JPS6235655B2 - - Google Patents
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Description
この発明は、液晶表示セルに関するものであ
る。特に負の誘電異方性を示すスメクチツク物質
で充填された液晶表示セルに関するものである。
スメクチツク物質はサンドイツチ型の液晶セル
とした場合にフオーカルコニツク状態をとり充分
透明にすることができないためコントラストが劣
り液晶表示セルとして実用されていない。
この発明は、負の誘電異方性を有するスメクチ
ツク物質を使用し、電極を備えた内面にホメオト
ロピツク配列を誘起する配列誘起層を設けること
によつてコントラストの高いスメクチツク液晶表
示セルを得るものである。
本発明によつて提供される内部電極付液晶表示
セルは、負の誘電異方性を示すスメクチツク物質
の層を有し、前記層は少なくとも部分的にオーバ
ーラツプする電極を有する２つのプレート間に挿
入され、前記プレートの少なくとも一方は透明で
あり、両プレートの表面は、印加電界の存在しな
い状態で冷却により前記層が非スメクチツク相か
らスメクチツク相へ転化されるとき、層が実質的
にホメオトロピツク配列をとらしめるような配列
誘導層を形成されている。
以下、添付図面を参照して説明する。
実施例の説明に先立つて液晶分子の配列につい
ての用語の説明をする。ホモジニアス配列とは液
晶分子の軸が多少ともプレート表面に平行に配列
されたものを云い、平行ホモジニアス配列とは液
晶分子の軸がプレート表面に平行に、かつ相互に
平行に配列されたものを云う。ホメオトロピツク
配列とは液晶分子の軸がプレート表面に垂直に直
立した配列を云う。
またこの平行ホモジニアス配列に関して傾斜角
（tilt angle）という語が使用される。この傾斜角
は液晶層の液晶分子軸とプレート表面の平面との
間の角度（鋭角の方の角度）として定義される。
第１図の実施例において２枚のガラスプレート
１，２が液晶物質の層５を間に挟んで配置され、
ハーメチツクシールしたセルを形成するように層
５の周辺を囲む周辺シール３によつて固着されて
エンベロープを構成している。
液晶物質は後述するように多色性染料混合物を
添加してセル内にハーメチツクシールすることも
できる。液晶物質はシール３の周辺の一部を中断
して形成された開口を介してセル内に充填され、
充填後、この開口はたとえばインジウムのプラグ
４でシールされる。あるいは、周辺シール３が融
着ガラスフリツトシールである場合には、開口は
セルの充填前に金属化され、この場合には開口を
はんだ付けでシールすることができる。
周辺シール３をガラスフリツトを融着すること
によつて作ることが好ましい。すなわち、ガラス
フリツトの適切な選択により、シールから浸出す
る物質による液晶の汚染は、エポキシ樹脂のよう
なある他の物質から作られたシールの場合より少
なくなる。ガラスフリツトシールを使用すること
の欠点は、セルの組立前にある整合技術を適用す
る必要があり、これをフリツトを溶融するのに必
要な高温に耐えるようにすることが困難であるこ
とである。
固着前に、２つのプレートの内側表面は所要の
表示に適したデザインの透明電極（図示せず）を
設けられ、液晶層の少なくとも選択された部分の
厚さを通して電界が印加されうるようにする。こ
の目的のために電極の部分はシール３の領域を越
えて突出し、外部接続を可能にするように構成さ
れる。
この発明の説明に先立つて、まず正の誘電異方
性の液晶を使用したセルについて説明すると、プ
レート１，２の少なくとも一方、好ましくは両方
の内側主表面はコーテイングまたは他の表面処理
を備え、セルが印加電界の存在しない状態で冷却
されることによつて非スメクチツク相からスメク
チツク相に転化されたとき、正の誘電異方性の液
晶分子が平行ホモジニアス配列状態になるように
構成されている。一般に所望の平行ホモジニアス
分子配列を得るためには、実質的な傾斜角を与え
る配列法を使用することが必要である。たとえ
ば、基体に対して約25゜の角度の一酸化ケイ素の
斜め蒸着は、４−シアノ−4′−ｎ−オクチルビフ
エニルのネマチツク相では、傾斜角の無い平行ホ
モジニアス配列を生ずる。しかしながら液晶物質
がスメクチツク相の場合には、配列方向に配向さ
れた比較的細長い円錐（典型的には10対１の縦横
比を持つもの）を有するフオーカルコニツク状態
（focal−conic state）を生ずる。スメクチツク物
質の配列は外面的に類似しており、この理由によ
りスメクチツク配列は擬似ホモジニアス配列と名
づけられている。これらのドメインは、セルを偏
光光学顕微鏡で観察するとき、特徴的楕円パター
ンの出現によつて表示される。同様に、基体に対
して５゜〜10゜の角度の一酸化ケイ素の斜め蒸着
は、約25゜の傾斜角でネマチツク相の平行ホモジ
ニアス配列を生じ、スメクチツク相ではやはり配
列されたフオーカルコニツク状態を生ずる。この
ようなフオーカルコニツク状態はこの発明には不
適当である。しかしながら、蒸着面をホメオトロ
ピツク（homeotropic）配列誘導界面活性剤でさ
らに処理することによつて蒸着で得られた傾斜角
が十分に増大されるならば、スメクチツク状態で
も平行ホモジニアス配列が保持されるような傾斜
角の限界値を突破することが可能である。一例と
して、５゜〜10゜の一酸化ケイ素蒸着層をヘキサ
デシル−トリメチル−アンモニウムブロマイドの
0.1％メタノール溶液で処理する。これはコノス
コープで測定すると68゜の傾斜角を生ずる。
テストセルの製造において、この界面活性剤に
よる処理は２つのプレートが周辺シールで固着さ
れる前に施された。処理はプレートを溶液中に浸
漬し、取出し、乾燥させることからなるものであ
つた。工業的生産においては、できるなら、エン
ベロープが組立てられた後に界面活性剤を施すこ
とが好ましい。それは、これにより融着ガラスフ
リツトの周辺シールモードの使用が可能になるか
らである。組立セルを界面活性剤で満たし、から
にし、残留物をセルの内面上で乾燥させることが
望ましい。いずれの場合にも、配列方向が傾斜角
に特定関係を持つて平行になるようにセルを組立
てる必要がある。
液晶分子の傾斜がスメクチツク層中の傾斜して
いる分子によるものであり、分子層自体はガラス
プレートと平行である。（すなわち、第２図の左
上部のａで示すような擬似スメクチツクＣの状
態）か、または分子が層中ではその層に垂直であ
るが分子層自体が第２図右上部のｂで示すように
傾斜しているかはコノスコープによる傾斜角の測
定では決定できない。しかしながら、中性子散乱
技術を使用する最近の測定方法によればこの場合
傾斜しているのはスメクチツク層であることが明
らかになつた（第２図右側のｂ，ｂの状態）。も
しも徐々に増大する交流電界がセルに印加される
場合には、コノスコープ図形により観察される傾
斜角は約88゜の限界値まで徐々に増大する（すな
わち、第２図にｃまたはｄで示されているように
実質的にホメオトロピツク配列）。好ましい励起
周波数は約1KHzである。すなわち、約800Hz以下
では、おそらくある電気−流体力学的不安定の結
果によるものと思われるが、コノスコープ図形が
拡散して見える。
交差偏光器間の透過で見た場合、セルは着色し
て見え、配列方向が２つの偏光方向の中間にある
とき最高になる。セルの全表面にわたつて一様な
色を得るためには、液晶層の厚さがきわめて均一
であることが必要である。20μｍ厚さの層の場合
には、ガラス表面に垂直に観たときセルは褐黄色
に見える。これはガラス表面から68゜で整列しか
つ複屈折ｎp＝1.52，
ｎe＝1.675（４−シアノ−4′−ｎ−オクチルビフ
エニルの屈折率）の20ミクロン厚液晶に対する
450nmの理論的遅延と一致している。交流電界を
印加すると、印加電圧が約150〜180ボルト（実効
値）まで漸次増大するにしたがつて、外観は黄
色，白色，灰色，黒色と順次に変化する。液晶層
の異なる厚さを選択することにより、セルが異な
