DE3524803C2

DE3524803C2 -

Info

Publication number: DE3524803C2
Application number: DE3524803A
Authority: DE
Inventors: Kazuharu Tama Tokio/Tokyo Jp Katagiri; Kazuo Tokio/Tokyo Jp Yoshinaga; Shinjiro Kawasaki Kanagawa Jp Okada; Junichiro Yokohama Kanagawa Jp Kanbe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-07-13
Filing date: 1985-07-11
Publication date: 1989-10-19
Also published as: GB2163273A; DE3524803A1; GB8517546D0; GB2163273B; FR2567533A1; FR2567533B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für die Verwendung in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, einer optischen Verschlußanordnung usw. und insbesondere eine Flüssigkristallvorrichtung, die infolge einer Ver besserung der anfänglichen Ausrichtung oder Orientierung von Flüssigkristallmolekülen verbesserte Anzeige- und An steuerungseigenschaften hat.

Aus der US-PS 43 67 924 ist eine elektro-optische Flüssig kristallvorrichtung bekannt, die mindestens eine chirale smektische Phase C sowie eine chirale smektische Phase H zwischen zwei, in engem Abstand angeordneten Substraten enthält. Zur Monodomänenbildung in der smektischen Phase wird jedoch ein zusätzliches Magnetfeld aufgebaut oder Scherspannung unter geringer Verschiebung eines der beiden Substrate eingesetzt.

In der DE-OS 34 43 011 ist ein Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung von Flüssigkristallen unter Verwendung einer Phasengrenze zu einer monoaxialanisotropen Phase, eines Keimbildungselements und eines Temperaturgradienten be schrieben, wobei die uniaxiale Orientierung der Flüssig kristallmoleküle nicht durch vorbehandelte Grundplatten erfolgt. Als Flüssigkristall wird dabei ein "Einkomponen tensystem" (DOBAMBC) verwendet.

Es sind Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen bekannt, bei denen TN-Flüssigkristalle (TN = twisted nematic; verdrillte nematische Flüssigkristalle verwendet werden, was z. B. in dem Artikel "Voltage-Dependent Optical Activity of a Twist- ed Nematic Liquid Crystal" von M. Schadt und W. Helfrich in "Applied Physics Letters"; Bd. 18, Nr. 4 (15. Febr. 1971), Seiten 127 und 128, gezeigt wird. Bei diesem Typ der Flüs sigkristallvorrichtungen ist die Zahl der Bildelemente wegen des Problems beschränkt, daß die Erscheinung des "Übersprechens" auftritt, wenn eine Vorrichtung mit einer Matrixelektrodenstruktur, die eine hohe Dichte der Bildele mente aufweist, gemäß einem Zeitmultiplex-Ansteuerungsver fahren angesteuert wird.

Ein anderer bekannter Typ einer Flüssigkristallvorrichtung weist eine Vielzahl von Bildelementen auf, die jeweils mit einem als Schaltelement dienenden Transistor verbunden sind und durch diesen geschaltet werden. Dieser Typ einer Flüs sigkristallvorrichtung ist jedoch von Problemen beglei tet, z. B. ist die Fertigung von Dünnschichttransistoren auf einem Substrat sehr kompliziert, und die Herstellung einer Anzeigevorrichtung mit einer großen Bildfläche oder einem großen Bildschirm ist schwierig.

Zur Vermeidung der vorstehend erwähnten Nachteile der be kannten Arten von Flüssigkristallvorrichtungen haben Clark und Lagerwall die Anwendung einer Flüssigkskristallvorrich tung unter Einsatz eines bistabilen Flüssigkristalls (JA-OS 1 07 216/1981; US-PS 43 67 924 usw.) vorgeschlagen. Der anzu wendende bistabile Flüssigkristall kann ein ferroelektri scher Flüssigkristall mit einer chiralen smektischen C- Phase (SmC*) oder einer anderen Phase wie z. B. einer chira len smektichen H-Phase (SmH*), einer chiralen smektischen F-Phase (SmF*), einer chiralen smektischen I-Phase (SmI*) oder einer chiralen smektischen G-Phase (SmG*) sein.

Solch ein ferroelektrischer Flüssigkristall weist Bistabi lität auf, d. h. er hat zwei stabile Zustände, die aus einem ersten stabilen Zustand und einem zweiten stabilen Zustand bestehen. Folglich wird der Flüssigkristall im Unterschied zu dem üblichen TN-Flüssigkristall in der vorstehend er wähnten Vorrichtung in Abhängigkeit von einem elekrtrischen Feldvektor zu dem ersten stabilen Zustand und in Abhängig keit von dem anderen elektrischen Feldvektor zu dem zweiten stabilen Zustand orientiert. Ferner nimmt diese Flüssigkri stallart in Abhängigkeit von einem daran angelegten elek trischen Feld sehr schnell einen der zwei vorstehend er wähnten stabilen Zustände an und behält den Zustand in Abwesenheit eines elektrischen Feldes bei. Durch Ausnutzung dieser Eigenschaften können im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten, die bei der üblichen TN-Flüssig kristallvorrichtung auftreten, wesentliche Verbesserungen erzielt werden. Dieser Gesichtspunkt wird nachstehend im Zusammenhang mit der Erfindung näher erläutert.

Damit eine optische Modulationsvorrichtung, bei der der Flüssigkristall mit Bistabilität verwendet wird, ein ge wünschtes Betriebsverhalten zeigen kann, ist es jedoch erforderlich, daß der zwischen ein Paar von parallelen Grundplatten eingefügte Flüssigkristall in einen derartigen Zustand der Molekülanordnung gebracht wird, daß der Über gang zwischen den zwei stabilen Zuständen wirksam eintreten kann, und zwar unabhängig von der Vorbedingung der Errich tung eines elektrischen Feldes. Beispielsweise muß bezüg lich eines ferroelektrischen Flüssigkristalls mit einer SmC*-Phase oder anderen Phasen eine Monodomäne gebildet werden, in der die Schichten der Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu der Oberfläche der Grundplatte liegen und infolgedessen die Achsen der Flüssigkristallmoleküle zu der Grundplattenoberfläche fast parallel verlaufen. In den optischen Modulationsvorrichtungen, bei denen ein bistabi ler Flüssigkristall verwendet wird, kann jedoch ein Orien tierungs- oder Ausrichtungszustand eines Flüssigkristalls mit einer solchen Monodomänenstruktur nicht in zufrieden stellener Weise ausgebildet werden, was dazu führt, daß die optische Modulationsvorrichtung tatsächlich kein zu friedenstellendes Betriebsverhalten zeigen kann.

Für die Erzielung eines solchen Orientierungszustands sind beispielsweise verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, wozu ein Verfahren, bei dem ein Magnetfeld errichtet wird, und ein Verfahren, bei dem eine Scherkraft ausgeübt wird, gehören. Dieses Verfahren haben nicht notwendigerweise zu friedenstellende Ergebnisse geliefert. Das Verfahren, bei dem ein Magnetfeld errichtet wird, benötigt beispielsweise eine Vorrichtung mit großen Abmessungen und ist mit einer Dünnschichtzelle, die im allgemeinen ein hervoragendes Betriebsverhalten zeigt, nicht gut verträglich. Anderer seits ist das Verfahren, bei dem eine Scherkraft ausgeübt wird, nicht mit einem Verfahren verträglich, bei dem zu nächst eine Zellstruktur gebildet und dann ein Flüssig kristall in die Zellenstruktur hineingegossen wird.

Im Hinbick auf die vorstehend erwähnten Umstände besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bei einer optischen Modu lationsvorrichtung, bei der ein bistabiler Flüssigkristall verwendet wird und die möglicherweise für eine Anzeigevor richtung, die eine hohe Ansprechgeschwindigkeit zeigt, mit einer hohen Dichte angeordnete Bildelemente aufweist und eine große Anzeigefläche hat, oder für einen optischen Verschluß mit einer hohen Verschlußgeschwindigkeit geeignet ist, eine Verbesserrung der Möglichkeit der Bildung einer Monodomäne oder eine Verbesserung der anfänglichen Ausrich tung, deren Verbesserung erwünscht war, zu erzielen, um dadurch zu ermöglichen, daß die optische Modulationsvor richtung in vollem Maße ihre ausgezeichneten Eigenschaften zeigt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kenn zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevor zugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an gegeben.

Die Erfinder haben weitere Untersuchungen zur Lösung der vorstehend erwähnten Aufgabe vorgenommen und dabei die Orientierungseigenschaften eines Flüssigkristalls während eines Schrittes der Temperaturverminderung beobachtet, der durchgeführt wurde, um eine Umwandlung von einer anderen Phase des Flüssigkristalls (z. B. von einer bei höherer Temperatur auftretendenden Phase wie z. B. einer isotropen Phase) in eine bei niedrigerer Temperatur auftretende Phase wie z. B. eine smektische Phase, beipsielsweise die SmA- Phase (die smektische A-Phase), zu bewirken. Als Ergebnis haben die Erfinder beobachtet, daß eine Monodomäne, wo Flüssigkristallmoleküle z. B. der smektischen A-Phase in einer Richtung ausgerichtet sind, dadurch gebildet werden kann, daß eine Flüssigkristallmischung verwendet wird, die einen Flüssigkristall, der mindestens eine chirale smekti sche Phase wie z. B. eine chirale smektische C-Phase (SmC*), eine chirale smektische H-Phase (SmH*), eine chi rale smektische F-Phase (SmF*), eine chirale smektische I- Phase (SmI*) oder eine chirale smektische G-Phase (SmG*) zeigt, und einen Flüssigkristall, der mindestens eine cho lesterische Phase zeigt, enthält, und daß einer die Flüs sigkristallmischung berührenden Oberfläche einer Grundplat te eine Funktion der bevorzugten Orientierung der Molekül achsen der Flüssigkristallmoleküle in einer Richtung ver liehen wird, wodurch eine Flüssigkristallvorrichtung, die in Kombination ein auf der Bistabilität des Flüssigkristalls basierendes Betriebsverhalten und Monodomänen-Bildungsei genschaften der Flüssigkristallschicht zeigt, bereitgestellt wird.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristallvorrichtung basiert auf der vorstehenden Feststellung und weist im einzelnen ein Paar Grundplatten und eine zwischen das Paar Grundplatten eingefügte Flüssigkristallmischung auf, wobei die Flüssig kristallmischung einen Flüssigkristall, der mindestens eine chirale smektische Phase zeigt, und einen Flüssigkristall, der mindestens eine cholesterische Phase zeigt, enthält, wobei einer Oberfläche von mindestens einer des Paares von Grundplatten eine Funktion der bevorzugten Orientierung der Achsen der die Oberfläche berührenden Flüssigkristallmole küle in einer Richtung verblieben worden ist.

