в ячейке, что ухудшает ее качество и понижает контраст светопропускания.It is known that to date, bistability has been achieved due to the interaction of FLC with
Наиболее близкой к заявляемому изобретению ( прототип) является бистабильная жидкокристаллическая дисплейная ячейка, стабилизированная геликоидом. Этот тип ячеек называется геликоидально-стабилизированными структурами и характеризуется тем, что Ро ≅ d. Геликоидально-стабилизированные структуры не нуждаются в тренировке образца. Однако, как и в случае поверхностно-стабилизированных структур, существует зависимость устойчивости бистабильности от параметров поверхности, хотя и существенно более слабая, чем для поверхностно-стабилизированнных структур. Кроме того, гелюкоидально-стабилизированные структуры, как и поверхностно-стабилизированнные, работают при d 1,5 2 микрометра.Closest to the claimed invention (prototype) is a bistable liquid crystal display cell stabilized by a helicoid. This type of cell is called helical-stabilized structures and is characterized by the fact that P o ≅ d. Helicoid-stabilized structures do not need sample training. However, as in the case of surface-stabilized structures, there is a dependence of the stability of bistability on surface parameters, although it is much weaker than for surface-stabilized structures. In addition, gelcoid-stabilized structures, as well as surface-stabilized ones, operate at d 1.5 2 micrometers.
Данное изобретение решает задачу создания жидкокристаллической дисплейной ячейки, в которой отсутствуют шевронные дефекты и которая обладает как бистабильностью, так и мультистабильностью без электрической тренировки при толщине слоя СЖК более 10 микрометров независимо от химического строения и структуры поверхностей 2. This invention solves the problem of creating a liquid crystal display cell, in which there are no chevron defects and which has both bistability and multi-stability without electrical training with an FLC layer thickness of more than 10 micrometers, regardless of the chemical structure and
Это достигается путем выбора сочетаний химических структур молекул, входящих в состав СЖК. Для достижения цели необходимо, чтобы в состав СЖК одновременно входили химические соединения, относящиеся к следующим химическим классам:
замещенные фенилпиримиды вида:
фенилбезоанты вида:
оптически активные производные терфенилдикарбоновой кислоты вида:
или вида:
или R
substituted phenylpyrimides of the form:
phenylbesoants type:
optically active derivatives of terphenyldicarboxylic acid of the form:
or type:
or R
Сочетание указанных структур в определенных соотношениях, а именно: весовые соотношения фенилпиримидинов I III и фенилбензоатов IV-V могут варьироваться от 4 1 до 1 4, оптически активные производные терфенилдикарбоновой кислоты VI и VII составляют 10 40% от веса СЖК, - обеспечивает возникновение бистабильности в слое СЖК толщиной более 10 мкм, если структуры VI и VII подобраны таким образом, что Ро > 1 мкм. Бистабильность в данном случае является следствием межмолекулярных взаимодействий в СЖК, а не результатом взаимодействия СЖК с поверхностью, как в поверхностно стабилизированных структурах, поэтому отсутствует зависимость устойчивости бистабильности и времени памяти от параметров слоев 2.The combination of these structures in certain ratios, namely: the weight ratios of phenylpyrimidines I III and phenylbenzoates IV-V can vary from 4 1 to 1 4, the optically active derivatives of terphenyl dicarboxylic acid VI and VII amount to 10 40% by weight of FFA, - this gives rise to bistability in FLC layer with a thickness of more than 10 μm, if structures VI and VII are selected in such a way that P about > 1 μm. The bistability in this case is the result of intermolecular interactions in the FLC, and not the result of the interaction of the FLC with the surface, as in surface stabilized structures, therefore there is no dependence of the stability of bistability and memory time on the parameters of the
Если концентрация структур VI и VII в СЖК превышает 25 мас. то шевронные дефекты исчезают (фиг. 3б), так как изгиб смектических слоев не допускается жесткими терфенильными сердечниками молекул оптически активных производных терфенилдикарбоновой кислоты. При этом время памяти достигает 108 сек и более при толщине слоя СЖК 10 100 микрометров.If the concentration of structures VI and VII in FFA exceeds 25 wt. then the chevron defects disappear (Fig. 3b), since bending of the smectic layers is not allowed by the rigid terphenyl cores of the molecules of optically active derivatives of terphenyl dicarboxylic acid. In this case, the memory time reaches 10 8 sec or more with a layer thickness of
Если структуры VI и VII, концентрация которых в составе СЖК превышает 25 мас. подобраны таким образом что Pо > 1 мкм, Рс > 50 нкл/см2 и весовые соотношения фенилпиримидинов I III и фенилбензоатов IV V варьируются от 4 1 до 1 4, то жидкокристаллическая сегнетоэлектрическая дисплейная ячейка является мультистабильной при d > 10 мкм. Оптические проявления мультистабильности иллюстрируются микрофотографией фиг. 4б, на которой видна периодическая последовательность белых и черных полос. Период указанной структуры 14 микрометров.If structures VI and VII, the concentration of which in the composition of FFA exceeds 25 wt. so selected that P o > 1 μm, P c > 50 nl / cm 2 and the weight ratios of phenylpyrimidines I III and phenyl benzoates IV V vary from 4 1 to 1 4, then the liquid crystal ferroelectric display cell is multistable at d> 10 μm. The optical manifestations of multistability are illustrated by the micrograph of FIG. 4b, in which a periodic sequence of white and black stripes is visible. The period of this structure is 14 micrometers.