る初色を持つようにすることができる。特に、よ
り厚いセルはニユートンスペクトル中のより高い
序列の色からスタートし、したがつてより大きい
範囲の色にわたつて掃引することができる。たと
えば、30ミクロン厚の液晶層を有するセルは最初
に青色に見える。異なる複屈折を有する異なるス
メクチツク物質の使用により、または異なる初傾
斜角を生ずる異なる整列技術の使用により、同一
厚さのセルが異なる色を示すようにすることもで
きる。
傾斜角が初値から増大すると、この増大した傾
斜角は励起電界の除去後もそのまま保持されるこ
とが見出されている。傾斜角が最大値に達してい
ない場合には、より強い励起電界の印加により傾
斜角をさらに増大させることができる。したがつ
て、適当な切換えによつて２つ以上のコントラス
ト色を有する表示セルを設けることができる。セ
ルを加熱してスメクチツク相からネマチツク相に
転化し、ついで再び冷却することにより、セルは
傾斜角の最初の低限界値に切換えられる。
これを利用して、表示セルの選択された部分に
局部的加熱によつて低減された傾斜角を持つよう
にすることもできる。これはセルの表面上方を走
査する結像レーザビームの輝度変調によつて与え
ることができる。この目的のために、レーザの波
長は、液晶によりまたは電極層の１つの物質のよ
うな、液晶に溶解したまたは隣接する物質により
吸収されるように選択される。
上述したセルでは交流電圧の印加により一方向
（傾斜角を増大する方向）にのみ切換えが可能で
あり、反対方向に切換えるには熱サイクルが使用
される。しかしながら、ある種のスメクチツク物
質はクロスオーバー周波数効果を示す特性を有
し、クロスオーバー周波数以下では正の誘電異方
性を示し、クロスオーバー周波数以上では負の誘
電異方性を示す。このような物質では両方向に電
気的に切り換えることが可能である。このような
物質の一例は、４−ｎ−ペンチルフエニル−2′−
クロロ−4′−（６−ヘキシル−２−ナフトイロキ
シ）ベンゾエート。
である。すなわち、次の相転移温度を有するモノ
トロピツク（monotropic）液晶である。：Ｃ−
N68.6℃：Sa−Ｎ，53.5℃：Ｎ−１，178.9℃
下記の表はこの物質の場合にはクロスオーバー
周波数効果がネマチツク相にも存在することを示
す。物質を冷却してネマチツク相からスメクチツ
ク相に転化するときこのクロスオーバー周波数効
果は存続するが、限界電圧ははるかに高い。
The present invention relates to a liquid crystal display cell. In particular, it relates to liquid crystal display cells filled with smectic materials exhibiting negative dielectric anisotropy. When a smectic substance is used in a sandwich-type liquid crystal cell, it takes a focal conic state and cannot be made sufficiently transparent, resulting in poor contrast and is not put into practical use as a liquid crystal display cell. This invention uses a smectic material having negative dielectric anisotropy and provides a smectic liquid crystal display cell with high contrast by providing an alignment inducing layer that induces homeotropic alignment on the inner surface provided with electrodes. . The liquid crystal display cell with internal electrodes provided by the present invention has a layer of smectic material exhibiting negative dielectric anisotropy, said layer being inserted between two plates having at least partially overlapping electrodes. and at least one of the plates is transparent and the surfaces of both plates are such that the layer assumes a substantially homeotropic alignment when the layer is converted from a non-smectic phase to a smectic phase by cooling in the absence of an applied electric field. A layer that induces alignment is formed. The following description will be made with reference to the accompanying drawings. Prior to explaining the examples, terms related to the arrangement of liquid crystal molecules will be explained. A homogeneous arrangement is one in which the axes of liquid crystal molecules are arranged more or less parallel to the plate surface, and a parallel homogeneous arrangement is one in which the axes of liquid crystal molecules are arranged parallel to the plate surface and parallel to each other. . Homeotropic alignment refers to an alignment in which the axes of liquid crystal molecules are perpendicular to the plate surface. The term tilt angle is also used with respect to this parallel homogeneous arrangement. This tilt angle is defined as the angle (acute angle) between the liquid crystal molecular axis of the liquid crystal layer and the plane of the plate surface. In the embodiment of FIG. 1 two glass plates 1, 2 are arranged with a layer 5 of liquid crystal material in between;