Die bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun gen näher erläutert.

Fig. 1 und 2 sind schematische perspektivische Ansichten, die das grundlegende Betriebsprinzip einer im Rahmen der Erfindung verwendeten Flüsigkristallzelle erläutern.

Fig. 3A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der erfin dungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung zeigt, und Fig. 38 ist eine Ansicht eines Schnittes entlang der Linie A-A in Fig. 3A.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Beispiel der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung zeigt.

Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Vor richtung zum geneigten oder schrägen Aufdampfen für die Anwendung bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Flüs sigkristallvorrichtung zeigt.

Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht, die eine in der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung verwendete Elektrodenanordnung zeigt.

Fig. 7A bis 7D erläutern Signale für die Ansteuerung einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung.

Fig. 8A bis 8D erläutern Kurvenformen von Signalen, die an die einzelnen Bildelemente angelegt werden.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend näher erläutert.

Die Flüssigkristallmischung, die im Rahmen der Erfindung verwendet wird, ist eine Mischung, die einen Flüssigkri stall, der mindestens eine chirale smektische Phase wie z. B. SmC*, SmH*, SmF*, SmI* oder SmG* zeigt, und einen Flüssigkristall, der mindestens eine cholesterische Phase zeigt, enthält und Ferroelektrizität zeigt.

Einzelne Beispiele für Flüssigkristalle, die eine chirale smektische Phase zeigen, und für Flüssigkristalle, die eine cholesterische Phase zeigen, die für die Erfindung verwend bar sind, sind in Tabelle 1 bzw. Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 1

Einzelne Beispiele für Flüssigkristalle, die eine chirale smektische Phase zeigen (Verbindungsname, Strukturformel und Phasenumwandlungstemperatur)

Tabelle 2

Einzelne Beispiele für Flüssigkristralle, die eine chole sterische Phase zeigen (Verbindungsname, Strukturformel und Phasenumwandlungstemperatur)

Die vorstehend erwähnten Flüssigkristalle, die eine chirale smektische Phase zeigen, und die vorstehend erwähnen Flüs sigkristalle, die eine cholesterische Phase zeigen, können auch in Form einer Kombination von zwei oder mehr als zwei Arten aus jeder Gruppe verwendet werden.

Während das Verhältnis zwischen den zwei Flüssigkristallty pen in Abhängigkeit von den im Einzelfall verwendeten Flüs sigkristallen variieren kann, kann der Flüssigkristall, der eine cholesterische Phase zeigt, im allgemeinen in einer Menge von 0,1 bis 50 Gew.-Teilen und vorzugsweise 1 bis 20 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile des Flüssigkristalls, der eine chirale smektische Phase zeigt, verwendet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann anstelle der in Tabelle 1 gezeigten Flüssigkristalle ein Flüssigkristall, der bei Temperaturabnahme eine aufeinanderfolgende Phasen umwandlung von einer isotropen Phase über eine cholesteri sche Phase und eine SmA-Phase in eine chirale smektische Phase bewirkt, verwendet werden. Einzelne Beispiele für einen solchen Flüssigkristall sind in Tabelle 3 aufgeführt.

Tabelle 3

Die in Tabelle 3 gezeigten Flüssigkristalle können auch in Form einer Kombination von zwei oder mehr als zwei Arten verwendet werden.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann anstelle der vorstehend erwähnten Flüssigkristalle, die eine chirale smektische Phase zeigen, ein Flüssigkri stall, der bei Temperaturabnahme eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine chole sterische Phase in eine chirale smektische Phase bewirkt, verwendet werden. Einzelne Beispiele für einen solchen Flüssigkristall sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 4

Die Flüssigkristalle des in Tabelle 4 gezeigten Typs können in Form einer Kombination von zwei oder mehr als zwei Arten verwendet werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung besteht die Flüssigkristallmischung aus einer ferro elektrischen Mischung, die mindestens zwei Flüssigkristalle enthält, die mindestens eine chirale smektische Phase zei gen, wobei mindestens einer der Flüssigkristalle ferner eine cholesterische Phase zeigt. Im einzelnen kann die chirale smektische Phase SmC*, SmF*, SmI* oder SmG* sein.

Einzelne Beispiele für die Flüssigkristalle, die diese Ausführungsform der Flüssigkristallmischung bilden, sind in den vorstehenden Tabellen 1, 3 und 4 gezeigt. Diese aus jeder Gruppe ausgewählten Flüssigkristalle können auch in Form einer Kombination von zwei oder mehr als zwei Arten verwendet werden.

Während der Anteil der zwei Flüssigkristalltypen bei dieser Ausführungsform der Mischung in Abhängigkeit von den im Einzelfall verwendeten Flüssigkristallen variieren kann, kann der Flüssigkristall, der eine cholesterische Phase sowie eine chirale smektische Phase zeigt, im allgemeinen in einem Anteil von 0,1 bis 50 Gew.-Teilen und vorzugsweise 0,1 bis 10 Gew.-Teilen pro 1 Gew.-Teil des Flüssigkri stalls, der eine chirale smektische Phase, jedoch keine cholesterische Phase zeigt, verwendet werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung kann die Flüssigkristallmischung aus einer Kombination eines Flüssigkristalls (als "Flüssigkristall A" bezeich net), der bei Temperaturabnahme eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine chole sterische Phase und eine smektische A-Phase in eine chi rale smektische Phase (einschließlich SmC*, SmH*, SmF*, SmI*, SmJ*, SmK*, SmG*) bewirkt, und eines Flüssigkristalls (als "Flüssigkristall B" bezeichnet), der bei Temperatur abnahme eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine cholesterische Phase in eine chirale smektische Phase bewirkt, bestehen. Einzelne Beispiele für die Flüssigkristalle A und B sind in Tabelle 3 bzw. Tabelle 4 gezeigt. Wenn die Mischung dieser Ausfüh rungsform schichtweise zwischen Grundplatten, deren einer Oberfläche eine Funktion der bevorzugten Orientierung der Molekülachsen der Flüssigkristallmoleküle in einer Richtung verliehen worden ist, angeordnet wird, bildet sie eine Monodomäne, in der Flüssigkristallmoleküle gleichmäßig in einer Richtung ausgerichtet sind, wodurch eine Flüssigkri stallvorrichtung, die in Kombination ein auf der Bistabili tät des Flüssigkristalls basierendes Betriebsverhalten und Monodomänen-Bildungseigenschaften der Flüssigkristall schicht zeigt, bereitgestellt wird.

Bei dieser Ausführungsform liefert eine Mischung, die fer ner einen Flüssigkristall (als "Flüssigkristall C" bezeich net) enthält, der bei Temperaturabnahme eine aufeinander folgende Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine smektische Phase in eine chirale smektische Phase be wirkt, für einen längeren Zeitraum als die vorstehend er wähnte Mischung eine noch bessere Orientierungsstabilität.

Die Flüssigkristallvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann als Flüssigkristallvorrichtung ausge drückt werden, die ein Paar Grundplatten und eine dazwi schen eingefügte Flüssigkristallmischung enthält, wobei die Flüssigkristallmischung einen Flüssigkristall A, einen Flüssigkristall B und vorzugsweise einen Flüssigkristall C enthält und wobei einer Oberfläche von mindestens einer des Paares von Grundplatten eine Funkrtion der bevorzugten Orien tierung der Achsen der die Oberfläche berührenden Flüs sigkristallmoleküle in einer Richtung verliehen worden ist.

Die Anteile der Flüssigkristalle A und B in der Flüssigkri stallmischung können in Abhängigkeit von den im Einzelfall verwendeten Flüssigkristallen variieren, sind jedoch im allgemeinen derart, daß der Flüssigkristall A in einer Menge von 0,05 bis 20 Gew.-Teilen und vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.-Teilen pro 1 Gew.-Teil des Flüssigkristalls B ver wendet wird. Wenn der Flüssigkristall C verwendet wird, ist sein Anteil derart, daß er 0,1 bis 40 Gew.-% und vorzugs weise 5 bis 20 Gew.-% der erhaltenen Flüssigkristallmischung ausmacht.

Die im Rahmen der Erfindung verwendete Flüssigkristallmi schung kann vorzugsweise so zusammengesetzt sein, daß sie bei Temperaturabnahme eine aufeinanderfolgende Phasenum wandlung von einer isotropen Phase über eine cholesterische Phase und eine smektische A-Phase in eine chirale smekti sche Phase bewirkt.

Wenn unter Verwendung dieser Materialien eine Vorrichtung gebildet wird, kann die Vorrichtung mit einem Block aus z. B. Kupfer, in den eine Heizeinrichtung eingebettet ist, gehalten werden, um Temperaturbedingungen zu schaffen, bei denen die Flüssigkristallmischung eine smektische Phase annimmt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird schematisch ein Beispiel einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle zur Erläute rung ihres Betriebs gezeigt. Auf Grundplatten (Glasplatten) 11 und 11 a ist eine lichtdurchlässige Elektrode aus z. B. In₂O₃, SnO₂ oder ITO (Indiumzinnoxid) angeordnet. Ein Flüs sigkristall in einer chiralen smektischen Phase wie z. B. SmC*, SmH*, SmF*, SmI* oder SmG*, in dem Flüssigkristall- Molekülschichten 12 senkrecht zu den Oberflächen der Glas platten orientiert sind, ist dazwischen angeordnet und hermetisch abgeschlossen. Flüssigkristallmoleküle 13 sind durch ausgezogene Linien dargestellt. Jedes Flüssigkri stallmolekül 13 hat ein Dipolmoment (P ⟂) 14 in einer zu seiner Achse senkrechten Richtung. Wenn zwischen auf den Grundplatten 11 und 11 a gebildeten Elektroden eine Spannung angelegt wird, die höher ist als ein bestimmter Schwellen wert, wird eine Helixstruktur des Flüssigkristallmoleküls 13 gelockert oder abgewickelt, wodurch die Richtung, in der die einzelnen Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet sind, derart verändert wird, daß alle Dipolmomente (P ⟂) 14 in die Richtung des elektrischen Feldes gerichtet werden. Die Flüssigkristallmoleküle 13 haben eine längliche Gestalt und zeigen Brechungsanisotropie zwischen ihrer langen und ihrer kurzen Achse. Infolgedessen ist es leicht verständlich, daß beispielsweise dann, wenn auf der oberen und der unteren Oberfläche der Glasplatten Polarisatoren in der Art ge kreuzter Nicolscher Prismen, d. h. derart, daß ihre Polari sationsrichtungen einander kreuzen, angeordnet werden, die auf diese Weise angeordnete Flüssigkristallzelle als Flüs sigkristallvorrichtung zum optischen Modulieren wirkt, deren optische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Polarität einer angelegten Spannung ändern.

