DE3513437A1

DE3513437A1 - Optische fluessigkristall-vorrichtung

Info

Publication number: DE3513437A1
Application number: DE19853513437
Authority: DE
Inventors: Junichiro Yokohama Kanagawa Kanbe; Shinjiro Kawasaki Kanagawa Okada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-04-16
Filing date: 1985-04-15
Publication date: 1985-10-17
Also published as: GB2159635B; US4712873A; GB2159635A; FR2563018A1; JPH0346807B2; JPS60220316A; FR2563018B1; DE3513437C2; GB8509705D0

Description

Tedtke - ΒοιαίΝβ - Kinne -

r% /^ O Dipl.-lng. H. Tiedtke

FtLLMANN - URAMS - OTRUIF Dipl.-Chem. G. Bühling

Dipl.-Ing. R. Kinne
Dipl.-Ing. R Gnjpe
Dipl.-Ing. B. Pellmann

3 S 1 3 k Ί 7 Dipl.-Ing. K. Grams

v?v 'Vt^/ Dipi.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 0 89-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent München

15. April 19 DE 4766

Canon Kabushiki Kaisha Tokio, Japan

Optische Flüssigkristall-Vorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristall-Vorrichtung zur Verwendung als Sichtanzeige-Vorrichtung, optische Verschlußanordnung und dergleichen; im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Flüssigkristall-Vorrichtung, die infolge einer anfänglichen Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen verbesserte Anzeige- und Ansteuerungseigenschaften hat.

Es sind bisher Flüsfsigkristall-Anzeigevorrichtungen bekannt, die in Form einer Matrix angeordnet eine Gruppe von Abtastelektroden und eine Gruppe von Signalelektroden aufweist, wobei zwischen die Elektrodengruppea eine Flüssigkristallverbindung eingefüllt ist, υπ eine Vielzahl von Bildelementen zu formen, mit denen Bilder oder Informationen sichtbar angezeigt werden. Bei diesen Anzeigevorrichtungen wird ein Zeitmultiplex-Ansteuerungsverfahren angewandt, bei dem aufeinanderfolgend und zyklisch selektiv Adressensignale an die Abtastelektroden angelegt werden und synchron mit den Adressensignalen

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parallel hierzu selektiv vorbestimmte lnformationssignaie an die Signalelektroden angelegt werden. Diese Anzeigevorrichtungen sowie das Ansteuerungsverfahren hierfür haben jedoch schwerwiegende Mängel, die nachstehend beschrieben werden.

Ein MangeJ besteht darin, daß es schwierig ist, eine hohe Dichte von Bildelementen oder eine große Bildfläche zu

!0 erzielen. Von den Flüssigkristallen nach dem Stand der Technik waren die meisten der praktisch für Anzeigevorrichtungen eingesetzten Flüssigkristalle wegen der verhältnismäßig hohen Ansprechgeschwindigkeit und dem geringen Leistungsverbrauch die verdrillten nematischen

j^ bzw. TN-Flüssigkristalle, die in der Veröffentlichung "Voltage-Dependent Optical Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal" von M. Schadt und W. HeIfrich, Applied Physics Letters, Vol. 18, Nr. 4 (15. Februar 1971), Seiten 127 und 128, angegeben sind. Bei den Flüssigkri-

2Q stallen dieser Art bilden die Moleküle des nematischen Flüssigkristalls, das ohne Anlegen eines elektrischen Felds positive dielektrische Anisotropie zeigt, eine in der Dickenrichtung der Flüssigkristallschicht verdrillte Struktur bzw. Helixstruktur, wobei die Moleküle dieser Flüssigkristalle an der Oberfläche beider Elektroden parallel zueinander ausgerichtet bzw. orientiert sind. Andererseits sind nematische Flüssigkristalle, die bei dem Anlegen eines elektrischen Felds positive dielektrische Anisotropie zeigen, in der Richtung des elektrischen _n Felds ausgerichtet bzw. orientiert. Auf diese Weise kann

eine optische Modulation erreicht werden. Wenn bei Anzeigevorrichtungen mit einer Matrixelektrodenanordnung Flüssigkristalle dieser Art benutzt werden, wird an Bereichen bzw. gewählten Punkten, an denen die Abtastelektroden und die Signalelektroden gleichzeitig angedb

wählt sind, eine Spannung angelegt, die höher als ein

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Schwellenwert ist, welcher für das Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle in der zu den Elektrodenflächen senkrechten Richtung notwendig ist; demgegenüber wird an den Bereichen bzw. nicht gewählten Punkten, an denen die Abtastelektroden und die Signalelektroden nicht angewählt sind, keine Spannung angelegt, so daß infolgedessen die Flüssigkristallmoleküle auf beständige Weise parallel zu den Elektrodenflächen ausgerichtet bleiben. Wenn oberhalb

IQ und unterhalb einer dermaßen gebildeten Flüssigkristallzelle lineare Polarisatoren unter Nikolscher Oberkreuzung, nämlich unter im wesentlichen zueinander senkrechter Anordnung ihrer Polarisierachsen angeordnet werden, wird an den gewählten Punkten kein Licht durchgelassen,

je während an den nicht gewählten Punkten Licht durchgelassen wird. Auf diese Weise kann die Flüssigkristallzelle als Abbildungsvorrichtung dienen.

Bei dem Bilden eines Matrixelektrodenaufbaus wird jedoch ein bestimmtes elektrisches Feld an denjenigen Bereichen errichtet, an denen die Abtastelektrode gewählt ist und die Signalelektrode nicht gewählt ist oder an denen die Abtastelektrode nicht gewählt ist und die Signalelektrode gewählt ist (wodurch diese Bereiche sog. halbgewählte

_oc Punkte darstellen). Falls die Differenz zwischen einer an

die gewählten Punkte angelegten Spannung und einer an die halbgewählten Punkte angelegten Spannung ausreichend groß ist und der für das Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu einem elektrischen Feld erforderliche _ Spannungsschwellenwert auf einen Wert zwischen diesen

Spannungen gewählt wird, arbeitet die Anzeigevorrichtung

auf normale Weise. Wird jedoch entsprechend einer Zunahme

der Anzahl N von Abtastzeilen die Zeitdauer (das Ein-

schaltverhältnis), während der bei der Abtastung der

(einem Vollbild entsprechenden) ganzen Bildfläche an 35

einen gewählten Punkt ein wirksames elektrisches Feld

SAU

errichtet wird, in einem Verhältnis von 1/N verringert. Aus diesem Grund ist bei dem wiederholten Abtasten die Spannungsdifferenz als Effektivwert zwischen der an einem gewählten Punkt und nicht gewählten Punkten angelegten Spannung um so kleiner, je größer die Anzahl der Abtastzeilen ist. Als Ergebnis führt dies zu unvermeidbaren Mängeln yie zu einer Verringerung des Bildkontrasts oder zum Auftreten von "Übersprechen". Diese Erscheinungen,

IQ die dann auftreten, wenn ein Flüssigkristall ohne Bistabilität (das einen stabilen Zustand zeigt, bei dem die Flüssigkristallmoleküle in Horizontalrichtung bezüglich Elektrodenflächen ausgerichtet sind, aber die Moleküle nur dann in eine Vertikalrichtung ausgerichtet werden,

,g wenn ein elektrisches Feld wirksam angelegt wird) angesteuert, nämlich wiederholt unter Nutzung der zeitlichen Speicherungswirkung abgetastet wird, ergeben Probleme, die im wesentlichen nicht vermeidbar sind.

„_n Zur Ausschaltung dieser Mängel wurden schon ein Spannungsmittelungsverfahren, ein Zweifrequenz-Ansteuerungsverfahren, ein Mehrfachmatrix-Verfahren und dergleichen vorgeschlagen. Mit keinem dieser Verfahren können jedoch die vorstehend genannten Mängel auf zufriedenstellende p. Weise beseitigt werden. Infolgedessen besteht derzeit der Zustand, daß die Entwicklung einer großen Bildfläche oder einer hinsichtlich der Anzeigeelemente hohen Bündelungsdichte durch den Umstand verzögert ist, daß es schwierig ist, die Anzahl der Abtastzeilen ausreichend zu steigern.

Aus dem Gebiet von Druckern ist hinsichtlich der Dichte von Bildelementen und der Druckgeschwindigkeit als Gerät zum Erzielen von Hartkopien gemäß eingegebenen elektrischen Signalen der Laserstrahldrucker sehr hervorragend,

bei dem elektrische Bildsignale in Form von Licht auf ein 35

Material zur elektrofotografischen Ladung aufgebracht

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werden."