The envelope is secured by a peripheral seal 3 surrounding the periphery of layer 5 to form a hermetically sealed cell. The liquid crystal material can also be hermetically sealed within the cell by adding a pleochroic dye mixture as described below. The liquid crystal substance is filled into the cell through an opening formed by interrupting a portion of the periphery of the seal 3;
After filling, this opening is sealed with a plug 4 of, for example, indium. Alternatively, if the peripheral seal 3 is a fused glass frit seal, the opening may be metallized before filling the cell, in which case the opening may be sealed by soldering. Preferably, the peripheral seal 3 is made by fusing glass frit. That is, with proper selection of the glass frit, contamination of the liquid crystal by material leaching from the seal will be less than with seals made from some other materials, such as epoxy resin. The disadvantage of using glass frit seals is that some alignment technique must be applied before cell assembly, which is difficult to make to withstand the high temperatures required to melt the frit. be. Before bonding, the inner surfaces of the two plates are provided with transparent electrodes (not shown) of a design suitable for the desired display, so that an electric field can be applied through the thickness of at least selected parts of the liquid crystal layer. . For this purpose, the part of the electrode is configured to protrude beyond the area of the seal 3 and to allow an external connection. Before describing the invention, a cell using a liquid crystal with positive dielectric anisotropy will first be described, in which at least one, preferably both, of the plates 1, 2 are provided with a coating or other surface treatment; The liquid crystal molecules with positive dielectric anisotropy are arranged in a parallel homogeneous alignment state when the cell is converted from a non-smectic phase to a smectic phase by cooling in the absence of an applied electric field. . Generally, in order to obtain the desired parallel homogeneous molecular alignment, it is necessary to use an alignment method that provides a substantial tilt angle. For example, oblique deposition of silicon monoxide at an angle of about 25° to the substrate results in parallel homogeneous alignment without tilt angles in the nematic phase of 4-cyano-4'-n-octylbiphenyl. However, when the liquid crystal material is in the smectic phase, it produces a focal-conic state with relatively elongated cones (typically with an aspect ratio of 10:1) oriented in the alignment direction. . Smectic sequences are outwardly similar, and for this reason smectic sequences are called pseudohomogeneous sequences. These domains are displayed by the appearance of a characteristic elliptical pattern when the cell is observed under a polarized light microscope. Similarly, oblique deposition of silicon monoxide at an angle of 5° to 10° with respect to the substrate results in parallel homogeneous alignment of the nematic phase at an angle of inclination of about 25°, and in the smectic phase also aligned focal conic states. will occur. Such a focal conic state is inappropriate for this invention. However, if the tilt angle obtained in the deposition is sufficiently increased by further treatment of the deposited surface with a homeotropic alignment-inducing surfactant, the parallel homogeneous alignment will be retained even in the smectic state. It is possible to break through the limit value of the tilt angle. As an example, a 5° to 10° silicon monoxide deposited layer is coated with hexadecyl-trimethyl-ammonium bromide.