Die Flüssigkristallschicht in der erfindungsgemäßen Flüs sigkristallvorrichtung kann mit einer ausreichend geringen Dicke (z. B. weniger als 10 µm) gestaltet werden. Wenn die Dicke der Flüssigkristallschicht vermindert wird, wird die Helixstruktur der Flüssigkristallmoleküle selbst in Abwe senheit eines elektrischen Feldes gelockert oder abgewik kelt, was dazu führt, daß das Dipolmoment einen von zwei Zuständen annimmt, d. h. einen Zustand P in einer Richtung 24 nach oben oder einen Zustand Pa in einer Richtung 24 a nach unten, wie es in Fig. 2 gezeigt wird. Wenn an einer Zelle mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften ein elek trisches Feld E oder Ea errichtet wird, dessen Feldstärke höher ist als ein bestimmter Schwellenwert, wobei E und Ea hinsichtlich ihrer Polarität verschieden sind, wie es in Fig. 2 gezeigt wird, wird das Dipolmoment in Abhängigkeit von dem Vektor des elektrischen Feldes E oder Ea entweder in die obere Richtung 24 oder in die untere Richtung 24 a ausgerichtet. Dementsprechend werden die Flüssigkristallmo leküle entweder in einem ersten stabilen Zustand 23 oder in einem zweiten stabilen Zustand 23 a orientiert.

Wenn der vorstehend erwähnte ferroelektrische Flüssig kristall als Element zur optischen Modulation verwendet wird, können zwei Vorteile, wie sie vorstehend kurz berührt wurden, erzielt werden. Der erste Vorteil besteht darin, daß die Ansprechgeschwindigkeit sehr hoch ist, während der zweite darin besteht, daß die Orientierung des Flüssig kristalls Bistabilität zeigt. Der zweite Vorteil wird z. B. unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert. Wenn an die Flüssigkristallmoleküle das elektrische Feld E angelegt wird, werden sie in den ersten stabilen Zustand 23 orien tiert. Dieser Zustand bleibt auch dann stabil, wenn das elektrische Feld aufgehoben wird. Andererseits werden die Flüssigkristallmoleküle in den zweiten stabilen Zustand 23 a orientiert, wenn das elektrische Feld Ea, dessen Richtung der Richtung des elektrischen Feldes E entgegengesetzt ist, an die Flüssigkristalle angelegt wird, wodurch die Richtun gen der Moleküle verändert werden. Dieser Zustand bleibt in ähnlicher Weise auch dann stabil, wenn das elektrische Feld aufgehoben wird. Ferner bleiben die Flüssigkristallmoleküle in den jeweiligen Orientierungszuständen, solange die Stär ke des angelegten elektrischen Feldes E nicht über einem bestimmten Schwellenwert liegt. Für eine wirkame Erzielung von hoher Ansprechgeschwindigkeit und Bistabilität ist die Dicke der Zelle vorzugsweise so gering wie möglich.

Wie vorstehend kurz erwähnt wurde, bestand das schwierigste Problem, das bei der Bildung einer Vorrichtung unter Ver wendung eines solchen ferroelektrischen Flüssigkristalls angetroffen wurde, darin, daß es schwierig war, eine Zelle zu bilden, die eine in hohem Maße gleichmäßige Monodomäne hat, in der Flüssigkristallschichten mit einer chiralen smektischen Phase wie z. B. SmC*, SmH*, SmF*, SmI* oder SmG* senkrecht zu den Grundplattenoberflächen ausgerichtet sind und die Flüssigkristallmoleküle fast parallel zu den Grund plattenoberflächen ausgerichtet sind. Ein Hauptzweck der Erfindung besteht in einer Lösung dieses Problems.

Fig. 3A und 38 erläutern ein Beispiel der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung. Fig. 3A ist eine Draufsicht des Beispiels, und Fig. 38 ist die Ansicht eines Schnittes entlang der Linie A-A in Fig. 3A.

Eine in Fig. 3 gezeigte Zellenstruktur 100 weist ein Paar Grundplatten 101 und 101 a auf, die aus Glasplatten oder Kunststoffplatten hergestellt sind, die zur Bildung einer Zellenstruktur mit Abstandshaltern 104 in einem festgeleg ten Abstand gehalten werden und mit einem Klebstoff 106 abgedichtet sind. Auf der Grundplatte 101 ist ferner eine Elektrodengruppe (z. B. eine zu der Matrixelektrodenstruktur gehörende Elektrodengruppe zum Anlegen von Abtastspannun gen) ausgebildet, die aus einer Vielzahl von lichtdurchläs sigen Elektroden 102 in einem festgelegten Muster, z. B. einem Streifenmuster, besteht. Auf der Grundplatte 101 a ist eine andere Elektrodengruppe (z. B. eine zu der Matrixelek trodenstruktur gehörende Elektrodengruppe zum Anlegen von Signalspannungen) ausgebildet, die aus einer Vielzahl von lichtdurchlässigen Elektroden 102 a besteht, die die licht durchlässigen Elektroden 102 kreuzen.

Auf der Grundplatte, die mit derartigen lichtdurchlässigen Elektroden versehen ist, kann ferner ein Orientierungs steuerungsfilm 105 gebildet werden, der aus einem anorgani schen isolierenden Material wie z. B. Siliciummonoxid, Sili ciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumfluorid, Ceroxid, Cerfluorid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid oder Bornitrid oder aus einem organischen isolierenden Material wie z. B. Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Poly esterimid, Poly-p-xylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvi nylacetal, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polystyrol, Cellulo seharz, Melaminharz, Harnstoffharz oder Acrylharz besteht.

Der Orientierungssteuerungsfilm 105 kann dadurch gebildet werden, daß zunächst in der vorstehend beschriebenen Weise ein Film aus einem anorganischen isolierenden Material oder einem organischen isolierenden Material gebildet wird und dann seine Oberfläche beispielsweise mit Samt, Tuch oder Papier in einer Richtung gerieben wird.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Orientierungssteuerungsfilm 105 als Film aus einem anorganischen isolierenden Material wie z. B. SiO oder SiO₂ durch schräges oder geneigtes Aufdampfen auf der Grund platte 101 a gebildet werden.

Bei einer in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung wird ein Rezi pient 501 auf eine isolierende Grundplatte 503, die mit einer Ansaugöffnung 505 versehen ist, aufgesetzt, und der Rezipient 501 wird durch Betätigung einer (nicht gezeigten) Vakuumpumpe, die mit der Ansaugöffnung 505 verbunden ist, evakuiert. Ein aus Wolfram oder Molybdän hergestellter Tiegel 507 wird in das Innere des Rezipienten 501 und an dessen Unterteil gebracht. In den Tiegel 507 werden mehrere Gramm eines Kristalls 508 wie z. B. SiO, SiO₂, oder MgF₂ gebracht. Der Tiegel 507 hat zwei Arme 507 a und 507 b, die sich nach unten erstrecken und jeweils mit Anschlußleitun gen 509 und 510 verbunden sind. Eine Stromquelle 506 und ein Schalter 504 sind außerhalb des Rezipienten 501 in Reihe mit den Anschlußleitungen 509 und 510 verbunden. Eine Grundplatte 502 ist innerhalb des Rezipienten 501 und genau oberhalb des Tiegels 507 derart angeordnet, daß sie mit der Vertikalachse des Rezipienten 501 einen Winkel R bildet.

Der Rezipient 501 wird zunächst bis zu einem Vakuum von etwa 1,3 mPa evakuiert, während der Schalter 504 geöffnet ist. Dann wird der Schalter 504 geschlossen, um eine Strom zuzuführen, während die Ausgangsleistung der Stromquelle 506 eingestellt wird, bis der Tiegel auf Weißglut mit einer zum Verdampfen des Kristalls 508 geeigneten Temperatur erhitzt ist. Eine Stromstärke von etwa 100 A ist erforder lich, um einen geeigneten Temperaturbereich (700 bis 1000°C) zu erhalten. Der Kristall 508 wird dann abdampfen gelassen und bildet einen nach oben gerichteten Molekül strom S. Der Molekülstrom S trifft auf die Grundplatte 502 unter einem Winkel R auf, wobei die Grundplatte 502 be schichtet wird. Der Auftreffwinkel ist der vorstehend er wähnte Winkel R, und die Richtung des Stromes S ist die "Richtung des schrägen oder geneigten Aufdampfens". Die Festlegung der Dicke des Films basiert auf einer vor dem Einführen der Grundplatte 502 in den Rezipienten 501 durch geführten Eichung der Dicke bezüglich der Betriebsdauer. Nachdem der Film mit einer geeigneten Dicke gebildet worden ist, wird die aus der Quelle 506 zugeführte Leistung ver mindert: der Schalter 504 wird geöffnet, und der Rezipient 501 und sein Innenraum werden abgekühlt. Dann wird der Druck in dem Rezipienten auf Atmosphärendruck erhöht, und die Grundplatte 502 wird aus dem Rezipienten 501 heraus genommen.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Orientierungs steuerungsfilm 105 dadurch gebildet werden, daß zunächst auf der Grundplatte 101 _a, d. h. in Berührung damit oder darüber, ein gleichmäßiger Film aus dem vorstehend erwähn ten anorganischen oder organischen isolierenden Material gebildet wird und die Oberfläche des Films dann einer Behandlung zum schrägen oder geneigten Ätzen unterzogen wird, um der Oberfläche eine Orientierungssteuerungswirkung zu verleihen.