Der Laserstrahldrucker hat jedoch folgende Mangel:
1) Das Gerät ist groß.

2) Es sind mit hoher Geschwindigkeit mechanisch bewegbare Teile wie eine Polygonalspiegel-Umlenkvorrichtung und dergleichen erforderlich, wodurch Geräusche entstehen, eine hohe mechanische Genauigkeit erforderlich ist usw.

Zur Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile wurde als Vorrichtung zum Umsetzen elektrischer Signale in optische Signale eine Flüssigkristall-Verschlußanordnung vorgeschlagen. Wenn jedoch mit einer Flüssigkristall-

jg Verschlußanordnung Bildelementesignale erzeugt werden sollen, sind beispielsweise für die Aufzeichnung von Bildelementsignalen auf einer Länge von 200 mm in einer Dichte von 20 Punkten/mm 4000 Signalgeber erforderlich. Infolgedessen sind für das unabhängige Zuführen von

2Q Signalen zu den jeweiligen Signalgebern für das Zuführen Zuleitungen für alle jeweiligen Signalgeber notwendig, wodurch die Herstellung schwierig wird.

Im Hinblick hierauf wurde ein weiterer Versuch unter- «c nommen, Bildsignale für eine Zeile im Zeitmultiplex mit Signalgebern aufzubringen, die auf mehrere Zeilen verteilt sind.

Bei diesem Vorgehen können die Signalzuführungselektroden _ΟΛ für mehrere Signalgeber gemeinsam sein, was eine be-

trächtliche Verringerung der Anzahl von Zuleitungsdrähten ermöglicht. Falls jedoch die Anzahl N der Zeilen gesteigert wird, während auf übliche Weise ein Flüssigkristall ohne Bistabilität benutzt wird, wird die Signaleinschalt- __ zeit im wesentlichen um den Faktor 1/N verkürzt. Dies ergibt Schwierigkeiten insofern, als die an dem fotolei-

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tenden 'Material erzielbare Lichtmenge vermindert wird und ein "Obersprechen" bzw. "Oberstrahlen" auftritt.

Zur Vermeidung der vorstehend beschriebenen Mangel bei den Flüssigkristallvorrichtungen der herkömmlichen Ausführungen wurde von Clark und Lagerwall vorgeschlagen, eine Flüssigkristallvorrichtung einzusetzen, bei dem ein bistabiles Flüssigkristall benutzt wird (JP-OS 107216/ 1981, US-PS 4 367 924 usw.). Als bistabiles Flüssigkristall wird im allgemeinen ein ferroelektrisches Flüssigkristall in einer chiralen smektischen C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) benutzt. Das ferroelektrische Flüssigkristall hat Bistabilität, nämlich zwei stabile

,c Zustände mit einem ersten und einem zweiten stabilen

Zustand. Infolgedessen wird abweichend von dem herkömmlichen TN-Flüssigkristall bei den vorangehend genannten Vorrichtungen das Flüssigkristall durch einen elektrischen Feldvektor in den ersten stabilen Zustand und durch

_on den anderen elektrischen Feldvektor in den zweiten stabilen Zustand ausgerichtet. Das Flüssigkristall dieser Art nimmt ferner sehr schnell im Ansprechen auf ein angelegtes elektrisches Feld einen der beiden stabilen Zustände an und behält den Zustand bei dem Fehlen eines elektri-

_₅ sehen Felds bei. Durch die Nutzung dieser Eigenschaften können hinsichtlich der vprangehend genannten Schwierigkeiten bei der herkömmlichen TN'-Flüssigkristallvorrichtung wesentliche Verbesserungen erreicht werden. Dieser Gesichtspunkt wird nachfolgend ausführlicher im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.

Damit jedoch eine optische Modulationsvorrichtung mit dem bistabilen Flüssigkristall die erwünschten Betriebseigenschaften zeigen kann, muß das zwischen ein Paar paralle-

ler Grundplatten eingefügte Flüssigkristall als von dem 35

Anlegen des elektrischen Felds unterschiedliches oder von

einer Vorbedingung hierzu unterschiedliches Vorgehen in einen derartigen Zustand der Molekülanordnung versetzt werden, daß der Übergang zwischen den beiden stabilen Zuständen wirkungsvoll herbeigeführt werden kann. Beispielsweise muß hinsichtlich eines ferroelektrischen Flüssigkristalls in SmC*- oder SmH*-Phase eine Monodomäne gebildet ,werden, bei der die Schichten des Flüssigkristalls senkrecht zur Grundplattenfläche stehen und daher die Molekülachsen des Flüssigkristalls nahezu parallel zu der Grundplattenfläche sind. Bei den bisher vorgeschlagenen optischen Modulationsvorrichtungen mit bistabilem Flüssigkristall kann jedoch ein Ausrichtungszustand eines Flüssigkristalls mit einer solchen Monodo-

,c mänen-Struktur nicht auf zufriedenstellende Weise herbei-

geführt werden, so daß die optische Modulationsvorrichtung in der Praxis keine ausreichenden Eigenschaften bieten kann.

Von Clark und anderen wurden beispielsweise verschiedenartige Verfahren zum Bilden eines derartigen Ausrichtungszustands vorgeschlagen, bei denen als Beispiel ein Magnetfeld angelegt wird oder eine Scherungskraft ausgeübt wird. Diese Verfahren haben jedoch keine ausreichend zufriedenstellende Ergebnisse gebracht. Beispielsweise ist bei dem Verfahren zum Anlegen eines Magnetfelds ein großes Gerät erforderlich, was nicht leicht mit einer Dünnschichtzelle vereinbar ist, welche in allgemeinen hervorragende Betriebseigenschaften hat. Das Verfahren zum Ausüben einer Scherungskraft ist nicht mit einem Verfahren vereinbar, bei dem zuerst ein Zellengebilde erzeugt und dann in dieses Flüssigkristall eingefüllt wird.

In Anbetracht der vorstehend angeführten Umstände liegt 35

der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine optische Flüs-

sigkris'tallvorrichtung zu schaffen, mit der eine Sichtanzeigevorrichtung oder eine Hochgeschwindigkeits-Verschlußvorrichtung mit schnellem Ansprechvermögen, hoher Bildelementedichte und großer Bildfläche dadurch gebildet werden kann, daß unter guter Produktivität besondere Bistabilitätszustände gebildet und Zusammenhänge zwischen den besonderen Bistabilitätszuständen und einem Polarisator gebildet werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der optischen Flüssigkristall-Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 14 gelöst.

j^g Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher er-2Q läutert.

Fig. 1 und 2 sind schematische perspektivische Ansichten, die das grundlegende Funktionsprinzip einer bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzten Flüsse sigkristallzelle veranschaulichen.

Fig. 3A ist eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße optische Flüssigkristallvorrichtung gemäß einen
Ausführungsbeispiel.

Fig. 3B ist eine Ansicht eines Schnitts längs einer Linie A-A in Fig. 3A.

Fig. 4 ist eine Ansicht eines Schnitts durch die erfin-

_oc dungsgemäße optische Flüssigkristallvorrichtung
ob

gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

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Fig. 5 'ist eine schematische Draufsicht, die die Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.

Fig. 6 und 7 sind jeweils grafische Darstellungen, die

die Abhängigkeit eines zwischen der Richtung ejner Behandlung zur monoaxialen Ausrichtung und einer mittleren Molekülachsenrichtung ge-2Q bildeten Winkels θ sowie eines optischen Kontrasts von der Dicke einer Flüssigkristallschicht zeigen.

Fig. 8 ist eine Schnittansicht eines Geräts zur Schrägte aufdampfung.

Fig. 9AA ist eine schematische Draufsicht auf eine Elektrodenanordnung einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung, Fig. 9AB zeigt ein an

_on eine gewählte Abtastelektrode angelegtes Signal, Fig. 9AC zeigt an an eine nicht gewählte Abtastelektrode angelegtes Signal, Fig. 9AD zeigt ein an eine gewählte Signalelektrode angelegtes Informationssignal und Fig. 9AE zeigt ein an eine nicht gewählte Signalelektrode angelegtes Informationssignal. <

Fig. 9BA bis 9BD zeigen jeweils Kurvenformen von Spannungen, die an dem Flüssigkristall an einem Bildelement A, einem Bildelement B, einem Bildelement U

C bzw. einem Bildelement D anliegen.

Fig. 10AA bis 10AD zeigen jeweils für ein weiteres Ausführungsbeispiel ein Signal, das an einer gewählten Abtastelektrode, an einer nicht gewählten Ab-35

tastelektrode, an einer gewählten Signalelektrode

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•bzw. an einer nicht gewählten Signalelektrode anliegt.