Treat with 0.1% methanol solution. This results in a tilt angle of 68° when measured conoscopically. In the manufacture of the test cell, this surfactant treatment was applied before the two plates were secured together with a peripheral seal. Processing consisted of dipping the plate into the solution, removing and drying. In industrial production, if possible, it is preferred to apply the surfactant after the envelope has been assembled. This is because it allows the use of a peripheral seal mode of the fused glass frit. It is desirable to fill the assembled cell with surfactant, dry it, and allow the residue to dry on the interior surfaces of the cell. In either case, it is necessary to assemble the cells so that the arrangement direction is parallel to the inclination angle with a specific relationship. The tilting of the liquid crystal molecules is due to tilted molecules in the smectic layer, and the molecular layer itself is parallel to the glass plate. (i.e., a state of pseudo-smectic C as shown at a in the upper left of Figure 2), or the molecules are perpendicular to the layer in the layer but the molecular layer itself is as shown in b in the upper right of Figure 2. It cannot be determined by measuring the angle of inclination using a conoscope. However, recent measurements using neutron scattering techniques have revealed that it is the smectic layer that is tilted in this case (conditions b and b on the right side of Figure 2). If a gradually increasing alternating electric field is applied to the cell, the tilt angle observed by the conoscopic figure will gradually increase up to a limiting value of about 88° (i.e., as indicated by c or d in Figure 2). substantially homeotropic sequences). The preferred excitation frequency is about 1 KHz. That is, below about 800 Hz, the conoscopic shapes appear diffuse, probably as a result of some electro-hydrodynamic instability. When viewed in transmission between crossed polarizers, the cell appears colored, best when the alignment direction is halfway between the two polarization directions. In order to obtain a uniform color over the entire surface of the cell, it is necessary that the thickness of the liquid crystal layer be very uniform. For a 20 μm thick layer, the cell appears brown-yellow when viewed perpendicular to the glass surface. This is for a 20 micron thick liquid crystal aligned at 68° from the glass surface and with birefringence n p = 1.52, n e = 1.675 (refractive index of 4-cyano-4'-n-octylbiphenyl).
This is consistent with the theoretical delay of 450nm. When an alternating current electric field is applied, the appearance changes sequentially from yellow to white to gray to black as the applied voltage gradually increases to about 150 to 180 volts (effective value). By choosing different thicknesses of the liquid crystal layer, the cells can be made to have different initial colors. In particular, thicker cells start from higher ranking colors in the Newtonian spectrum and therefore can sweep across a larger range of colors. For example, a cell with a 30 micron thick liquid crystal layer initially appears blue. Cells of the same thickness can also be made to exhibit different colors by the use of different smectic materials with different birefringence or by the use of different alignment techniques resulting in different initial tilt angles. It has been found that as the tilt angle increases from its initial value, this increased tilt angle remains after removal of the excitation field. If the tilt angle has not reached its maximum value, it can be further increased by applying a stronger excitation field. Thus, by appropriate switching, display cells with more than one contrasting color can be provided. By heating the cell to convert it from the smectic phase to the nematic phase and then cooling it again, the cell is switched to the first lower limit of the tilt angle. This can also be used to provide selected portions of the display cell with a reduced tilt angle by localized heating. This can be provided by intensity modulation of an imaging laser beam that is scanned over the surface of the cell. For this purpose, the wavelength of the laser is chosen such that it is absorbed by the liquid crystal or by a substance dissolved in or adjacent to the liquid crystal, such as a substance of one of the electrode layers. The cells described above can only be switched in one direction (increasing the tilt angle) by applying an alternating voltage; thermal cycling is used to switch in the opposite direction. However, some smectic materials have the property of exhibiting a crossover frequency effect, exhibiting positive dielectric anisotropy below the crossover frequency and negative dielectric anisotropy above the crossover frequency. Such materials can be electrically switched in both directions. An example of such a substance is 4-n-pentylphenyl-2'-
Chloro-4'-(6-hexyl-2-naphthoyloxy)benzoate. It is. That is, it is a monotropic liquid crystal having the following phase transition temperature. :C-
N68.6°C: Sa-N, 53.5°C: N-1, 178.9°C The table below shows that for this material the crossover frequency effect is also present in the nematic phase. This crossover frequency effect persists when the material is cooled to convert from the nematic phase to the smectic phase, but the critical voltage is much higher.