Vorzugsweise wird dafür gesorgt, daß der Orientierungs steuerungsfilm 105 auch als isolierender Film wirkt. Zu diesem Zweck kann der Orientierungssteuerungsfilm vorzugs weise eine Dicke von 10,0 nm bis 1 µm und insbesondere von 50,0 nm bis 500,0 nm haben. Der isolierende Film hat auch die Funktion der Verhinderung des Auftretens eines elektri schen Stromes, der im allgemeinen dadurch hervorgerufen wird, daß in der Flüssigkristallschicht 103 kleinere Mengen von Verunreinigungen enthalten sind, und dadurch wird selbst beim wiederholten Betrieb eine Verschlechterung der Flüssigkristallverbindungen verhindert.

Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung kann auch auf der anderen Grundplatte 101 ein Orientierungs steuerungsfilm gebildet werden, der dem Orientierungssteue rungsfilm 105 ähnlich ist.

Eine ähnliche Orientierungssteuerungswirkung kann bei der in Fig. 3 gezeigten Struktur auch den Seitenwänden der Abstandshalter 104 - beispielsweise durch Reiben - verlie hen werden.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Zellenstruktur kann die Flüs sigkristallschicht 103 in einer chiralen smektischen Phase wie z. B. SmC*, SmH*, SmF*, SmI* oder SmG* gebildet werden. Die Flüssigkristallschicht 103 mit einer chiralen smekti schen Phase wird dadurch gebildet, daß zunächst durch Pha senumwandlung aus einer cholesterischen Phase, insbesondere einer cholesterischen Phase mit einer Grandjean-Textur, beim Abkühlen eine SmA-Phase (smektische A-Phase) gebildet wird und daß die SmA-Phase durch weitere Phasenumwandlung beim Abkühlen in eine chirale smektische Phase wie z. B. SmC* oder SmH* umgewandelt wird.

Ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung besteht in fol gendem: Wenn eine Flüssigkristallmischung, die einen Flüs sigkristall enthält, der eine cholesterische Phase zeigt, von einer bei höherer Temperatur auftretenden Phase in eine SmA-Phase umgewandelt wird, werden die Achsen der Flüssig kristallmoleküle der SmA-Phase in der Orientierungssteue rungsrichtung, die dem Orientierungssteuerungsfilm verlie hen wurde, ausgerichtet oder orientiert, wodurch eine gleichmäßige Monodomäne gebildet wird.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsge mäßen Flüssigkristallvorrichtung. In der in Fig. 4 gezeig ten Flüssigkristallvorrichtung ist zwischen einem Paar Grundplatte 101 und 101 a eine Vielzahl von Abstandshaltern 201 angeordnet. Die Abstandshalter 201 können z. B. herge stellt werden, indem auf der Grundplatte 101, auf der kein Orientierungssteuerungsfilm 105 gebildet worden ist, ein Film aus einer anorganischen Verbindung wie z. B. SiO, SiO₂, Al₂O₃ oder TiO₂ oder aus einem Harz wie z. B. Polyvinylalko hol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Poly-p-xylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Mela minharz, Harnstoffharz, Acrylharz oder einem Fotoresistharz gebildet und der Film derart geätzt wird, daß die Abstands halter 201 in geeigneten Bereichen zurückbleiben.

Eine ähnliche Orientierungswirkung, wie sie unter Bezug nahme auf die Oberfläche der Grundplatte 101 oder 101 a erläutert wurde, kann auch der Seitenwind der Abstandshal ter 104 und 201 verliehen werden.

Eine derartige Zellenstruktur 100 mit Grundplatten 101 und 101 a, wie sie in Fig. 3 oder Fig. 4 gezeigt wird, wird schichtweise zwischen einem Paar von Polarisatoren 107 und 108 angeordnet, um eine optische Modulationsvorrichtung zu bilden, die eine optische Modulation bewirkt, wenn zwischen den Elektroden 102 und 102 a eine Spannung angelegt wird.

Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der erfin dungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung durch Steuerung der Orientierung der Flüssigkristallschicht 103 unter Bezug nahme auf Fig. 3 näher erläutert.

Zunächst wird eine Zelle 100, die eine erfindungsgemäße Flüssigkristallmischung enthält, in ein Heizgehäuse (nicht gezeigt) hineingebracht, in dem die ganze Zelle 100 gleich mäßig erhitzt werden kann. Dann wird die Zelle 100 auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Flüssigkristallmischung in der Zelle eine isotrope Phase annimmt. Die Temperatur des Heizgehäuses wird vermindert, wodurch die Flüssigkristall mischung einer Temperaturverminderungsstufe unterzogen wird. In der Temperaturverminderungsstufe wird die Flüssig kristallmischung in der isotropen Phase entweder direkt oder über eine cholesterische Phase mit einer Grandjean- Textur in SmA umgewandelt. Dabei werden die Achsen der Flüssigkristallmoleküle in der SmA-Phase in der Reibungs richtung ausgerichtet.

Dann wird der Flüssigkristall in der SmA-Phase beim weite ren Abkühlen in eine chirale smektische Phase wie z. B. SmC* umgewandelt, wodurch eine Monodomäne der chiralen smekti schen Phase mit einer nicht schraubenförmigen Struktur gebildet wird, wenn die Zellendicke in der Größenordnung von beispielsweise 1 µm liegt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird schematisch ein Beispiel einer Zelle 41 mit einer Matrixelektrodenanordnung gezeigt, in der eine ferroelektrische Flüssigkristallverbindung zwischen ein Paar von Gruppen von Elektroden, die einander mit Abstand gegenüberstehen, eingefügt ist. An eine Gruppe von Abtastelektroden 42 werden Abtastsignale angelegt, und an eine Gruppe von Signalelektroden 43 werden Informations signale angelegt. Unter Bezugnahme auf Fig. 7A und 7B werden elektrische Signale, die an eine angewählte Abtast elektrode 42 (s) angelegt werden, bzw. elektrische Signale, die an die anderen Abtastelektroden (an nicht angewählte Abtastelektroden) 42 (n) angelegt werden, gezeigt. Anderer seits zeigen Fig. 7C und 7D elektrische Signale, die an die angewählte Signalelektrode 43 (s) angelegt werden, bzw. elektrische Signale, die an die nicht angewählten Signal elektroden 43 (n) angelegt werden. In Fig. 7A bis 7D stellen die Abszisse und die Ordinate die Zeit bzw. die Spannung dar. Wenn beispielsweise ein Laufbild angezeigt wird, wird die Gruppe von Abtastelektroden 42 aufeinanderfolgend und periodisch angewählt. Wenn eine Schwellenspannung für die Ausbildung eines ersten stabilen Zustands des Bistabilität zeigenden Flüssigkristalls als V _{th 1} und eine Schwellenspan nung für die Ausbildung eines zweiten stabilen Zustands dieses Flüssigkristalls als -V _{th 2} bezeichnet wird, ist ein elektrisches Signal, das an die angewählte Abtastelektrode 42 (s) angelegt wird, eine Wechselspannung, die während einer Phase (Zeit) t₁V beträgt und während einer Phase (Zeit) t₂-V beträgt, wie es in Fig. 7A gezeigt wird. Die anderen Abtastelektroden 42 (n) sind geerdet, wie es in Fig. 7B gezeigt wird. Folglich betragen die an den Abtastelek troden 42 (n) erscheinenden elektrischen Signale Null Volt. Andererseits hat ein elektrisches Signal, das an die ange wählte Signalelektrode 43 (s) angelegt wird, den Wert V, wie es in Fig. 7C gezeigt wird, während ein elektrisches Si gnal, das an die nicht angewählten Signalelektroden 43 (n) angelegt wird, den Wert -V hat, wie es in Fig. 7D gezeigt wird. In diesem Fall wird die Spannung V auf einen gewünsch ten Wert eingestellt, der die folgenden Ungleichungen er füllt:

V < V _{th 1} < 2V und -V < -V _{th 2} < -2V.

Die Kurvenformen der Spannung, die an jedes Bildelement angelegt wird, wenn solche elektrischen Signale gegeben werden, werden in Fig. 8 gezeigt. Die in Fig. 8A, 8B, 8C und 8D gezeigten Kurvenformen entsprechen den in Fig. 6 gezeigten Bildelementen A, B, C bzw. D. Wie aus Fig. 8A ersichtlich ist, wird nämlich an den ferroelektrischen Flüssigkristall, der mit den Bildelementen A auf der ange wählten Abtastzeile elektrisch leitend verbunden ist, während einer Phase t₂ eine Spannung von 2V, die oberhalb des Schwellenwertes V _{th 1} liegt, angelegt. Ferner wird an den ferroelektrischen Flüssigkristall, der mit den Bildelemen ten B auf derselben Abtastzeile elektrisch leitend verbun den ist, während einer Phase t₁ eine Spannung von -2V, die unterhalb des Schwellenwertes -V _{th 2} liegt, angelegt. Folg lich ändert sich die Orientierung der Flüssigkristallmole küle in Abhängigkeit davon, ob auf einer angewählten Ab tastelektrodenzeile eine Signalelektrode angewählt wird oder nicht. Wenn eine bestimmte Signalelektrode angewählt wird, werden die Flüssigkristallmoleküle nämlich zu dem ersten stabilen Zustand orientiert, während sie zu dem zweiten stabilen Zustand orientiert werden, wenn diese Signalelektroden nicht angewählt wird. In beiden Fällen steht die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle nicht in Verbindung mit den vorhergehenden Zuständen jedes Bildele ments.

Wie es durch die Bildelemente C und D auf den nicht ange wählten Abtastzeilen gezeigt wird, beträgt andererseits eine Spannung, die an alle Bildelemente C und D angelegt wird, +V oder -V, wobei +V den Schwellenwert V _{th 1} nicht überschreitet und -V den Schwellenwert -V _{th 2} nicht unter schreitet. Folglich befinden sich die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle, die mit den einzelnen Bildelemen ten C und D elektrisch leitend verbunden sind, in den Orientierungen, die den Signalzuständen entsprechen, die erzeugt wurden, als die Bildelemente C und D zuletzt abge tastet wurden, ohne daß die Orientierung verändert ist. Wenn nämlich eine bestimmte Abtastelektrode angewählt wird, werden Signal, die einer Zeile entsprechen, geschrieben, und auf diese Weise wird das Schreiben der einem Vollbild entsprechenden Signale vollendet. Der Signalzustand jedes Bildelements kann aufrechterhalten werden, bis die Zeile später wieder angewählt wird. Infolgedessen ändert sich das Tastverhältnis auch dann nicht wesentlich, wenn die Anzahl der Abtastzeilen ansteigt, was dazu führt, daß eine Ver minderung des Kontrastes und ein Auftreten von Übersprechen nicht möglich sind. In diesem Fall betragen die Größe der Spannung V und die Phasenlänge T = (t₁ + t₂) im allgemeinen 3 V bis 70 V bzw. 0,1 µs bis 2 ms, jedoch können sich diese Werte in Abhängigkeit von der Dicke eines Flüssigkristallmaterials oder von der verwendeten Zelle ändern. Auf diese Weise können die an eine angewählte Abtastelektrode angelegten elektrischen Signale eine Zustandsänderung in beiden Richtungen, d. h. von einem ersten stabilen Zustand (nachstehend als "heller" Zustand definiert, wenn die Umwandlung in entsprechende optische Signale erfolgt) zu einem zweiten stabilen Zustand (nachstehend als "dunkler" Zustand definiert, wenn die Umwandlung in entsprechende optische Signale erfolgt) oder eine Zustandsänderung in umgekehrter Richtung bewirken.