Fig. 10BA bis 10BD zeigen die Kurvenformen von Spannungen, die bei diesem weiteren Ausführungsbeispiel an dem Flüssigkristall an einem Bildelement A, einem Bildelement B, einem Bildelement C bzw. einem Bildelement D anliegen.

Fig. 11A bis 11D zeigen jeweils Beispiele für Kurvenformen von an Signalelektroden anliegenden Spannungen.

Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung am besten geeigneten Flüssigkristallmaterialien sind chirale smektische Flüssigkristalle mit ferroelektrischem Verhalten. Insbesondere stehen Flüssigkristalle zur Verfügung, die die chirale smektische C-Phase (SmC*), Η-Phase (SmH*), I-Phase (SmI*), J-Phase (SmJ*), K-Phase (SmK*), G-Phase (SmG*) oder F-Phase (SmF*) zeigen.

Einzelheiten hinsichtlich ferroelektrischer Flüssigkristalle sind beispielsweise in "LE JOURNAL DE PHYSIQUE LETTERS" 36 (L-69) 1975, unter dem Titel "Ferroelectric Liquid Crystals", "Applied Physics Letters" 36 (11) 1980, unter dem Titel "Submicro Second Bistable Electrooptic Switching in Liquid Crystals", "Applied Physics" 16 (141) 1981, unter dem Titel "Liquid Crystals", usw. angegeben. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die in diesen Veröffentlichungen beschriebenen ferroelektrischen Flüssigkristalle benutzt werden.

Als Beispiele für das ferroelektrische Flüssigkristall

zählen Decyloxybenzyliden-p'-amino-Z-methylbutylcinnamat 35

(DOBAMBC), Hexyloxybenzyliden-p'-amino-2-chlorpropylcin-

namat '■■ (HOBACPC), 4-o-(2-methyl)-butylresorcyliden-4'-octylanilin (MBRA 8), usw. Eine für die Verwendung in der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung besonders vorteilhafte Klasse der chiralen smektischen Flüssigkristalle ist diejenige, die eine cholesterische Phase bei einer Temperatur zeigt, die höher als die Temperatur zum Bilden einer smektischen Phase ist. Ein besonderes Beispiel für ein solches chirales smektisches Flüssigkristall ist eine Flüssigkristallverbindung des Biphenylester-Typs, die Phasenübergangstemperaturen zeigt, welche bei einem nachfolgend beschriebenen Beispiel angeführt sind.

Wenn eine Vorrichtung unter Verwendung dieser Materialien aufgebaut wird, kann die Vorrichtung an einem Kupferblock oder dergleichen angebracht werden, in welchem ein Heizelement eingebettet ist, um einen Temperaturzustand herbeizuführen, bei dem die Flüssigkristallverbindungen eine erwünschte Phase annehmen.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Beispiel für eine ferroe.lektrische Flüssigkristallzelle für die Erläuterung der Funktion derselben gezeigt. Als Beispiel wird der Fall _o_ erläutert, daß eine SmC*-Phase eine erwünschte Phase

bildet. Mit 11 und 11a sjind jeweils Grundplatten (Glasplatten) bezeichnet, auf die jeweils eine lichtdurchlässige Elektrode aus beispielsweise In-,0-, SnO,, Indiumzinnoxid (ITO) oder dergleichen aufgebracht ist. Zwischen den Glasplatten ist hermetisch ein Flüssigkristall in

einer SmC*-Phase eingeschlossen, bei der Flüssigkristall-Molekülschichten 12 senkrecht zu den Oberfläche der Glasplatten ausgerichtet sind. Flüssigkristallmoleküle sind durch ausgezogene Linien 13 dargestellt. Die Flüssigkristallmoleküle 13 bilden zusammenhängend eine schraubenförmi-

ge bzw. Helixstruktur in der Richtung der Ausdehnung der

Grund- -bzw. Glasplatten. Der zwischen einer Mittelachse 15 der Achse eines Flüssigkristallmoleküls gebildete Winkel ist mit (h) bezeichnet. Jedes Flüssißkristallniolekül 13 hat ein Dipolmoment (P -I ) 14 in einer zu seiner Achse senkrechten Richtung. Wenn zwischen die an den Platten 11 und 11a gebildeten Elektroden eine Spannung angelegt wird, die höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wird die Helixstruktur der Flüssigkristallmoleküle

^q 13 aufgelöst bzw. aufgewickelt, wodurch sich die Ausrichtung der jeweiligen Flüssigkristallmoleküle 13 in der Weise ändert, daß die Dipolmomente (PJ.) 14 alle in der Richtung des elektrischen Felds gerichtet sind. Die Flüssigkristallmoleküle 13 haben langgestreckte Form und

jK zeigen zwischen ihrer langen Achse und ihrer kurzen Achse Brechungsanisotropie. Infolgedessen ist es leicht ersichtlich, daß beispielsweise dann, wenn an den Flächen über und unter den Glasplatten Polarisatoren unter Nikolscher Überkreuzung, nämlich mit einander kreuzenden PoIarisierrichtungen angeordnet werden, die dermaßen gestaltete Flüssigkristalle als optische Flüssigkristall-Moduliervorrichtung wirkt, deren optische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Polarität einer angelegten Spannung ändern.

Die Flüssigkristallschicht in der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung kann ausreichend dünn gemacht werden (wie z.B. dünner als 10 μη). Kenn die Dicke der Flüssigkristallschicht verringert wird, wird die Helix-

_ struktur der Flüssigkristallmoleküle auch bei dem Fehlen oU

eines elektrischen Felds aufgelöst, wodurch das Dipolmoment einen von zwei Zuständen annimmt, nämlich gemäß Fig. 2 eine nach oben gerichtete Ausrichtung (P) 24 oder eine nach unten gerichtete Ausrichtung (Pa) 24a. Die

__ Hälfte des Winkels zwischen einer Molekülachse 23 (für

den Zustand P) und einer Molekülachse 23a (für den

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Zustand·^ Pa) wird als Neigungswinkel (h) bezeichnet, der gleich dem Kegelspitzenwinkel der Helixstruktur ist. Wenn gemäß Fig.. 2 an eine Zelle mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften elektrische Felder E und Ea angelegt werden, die über einem bestimmten Schwellenwert liegen und die voneinander hinsichtlich der Polung verschieden sind, wird in Abhängigkeit von dem Vektor des betreffenden elektrischen Felds E oder Ea das Dipolmoment in die jQ obere Richtung 24 oder in die untere Richtung 24a ausgerichtet. Dementsprechend werden die Flüssigkristallmoleküle entweder in einen ersten stabilen Zustand (23) oder einen zweiten stabilen Zustand (23a) ausgerichtet.

je Wenn das vorangehend beschriebene ferroelektrische Flüssigkristall als optisches Modulationselement benutzt wird, können damit die vorstehend kurz angeführten beiden Vorteile erreicht werden. Der erste Vorteil besteht darin, daß die Ansprechgeschwindigkeit ziemlich hoch ist.

„_A Der zweite Vorteil ist der, daß die Orientierung bzw. Ausrichtung des Flüssigkristalls Bistabilität zeigt. Dieser zweite Vorteil wird nachfolgend beispielsweise anhand der Fig. 2 näher erläutert. Wenn an den Flüssigkristallmolekülen das elektrische Feld E errichtet wird,

_oc werden die Moleküle in den ersten stabilen Zustand 25 Ao

ausgerichtet. Dieser Zustand bleibt auch dann beständig, wenn das elektrische Feld aufgehoben wird. Wenn andererseits das elektrische Feld Ea angelegt wird, dessen Richtung zu derjenigen des elektrischen Felds E entgegenge-

setzt ist, werden die Flüssigkristallmoleküle in den 30

zweiten stabilen Zustand 23a ausgerichtet, so daß dadurch die Richtungen der Moleküle wechseln. Dieser Zustand wird gleichermaßen auch dann beständig aufrechterhalten, wenn das elektrische Feld abgeschaltet wird. Solange ferner die Stärke des angelegten elektrischen Felds E nicht über einem bestimmten Schwellenwert liegt, bleiben die Flüs-

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sigkris-tallmoleküle in den jeweiligen Ausrichtungszuständen. Für das wirkungsvolle Herbeiführen der hohen Ansprechgeschwindigkeit und der Bistabilität ist es vorteilhaft, wenn die Zelle so dünn wie möglich ist.