【表】
前述した基本的構造のセルは、この物質（前述
した他の液晶物質ではなく）で充填されかつ52℃
に維持した場合、4.2KHz以下の周波数の交流電
圧の印加によつてその結晶層の傾斜角が増大し、
ついて4.2KHz以上の周波数の交流電圧の印加に
よつて傾斜角がその下限まで再び減少する。
１つの状態にある一部と他の状態にある残部を
有するセルは明白な劣化を起こすことなく長時間
変化しないことが見出されており、したがつて貯
蔵は持続性があるものとみてよい。
本発明においては前述のように負の誘電異方性
を示すスメクチツク液晶物質を導入して液晶表示
セルが作られる。
第１図のプレート１，２の一方好ましくは両方
の内側主表面がコーテイングまたは他の表面処理
を施され、それにより、層の厚さを通して印加さ
れる電界が存在しない場合に冷却によつて非スメ
クチツク相からスメクチツク相に転化されると、
負の誘電異方性をもつ液晶分子は実質的にホメオ
トロピツク配列をとる。
好ましい表面処理はレシチンまたはヘキサデシ
ルトリメチルアンモニウムブロマイド溶液でガラ
ス表面を被覆することによつて与えられるもので
ある。不活性により好適である融着フリツト周辺
シールがセルに使用される場合には、この表面処
理は、最初に組立セルを所要溶液で満たし、つい
でそれを排出することにより、フリツトの焼成後
に施される。ついでセルは負の誘電異方性をもつ
適当なスメクチツク物質で充填される。これはた
とえば４−オクチルオキシフエニル−トランス−
４−ブチルシクロヘキシル−１−カルボキシレー
トであり、この物質は小さい負の誘電異方性を有
し、28〜49.1℃の温度範囲でスメクチツクＡ物質
である。20ミクロン厚セル中のこの物質のテスト
により、電極間のオーバラツプ領域において、30
Hz信号電圧が150ボルトの領域へ増大されると
き、このデイスプレイは透明組織から過渡的シユ
リーレン（schlieren）組織へ移行することが判
明した。これは、第３図にａで略示されているよ
うにスメクチツク層の傾斜により、またはｂで略
示されているように電界が擬似スメクチツクＣ相
を誘導することにより、生成されるものと信じら
れる。これら２つのうちのどちらが正しい解釈で
あつても、この配置はきわめて準安定なものであ
り、電界の強さが僅かに増大してもフオーカルコ
ニツク領域の形成を誘導するものと考えられる。
ある限界電圧においてこの領域の広がりは非常に
急速であり、セルは動的散乱効果の如何なる形態
にも帰せられない乳白色外観を呈する。信号周波
数の増大は切換限界電圧を増大することが観察さ
れた。
セルが交差偏光器間に置かれた場合には転移は
さらに顕著になる。最初表示セルは黒色である。
準安定状態に達すると、シユリーレン組織の領域
は実質的に同一のニユートンフリンジ（fringe）
カラーを示すが、偏光器の主軸に対する領域の配
向にしたがつて飽和度が異なつている。ある場合
にはシユリーレン組織は検出できないほど過渡的
である。ついで、フオーカルコニツク領域発生限
界に達すると、表示セルは複屈折を示す。
フオーカルコニツク領域はセルを十分に加熱し
てスメクチツク−ネマチツク相変化を起こさせる
ことによりホメオトロピツク配列へ復帰させるこ
とができる。フオーカルコニツク構造はネマチツ
ク相においては存続せず、したがつて、セルが十
分に冷却されてスメクチツク相を回復するとき、
印加電界が存在しない場合には、セルはホメオト
ロピツク配列において回復される。
セルは熱の作用によつてホメオトロピツク状態
へ切換えられるから、ホメオトロピツク状態への
選択的切換えを前述したような集中的加熱の使用
によつて達成できる。これはセルの表面上方走査
する結像レーザビームの強さ変調によつて達成さ
れうる。この目的のために、レーザの波長は、液
晶媒質によりまたは電極層の１つの物質のよう
な、液晶媒質に溶解したまたは隣接する物質によ
つて吸収されるように選択される。
ホメオトロピツク状態にある一部とフオーカル
コニツク状態にある残部を有するセルは明白な劣
化を起こすことなく長時間変化しないことが見出
されており、したがつて貯蔵は無定限であると信
じられる。
準安定状態のシユリーレン組織外観は、実質的
にホメオトロピツク配列に一方向バイアスを与え
て90゜よりやや小さい傾斜角を生ずるようにする
ことによつて除去することができる。この傾斜角
が全表面にわたつて同一方向であるならば、交流
電界の印加によりすべてのスメクチツク分子がラ
ンダムな方向ではなく同一方向に配列し始める。
このバイアスは、最初に表面の１つを処理して特
定方向のネマチツク相のホモジニアス配列を少な
くとも弱く促進するようにし、ついでこの処理表
面をホメオトロピツク配列を促進するコーテイン
グの適当な厚さで被覆することによつて与えるこ
とができる。
上述したセルは交流電界の印加によつて一方向
にのみ切換えることができ、反対方向の切換えに
は熱サイクルが使用される。前述したように、あ
る種のスメクチツク物質はクロスオーバー周波数
効果を示す特性を有し、クロスオーバー周波数以
下の周波数では正誘電異方性を示し、クロスオー
バー周波数以上の周波数では負誘電異方性を示
す。このような物質では両方向の切換えが可能で
ある。このような物質の一例は前述したように、
４−ｎ−ペンチルフエニル−2′−クロロ−4′−
（６−ｎ−ヘキシル−２−ナフトイロキシ）ベン
ゾエートである。
この物質（前述した他の液晶物質の代りに）で
充填されかつ52℃に維持された前記基本的構造の
セルは、4.2KHz以上の周波数の交流電圧の印加
により実質的にホメオトロピツク配列からフオー
カルコニツク構造に切換えることができ、ついで
4.2KHz以下の周波数の交流電圧の印加によりも
との実質的にホメオトロピツク配列に切換えるこ
とができる。
これまでに例示した両スメクチツク物質はＳA
相を示すスメクチツク物質であつた。しかしなが
ら、対応する切換動作はＳB相を含むセルで得る
ことができる。このような物質の一例は、４−ｎ
−オクチルオキシフエニル−トランス−４−ｎ−
ペンチルシクロヘキシル−１−カルボキシレー
ト、すなわち、次の相転移温度を有るエナンチオ
トロピツク（enantiotropic）液晶である。：Ｃ
−ＳV，42℃：ＳB−ＳA，49.4℃：ＳA−Ｎ，64.6
℃：Ｎ−179℃。第５図は、この物質の20ミクロ
ン厚層を有するセルの場合、30Hzの周波数の切換
限界電圧が温度と共に変わる様子を示す。この物
質では実質的にホメオトロピツク配列は熱サイク
ルによつて回復される。