Im Vergleich zu dem Fall, daß ein Flüssigkristall, der eine chirale smektische Phase zeigt, wie z. B. DOBAMBC (Cinnamat), HOBACPC oder MBRA 8, allein verwendet wird, hat die im Rahmen der Erfindung verwendete Flüssigkristallmischung, die einen Flüssigkristall enthält, der eine cholesterische Phase zeigt, bessere Orientierungseigenschaften und führt zu einem Orientierungs- oder Orientierungseigenschaften und führt zu einem Orientierungs- oder Ausrichtungszustand, der frei von Orientierungsfehlern ist.

Was das Ausmaß der Orientierungssteuerungsbehandlung betrifft, wird es bevorzugt, nur eine des Paares von Grundplatten einer solchen Orientierungssteuerungsbehandlung zu unterziehen oder nur eine dieser Grundplatten mit einem Orientierungssteuerungsfilm zu versehen, damit eine höhere Ansprechgeschwindigkeit erhalten wird, weil eine schwächere Zwangskraft, die auf an der Oberfläche der Grundplatte befindliche Flüssigkristallmoleküle einwirkt, (oder eine schwächere Orientierungssteuerungswirkung, die der Grundplatte verliehen wird) insbesondere dann bessere Schalteigenschaften (eine höhere Ansprechgeschwindigkeit) begünstigt, wenn eine dünne Zelle verwendet wird oder wenn eine chirale smektische Phase wie z. B. SmC*, SmH*, SmF*, SmI* oder SmG*, die Bistabilität (Speichereigenschaften) zeigt, gebildet wird. Im Fall einer Zelle mit einer Dicke von 2 µm oder weniger als Beispiel führt eine Zelle, bei der nur eine Grundplatte einer Orientierungssteuerungsbehandlung unterzogen wurde, zu einer Ansprechgeschwindigkeit, die etwa doppelt so hoch ist wie die Ansprechgeschwindigkeit, die mit einer Zelle erhalten wird, bei der beide Grundplatten einer Behandlung zur Orientierungssteuerung unterzogen worden sind.

Die Erfindung wird nachstehend durch Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Auf einer quadratischen Grundplatte aus Glas wurden ITO- (Indiumzinnoxid-) Elektrodenfilme in Form von Streifen mit einer Breite von 62,5 µm in einem Abstand von 100 µm gebildet. In einer Vorrichtung für das schräge Aufdampfen, wie sie in Fig. 5 gezeigt wird, wurde die Grundplatte derart angeordnet, daß die Oberfläche der Grundplatte mit dem ITO- Film nach unten gerichtet war, und ein SiO₂-Kristall wurde in einen Tiegel aus Molybdän hineingebracht. Dann wurde die Aufdampfvorrichtung bis zu einem Vakuum in der Größenordnung von 1,3 mPa evakuiert, und SiO₂ wurde in einer vorgeschriebenen Weise schräg aufgedampft, um eine Elektrodenplatte mit einem 80,0 nm dicken, schräg aufgedampften Film (A-Elektrodenplatte) zu bilden.

Andererseits wurde auf eine ähnliche Glasplatte, die mit streifenförmigen ITO-Elektrodenfilmen versehen war, mittels einer Schleuder- bzw. Zentrifugenbeschichtungsvorrichtung eine polyimidbildende Lösung ("PIQ": Polyimid-Isoindolchinazolindion, hergestellt von Hitachi Kasei Kogyo K. K.; Gehalt an nichtflüchtigen Substanzen: 14,5 Gew.-%) aufgebracht, die dann 30 min lang bei 80°C, 60 min lang bei 200°C und 30 min lang bei 350°C erwärmt wurde, um einen Film mit einer Dicke von 80,0 nm zu bilden (B-Elektrodenplatte).

Dann wurde durch ein Siebdruckverfahren auf den Umfang der A-Elektrodenplatte mit Ausnahme eines Anteils für die Bildung einer Einspritzöffnung ein wärmehärtbarer Epoxyklebstoff aufgebracht. Die A-Elektrodenplatte und die B-Elektrodenplatte wurden derart übereinandergelegt, daß sich ihre ein Streifenmuster bildenden Elektroden im rechten Winkel kreuzten, und mit einem Abstandshalter aus Polyimid aneinander befestigt, während dazwischen ein Zwischenraum von 2 µm belassen wurde. Auf diese Weise wurde eine Zelle (Leerzelle) gebildet.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt, indem 5 Gew.-Teile Cholesterylnonanoat mit 100 Gew.-Teilen p-Decyloxybenzyliden-p′-amino-2-methylbutylcinnamat (DOBAMBC) vermischt wurden.

Die Flüssigkristallmischung wurde bis zur Erzielung der isotropen Phase erhitzt und durch die Einspritzöffnung der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Zelle eingespritzt, und die Einspritzöffnung wurde abgedichtet. Die auf diese Weise gebildete Flüssigkristallzelle wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,5°C/h allmählich abgekühlt und bei einer konstanten Temperatur von etwa 70°C mit einem Mikroskop beobachtet, während sie schichtweise zwischen einem Paar von Polarisatoren angeordnet war, die in der Art gekreuzter Nicolscher-Prismen angeordnet waren, wobei festgestellt wurde, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase gebildet hatte, deren schraubenförmige bzw. Helixstruktur sich gelockert bzw. abgewickelt hatte.

Beispiel 2

Auf eine quadratische Glasplatte, die mit streifenförmigen ITO-Elektrodenfilmen versehen war, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde mittels einer Schleuder- bzw. Zentrifugenbeschichtungsvorrichtung eine polyimidbildende Lösung ("PIQ", hergestellt von Hitachi Kasei Kogyo K. K.; Gehalt an nichtflüchtigen Substanzen: 14,5 Gew.-%) aufgebracht, die dann 30 min lang bei 80°C, 60 min lang bei 200°C und 30 min lang bei 350°C erwärmt wurde, um einen Film mit einer Dicke von 80,0 nm zu bilden (A-Elektrodenplatte).

Eine ähnliche Elektrodenplatte, die mit einem Polyimidfilm versehen war, wurde einer Reibungsbehandlung unterzogen, um eine B-Elektrodenplatte herzustellen.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt indem 10 Gew.-Teile 4-(2-Methylbutyl)-phenyl-4′-decyloxybenzoat mit 100 Gew.-Teilen DOBAMBC vermischt wurden.

Die Flüssigkristallmischung wurde bis zur Erzielung der isotropfen Phase erhitzt und durch die Einspritzöffnung der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Zelle eingespritzt, und die Einspritzöffnung wurde abgedichtet.

Die auf diese Weise gebildete Flüssigkristallzelle wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,5°C/h allmählich abgekühlt und bei einer konstanten Temperatur von etwa 65°C mit einem Mikroskop beobachtet, während sie schichtweise zwischen einem Paar von Polarisatoren angeordnet war, die in der Art gekreuzter Nicolscher Prismen angeordnet waren, wobei festgestellt wurde, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase gebildet hatte, deren schraubenförmige bzw. Helixstruktur sich gelockert bzw. abgewickelt hatte.

Beispiel 3

Eine Leerzelle, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde bereitgestellt.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt, indem 8 Gew.-Teile 4-Hexyloxyphenyl-4-(2′′-methylbutyl)- biphenyl-4′-carboxylat mit 100 Gew.-Teilen DOBAMBC vermischt wurden.

Die Flüssigkristallmischung wurde bis zur Erzielung der isotropen Phase erhitzt und durch die Einspritzöffnung der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Zelle eingespritzt, und die Einspritzöffnung wurde abgedichtet. Die auf diese Weise gebildete Flüssigkristallzelle wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,5°C/h allmählich abgekühlt und mit einem Mikroskop beobachtet, während sie schichtweise zwischen einem Paar von Polarisatoren angeordnet war, die in der Art gekreuzter Nicolscher Prismen angeordnet waren, wobei festgestellt wurde, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase gebildet hatte, deren schraubenförmige bzw. Helixstruktur sich gelockert bzw. abgewickelt hatte.

Beispiel 4

Eine Leerzelle, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde bereitgestellt.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt, indem 5 Gew.-Teile 4-Heptylphenyl-4-(4′′-methylhexyl)-biphenyl- 4′-carboxylat mit 100 Gew.-Teilen DOBAMBC vermischt wurden.

Beispiel 5

Eine Leerzelle, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde bereitgestellt.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt, indem 5 Gew.-Teile Cholesterylnonanoat mit 100 Gew.-Teilen 4-Hexyloxyphenyl-4-(2′′-methylbutyl)-biphenyl-4′-carboxylat vermischt wurden.

Die Flüssigkristallmischung wurde bis zur Erzielung der isotropen Phase erhitzt und durch die Einspritzöffnung der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Zelle eingespritzt, und die Einspritzöffnung wurde abgedichtet. Die auf diese Weise gebildete Flüssigkristallzelle wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,5°C/h allmählich abgekühlt und mit einem Mikroskop beobachtet, während sie schichtweise zwischen einem Paar von Polarisatoren angeordnet war, die in der Art gekreuzter Nicolscher Prismen angeordnet waren, wobei festgestellt wurde, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte.

Die Flüssigkristallvorrichtung, die die Flüssigkristallmischung in der SmC*-Phase enthielt, wurde 500 h lang in diesem Zustand gehalten und dann in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet, wobei festgestellt wurde, daß die SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur beibehalten worden war.

