DE3610801C2

DE3610801C2 -

Info

Publication number: DE3610801C2
Application number: DE3610801A
Authority: DE
Inventors: Kazuo Machida Tokio/Tokyo Jp Yoshinaga; Akira Tokio/Tokyo Jp Tsuboyama; Kazuharu Tama Tokio/Tokyo Jp Katagiri; Osamu Kawasaki Kanagawa Jp Taniguchi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1986-04-01
Publication date: 1989-06-22
Also published as: GB8607414D0; GB2175409B; DE3610801A1; GB2175409A; US4721367A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallvorrichtung, die für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, eine optische Flüssigkristall-Verschlußanordnung usw. verwendet wird, und insbesondere eine Flüssigkristallvorrichtung, die durch eine Verbesserung der anfänglichen Orientierung oder Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle verbesserte Anzeige- und Ansteuerungseigenschaften hat.

Bei einem bekannten Typ von Flüssigkristallvorrichtungen werden TN-Flüssigkristalle (verdrillte nematische Flüssigkristalle; TN = engl. "twisted nematic") verwendet, was beispielsweise in dem Artikel "Voltage-Dependent Optical Activity of a Twisted 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 von Flüssigkristallvorrichtungen ist die Zahl der Bildelemente wegen des Problems beschränkt, daß das Phänomen des "Übersprechens" auftritt, wenn eine Vorrichtung mit einem Matrixelektrodenaufbau mit einer hohen Bilddichte nach einem Zeitmultiplex-Ansteuerungssystem angesteuert wird.

Ein anderer bekannter Typ einer Flüssigkristallvorrichtung enthält eine Vielzahl von Bildelementen, die jeweils an einen als Schaltelement dienenden Dünnfilmtransistor angeschlossen sind und durch diesen geschaltet werden. Dieser Typ einer Flüssigkristallvorrichtung ist jedoch von den Problemen begleitet, daß die Herstellung von Dünnfilmtransistoren auf einem Substrat sehr kompliziert ist und daß die Herstellung einer Anzeigevorrichtung mit einer großen Bildfläche oder einem großen Bildschirm schwierig ist.

Zur Vermeidung der vorstehend erwähnten Nachteile der bekannten Typen von Flüssigkristallvorrichtungen haben Clark und Lagerwall die Anwendung einer Flüssigkristallvorrichtung vorgeschlagen, in der ein ferroelektrischer Flüssigkristall in einer dünnen Schicht mit einer Dicke angeordnet ist, die weniger als das 5fache der Ganghöhe der Flüssigkristallspirale beträgt, so daß seine Spiralstruktur abgewickelt wird, um Bistabilität zu entwickeln (z. B. US- PS 43 67 924). Als bistabiler Flüssigkristall wird im allgemeinen ein ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet, der eine chirale smektische C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) zeigt. Ein solcher ferroelektrischer Flüssigkristall zeigt Bistabilität; d. h., er hat zwei stabile Zustände, die aus einem ersten stabilen Zustand und einem zweiten stabilen Zustand bestehen. Infolgedessen wird der Flüssigkristall im Unterschied zu dem üblichen TN-Flüssigkristall in der vorstehend erwähnten Vorrichtung in Abhängigkeit von einem elektrischen Feldvektor zu dem ersten stabilen Zustand und in Abhängigkeit von dem anderen elektrischen Feldvektor zu dem zweiten stabilen Zustand orientiert. Ferner nimmt dieser Flüssigkristalltyp in Abhängigkeit von einem daran angelegten elektrischen Feld sehr schnell einen der zwei vorstehend erwähnten 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-Flüssigkristallvorrichtung auftreten, wesentliche Verbesserungen erzielt werden. Dieser Gesichtspunkt wird nachstehend im Zusammenhang mit der Erfindung näher erläutert.

Um mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall, der Bistabilität zeigt, gewünschte Ansteuerungseigenschaften verwirklichen zu können, ist es jedoch erforderlich, daß der Flüssigkristall, der zwischen einem Paar parallelen Grundplatten angeordnet ist, eine derartige Molekülanordnung hat, daß die Moleküle unabhängig vom Anlegen eines elektrischen Feldes wirksam zwischen den zwei stabilen Zuständen umgeschaltet bzw. umgetauscht werden können. Im Zusammenhang mit ferroelektrischen Flüssigkristallen, die eine SmC*-, SmI*-, SmJ*-, SmK*-, SmG*-, SmF*- oder SmH*- Phase haben, ist es beispielsweise erforderlich, daß ein Beeich (Monodomäne) gebildet wird, in dem Flüssigkristallschichten mit einer SmC*- oder SmH*-Phase senkrecht zu den Oberflächen der Grundplatten verlaufen, d. h., ein Bereich, in dem die Flüssigkristallachse im wesentlichen parallel zu den Oberflächen ausgerichtet ist. Mit optischen Modulationsvorrichtungen, bei denen ein Bistabiltät zeigender Flüssigkristall verwendet wird, ist jedoch eine Orientierung des Flüssigkristalls mit einer solchen Monodomänenstruktur nicht in zufriedenstellender Weise ausgebildet worden, und folglich wurden keine ausreichenden Anzeigeeigenschaften erhalten.