セルの外観はスメクチツク物質と共に多色性染
料を導入することにより前述したように改変する
ことができる。たとえば、約1.3％の１−（4′−ブ
チルオキシアニリン）−４−ヒドロキシアントラ
キノンと約0.05％のワクソリンイエロウＡが導入
される。セルがフオーカルコニツク状態にあると
きには、この状態では分子の配向が実質的にラン
ダムであるため、多色性染料の色が示される。
以上の記載は特定のスメクチツク物質での実験
に関するものであつたが、本発明はこのような特
定物質の使用に限定されるものでないことを理解
すべきである。さらに、スメクチツクＡ物質のみ
がある実施態様では例示されたが、物質が適切な
誘電異方性を示すならば、スメクチツクＢ物質も
電圧を増大して同様に使用することができ、また
他の適当なスメクチツク物質も使用できることが
予想される。
特定の装置に関連して本発明の原理が記載され
たが、この記載は単なる例示としてなされたもの
であり、その目的および特許請求の範囲に記載さ
れた本発明の技術的範囲を制限するものでないこ
とを理解すべきである。[Table] A cell with the basic structure described above is filled with this material (rather than the other liquid crystal materials mentioned above) and is heated to 52°C.
When the crystal layer is maintained at
Then, by applying an alternating current voltage with a frequency of 4.2 KHz or higher, the tilt angle decreases again to its lower limit. Cells with a portion in one state and a remainder in the other have been found to remain unchanged for long periods of time without obvious deterioration, and therefore storage can be assumed to be persistent. . In the present invention, as described above, a liquid crystal display cell is manufactured by introducing a smectic liquid crystal material exhibiting negative dielectric anisotropy. The inner major surfaces of one or preferably both of the plates 1, 2 of FIG. When the smectic phase is converted to the smectic phase,
Liquid crystal molecules with negative dielectric anisotropy have a substantially homeotropic alignment. A preferred surface treatment is that provided by coating the glass surface with lecithin or hexadecyltrimethylammonium bromide solution. If a more inert, more suitable fused frit perimeter seal is used in the cell, this surface treatment can be applied after firing the frit by first filling the assembled cell with the required solution and then draining it. Ru. The cell is then filled with a suitable smectic material having negative dielectric anisotropy. This is for example 4-octyloxyphenyl-trans-
4-Butylcyclohexyl-1-carboxylate, this material has a small negative dielectric anisotropy and is a smectic A material in the temperature range of 28-49.1°C. Testing of this material in a 20 micron thick cell showed that in the overlap region between the electrodes, 30
It has been found that when the Hz signal voltage is increased to the region of 150 volts, the display transitions from a transparent texture to a transient schlieren texture. It is believed that this is produced either by the tilting of the smectic layer, as schematically indicated at a in Figure 3, or by the electric field inducing a pseudo-smectic C phase, as schematically indicated at b . It will be done. Whichever of these two interpretations is correct, it is believed that this configuration is highly metastable and that even small increases in electric field strength induce the formation of focal conic regions.