Andererseits wurde als Vergleichsversuch eine Flüssigkristallvorrichtung in derselben Weise wie vorstehend beschrieben, außer daß das Cholesterylnonanoat weggelassen wurde, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß sich im Anfangsstadium eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, während die Monodomäne der SmC*- Phase nach dem 500stündigen Haltbarkeitsversuch nicht beibehalten worden war.

Beispiel 6

Eine Leerzelle, wie sie in Beispiel 2 verwendet wurde, wurde bereitgestellt.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt, indem 10 Gew.-Teile 4-(2-Methylbutyl-phenyl-4′-decyloxybenzoat mit 100 Gew.-Teilen 4-Octyloxyphenyl-4-(2′′-methylbutyl)- biphenyl-4′-carboxylat vermischt wurden.

Die Flüssigkristallmischung wurde bis zur Erzielung der isotropen Phase erhitzt und durch die Einspritzöffnung der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Zelle eingespritzt, und die Einspritzöffnung wurde abgedichtet. Die auf diese Weise gebildete Flüssigkristallzelle wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,5°C/h allmählich abgekühlt und bei einer konstanten Temperatur von etwa 65°C mit einem Mikroskop beobachtet, während sie schichtweise zwischen einem Paar von Polarisatoren angeordnet war, die in der Art gekreuzter Nicolscher Prismen angeordnet waren, wobei festgestellt wurde, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase, deren schraubenförmige bzw. Helixstruktur sich gelockert bzw. abgewickelt hatte, gebildet hatte.

Die Flüssigkristallvorrichtung, die die Flüssigkristallmischung in der SmC*-Phase enthielt, wurde 700 h lang in diesem Zustand gehalten und dann in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet, wobei festgestellt wurde, daß die SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur beibehalten worden war.

Andererseits wurde als Vergleichsversuch eine Flüssigkristallvorrichtung in derselben Weise wie vorstehend beschrieben, außer daß das 4-(2-Methylbutyl)-phenyl-4′-decyloxybenzoat weggelassen wurde, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß sich im Anfangsstadium eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, während die Monodomäne der SmC*-Phase nach dem 700stündigen Haltbarkeitsversuch nicht beibehalten worden war.

Beispiel 7 bis 9

Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 6, außer daß das 4-(2-Methylbutyl)phenyl-4′- decyloxybenzoat durch 4-(2′′-Methylbutyl-4′-cyanobiphenyl (Beispiel 7), Cholesterylbenzoat (Beispiel 8) bzw. 4-(2′′- Methylbutyloxy)-4′-cyanobiphenyl (Beispiel 9) ersetzt wurde, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Dabei wurde jeweils festgestellt, daß sich eine Monodomäne von SmC* mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, und es wurde beobachtet, daß diese Monodomäne nach dem 700stündigen Haltbarkeitsversuch, der wie in Beispiel 6 durchgeführt wurde, beibehalten worden war.

Beispiel 10

Auf einer 100 µm dicken Trägerfolie aus Polyethylenterephthalat wurde mittels einer Niedertemperatur-Zerstäubungs- bzw. Spritzvorrichtung, wobei die Oberflächentemperatur der Trägerfolie auf weniger als 120°C herabgesetzt wurde, ein hauptsächlich aus Indiumoxid bestehender, lichtdurchlässiger Elektrodenfilm gebildet. Auf diese Weise wurde ein Kunststoff-Substrat erhalten. Auf das Kunststoff-Substrat wurde eine Lösung mit der folgenden Zusammensetzung [Lösungsmischung (1)] aufgebracht und 30 min lang bei 120°C getrocknet, um einen Überzugsfilm zu bilden.

Lösungsmischung (1)
Acetomethoxyaluminiumdiisopropylat\|1 g
Polyesterharz (Bylon 30 P; hergestellt durch Toyobo K. K.)	0,5 g
Tetrahydrofuran	100 ml

Der auf dem Kunststoff-Substrat befindliche Überzugsfilm wurde dann unter dem Druck von 100 g/cm² in einer Richtung gerieben. Ein Paar der Kunststoff-Substrate, die auf diese Weise einer Reibungsbehandlung unterzogen worden waren, wurden derart übereinandergelegt, daß ihre Reibungsrichtungen parallel zueinander waren, und mit einem Zwischenraum von 1 µm dazwischen aneinander befestigt, indem der Umfang mit Ausnahme einer Öffnung für die Flüssigkristalleinspritzung verschlossen bzw. abgedichtet wurde. Auf diese Weise wurde eine Leerzelle hergestellt.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt, indem 4 Gew.-Teile 4-(2-Methylbutyl-4′-hexyloxyazobenzol mit 100 Gew.-Teilen 4-Hexyloxyphenyl-4-(2′′-methylbutyl)- biphenyl-4′-carboxylat vermischt wurden.

Die Flüssigkristallmischung wurde bis zur Erzielung der isotropen Phase erhitzt und durch die Einspritzöffnung der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Zelle unter Vakuum in die Zelle eingespritzt, und die Einspritzöffnung wurde abgedichtet. Die auf diese Weise gebildete Flüssigkristallzelle wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,5°C/h allmählich abgekühlt und mit einem Mikroskop beobachtet, während sie schichtweise zwischen einem Paar von Polarisatoren angeordnet war, die in der Art gekreuzter Nicolscher Prismen angeordnet waren, wobei festgestellt wurde, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte.

Die Flüssigkristallvorrichtung, die die Flüssigkristallmischung in der SmC*-Phase enthielt, wurde 500 h lang in diesem Zustand gehalten und dann in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet, wobei beobachtet wurde, daß die SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur beibehalten worden war.

Andererseits wurde als Vergleichsversuch eine Flüssigkristallvorrichtung in derselben Weise wie vorstehend beschrieben, außer daß das 4-(2-Methylbutyl)-4′-hexyloxyazobenzol weggelassen wurde, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß sich im Anfangsstadium eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, während die Monodomäne der SmC*-Phase nach dem 500stündigen Haltbarkeitsversuch nicht beibehalten worden war.

Beispiel 11

Eine Glasplatte, auf der ein ITO-Elektrodenfilm in Form von Streifen mit einer Breite von 62,5 µm in einem Abstand von 100 µm ausgebildet worden war, wurde ferner mit einer Beschichtungslösung [Lösungsmischung (2)], die die folgende Zusammensetzung hatte, beschichtet.

Lösungsmischung (2)
Tetraisopropoxytitan\|1 g
Kondensationsprodukt von Pyromellithsäureanhydrid und 4,4′-Diaminodiphenylether als Polyimid-Vorstufe (Polyamidsäure)	0,5 g (Feststoff)
Isopropylalkohol	50 ml
Ethanol	50 mg

Das auf diese Weise beschichtete Glas-Substrat wurde ferner 1 h lang bei 230°C erhitzt, um eine unter Dehydratisierung erfolgende Ringschlußreaktion hervorzurufen und dadurch den erhaltenen Überzugsfilm in einen Polyimidfilm umzuwandeln.

Der auf dem Glas-Substrat befindliche Polyimidfilm wurde dann unter dem Druck von 100 g/cm² in einer Richtung gerieben. Ein Paar der Glas-Substrate, die auf diese Weise einer Reibungsbehandlung unterzogen worden waren, wurden derart übereinandergelegt, daß ihre Reibungsrichtungen parallel zueinander waren, und mit einem Zwischenraum von 1 µm dazwischen aneinander befestigt, indem der Umfang mit Ausnahme einer Öffnung für die Flüssigkristalleinspritzung verschlossen bzw. abgedichtet wurde. Auf diese Weise wurde eine Leerzeile hergestellt.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt, indem 4 Gew.-Teile 4-Cyanobenzyliden-4′-(2-methylbutyl)- anilin mit 100 Gew.-Teilen 4-Octyloxyphenyl-4-(2′′-methylbutyl)- biphenyl-4′-carboxylat vermischt wurden.

Die Flüssigkristallvorrichtung, die die Flüssigkristallmischung in der SmC*-Phase enthielt, wurde 800 h lang in diesem Zustand gehalten und dann in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet, wobei festgestellt wurde, daß die SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur beibehalten worden war.

Andererseits wurde als Vergleichsversuch eine Flüssigkristallvorrichtung in derselben Weise wie vorstehend beschrieben, außer daß das 4-Cyanobenzyliden-4′-(2-methylbutyl)- anilin weggelassen wurde, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß sich im Anfangsstadium eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, während die Monodomäne der SmC*-Phase nach dem 800stündigen Haltbarkeitsversuch nicht beibehalten worden war.

Beispiel 12

Eine Leerzelle, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde bereitgestellt.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt, indem 5 Gew.-Teile Cholesterylnonanoat mit 100 Gew.-Teilen 4-(2′-Methylbutyl)-phenyl-4′-octyloxybiphenyl-4-carboxylat vermischt wurden.

Beispiel 13

Eine Leerzelle, wie sie in Beispiel 2 verwendet wurde, wurde bereitgestellt.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt, indem 10 Gew.-Teile 4-(2-Methylbutyl)-phenyl-4′-decyloxybenzoat mit 100 Gew.-Teilen 4-(2′-Methylbutyl)-phenyl-4′- octyloxybiphenyl-4-carboxylat vermischt wurden.

Die Flüssigkristallmischung wurde bis zur Erzielung der isotropen Phase erhitzt und durch die Einspritzöffnung der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Zelle in die Zelle eingespritzt, und die Einspritzöffnung wurde abgedichtet. Die auf diese Weise gebildete Flüssigkristallzelle wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,5°C/h allmählich abgekühlt und mit einem Mikroskop beobachtet, während sie schichtweise zwischen einem Paar von Polarisatoren angeordnet war, die in der Art gekreuzter Nicolscher Prismen angeordnet waren, wobei festgestellt wurde, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte.

Beispiel 14 und 15

Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 13, außer daß das 4-(2′-Methylbutyl)-phenyl-4′- octyloxybiphenyl-4-carboxylat durch 4-Pentylphenyl-4-(4′- methylhexyl)-phenyl-4′-carboxylat (Beispiel 14) bzw. p-n- Octyloxybenzoesäure-p′-(2-methylbutyloxy)-phenylester (Beispiel 15) ersetzt wurde, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Dabei wurde jeweils festgestellt, daß sich eine Monodomäne von SmC* mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, und es wurde beobachtet, daß diese Monodomäne nach dem 700stündigen Haltbarkeitsversuch, der wie in Beispiel 13 durchgeführt wurde, beibehalten worden war.