Gemäß den vorangehenden kurzen Ausführungen war es bei dem Bilden einer Vorrichtung unter Verwendung eines solchen ferroelektrischen Flüssigkristalls das schwerwiegendste Problem, daß es schwierig ist, eine Zelle mit einer sehr gleichförmigen Monodomäne zu bilden, bei der Flüssigkristallmolekülschichten in SmC*-Phase senkrecht zu den Grundplattenflächen ausgerichtet sind und die Flüssigkristallmoleküle nahezu parallel zu den Grundplatte tenflächen ausgerichtet sind.

Es ist bisher ein Verfahren bekannt, bei der Erzeugung einer Flüssigkristallzelle mit einer großen Fläche eine Behandlung der Grundplattenflächen zu einer monoaxial Ausrichtung vorzunehmen. Die Behandlung zur monoaxialen Ausrichtung erfolgt durch das Reiben der Grundplattenflächen mit Samt, Tuch oder Papier in einer einzigen Richtung oder durch die Schräg- bzw. Neigungsaufdampfung von SiO oder von SiO₂ auf die Grundplattenflächen. Eine solche Behandlung zur monoaxialen Ausrichtung durch Reiben oder durch Schräg,aufdampfung wurde jedoch als für ein ferroelektrisches Flüssigkristall ungeeignete Behandlung angesehen, da eine solche Ausrichtungsbehandlung von sich aus die Bistabilität des Flüssigkristalls verhin- -. dert, aufgrund der eine Ansteuerung unter Nutzung einer

Speichereigenschaft ausgeführt wird.

Bei eigenen weiteren Untersuchungen wurde festgestellt, daß es möglich ist, durch eine geeignete Behandlung der Grundplattenflächen zu einer monoaxialen Ausrichtung einen besonderen bistabilen Zustand gemäß der nachfolgen-

den Beschreibung herbeizuführen und durch Anordnen eines Polarisators in einer besonderen Achsenrichtung die wirkungsvolle Ansteuerung unter Nutzung einer Speichereigenschaft zu erzielen.

Die Fig. 3A und 3B zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindung^gemäßen Flüssigkristallvorrichtung. Die Fig. 3A ist eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel, während jQ die Fig. 3B eine Ansicht eines Schnitts längs einer Linie A-A in Fig. 3A ist.

Ein in Fig. 3 gezeigtes Zellengebilde 100 weist ein Paar von Grundplatten 101 und 101a in Form von Glasplatten

jg oder Kunststoffplatten auf, die mittels Abstandshaltern 104 in einem vorbestimmten Abstand gehalten werden und zum Bilden einer Zelle mittels eines Klebemittels 106 dicht abgeschlossen werden. An der Grundplatte 101 wird eine Elektrodengruppe (wie beispielsweise eine Elektro-

2Q dengruppe einer Matrixelektrodenanordnung für das Anlegen von Abtastspannungen) aus einer Vielzahl von lichtdurchlässigen Elektroden 102 in einem bestimmten Muster wie beispielsweise einem Streifenmuster gebildet. An der Grundplatte 101a wird eine weitere Elektrodengruppe (wie beispielsweise eine Elektrodengruppe für das Anlegen von Signalspannungen an die; Matrixelektrodenanordnung) aus einer Vielzahl von lichtdurchlässigen Elektroden 102a gebildet, die die lichtdurchlässigen Elektroden 102 überkreuzen.

An der mit diesen lichtdurchlässigen Elektroden versehenen Grundplatte 101a kann ferner ein Ausrichtungssteuerfilm 105 aus einem anorganischen Isoliermaterial wie Siliciummonoxid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirko-

__ niumoxid, Magnesiumfluorid, Ceroxid, Cerfluorid, SiIi-35

ciumnitrid, Siliciumcarbid und Bornitrid oder aus einer.

organischen Isoliermaterial wie Polyvinylalkohol, PoIyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz und Acrylharz gebildet werden.

Der Ausrichtungssteuerfilm 105 kann dadurch gebildet werden, daß zuerst ein Film aus einem anorganischen oder ^q einem organischen Isoliermaterial gemäß der vorangehenden Beschreibung geformt wird und dann dessen Oberfläche mit Samt, Tuch, Papier oder dergleichen in einer einzigen Richtung gerieben wird.

!5 Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung kann der Ausrichtungssteuerfilm 105 als ein Film aus einem anorganischen Isoliermaterial wie SiO oder SiO₇ auf die Grundplatte 101a durch Schrägaufdampfung aufgebracht werden.

Bei einem in Fig. 8 gezeigten Gerät wird eine Glocke 801 auf eine mit einer Absaugöffnung 805 versehene isolierende Bodenplatte 803 aufgesetzt und mittels einer an die Absaugöffnung 805 angeschlossenen (nicht gezeigten) 2j- Vakuumpumpe evakuiert. Ein Schmelztiegel 807 aus Wolfram oder Molybden wird auf de<n Boden innerhalb der Glocke 801 aufgesetzt. In den Schmelztiegel 807 werden einige Gramm eines Kristalls wie SiO, SiO- oder MgF₇ eingelegt. Der Schmelztiegel 807 hat zwei nach unten ragende Arme 807a _n und 807b, die jeweils mit einem Zuleitungsdraht 809 bzw. 810 verbunden sind. An die Zuleitungsdrähte 809 und 810 sind außerhalb der Glocke 801 in Reihenschaltung eine Stromquelle 806 und ein Schalter 804 angeschlossen. Eine Grundplatte 802 für eine Flüssigkristallvorrichtung wird in der Glocke 801 direkt oberhalb des Schmelztiegels 807 so angeordnet, daß sie bezüglich der Vertikalachse der

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Glocke -801 einen Winkel K bildet.

Zuerst wird die Glocke 801 bei geöffnetem Schalter 804 auf ein Vakkum von ungefähr 10~ mmHg evakuiert. Dann wird der Schalter 804 zur Stromzufuhr unter Einstellung des Ausgangsstroms der Stromquelle 806 geschlossen, bis der Schmelztiegel 807 in einen Weißglutzustand mit einer für das Verdampfen des Kristalls 808 geeigneten Temperatür erwärmt ist. Zum Erreichen eines geeigneten Temperaturbereichs (von 700 bis 1000⁰C) ist ein Strom von ungefähr 100 A erforderlich. Das Kristall 808 wird daraufhin verdampft und bildet eine in der Fig. 8 mit S bezeichnete, nach oben gerichtete Koleküle-Strömung. Die Strömung

2g S trifft auf die Grundplatte 802 unter dem Winkel K, wobei die Grundplatte 802 beschichtet wird. Der Winkel K ist der vorangehend genannte Neigungswinkel und die Richtung der Strömung S ist die "Schrägaufdampfungs-Richtung". Die Dicke des Films wird gemäß einer vor dem

«ο Einlegen der Grundplatte 802 in die Glocke 801 ausgeführten Eichung bzw. Messung der Dicke als Funktion der Betriebszeit festgelegt. Nachdem ein Film in geeigneter Dicke gebildet ist, wird die Stromzufuhr aus der Stromquelle 806 vermindert, der Schalter 804 geöffnet und die

₂c Glocke 801 mit ihrem Inhalt gekühlt. Danach wird der Druck in der Glocke auf« den Atmosphärendruck angehoben und die Grundplatte 802 aus der Glocke 801 herausgenommen.

„_n Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Ausrichtungssteuerfilm 105 dadurch gebildet werden, daß zuerst an der Grundplatte 101a, nämlich in Kontakt mit dieser oder über dieser ein gleichförmiger Film aus dem vorangehend genannten anorganischen oder organischen Isolier-

_o_ material gebildet wird und dann die Oberfläche des Films

einer Schräg- bzw. Neigungsätzung unterzogen wird, um an

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•I *

der Oberfläche eine Ausrichtungssteuerwirkung hervorzurufen.

Es ist vorteilhaft, wenn der Ausrichtungssteuerfilm 105 auch als Isolierfilm wirkt. Zu diesem Zweck sollte der Ausrichtungssteuerfilm vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 10 nm bis 1 μπ\ und insbesondere von 50 bis 500 nm haben. Der Isolierfilm hat die Funktion, das Auftreten

IQ elektrischer Ströme zu verhindern, die im allgemeinen durch in einer Flüssigkristallschicht 103 enthaltene kleine Mengen an Verunreinigungen hervorgerufen werden; hierdurch wird auch bei wiederholten Betriebsvorgängen eine Verschlechterung der Flüssigkristallverbindungen

^g verhindert.

Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung kann auch an der anderen Grundplatte 101 ein dem Ausrichtungssteuerfilm 105 gleichartiger Ausrichtungssteuerfilm 2Q gebildet werden.