Известно, что сегнетоэлектрики, как твердые, так и жидкокристаллические, характеризуются наличием петли гистерезиса. Характерный вид петли гистерезиса интенсивности света, прошедшего через мультистабильную жидкокристаллическую дисплейную ячейку приведен на фиг. 4а. В точке А кривой (фиг. 4а) источник напряжения был включен, ячейка запомнила последовательность белых (прозрачных) и черных (непрозрачных) полос (фиг. 4б). Мультистабильные ячейки отличаются тем, что они запоминают любую точку на кривой петли гистерезиса, в которой выключаются источник напряжения 4. При этом величина светопропускания ячейки определяется соотношением площадей белых и черных полос. It is known that ferroelectrics, both solid and liquid crystalline, are characterized by the presence of a hysteresis loop. A typical view of the hysteresis loop of the light intensity transmitted through a multistable liquid crystal display cell is shown in FIG. 4a. At point A of the curve (Fig. 4a), the voltage source was turned on, the cell remembered the sequence of white (transparent) and black (opaque) bands (Fig. 4b). Multistable cells differ in that they store any point on the curve of the hysteresis loop at which the
Физическая причина появления рассматриваемой периодической структуры - сенгнеэлектрические домены в СЖК. Эти домены возникают при Рс > 50 нкл/см2. Их период D обратно пропорционален квадрату спонтанной поляризации СЖК: D Рс - 2. Hаличие доменов проявляется в периодической модуляции угла Φ вдоль координат z (фиг. 5) и связано только с материальными параметрами СЖК. При изменении величины напряжения источника 4 переключаются сначала те области ячейки, у которых v максимально, а другие области не переключаются.The physical reason for the appearance of the periodic structure under consideration is the Sengnelectric domains in FLC. These domains occur at P c > 50 nl / cm 2 . Their period D is inversely proportional to the square of the spontaneous polarization of the FFA: D P s - 2 . The presence of domains is manifested in the periodic modulation of the angle Φ along the z coordinates (Fig. 5) and is associated only with the material parameters of the FLC. When changing the magnitude of the voltage of the
Это и приводит к появлению периодической модуляции светопропускания ячейки (фиг. 4б), а запоминание такой периодической решетки в любой точке петли гистерезиса обеспечивается за счет сочетания указанных выше химических структур. Мультистабильность, как и бистабильность, характеризуется временем памяти временем, на которое запоминается периодическая решетка. Стериохимические условия полуцчения бистабильности и мультистабильности во многом совпадают, и все мультистабильные ячейки обладают в частности и бистабильностью. This leads to the appearance of periodic modulation of the light transmission of the cell (Fig. 4b), and the storage of such a periodic lattice at any point of the hysteresis loop is ensured by a combination of the above chemical structures. Multistability, as well as bistability, is characterized by the time of memory, the time for which the periodic lattice is remembered. The steriochemical conditions for obtaining bistability and multistability coincide in many respects, and all multistable cells have, in particular, bistability.
Устройство жидкокристаллической сегнетоэлектрической дисплейной ячейки в статистике полностью описывается схемой, приведенной на фиг. 1. Конструктивное отличие от предложенных ранее решений заключается только в том, что толщина слоя жидкого кристалла составляет более 10 микрометров, а не 1,5 2 микрометра. The device of a liquid crystal ferroelectric display cell in statistics is completely described by the circuit shown in FIG. 1. The structural difference from the previously proposed solutions lies only in the fact that the thickness of the liquid crystal layer is more than 10 micrometers, and not 1.5 2 micrometers.
Модуляция света предлагаемой ячейкой осуществляется точно так же, как и известными. Однако для получения бистабильности и мультистабильности нет необходимости в подборе химического строения и структуры поверхностей 2 и в предварительной электрической тренировке образца. The light modulation of the proposed cell is carried out in the same way as the known ones. However, to obtain bistability and multistability, there is no need to select the chemical structure and structure of
Бистабильный режим работы жидкокристаллической сегнетоэлектрической дисплейной ячейки и наличие в ней шевронов в зависимости от молекулярного строения СЖК иллюстрируется примерами, приведенными в табл. 1, а мультистабильный в табл. 2. The bistable mode of operation of the liquid crystal ferroelectric display cell and the presence of chevrons in it, depending on the molecular structure of the FLC, are illustrated by the examples given in Table. 1, and multistable in the table. 2.