Beispiele 16 bis 18

Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 13, außer daß das 4-(2-Methylbutyl)-phenyl-4′- decyloxybenzoat durch 4-(2′′-Methylbutyl)-4′-cyanobiphenyl (Beispiel 16), Cholesterylbenzoat (Beispiel 17) bzw. 4-(2′- Methylbutyloxy)-4′-cyanobiphenyl (Beispiel 18) ersetzt wurde, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Dabei wurde jeweils festgestellt, daß sich eine Monodomäne von SmC* mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, und es wurde beobachtet, daß diese Monodomäne nach dem 700stündigen Haltbarkeitsversuch, der wie in Beispiel 13 durchgeführt wurde, beibehalten worden war.

Beispiel 19

Eine Leerzelle, wie sie in Beispiel 10 verwendet wurde, wurde bereitgestellt.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt, indem 45 Gew.-Teile 4-(2-Methylbutyl)-4′-hexyloxyazobenzol mit 100 Gew.-Teilen 4-(2′-Methylbutyl)-phenyl-4′-octyloxybiphenyl- 4-carboxylat vermischt wurden.

Beispiele 20 bis 22

Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 19, außer daß das 4-(2-Methylbutyl)-4′-hexyloxyazobenzol durch 4-(2′′-Methylbutyl)-4′-cyanobiphenyl (Beispiel 20), Cholesterylbenzoat (Beispiel 21) bzw. 4-(2′′- Methylbutyloxy)-4′-cyanobiphenyl (Beispiel 22) ersetzt wurde, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Dabei wurde jeweils festgestellt, daß sich eine Monodomäne von SmC* mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, und es wurde beobachtet, daß diese Monodomäne nach dem 500stündige Haltbarkeitsversuch, der wie in Beispiel 19 durchgeführt wurde, beibehalten worden war.

Beispiel 23

Eine Leerzelle, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde bereitgestellt.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt, indem 75 Gew.-Teile 4-Hexyloxyphenyl-4-(2′′-methylbutyl)- biphenyl-4′-carboxylat mit 100 Gew.-Teilen 4-(2′-Methylbutyl)- phenyl-4′-octyloxybiphenyl-4-carboxylat vermischt wurden.

Andererseits wurde als Vergleichsversuch eine Flüssigkristallvorrichtung in derselben Weise wie vorstehend beschrieben, außer daß die zwei in der vorstehend beschriebenen Flüssigkristallvorrichtung verwendeten Flüssigkristalle getrennt verwendet wurden, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Als Ergebnis wurde in jedem Fall festgestellt, daß sich im Anfangsstadium eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, während die Monodomäne der SmC*-Phase nach dem 700stündigen Haltbarkeitsversuch nicht beibehalten worden war.

Ferner wurden zu 100 Gew.-Teilen der vorstehend erwähnten Flüssigkristallmischung 20 Gew.-Teile DOBAMBC hinzugegeben, wobei eine Flüssigkristallmischung erhalten wurde. Die auf diese Weise erhaltene Flüssigkristallmischung wurde in derselben Weise zur Herstellung einer Flüssigkristallvorrichtung verwendet. Die Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet, wobei festgestellt wurde, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, und es wurde beobachtet, daß diese Monodomäne nach einem verlängerten Haltbarkeitsversuch, der 1000 h länger dauerte als in dem vorstehend erwähnten Beispiel, beibehalten worden war.

Beispiel 24

Eine Leerzelle, wie sie in Beispiel 2 verwendet wurde, wurde bereitgestellt.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt, indem 70 Gew.-Teile 4-(Octyloxyphenyl)-4-(2′′-methylbutyl)- biphenyl-4′-carboxylat mit 100 Gew.-Teilen 4-Pentylphenyl- 4-(4′′-methylhexyl)-biphenyl-4′-carboxylat vermischt wurden.

Andererseits wurde als Vergleichsversuche Flüssigkristallvorrichtungen in derselben Weise wie vorstehend beschrieben, außer daß die zwei in der vorstehend beschriebenen Flüssigkristallvorrichtung verwendeten Flüssigkristalle getrennt verwendet wurden, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtungen wurde in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Als Ergebnis wurde in jedem Fall festgestellt, daß sich im Anfangsstadium eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, während die Monodomäne der SmC*-Phase nach dem 700stündigen Haltbarkeitsversuch nicht beibehalten worden war.

Ferner wurden zu 100 Gew.-Teilen der vorstehend erwähnten Flüssigkristallmischung 20 Gew.Teile DOBAMBC hinzugegeben, wobei eine Flüssigkristallmischung erhalten wurde. Die auf diese Weise erhaltene Flüssigkristallmischung wurde in derselben Weise zur Herstellung einer Flüssigkristallvorrichtung verwendet. Die Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet, wobei festgestellt wurde, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, und es wurde beobachtet, daß diese Monodomäne nach einem verlängerten Haltbarkeitsversuch, der 1000 h länger dauerte als in dem vorstehend erwähnten Beispiel, beibehalten worden war.

Beispiele 25 bis 26

Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 23, außer daß das 4-(2-Methylbutyl)-phenyl-4′- octyloxybiphenyl-4-carboxylat durch 4-Pentylphenyl-4-(4′′- methylhexyl)-biphenyl-4′-carboxylat (Beispiel 25) bzw. p-n- Octyloxybenzoesäure-p′-(2-methylbutyloxy)-phenylester (Beispiel 26) ersetzt wurde, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Dabei wurde jeweils festgestellt, daß sich eine Monodomäne der SmC* mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, und es wurde beobachtet, daß diese Monodomäne nach dem 700stündige Haltbarkeitsversuch, der wie in Beispiel 23 durchgeführt wurde, beibehalten worden war.

Ferner wurden zwei Flüssigkristallvorrichtungen, die jeweils eine Dreikomponenten-Flüssigkristallmischung enthielten, in derselben Weise wie in Beispiel 23 erläutert, außer daß HOBACPC anstelle von DOBAMBC verwendet wurde, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Dabei wurde bei jeder Vorrichtung beobachtet, daß sich im Anfangsstadium eine Monodomäne von SmC* mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte und daß diese Monodomäne nach dem 1700stündigen Haltbarkeitsversuch beibehalten worden war.

Beispiel 27

Eine Leerzelle, wie sie in Beispiel 10 verwendet wurde, wurde bereitgestellt.

Eine Flüssigkristallmischung wurde gesondert hergestellt, indem 80 Gew.-Teile 4-Hexyloxyphenyl-4-(2′′-methylbutyl)- biphenyl-4′-carboxylat mit 100 Gew.-Teilen 4-(2′-Methylbutyl)- phenyl-4′-octyloxybiphenyl-4-carboxylat vermischt wurden.

Andererseits wurde als Vergleichsversuche Flüssigkristallvorrichtungen in derselben Weise wie vorstehend beschrieben, außer daß die zwei in der vorstehend beschriebenen Flüssigkristallvorrichtung verwendeten Flüssigkristall getrennt verwendet wurden, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Als Ergebnis wurde in jedem Fall festgestellt, daß sich im Anfangsstadium eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, während die Monodomäne der SmC*-Phase nach dem 500stündigen Haltbarkeitsversuch nicht beibehalten worden war.

Ferner wurden zu 100 Gew.-Teilen der vorstehend erwähnten Flüssigkristallmischung 20 Gew.-Teile OOBAMBCC hinzugegeben, wobei eine Flüssigkristallmischung erhalten wurde. Die auf diese Weise erhaltene Flüssigkristallmischung wurde in derselben Weise zur Herstellung einer Flüssigkristallvorrichtung verwendet. Die Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet, wobei festgestellt wurde, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, und es wurde beobachtet, daß diese Monodomäne nach einem verlängerten Haltbarkeitsversuch, der 800 h länger dauerte als in dem vorstehend erwähnten Beispiel, beibehalten worden war.

Beispiele 28 und 29

Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 27, außer daß das 4-(2′-Methylbutyl)-phenyl-4′- octyloxybiphenyl-4-carboxylat durch 4-Pentylphenyl-4-(4′′- methylhexyl)-biphenyl-4′-carboxylat (Beispiel 28) bzw. p-n- Octyloxybenzoesäure-p′-(2-methylbutyloxy)-phenylester (Beispiel 29) ersetzt wurde, hergestellt.

Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Dabei wurde jeweils festgestellt, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, und es wurde beobachtet, daß diese Monodomäne nach dem 700stündigen Haltbarkeitsversuch, der wie in Beispiel 24 durchgeführt wurde, beibehalten worden war.

Ferner wurden zwei Flüssigkristallvorrichtungen, die jeweils eine Dreikomponenten-Flüssigkristallmischung enthielten, in derselben Weise wie in Beispiel 27 erläutert, außer daß DOBAMBC anstelle von OOBAMBCC verwendet wurde, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Dabei wurde bei jeder Vorrichtung beobachtet, daß sich im Anfangsstadium eine Monodomäne von SmC* mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte und daß diese Monodomäne nach dem 2000stündigen Haltbarkeitsversuch beibehalten worden war.

Beispiele 30 und 31

Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 24, außer daß das in Beispiel 24 verwendete 4- Pentylphenyl-4-(4′′-methylhexyl)-biphenyl-4′-carboxylat durch 4-(2′-Methylbutyl)-phenyl-4′-octyloxybiphenyl-4-carboxylat (Beispiel 30) bzw. p-n-Octyloxybenzoesäure-p′-(2- methylbutyloxy)-phenylester (Beispiel 31) ersetzt wurde, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Dabei wurde jeweils festgestellt, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte, und es wurde beobachtet, daß diese Monodomäne nach dem 700stündigen Haltbarkeitsversuch, der wie in Beispiel 24 durchgeführt wurde, beibehalten worden war.

Ferner wurden zwei Flüssigkristallvorrichtungen, die jeweils eine Dreikomponenten-Flüssigkristallmischung enthielten, in derselben Weise wie in Beispiel 24 erläutert, außer daß MBRA 8 anstelle von DOBAMBCC verwendet wurde, hergestellt. Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise mit einem Mikroskop beobachtet. Dabei wurde bei jeder Vorrichtung beobachtet, daß sich im Anfangsstadium eine Monodomäne von SmC* mit nicht schraubenförmiger Struktur gebildet hatte und daß diese Monodomäne nach dem 1500stündigen Haltbarkeitsversuch beibehalten worden war.