Eine gleichartige Ausrichtungssteuerwirkung kann auch beispielsweise durch Reiben an den Seitenwänden der Abstandshalter 104 bei dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau erreicht werden.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Zellengebilde kann die Flüssigkristallschicht 103 in einer chiralen smektischen Phase wie der SmC*-Phase geformt sein. Die Flüssigkristallschicht 103 ist ausreichend dünn, wobei die Flüssigkristallmoleküle der Schicht keine Helixstruktur annehmen.

Die Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Flüssigkristallvorrichtung. Bei der in Fig. 4 gezeigten Flüssigkristallvorrichtung ist zwischen einem Paar von

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Grundpl'atten 101 und 101a eine Vielzahl von Abstandshalterteilen 201 angeordnet. Die Abstandshalterteile 201 können dadurch gebildet werden, daß ein Film aus einer anorganischen Verbindung wie SiO, SiO-, Al₉O- und TiO₇ oder einem Harz wie Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Pojyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acryl- IQ harz oder einem Fotolackharz geformt wird und der Film so geätzt wird, daß an den geeigneten Stellen die Abstandshalterteile 201 zurückbleiben.

Ein solches Zellengebilde 100 mit den Grundplatten 101 je und 101a gemäß Fig. 3 oder 4 wird zwischen zwei Polarisatoren 107 und 108 eingelegt, um eine optische bzw. Lichtmodulationsvorrichtung zu bilden, mit der eine optische bzw. Lichtmodulation hervorgerufen wird, wenn zwischen die Elektroden 102 und 102a eine Spannung angelegt wird.

Als nächstes wird das Vorgehen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung anhand der Fig. 3 und 5 erläutert, wobei als Beispiel für das Flüssigkri-Stallmaterial ein Flüssigkristall des Biphenylester-Typs gewählt wird. Das Flüssigkristall des Biphenylester-Typs zeigt folgende Phasenübergänge:

Iso. (isotrope Phase) 7 2 ° C^ Ch. (cholesterische Phase) 60⁰C₁ SmA (smektische Α-Phase) 50^cC_r SmC* 2O⁰C,

__n Kristall (Kristallphase).

Wenn die Flüssigkristallschicht eine ausreichende Dicke (von ungefähr 100 μπι) hat, tritt bei der SmC*-Phase eine Helixstruktur mit einer Ganghöhe von ungefähr 4 pm auf.

Zuerst wird die das Flüssigkristall vom Biphenylester-Typ

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enthaltende Zelle 100 in eine (nicht gezeigte) Erwärmungskammer eingelegt, in der die ganze Zelle 100 gleichförmig erwärmt wird. Dabei wird die Zelle 100 auf eine Temperatur (von ungefähr 75°C) erwärmt, bei der das Flüssigkristall in der Zelle die isotrope Phase annimmt. Die Temperatur in der Erwärmungskammer wird dann gesenkt, wodurch ^m dem Flüssigkristall in der Zelle 100 ein Temperaturabfall hervorgerufen wird. Bei dem Temperatur-

^q abfall wird das Flüssigkristall von der isotropen Phase bei ungefähr 72°C in die cholesterische Phase mit Grandjean-Struktur umgesetzt sowie bei der weiteren Abkühlung aus der cholesterischen Phase bei ungefähr 60⁰C in die SmA-Phase umgewandelt, welche eine monoaxial anisotrope Phase ist. Hierbei sind die Achsen der Flüssigkristallmoleküle in der SmA-Phase in der Reiberichtung ausgerichtet.

Danach wird das Flüssigkristall bei einer weiteren Ab-2Q kühlung aus der SmA-Phase in die SmC*-Phase umgesetzt, bei der eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nichtschraubenförmiger Struktur bzw. ohne Helixstruktur gebildet wird, falls die Zellendicke in der Größenordnung von beispielsweise 3 pm oder darunter liegt.

Die Fig. 5 ist eine schemfatische Draufsicht, die Ausrichtuhgszustände der Flüssigkristallmoleküle bei der Betrachtung einer Grundplattenfläche 505 von oben veranschaulicht.

In der Fig. 5 ist mit einem Doppelpfeil 500 die Richtung einer Behandlung zur monoaxialen Ausrichtung, nämlich bei diesem Ausführungsbeispiel die Richtung des Reibens dargestellt. In der SmA-Phase sind die Flüssigkristallmoleküle in einer mittleren Molekülachsenrichtung 501 ausgerichtet bzw. orientiert, welche mit der Reiberichtung 500

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übereinstimmt. In der SmC*-Phase ist die mittlere Molekülachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle in eine Richtung 502 geschwenkt, so daß zwischen der Reiberichtung 500 und dieser mittleren Molekülachsenrichtung 502 ein Winkel θ gebildet ist, wobei sich ein erster stabiler Ausrichtungszustand ergibt. Wenn bei diesem Zustand zwischen _edie Grundplatten bzw. die Elektroden an diesen eine Spannung angelegt wird, ändert sich die mittlere

IQ Molekülachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der SmC*-Phase auf einen Sättigungswinkel (h) , der größer als der Winkel θ ist, wobei ein dritter stabiler Ausrichtungszustand erreicht wird. Diese mittlere Molekülachsenrichtung ist mit 503 bezeichnet. Wenn die Spannung dann

!5 auf "0" zurückkehrt, schwenken die Flüssigkristallmoleküle in die vorherige erste Molekülachsenrichtung 502 zurück. Infolgedessen haben die Flüssigkristallmoleküle Speichereigenschaft für den Zustand der ersten Molekülachsenrichtung 502. Wenn bei der Ausrichtung in die MoIekülachsenrichtung 502 eine Spannung entgegengesetzter Polarität angelegt wird und die Spannung ausreichend hoch ist, wechselt die mittlere Molekülachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle in eine gesättigte vierte stabile Ausrichtung mit einer mittleren Molekülachsenrichtung

2g 503a. Wenn dann die Spannung auf "0" zurückkehrt, schwenken die Flüssigkristallmpleküle zu dem zweiten stabilen Zustand mit der mittleren Molekülachsenrichtung 502a zurück und bleiben in dieser Ausrichtung. Infolgedessen kann dann, wenn eine Polarisierrichtung 504 eines Polari-

_o_ sators auf die gleiche Richtung wie die den Winkel θ bildende Molekülachsenrichtung 502 eingestellt wird, bei einem Ansteuerungsverfahren unter Nutzung der Ausrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten stabilen Ausrichtungszustand und unter Nutzung der Speichereigenschaft

__ der optische Kontrast zwischen einem Einschaltzustand und

einem Ausschaltzustand verbessert werden.

Die Fig. 6 zeigt ein Beispiel für die Abhängigkeiten des zwischen der Richtung der Behandlung zur monoaxialen Ausrichtung und der mittleren Molekülachsenrichtung gebildeten Winkels θ sowie des bei der Ausrichtung der Polarisierachse eines Polarisators in der Richtung des Winkels θ gemessenen optischen Kontrastverhältnisses zwischen den Zuständen mit den Molekülachsenrichtungen 502 und 502a von der f)icke der Flüssigkristallschicht bei der SmC*-

^q Phase des genannten Flüssigkristalls vom Biphenylester-Typ. Demgemäß nimmt mit der Abnahme der Dicke der Flüssigkristallschicht der Wert des Winkels θ gemäß einer Kurve 61 ab., während der Kontrast gemäß einer Kurve 62 zunimmt. Die Messung wurde bei einer Temperatur ausge-

jg führt, die um 20⁰C niedriger als die SmA—*~SmC*-Phasen-Obergangstemperatur war. Der sich bei einem ausreichenden elektrischen Feld (wie beispielsweise bei einer Spannung von 20 bis 30 V) bei der mittleren Molekülachsenrichtung ergebende Winkel (H) betrug bei einer Flüssigkristall-

2Q schicht-Dicke von 1,2 μηι 25°, bei einer Dicke von 2,6 μπι 28° und bei einer ausreichenden Dicke der Flüssigkristallschicht (von ungefähr 100 μπι) 30°.

Die Fig. 7 zeigt Meßdaten für die Abhängigkeiten des 2Q Winkels θ zwischen der Richtung der Behandlung zur monoaxialen Ausrichtung und der mittleren Molekülachsenrichtung sowie des optischen' Kontrastverhältnisses zwischen den Zuständen mit den Molekülachsenrichtungen 502 und 502a für die SmC*-Phase eines Azomethin-Flüssigkristalls. ₃q Dieses Flüssigkristall zeigt folgende Phasenübergänge:

Kristall 76°C_t SmC* 95°C_r. SmA 118⁰C^ Iso
Die Helix-Ganghöhe betrug ungefähr 2 pm. Im Falle dieses Flüssigkristalls nimmt mit abnehmender Flüssigkristallschicht-Dicke der Winkel θ gemäß einer Kurve 71 zu,

während der optische Kontrast gemäß einer Kurve 72 zu-

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nimmt. 'Die Messung wurde bei einer Temperatur ausgeführt,

die um 15°C niedriger als die SmA »-SmC*-Phasenüber-

gangstemperatur war.