Claims (3)
выступает одна из структур I III, или все вместе, или в любом сочетании, а в качестве фенилбензоатов
выступает либо одна из структур IV, V, или все вместе, или в любом сочетании, а в качестве хиральной добавки в состав СЖК входит либо одна из структур VI VII
где
или
где
или R
one of the structures of I III acts, either all together, or in any combination, but as phenyl benzoates
either one of structures IV, V, or all together, or in any combination, or as a chiral additive, the composition of FFA includes either one of structures VI VII
Where
or
Where
or R
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95109563/25A RU2092883C1 (en) | 1995-06-07 | 1995-06-07 | Liquid-crystal seignette-electric display unit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95109563/25A RU2092883C1 (en) | 1995-06-07 | 1995-06-07 | Liquid-crystal seignette-electric display unit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95109563A RU95109563A (en) | 1997-06-20 |
RU2092883C1 true RU2092883C1 (en) | 1997-10-10 |
Family
ID=20168720
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95109563/25A RU2092883C1 (en) | 1995-06-07 | 1995-06-07 | Liquid-crystal seignette-electric display unit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2092883C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003036371A1 (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-01 | Utar International Ltd. | Liquid-crystal ferroelectric display cell |
WO2011112121A1 (en) * | 2010-03-11 | 2011-09-15 | Закрытое Акционерное Общество "Мегавижн" | Ferroelectric liquid crystal display cell |
RU2445664C1 (en) * | 2009-01-27 | 2012-03-20 | Шарп Кабусики Кайся | Liquid crystal image forming apparatus |
-
1995
- 1995-06-07 RU RU95109563/25A patent/RU2092883C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент США N 4813767, кл. G 02 F 1/137, 1989. Yu.P. Panarin, E.P. Pozhidaev, M.I. Barnik, Bistability in ferroelectric liguid crystals, Mol.Mat., v.1, p.29-42 (1992). H.Pauwers, A.De Meyerl, J. Fornier, B. Maximus, E.De Zey, Simple model for gray levels in antiferroelectric LCDs Proc. SID IDRC (Monterrey 1994), p.495-498. Патент США N 5327273, кл. G 02 F 1/13, 1994. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003036371A1 (en) * | 2001-10-26 | 2003-05-01 | Utar International Ltd. | Liquid-crystal ferroelectric display cell |
RU2445664C1 (en) * | 2009-01-27 | 2012-03-20 | Шарп Кабусики Кайся | Liquid crystal image forming apparatus |
RU2460107C1 (en) * | 2009-01-27 | 2012-08-27 | Шарп Кабусики Кайся | Liquid crystal image forming apparatus |
WO2011112121A1 (en) * | 2010-03-11 | 2011-09-15 | Закрытое Акционерное Общество "Мегавижн" | Ferroelectric liquid crystal display cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95109563A (en) | 1997-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2548749B2 (en) | Matrix address display | |
Subacius et al. | Switchable diffractive cholesteric gratings | |
US6188462B1 (en) | Diffraction grating with electrically controlled periodicity | |
EP0579247B1 (en) | Liquid crystal electrooptical device | |
EP0032362B1 (en) | Chiral smectic liquid crystal electro-optical device and process of making the same | |
Bryan-Brown et al. | Grating aligned bistable nematic device | |
KR910007011B1 (en) | LCD | |
US4653865A (en) | Liquid crystal display device | |
EP1042702B1 (en) | Bistable nematic liquid crystal device | |
US5062691A (en) | Liquid crystal device with grey scale | |
US4917475A (en) | Flexoelectric liquid crystal device | |
JPH0211A (en) | Electrooptical switching apparatus using ferrodielectric liquid crystal | |
D'have et al. | Antiferroelectric liquid crystals with 45 (0) tilt: new electro-optic effects in liquid crystals | |
EP0179592A2 (en) | Ferroelectric liquid crystal display cells | |
EP0539991A1 (en) | Liquid crystal device and display apparatus | |
RU2092883C1 (en) | Liquid-crystal seignette-electric display unit | |
EP0182509A2 (en) | Two-dimensional optical information processing apparatus | |
Xie et al. | New bistable twisted nematic liquid crystal displays | |
EP0283916A2 (en) | Liquid crystal light-modulating device imparted with memory effect and display unit utilizing same | |
RU2366989C2 (en) | Method for control of light polarisation and fast-acting controlled optical element with application of cholesteric liquid crystal (versions) | |
JP2717879B2 (en) | Grayscale liquid crystal device | |
RU2430393C1 (en) | Ferroelectric lcd cell | |
Biradar et al. | Total-reflection switch using high-tilt-angle cholesteric-smectic C* phase transition ferroelectric liquid crystal | |
Sussman | Electrooptic liquid crystal devices: principles and applications | |
Pasko et al. | Liquid crystal infrared modulation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040608 |