At a certain limiting voltage the broadening of this region is so rapid that the cell assumes a milky appearance that cannot be attributed to any form of dynamic scattering effect. It has been observed that increasing the signal frequency increases the switching threshold voltage. The transition is even more pronounced when the cell is placed between crossed polarizers. The initially displayed cell is black.
Once the metastable state is reached, the regions of the Schilleren structure have virtually identical Newtonian fringes.
Color is shown, but with varying degrees of saturation depending on the orientation of the area relative to the polarizer's principal axis. In some cases, the Schilleren structure is so transient that it cannot be detected. Then, when the focal conic region generation limit is reached, the display cell exhibits birefringence. The focal conic region can be returned to the homeotropic alignment by heating the cell sufficiently to cause a smectic-nematic phase change. Focalconic structures do not persist in the nematic phase, so when the cell is cooled sufficiently to recover the smectic phase,
In the absence of an applied electric field, the cell is restored to a homeotropic alignment. Since the cell is switched to the homeotropic state by the action of heat, selective switching to the homeotropic state can be achieved by the use of intensive heating as described above. This can be achieved by intensity modulation of the imaging laser beam scanning over the surface of the cell. For this purpose, the wavelength of the laser is selected such that it is absorbed by the liquid crystal medium or by a substance dissolved in or adjacent to the liquid crystal medium, such as a substance of one of the electrode layers. Cells with a portion in the homeotropic state and the remainder in the focalconic state have been found to remain unchanged for long periods of time without obvious deterioration, and storage is therefore believed to be indefinite. . The metastable Schlieren texture appearance can be eliminated by substantially unidirectionally biasing the homeotropic alignment to produce a tilt angle of slightly less than 90°. If this tilt angle is in the same direction over the entire surface, then the application of an alternating electric field will cause all the smectic molecules to start aligning in the same direction rather than in random directions.
This bias is achieved by first treating one of the surfaces to at least weakly promote homogeneous alignment of the nematic phase in a particular direction, and then covering this treated surface with an appropriate thickness of a coating that promotes homeotropic alignment. It can be given by The cells described above can only be switched in one direction by the application of an alternating electric field; thermal cycling is used to switch in the opposite direction. As mentioned above, some smectic materials have the property of exhibiting a crossover frequency effect, exhibiting positive dielectric anisotropy at frequencies below the crossover frequency and negative dielectric anisotropy at frequencies above the crossover frequency. show. Such materials allow switching in both directions. As mentioned above, an example of such a substance is
4-n-pentylphenyl-2'-chloro-4'-
(6-n-hexyl-2-naphthoyloxy)benzoate. A cell of the above basic structure, filled with this material (instead of the other liquid crystal materials mentioned above) and maintained at 52°C, can be transformed from a substantially homeotropic alignment to a focal plane by the application of an alternating current voltage at a frequency of 4.2 KHz or higher. It is possible to switch to a standard structure, and then
The original substantially homeotropic arrangement can be switched back to by applying an alternating current voltage at a frequency of 4.2 KHz or less. Both smectic substances exemplified so far are S A
It was a smectic substance exhibiting phases. However, a corresponding switching behavior can be obtained in cells containing the S B phase. An example of such a material is 4-n
-octyloxyphenyl-trans-4-n-
Pentylcyclohexyl-1-carboxylate, an enantiotropic liquid crystal with a phase transition temperature of :C
-S V , 42℃: S B -S A , 49.4℃: S A -N, 64.6
℃:N-179℃. FIG. 5 shows how the switching limit voltage at a frequency of 30 Hz varies with temperature for a cell with a 20 micron thick layer of this material. In this material, substantially the homeotropic sequence is restored by thermal cycling. The appearance of the cells can be modified as described above by introducing pleochroic dyes together with smectic substances. For example, about 1.3% 1-(4'-butyloxyaniline)-4-hydroxyanthraquinone and about 0.05% Waxolin Yellow A are introduced. When the cell is in the focal conic state, the color of the pleochroic dye is exhibited because the orientation of the molecules is substantially random in this state. Although the above description relates to experiments with specific smectic substances, it should be understood that the invention is not limited to the use of such specific substances. Furthermore, although only Smectic A materials are illustrated in some embodiments, Smectic B materials can be used as well with increased voltage, provided the materials exhibit suitable dielectric anisotropy, and other suitable It is anticipated that other smectic substances may also be used. Although the principles of the invention have been described in connection with a particular device, this description is made by way of example only and is intended to limit the scope of the invention as described in the claims. It should be understood that this is not the case.
第１図はセルの略式斜視図である。第２図は本
発明の一実施態様によりセルがとりうる２つの極
端な形の状態の略図である。第３図はセルの領域
がとりうる２つの形の安定状態および中間準安定
状態の略図である。第４図は、特定のスメクチツ
ク組成の場合、特定の周波数において切換限界電
圧が温度と共に変わる様子を示すグラフである。
１，２……ガラスプレート、３……周辺シー
ル、４……プラグ、５……液晶層。
FIG. 1 is a schematic perspective view of the cell. FIG. 2 is a schematic illustration of two extreme configuration states that a cell can assume according to one embodiment of the invention. FIG. 3 is a schematic representation of the two possible forms of stable and intermediate metastable states of the cell. FIG. 4 is a graph showing how the switching limit voltage varies with temperature for a particular smectic composition at a particular frequency. 1, 2...Glass plate, 3...Peripheral seal, 4...Plug, 5...Liquid crystal layer.