Der sich durch die mittlere Molekülachsenrichtung bei einem ausreichenden elektrischen Feld (bei einer Spannung von 20 bj.s 30 V) ergebende Winkel (H) betrug bei einer Flüssigkristallschicht-Dicke von 1 μπι 14°, bei einer

IQ Dicke von 2 μπι 15° und bei einer großen bzw. ausreichenden Dicke (von ungefähr 100 μπι) 18°. Jeweils mit X dargestellte Punkte entsprechen Daten, die in "J.J.AP." 22 (1983), L294 von K. Kondo und anderen angegeben wurden und die unter der Bedingung erzielt wurden, daß an den

jg Grundplatten keine Ausrichtungsbehandlung vorgenommen wurde; gemäß diesen Daten ergeben sich im Vergleich zu den mit den hinsichtlich der Ausrichtung behandelten Grundplatten erzielten eigenen Daten größere Werte für den Winkel Θ. Es ist damit deutlich, daß die Ausrichtung

2Q einen merkbaren Einfluß auf den Ausrichtungszustand der Flüssigkristallmoleküle ergeben hat.

Aus der Charakteristik der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung ist ersichtlich, daß durch die Ausrichte tungsbehandlung einer Grundplattenfläche an den Flüssigkristallmolekülen ein besonderer stabiler Zustand des Winkels θ hervorgerufen wird, wobei sich der Wert des Winkels θ in Abhängigkeit von dem Grad der an den Grundplattenfläche vorgenommenen Ausrichtungsbehandlung _n ändert. Im einzelnen wird der Winkel θ klein, wenn durch

die Behandlung an den Flüssigkristallmolekülen eine große Zwangskraft bzw. Haltekraft hervorgerufen wird. Falls durch die Behandlung eine geringe Haltekraft hervorgerufen wird, wird der Winkel θ groß. Falls die Haltekraft zu groß ist, wird der Winkel θ außerordentlich klein, so daß die Ansteuerung unter Nutzung der Speichereigenschaft der

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-29- DE 4766¹³⁰ ' ° ^ ° '

SmC*-Ph'ase praktisch unmöglich wird. Infolgedessen sollten die Bedingungen für die Ausrichtungsbehandlung vorzugsweise einen Winkel θ ergeben, der der Bedingung (h) /10 < θ genügt.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristallvorrichtung wird folgendermaßen angesteuert: Die Fig. 9AA zeigt schematisch ein Beispiel für eine Zelle 91 mit einer

"LQ Matrixelektrodenanordnung, bei der eine ferroelektrische Flüssigkristallverbindung zwischen zwei einander in Abstand gegenüberstehende Elektrodengruppe eingefügt ist. Mit 92 und 93 ist jeweils eine Gruppe von Abtastelektroden, an die Abtastsignale angelegt werden, bzw. eine

jg Gruppe von Signalelektroden bezeichnet, an die Informationssignale angelegt werden. Die Fig. 9AB und 9AC zeigen jeweils elektrische Signale, die an eine gewählte Abtastelektrode 92Cs) angelegt werden, bzw. elektrische Signale, die an die die anderen (nicht gewählten) Abtast-

₂Q elektroden 92(n) angelegt werden. Andererseits zeigen die Fig. 9AD und 9AE jeweils elektrische Signale mit Information, die an eine gewählte Signalelektrode 93(s) angelegt werden, bzw. elektrische Signale ohne Information, die an nicht gewählte Signalelektroden 93(n) angelegt werden. In den Fig. 9AB bis 9AE ist jeweils auf der Abszisse die Zeit aufgetragen, während auf der Ordinate die Spannung aufgetragen ist. Kenn beispielsweise ein bewegtes Bild angezeigt wird, werden die Abtastelektroden 92 der Gruppe aufeinanderfolgend und periodisch angewählt. _n Wenn eine Schwellenwertspannung für das Bilden eines ersten stabilen Zustands des bistabilen Flüssigkristalls mit Vth^ bezeichnet ist und eine Schwellenwertspannung zum Bilden eines zweiten stabilen Zustands des Flüssigkristalls mit -Vth- bezeichnet ist, ist gemäß Fig. 9AB ein an der gewählten Abtastelektrode 92(s) anliegendes

elektrisches Signal eine Wechselspannung mit dem Wert 2V

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während, einer Zeitphase bzw. eines Zeitraums t₁ und dem Wert -V während eines Zeitraums t_. Die anderen Abtastelektroden 92(n) sind geerdet, so daß daher an diesen gemäß Fig. 9AC ein Signal "0" anliegt. Andererseits hat ein an der gewählten Signalelektrode 93(s) anliegendes elektrisches Signal gemäß Fig. 9AD während des Zeitraums t₁ den We_#rt "0" und während des Zeitraums t, den Wert V, wogegen das an den nicht gewählten Signalelektroden 93(n)

IQ anliegende elektrische Signal gemäß Fig. 9AE den Wert "0" hat. In diesem Fall wird die Spannung V auf einen gewünschten bzw. Sollwert eingestellt, welcher den Bedingungen V < Vth₁ < 2V und -V > -Vth₂ > -2V genügt. Die Kurvenformen der an die jeweiligen Bildelemente bei dem Anlegen solcher elektrischer Signale angelegten Spannungen sind in den Fig. 9B gezeigt. Die in den Fig. 9BA, 9BB, 9BC und 9BD gezeigten Kurvenformen entsprechen jeweils Spannungen an in Fig. 9AA gezeigten Bildelementen A, B, C und D. D.h., gemäß den Fig. 9BA und 9BB wird

2Q während des Zeitraums t. an alle Bildelemente auf der gewählten Abtastzeile eine die Schwellenwertspannung -Vth- übersteigende Spannung -2V angelegt, so daß diese Bildelemente gleichförmig in den einen optisch stabilen Zustand (den zweiten stabilen Zustand) gebracht werden.

oc Von diesen Bildelementen wird an die Bildelemente A, an die während des Zeitraums t_? ein Informationssignal angelegt wird, eine über der Schwellenwertspannung Vth. liegende Spannung 2V angelegt, so daß diese Bildelemente in den anderen optisch stabilen Zustand (den ersten

„Q stabilen Zustand) versetzt werden. Infolgedessen wird in Abhängigkeit davon, ob an einer gewählten Abtastelektrodenzeile eine Signalelektrode angewählt ist oder nicht, die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle verändert. Andererseits wird an die Bildelemente B, an die auf der

_oir gleichen Abtastzeile während des zweiten Zeitraums t_

OO C

kein Informationssignal angelegt wird, eine die Schwel-

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lenwert-spannung Vth₁ nicht übersteigende Spannung V angelegt, so daß die Bildelemente B in dem vorgenannten einen optisch stabilen Zustand verbleiben.

Andererseits ist gemäß der Darstellung in den Fig. 9BC und 9BD die an alle Bildelemente C und D der nicht gewählten Abtastzeilen angelegte Spannung entweder +V oder "0", so daß jeweils die Schwellenwertspannung nicht über-

IQ schritten ist. Infolgedessen bleiben die Flüssigkristallmoleküle an den jeweiligen Bildelementen C und D ohne Änderung der Ausrichtung in den Ausrichtungszuständen, die den bei der letzten Abtastung hervorgerufenen Signalzuständen entsprechen. D.h., wenn eine bestimmte Abtast-

!5 elektrode angewählt wird, werden zunächst alle Bildelemente auf der gewählten Abtastzeile während des ersten Zeitraums t.. in den einen optisch stabilen Zustand versetzt, wonach während des zweiten Zeitraums t₉ einige dieser Bildelemente in den anderen optisch stabilen Zustand versetzt werden, wodurch eine Signalzeile eingeschrieben wird. Der auf diese Weise hervorgerufene Signalzustand eines jeden Bildelements kann aufrechterhalten werden, bis ein Vollbild (oder ein Halbbild) fertiggestellt ist und die Zeile nachfolgend angewählt wird. Dem-

2g gemäß wird selbst bei einer Steigerung der Anzahl der Abtastzeilen das Tast- bzw. Einschaltverhältnis nicht wesentlich verändert, so daß sich keine Möglichkeit zur Herabsetzung des Kontrasts, zum Auftreten von "Obersprechen" oder dergleichen ergibt.