Die Flüssigkristallvorrichtungen, die in den vorstehenden Beispielen hergestellt wurden, wurden zum Einschreiben mit Spannungssignalen, die Kurvenformen hatten, wie sie in Fig. 8 gezeigt werden, (Treiberspannung: 30 V; Impulsbreite: 500 ms) angesteuert, wobei die eingeschriebenen Bilder für die Dauer eines Vollbildes ohne Inversion gespeichert wurden.

Vergleichsversuche

In mehreren Versuchsreihen wurden die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen mit "Einkomponentensystemen" des Standes der Technik (US-PS 43 67 924 und DE-OS 34 43 011 verglichen.

1. Bestimmung des optischen Kontrastes zwischen den zwei stabilen Orientierungszuständen einer Flüssigkristallzelle mit einer chiralen smektischen Phase (SmC*) unter bistabilen Bedingungen

Jede Zelle wurde unter ein Polarisationsmikroskop gebracht und die A-Elektrodenplatte geerdet. Unter diesen Bedingungen wurde eine positiv polarisierte Impulsspannung (Amplitude = +10 V; Dauer = 1 ms) und eine negativ polarisierte Impulsspannung (-10 V; 1 ms) wechselseitig angelegt, während ein Nicol'sches Kreuzpolarisationsfilter angeordnet wurde, um den dunkelsten Zustand zu bestimmen, wenn die negativ polarisierte Impulsspannung angelegt war. Anschließend wurden die Lichtmengen, die von der Zelle und dem Mikroskop hindurchgelassen wurden, mit einem Fotomultiplier gemessen. Dadurch wurde eine Spannung A₁ (mV) nach der positiven Impulsanwendung und eine Spannung A₂ (mV) nach der negativen Impulsanwendung erhalten. Der Kontrast zwischen dem hellen und dem dunklen Zustand wurde durch das Verhältnis A₁ zu A₂ dargestellt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 enthalten, wobei die Beispiele der vorliegenden Anmeldung entnommen wurden und die Vergleichsbeispiele der US-PS 43 67 924 und DE-OS 34 43 011 entnommen sind. Eine Ausnahme bildet Vergleichsbeispiel 6, bei dem lediglich nur mit einer Komponente des in Beispiel 6 verwendeten Flüssigkristallgemisches gearbeitet wurde.

Tabelle 5

Vergleich der optischen Kontraste der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen (Beispiele) mit den in der US-PS 43 67 924 (Vergleichsbeispiele) angegebenen Flüssigkristallen

Bei den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 wurde unter dem Polarisationsmikroskop die Bildung von Multi-Domänen einer nicht schraubenförmigen SmC*-Phase beobachtet.

Die Ergebnisse zeigen ein deutlich höheres Kontrastverhältnis A₁ zu A₂ der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen im Vergleich zu dem in Stand der Technik genannten Einkomponentensystemen. Dieses höhere Kontrastverhältnis beweist eine bessere Bistabilität, die auf einer besseren Bildungscharakteristik der Monodomäne beruht.

2. Bestimmung des Bistabilitätsfaktors

Für jede Flüssigkristallzelle wurde ein Kontrastverhältnis A₁ zu A₂ (= A₀) nach dem unter Punkt 1 genannten Verfahren bestimmt. Weiterhin wurde ein Kontrastverhältnis B₁ zu B₂ (= B₀) und ein Bistabilitätsfaktor im SnC⁺-Zustand berechnet, der auf den gleichen Meßwerten während der Anwendung des gleichen Impulses (Amplituden = ±10 V, Dauer = 1 ms) beruhte. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.

Tabelle 6

Vergleich des Bistabilitätsfaktors A₀/B₀ der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen (Beispiele) mit "Einkomponentensystemen" aus in der vorliegenden Anmeldung genannten Verbindungen

Aus der Tabelle 6 ist zu entnehmen, daß die Werte für die Bistabilitätsfaktoren für die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen immer höher liegen im Vergleich zu einem Flüssigkristall, der nur aus einer der beiden Komponenten besteht. Dabei bedeutet ein großer Wert für den Bistabilitätsfaktor A₀/B₀ eine bessere Bistabilität oder eine bessere Gedächtnischarakteristik.

Diese Ergebnisse demonstrieren klar die Überlegenheit der Verwendung der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen aus mindestens zwei Komponenten in Verbindung mit der Fähigkeit einer oder beider Grundplatten, die Flüssigkristallmoleküle uniaxial auszurichten, im Vergleich zu Flüssigkristallen aus einer Komponente.

Claims

1. Flüssigkristallvorrichtung, bestehend aus einem Paar Grundplatten und einer chiralen smektischen Flüssigkristallmischung, die zwischen das Paar Grundplatten eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung aus mindestens zwei Flüssigkristallen besteht, wobei einer der beiden Flüssigkristalle mindestens eine chirale smektische Phase und der anderen mindestens eine cholesterische Phase zeigt, daß mindestens eine der beiden Grundplatten eine Oberfläche besitzt, die mit der Funktion einer einachsigen Orientierung der Flüssigkristallmoleküle versehen ist, wobei das Paar Grundplatten in einem die Bildung einer Helixstruktur aus der chiralen smektischen Flüssigkristallmischung unterdrückenden, ausreichend geringen Abstand angeordnet ist, und wobei die chirale smektische Mischung abgekühlt worden ist, um eine Phasenumwandlung von einer bei höherer Temperatur als einer smektischen Phase auftretenden Phase in eine chirale smektische Phase zu bewirken, so daß die Flüssigkristallmischung in einer der beiden verschiedenen stabilen Orientierungszuständen in Abwesenheit eines elektrischen Feldes orientiert ist.

2. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Flüssigkristalle ein Flüssigkristall ist, der eine smektische A-Phase und eine chirale smektische Phase und keine cholesterische Phase während der Temperaturabnahme zeigt, und der andere der beiden Flüssigkristalle ein Flüssigkristall ist, der eine cholesterische Phase und keine chirale smektische Phase während der Temperaturabnahme zeigt.

3. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Flüssigkristalle ein Flüssigkristall ist, der eine smektische A-Phase und eine chirale smektische Phase und keine cholesterische Phase während der Temperaturabnahme zeigt, und der andere der beiden Flüssigkristalle ein Flüssigkristall ist, der eine cholesterische Phase und eine chirale smektische Phase während der Temperaturabnahme zeigt.

4. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturabnahme einer der beiden Flüssigkristalle eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine cholesterische Phase und eine smektische A-Phase in eine chirale smektische Phase und der andere der beiden Flüssigkristalle eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine cholesterische Phase in eine kristalline Phase oder von einer isotropen Phase über eine cholesterische Phase und eine smektische A-Phase in eine kristalline Phase bewirkt.

5. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturabnahme einer der beiden Flüssigkristalle eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine cholesterische Phase in eine chirale smektische Phase und der andere der beiden Flüssigkristalle eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine cholesterische Phase in eine kristalline Phase oder von einer isotropen Phase über eine cholesterische Phase und eine smektische Phase in eine kristalline Phase bewirkt.

6. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flüssigkristalle eine chirale smektische Phase zeigen, aber hinsichtlich der Phasenumwandlung einer der beiden Flüssigkristalle zusätzlich eine cholesterische Phase zeigt.

7. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Temperaturabnahme einer der beiden Flüssigkristalle eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine cholesterische Phase und eine smektische A-Phase in eine chirale smektische Phase bewirkt und der andere der beiden Flüssigkristalle eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine cholesterische Phase in eine chirale smektische Phase bewirkt.

8. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung mindestens drei Flüssigkristalle umfaßt, wobei bei Temperaturabnahme ein erster Flüssigkristall eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine smektische A-Phase in eine chirale smektische Phase und ein zweiter Flüssigkristall eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine cholesterische Phase und eine smektische A-Phase in eine chirale smektische Phase und ein dritter Flüssigkristall eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine cholesterische Phase in eine chirale smektische Phase bewirkt.

9. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung bei Temperaturabnahme eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer smektischen A-Phase in eine chirale smektische Phase bewirkt.

10. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die chirale smektische Phase eine C-Phase, H-Phase, S-Phase, I-Phase, K-Phase, J-Phase oder G-Phase ist.

11. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die chirale smektische Phase in einem Zustand befindet, in dem eine nicht schraubenförmige Struktur gebildet wird.

12. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine der beiden Grundplatten mit einer Funktion einer einachsigen Orientierung der Flüssigkristallmoleküle versehen ist.

13. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Grundplatten mit der Funktion einer einachsigen Orientierung der Flüssigkristallmoleküle versehen sind.

14. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einachsige Orientierung durch eine Reibungsbehandlung erfolgt.

15. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Grundplatten, die einer Reibungsbehandlung unterzogen wird, durch eine Schicht eines organischen isolierenden Materials oder eines anorganischen isolierenden Materials gebildet wird.

16. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das organische isolierende Material mindestens ein aus Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Poly-p-xylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz und einem Fotoresistharz ausgewähltes Harz ist.

17. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische isolierende Material SiO, SiO₂ oder TiO₂ ist.

18. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der einachsigen Orientierung durch schräges Aufdampfen eines anorganischen isolierenden Materials verliehen wird.

19. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische isolierende Material SiO oder SiO₂ ist.

20. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der einachsigen Orientierung durch schräges Ätzen verliehen wird.

21. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der durch schräges Ätzen behandelten Grundplatte durch eine Schicht eines organischen isolierenden Materials oder eines anorganischen isolierenden Materials gebildet wird.

22. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das organische isolierende Material mindestens ein aus Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Poly-p-xylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz und einem Fotoresistharz ausgewähltes Harz ist.

23. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische isolierende Material Glas, SiO, SiO₂ oder TiO₂ ist.

24. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Grundplatte mit einem Abstandshalter versehen ist, der dadurch bereitgestellt worden ist, daß zunächst ein Film aus einem isolierenden Material gebildet wurde und der Film dann mit Ausnahme eines ausgewählten Anteils davon abgeätzt wurde.

25. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter ein Bauteil in Form eines Streifens ist.

26. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Abstandshaltern vorgesehen sind.

27. Verwendung der Flüssigkristallvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 26 in einer optischen Modulationsvorrichtung.