Claims (1)
と、少なくとも部分的にオーバーラツプする電極
を有し少なくともその一方が透明である２つのプ
レートとを具備し、前記スメクチツク物質の層は
前記電極を備えたプレート間に挟まれている電極
付液晶表示セルにおいて、 前記電極を備えたプレートの少なくとも一方の
内面には、液晶層が印加電圧の存在しない状態で
冷却により分子の整列状態の劣る非スメクチツク
相からスメクチツク相に転化されるとき、前記ス
メクチツク物質の層が実質上ホメオトロピツク配
列を生ぜしめる如き配列誘導層が形成されている
ことを特徴とする液晶表示セル。 ２ 電極を備えたプレートが両方共に透明であ
り、スメクチツク物質の層が交差した偏光体の間
に位置していることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の表示セル。 ３ スメクチツク物質中に多色性の染料が分散さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
または第２項記載の表示セル。 ４ スメクチツク物質の層がクロスオーバー周波
数効果を有し、それによりクロスオーバー周波数
より上ではスメクチツク物質は負の誘電異方性を
有し、クロスオーバー周波数より下では正の誘電
異方性を有していることを特徴とする特許請求の
範囲第１項または第２項記載の表示セル。 ５ スメクチツク物質が４−オクチルオキシフエ
ニル−トランス−４ブチル−シクロヘキシル−１
−カルボキシレートから成る特許請求の範囲第７
項または第８項記載の表示セル。 ６ スメクチツク物質が４−オクチルオキシフエ
ニル−トランス−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシ
ル−１−カルボキシレートから成ることを特徴と
する特許請求の範囲第１項または第２項記載の表
示セル。[Scope of Claims] 1. A layer of a smectic material exhibiting negative dielectric anisotropy and two plates having at least partially overlapping electrodes, at least one of which is transparent; In an electrode-equipped liquid crystal display cell in which the layer is sandwiched between plates provided with the electrodes, a liquid crystal layer is arranged on the inner surface of at least one of the plates provided with the electrodes, and molecules are aligned by cooling in the absence of an applied voltage. 1. A liquid crystal display cell, characterized in that an alignment-inducing layer is formed in which the layer of smectic material causes a substantially homeotropic alignment when converted from a poor non-smectic phase to a smectic phase. Display cell according to claim 1, characterized in that the plates with two electrodes are both transparent and a layer of smectic material is located between the crossed polarizers. 3. The display cell according to claim 1 or 2, characterized in that a pleochroic dye is dispersed in the smectic material. 4. The layer of smectic material has a crossover frequency effect such that above the crossover frequency the smectic material has negative dielectric anisotropy and below the crossover frequency it has positive dielectric anisotropy. A display cell according to claim 1 or 2, characterized in that: 5 The smectic substance is 4-octyloxyphenyl-trans-4-butyl-cyclohexyl-1
-Claim 7 consisting of carboxylates.
Display cell described in Section 8 or Section 8. 6. A display cell according to claim 1 or 2, characterized in that the smectic substance consists of 4-octyloxyphenyl-trans-4-n-pentylcyclohexyl-1-carboxylate.
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| US4781441A (en) * | 1983-11-25 | 1988-11-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of controlling orientation of liquid crystal, device used therein and liquid crystal device produced thereby |
| GB8608114D0 (en) | 1986-04-03 | 1986-05-08 | Secr Defence | Smectic liquid crystal devices |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4009934A (en) * | 1974-01-11 | 1977-03-01 | Eastman Kodak Company | Electro-optic display devices and methods |
| GB1506256A (en) * | 1975-08-21 | 1978-04-05 | Standard Telephones Cables Ltd | Temperature sensitive switch |
-
1977
- 1977-11-10 GB GB4681977A patent/GB1569686A/en not_active Expired
-
1978
- 1978-11-01 NL NL7810856A patent/NL7810856A/en not_active Application Discontinuation
- 1978-11-10 CH CH1156978A patent/CH637486A5/en not_active IP Right Cessation
- 1978-11-10 FR FR7831790A patent/FR2408883A1/en active Granted
-
1983
- 1983-07-27 JP JP13599783A patent/JPS5962826A/en active Granted
-
1984
- 1984-04-12 JP JP7385684A patent/JPS60114827A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| JPS5962826A (en) | 1984-04-10 |
| FR2408883A1 (en) | 1979-06-08 |
| CH637486A5 (en) | 1983-07-29 |
| JPS60114827A (en) | 1985-06-21 |
| GB1569686A (en) | 1980-06-18 |
| FR2408883B1 (en) | 1982-12-10 |
| NL7810856A (en) | 1979-05-14 |
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