In diesem Fall liegt üblicherweise die Amplitude der Spannung V im Bereich von 3 bis 70V sowie die Länge des Zeitraums Ct₁ + tj) = T (des Schreibimpulses) im Bereich von 0,1 ps bis 2 ms, obgleich sich diese Werte in Abhängigkeit von dem verwendeten Flüssigkristallmaterial oder der Zellendicke ändern.

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-32- DE 4766³⁵¹³^³⁷

Es ist ersichtlich, daß zum wirkungsvollen Ansteuern der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung die an die Abtastelektroden oder die Signalelektroden angelegten elektrischen Signale nicht Signale mit einfacher Rechteck-Kurvenform sein müssen. Beispielsweise können auch zur Ansteuerung Signale mit Sinuskurvenform oder Dreieckkurvenform benutzt werden.
m

IQ Die Fig. 10 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für die Ansteuerung. Diese Ausführungsart unterscheidet sich von der in Fig. 9 gezeigten darin, daß die bei dem Beispiel gemäß den Fig. 9 während des Zeitraums t- an die gewählte Abtastelektrode 92(s) angelegte Spannung 2V auf die

-^g Hälfte, nämlich auf V verringert ist und dementsprechend an alle Signalelektroden während des Zeitraums t- eine Spannung -V angelegt wird. Diese Ausführungsart ergibt den Vorteil, daß im Vergleich zu der bei der Ausführungsart gemäß den Fig. 9 die an die jeweiligen Elektroden

„λ angelegte maximale Spannung auf die Hälfte verringert ist.

Im einzelnen zeigt die Fig. 10AA die Kurvenform der an die gewählte Abtastelektrode 92(s) angelegten Spannung,

„c während die Fig. 10AB zeigt, daß die nicht gewählten Signalelektroden 92(n) geerdet sind und damit an diesen ein elektrisches Signal mit 0 V anliegt. Die Fig. 10AC zeigt die Kurvenform der an die gewählten Signalelektroden 93(s) angelegten Spannung, während die Fig. 10AD die

_on Kurvenform der an die nicht gewählten Signalelektroden angelegten Spannung zeigt. Die Fig. 10BA bis 10BD zeigen jeweils die Kurvenformen der Spannungen, die an die in Fig. 9AA gezeigten Bildelemente A, B, C bzw. D angelegt sind.

Bei der vorstehenden Erläuterung der erfindungsgemäßen

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Flüssigkristallvorrichtung wurde angenommen, daß die ein einzelnes Bildelement bildenden Flüssigkristallmoleküle über den ganzen Bereich des einzelnen Bildelements gleichförmig und in einen der stabilen Zustände ausgerichtet sind. Das Ausrichtungsverhalten eines ferroelektrischen Flüssigkristalls wird jedoch auf sehr feine bzw. empfindliche Weise durch die Wechselwirkung mit der Grundplattenfläche beeinflußt. Infolgedessen kann dann,

^q wenn die Differenz zwischen der anliegenden Spannung und der Schwellenwertspannung Vth- oder -Vth^ klein ist, in einem Bereich eines einzelnen Bildelements durch kleine örtliche Unterschiede an den Grundplattenflächen in dem Gemisch ein Zustand hervorgerufen werden, bei dem Flüs-

,r sigkristallmoleküle mit einander entgegengesetzten stabilen Zuständen vorliegen. Durch die Nutzung dieser Erscheinung ist es möglich, in der zweiten Phase bzw. im zweiten Zeitraum des Informationssignals ein Signal anzulegen, das eine Gradation bzw. Stufung ergibt. Beispiels-

2Q weise ist es bei dem anhand der Fig. 9 erläuterten Ansteuerungsverfahrens möglich, ein Gradationsbild dadurch zu erzeugen, daß gemäß den Fig. ITA bis ITD während des Zeitraums t_ an die Signalelektroden Impulsinformationssignale mit unterschiedlicher Anzahl von Impulsen angelegt werden, \s*ährend die gleichen Abtastsignale wie bei dem Beispiel· gemäß den Fig. 9 angelegt werden.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristallvorrichtung wird im

weiteren anhand eines betriebenen Beispiels sowie von oll

Vergleichsbeispielen erläutert.
Beispiel 1_

Auf einer quadratischen Glas-Grundplatte wurden Indium-

zinnoxid- bzw. ITO-Elektrodenfilme in der Form von Strei-

fen mit einer Breite von 62,5 μπι unter einem Teilungsabstand von 100 μπι geformt. Die Grundplatte wurde in ein Gerät zur Schrägaufdampfung gemäß Fig. 8 eingelegt, wobei die mit dem ITO-FiIm versehene Fläche nach unten gerichtet wurde und in den Schmelztiegel aus Molybden ein SiO₉-Kristall eingelegt wurde. Danach wurde das Aufdampfungsgerät bzw. die Glocke auf ein Vakuum in der Größenordnung von* TO" mmHg evakuiert und auf eine vorgeschriebene Weise das SiO₂ schräg aufgedampft, um eine Elektrodenplatte mit einem 800 μπι dicken Schrägaufdampfungs-Film zu bilden (Elektrodenplatte A).

Andererseits wurde auf eine gleichartige, mit streifen-

j^g förmigen ITO-Elektrodenf ilmen versehene Glasplatte mittels einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung eine Lösung zur Polyimid-Bildung aufgebracht (eine Lösung "PIQ", Polyimid-isoindolquinazolin-dion, von Hitachi Kasei Kogyo K.K., mit einem nichtflüchtigen Anteil von

2Q 14,5 Gew.-I), die dann für 30 min auf 120⁰C erwärmt wurde, um einen Film mit einer Dicke vonn 80 nm zu bilden (Elektrodenplatte B).

Danach wurde auf den Umfang der Elektrodenplatte A mit 2g Ausnahme eines Bereichs, der eine Einlaßöffnung bildete, nach einem Siebdruckverfahren ein Kärmehärtungs-Epoxyklebemittel aufgebracht, tfie Elektrodenplatten A und B wurden derart übereinandergesetzt, daß sich ihre Streifenmuster-Elektroden unter rechten Winkeln überkreuzten, _or. und mit einem Polyimid-Abstandhalter miteinander verbunden, wobei zwischen ihnen ein Abstand von 2 μπι belassen wurde.

Durch die Einlaßöffnung der auf diese Weise geformten Zelle wurde das vorangehend genannte Flüssigkristall vom Biphenylester-Typ in der isotropen Phase in die Zelle

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eingesp'ritzt und die Einlaßöffnung abgedichtet. Die auf diese Weise hergestellte Flüssigkristallzelle wurde allmählich abgekühlt und zwischen zwei unter Nikolscher Überkreuzung angeordnete Polarisatoren gesetzt, während die Zelle auf einer konstanten Temperatur von ungefähr 3O⁰C gehalten wurde. Die Flüssigkristallzelle wurde durch ein Mikroskop beobachtet, wobei festgestellt wurde, daß sich eine SmC*-Phase ohne Helixstruktur gebildet hat,

jQ wobei sich ein Winkel θ von ungefähr 10° ergab. Andererseits ergab sich ein Winkel (H) von ungefähr 23°. Danach wurden die beiden Polarisatoren so angeordnet, daß die Achse des einen Polarisators mit der Richtung des Kinkels θ von der Richtung der Behandlung zur monoaxialen

2g Ausrichtung durch die Schrägaufdampfung weg übereinstimmte, während die Nikolsche Überkreuzung aufrechterhalten wurde, wodurch eine Flüssigkristallvorrichtung geformt wurde. Wenn die Flüssigkristallvorrichtung auf die anhand der Fig. 9 erläuterte Weise mit einer Spannung V von 10V angesteuert wurde, wurde festgestellt, daß gute Speicherungs-Ansteuerungseigenschaften erzielbar waren. Es wurde ein optischer Kontrast von 15:1 erzielt.

Vergleichsbeispiel 2.

Die Flüssigkristallzellej nach Beispiel 1 wurde zwischen zwei unter Xikolscher Überkreuzung angeordnete Polarisatoren derart eingesetzt, daß die Achse des einen Polarisators mit der Richtung der Behandlung zur monoaxialen Ausrichtung übereinstimmte. Die sich ergebende optische Vorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie bei dem Beispiel 1 angesteuert, wobei ein optischer Kontrast von 1:1 erzielt wurde.

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Verglcichsbeispiel 2_

Die Flüssigkristallzelle nach Beispiel 1 wurde zwischen zwei unter Nikolscher Überkreuzung angeordnete Polarisatoren derart eingesetzt, daß die Achse des einen Polarisators mit der Richtung des Winkels (ti) von der Richtung der Behandlung zur monoaxialen Ausrichtung weg übereinstimmte. «Die sich ergebende optische Vorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie bei dem Beispiel 1 angesteuert, wobei ein optischer Kontrast von 3:1 erzielt wurde.

Eine optische Flüssigkristallvorrichtung weist ein Paar von jeweils mit einer Elektrode versehenen Grundplatten, ein zwischen den Grundplatten eingeschlossenes ferroelektrisches Flüssigkristall und mindestens einen Polarisator auf, wobei das ferroelektrisch^
Flüssigkristall durch einen Phasenübergang desselben eine abweichende monoaxial anisotrope Phase mit einer Axialrichtung bildet, durch Anlegen von Spannung einer Polari-

2Q tat eine mittlere Molekülachsenrichtung ergibt, die mit der Axialrichtung bei der abweichenden monoaxial anisotropen Phase einen Winkel (!ι) bildet, und durch das Anlegen der Spannung 0 zwischen die Elektroden an den Grundplatten eine weitere mittlere Molekülachsenrichtung ergibt, die mit der Axialrichtung bei der abweichenden monoaxial anisotropen Pftase einen Winkel θ bildet, der kleiner als der Winkel (ti) ist, und wobei der mindestens eine oder ein Polarisator so angeordnet ist, daß seine Polarisierachse im wesentlichen parallel zu der den Win-

OQ kel θ ergebenden Molekülachsenrichtung des ferroelektrischen Flüssigkristalls liegt.

Ofi/<

Claims

Tedtke - Bühling - Kinne - Grufe. 'SSS JJj Dill HTd I O(T\ O Dipl.-lng. H.Tiedtke I nELLMANN - V3RAMS " OTRUIF Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-lng. R. Kinne Dipl.-lng. R Gaipe Dipl.-lng. B. Pellmann Dipl.-lng. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: O 89-537377 cable: Germaniapatent München 15. April 1985 DE 4766 Patentansprüche

1. Optische Flüssigkristall-Vorrichtung, gekennzeichnet durch ein Paar von ieweils mit einer Elektrode (102, 102a) versehenen Grundplatten (101, 101a), ein zwischen den Grundplatten eingeschlossenes ferroelektrisches Flüssigkristall (103) und mindestens einen Polarisator (107, 108), wobei das ferroelektrische Flüssigkristall durch einen Phasenübergang desselben eine abweichende monoaxial anisotrope Phase mit einer Axialrichtung bildet, durch Anlegen von Spannung einer Polarität eine mittlere Molekülachsenrichtung ergibt, die mit der Axialrichtung bei der abweichender, monoaxial anisotroper. Phase einen Winkel (H) bi|ldet, und durch das Anlegen der Spannung 0 zwischen die Elektroden an den Grundplatten eine weitere mittlere Molekülachsenrichtung ergibt, die mit der Axialrichtung bei der abweichenden monoaxial anisotropen Phase einen Winkel θ bildet, der kleiner als der Winkel (H) ist, und wobei der mindestens eine oder ein Polarisator so angeordnet ist, daß seine Polarisierachse im wesentlichen parallel zu der den Winkel θ ergebenden Molekülachsenrichtung des ferroelektrischen Flüssigkristalls liegt.

ORIGI_NAL

Owjdntr Bank (München) KSo 3939 b** Deutsche Bank (München) Kto 2861060 Postscheckamt iMüncHens Km 670 - 43 - BC<

2 .'■ Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer der Grundplatten (101, 101a) eine Behandlung zu einer monoaxial Ausrichtung in einer Richtung ausgeführt ist, die im wesentlichen parallel zu der Axialrichtung bei der abweichenden monoaxial anisotropen Phase verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-2Q net, daß die Behandlung zur monoaxialen Ausrichtung eine Reibebehandlung ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung zur monoaxialen Ausrichtung eine Schrägaufdampfungs-Behandlung ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abweichende monoaxial anisotrope Phase eine smektische Α-Phase ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (ti) und θ die Bedingung (h) /10 < θ erfüllen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, j daß sich das ferroelektrische Flüssigkristall in einer smektischen Phase befindet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich_n net, daß die smektische Phase eine chirale smektische Phase ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die chirale smektische Phase die chirale smektische C-Phase, die chirale smektische G-Phase, die chirale

smektische F-Phase, die chirale smektische J-Phase, die

chirale' smektische K-Phase oder die chirale smektische H-

Phase ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristall (103) in der chiralen smektischen Phase eine nichtschraubenförmige Struktur annimmt. _m

IQ

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das ferroelektrische Flüssigkristall zu einer Schicht (103) mit einer Dicke geformt ist, die geringer als die Ganghöhe der Helixstruktur des ferroelektrischen Flüssigkristalls ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, daß das ferroelektrische Flüssigkristall bei einer Temperatur, die höher als diejenige zum Bilden der abweichenden monoaxial aniso-2Q tropen Phase ist, eine cholesterische Phase zeigt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar Polarisatoren (107, 108) vorgesehen ist, zwischen denen die Grundplatten

₂g (101, 101a) eingefaßt sind und deren Polarisationsrichtungen unter Nikolscher 0,berkreuzung angeordnet sind.

14. Optische Flüssigkristall-Vorrichtung, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Bildelementen, die in einer Vielzahl von Zeilen zur Zeitmultiplexansteuerung

angeordnet sind, bei der zeilenweise an die in der Vielzahl von Zeilen angeordneten Bildelemente jeweils ein Schreibsignal angelegt wird und die Schreibzustände der Bildelemente in der mit dem Schreibsignal beaufschlagten

Zeile bis zum Anlegen eines nachfolgenden Schreibsignals do

an die Zeile aufrechterhalten werden, wobei jedes der

Bildelemente durch ein Paar einander gegenübergesetzter Elektroden (102, 102a) gebildet ist, zwischen die ein ferroelektrisches Flüssigkristall (103) mit Bistabilität hinsichtlich eines daran errichteten elektrischen Felds eingefügt ist, mindestens ein Polarisator (107, 108) an der bezüglich des ferroelektrischen Flüssigkristalls gegenüberliegenden Seite mindestens einer der einandergegenüberliegenden Elektroden angeordnet ist, das

jQ ferroelektrische Flüssigkristall durch einen Phasenübergang desselben eine abweichende monoaxial anisotrope Phase mit einer Axialrichtung bildet, das ferroelektrische Flüssigkristall durch Anlegen eines Schreibsignals in Form einer Spannung einer Polarität

,c eine mittlere Molekülachsenrichtung ergibt, die mit der Axialrichtung bei der abweichenden monoaxial anisotropen Phase einen Winkel (H) bildet, das ferroelektrische Flüssigkristall bei einem Speicherzustand nach dem Anlegen des Schreibsignals eine weitere mittlere Molekülach-

„_. senrichtung ergibt, die mit der Axialrichtung bei der abweichenden monoaxial anisotropen Phase einen Winkel θ bildet, der kleiner als der Winkel (H) ist, und der mindestens eine oder ein Polarisator so angeordnet ist, daß dessen Polarisierachse im wesentlichen parallel zu _ der den Winkel θ ergebenden mittleren Molekülachsenrichtung des ferroelektrijschen Flüssigkristalls liegt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (h) und θ die Bedingung (y) /10 < θ erfüllen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das an eine Bildelementezeile angelegte Schreibsignal ein Impulssignal mit einer Impulsbreite in dem Bereich von 0,1 ps bis 2 ms ist.

17.' Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Impulssignal die Form einer Rechteckwelle, einer Sinuswelle oder einer Dreieckwelle hat.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17,

dadurch gekennzeichnet, daß das an die Bildelementezeile angelegte. Schreibsignal eine Spannung im Bereich von 3 bis 70 V hat.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitperiode zwischen dem Schreibsignal und dem darauffolgenden Schreibsignal gleich einer Periode eines einzelnen Teilbilds oder VoIlj^g bilds ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Paare einander gegenüberliegender Elektroden (102, 102a) einen

„₀ Matrixelektrodenaufbau aus einer Gruppe von Abtastelektroden und einer Gruppe von die Abtastelektroden kreuzenden Signalelektroden bildet, wobei jeder Oberkreuzungspunkt zwischen den Abtastelektroden und den Signalelektroden ein Bildelement darstellt.

21. Vorrichtung nachj einem der Ansprüche 14 bis 20,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Polarisatoren (107, 108) vorgesehen ist, zwischen die die einandergegenüberliegenden Elektroden (102, 102a) eingefaßt sind

_ und deren Polarisationsrichtungen unter Nikolscher Ober-30

kreuzung angeordnet sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die abweichende monoaxial anisotrope Phase eine smektische Α-Phase ist.