Für die Erzielung einer solchen Orientierung haben beispielsweise Clark u. a. ein Verfahren, bei dem ein elektrisches Feld errichtet wird, ein Verfahren, bei dem eine Scherspannung ausgeübt wird, und ein Verfahren, bei dem zwischen den Grundplatten Stege angeordnet werden, die parallel zueinander verlaufen und einen geringen Abstand voneinander haben, vorgeschlagen. Diese Verfahren konnten jedoch nicht unbedingt zu zufriedenstellenden Ergebnissen führen. Das Verfahren, bei dem ein elektrisches Feld errichtet wird, hat beispielsweise die Nachteile, daß es eine große Vorrichtung erfordert und mit einer Dünnschichtzelle, die sehr gute Betriebseigenschaften hat, nicht vereinbar ist. Ferner hat das Verfahren, bei dem eine Scherspannung ausgeübt wird, den Nachteil, daß es mit einem Verfahren, bei dem ein Flüssigkristall nach der Herstellung einer Zelle eingefüllt wird, nicht vereinbar ist. Des weiteren kann durch das Verfahren, bei dem innerhalb der Zelle parallele Stege angeordnet werden, allein keine stabile Orientierungswirkung bereitgestellt werden.

Wenn die Flüssigkristallvorrichtung, die Bistabilität zeigt, gemäß einem zeilenweisen Schreibvorgang angesteuert wird, können ferner einige der Bildelemente, die in Übereinstimmung mit Informationssignalen für das Bild eingeschrieben worden sind, die stabile Orientierung des Flüssigkristalls von dem Orientierungszustand für die Anzeige des eingeschriebenen Signals zu dem anderen Orientierungszustand verändern, wodurch bei einigen der eingeschriebenen Bildelemente eine Umkehrung der Anzeige verursacht wird. Dabei handelt es sich beispielsweise um die Erscheinung, daß Bildelemente, die eingeschrieben worden sind, damit sie das Signal "Weiß" anzeigen, in den Zustand für die Anzeige des Signals "Schwarz" umgekehrt werden. Eine solche Umkehrungserscheinung macht eine Anwendung der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung als Anzeigevorrichtung schwierig.

Im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Umstände liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bereitzustellen, deren Anwendung als Anzeigevorrichtung mit einer hohen Ansprechgeschwindigkeit, einer hohen Dichte der Bildelemente und einer großen Anzeigefläche oder als optischer Verschluß mit einer hohen Verschlußgeschwindigkeit möglich ist, wobei die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung durch die Lösung des Hauptproblems der bekannten Flüssigkristallvorrichtung, nämlich durch die Verbesserung der Eigenschaft der Bildung einer Monodomäne oder der anfänglichen Ausrichtungseigenschaften, in vollem Maße ihre Leistungsfähigkeit zeigen soll.

Durch die Erfindung soll auch eine Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, bei der die vorstehend erwähnte Umkehrungserscheinung verhindert wird und bei der ein Anzeigezustand, der in Übereinstimmung mit einem Informationssignal eingeschrieben worden ist, für die Dauer eines Vollbilds oder eines Teilbilds stabil beibehalten werden kann.

Die Erfinder haben zur Lösung der vorstehend erwähnten Aufgabe weitere Untersuchungen vorgenommen und als Ergebnis folgendes beobachtet: Eine Monodomäne, in der Flüssigkristallmoleküle in einer Richtung ausgerichtet sind, kann gebildet werden, wenn durch eine Phasenumwandlung von einer Phase, die bei höhere Temperatur vorhanden ist als eine smektische Phase, beispielsweise von einer cholesterischen Phase (einer chiralen nematischen Phase), einer nematischen Phase oder einer isotropen Phase, mittels allmählicher Abkühlung eines die Phasenumwandlung zeigenden Flüssigkristalls oder einer Mischung, die den Flüssigkristall enthält, wobei die Flüssigkristallverbindung oder die Mischung zwischen ein Paar Grundplatten eingefügt ist, von denen mindestens einer eine einachsige Orientierungswirkung verliehen worden ist, eine smektische A-Phase oder eine chriale smektische Phase gebildet wird. Folglich wird eine Flüssigkristallvorrichtung mit Betriebseigenschaften bereitgestellt, die auf der Bistabilität des Flüssigkristalls in Verbindung mit der Eigenschaft der Flüssigkristallschicht, eine Monodomäne zu bilden, basieren.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristallvorrichtung basiert auf der vorstehend erwähnten Beobachtung der Erfinder und ist im einzelnen eine Flüssigkristallvorrichtung mit einer Zellenstruktur, die ein Paar Grundplatten und eine Flüssigkristallverbindung, die durch die nachstehend gezeigte Formel (I):

worin R eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist; m 0 oder 1 ist und R¹ eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, wenn m 0 ist, und eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, wenn m 1 ist, wiedergegeben wird, oder eine die Verbindung der Formel (I) enthaltende Flüssigkristallmischung enthält, wobei die Flüssigkristallverbindung oder -mischung zwischen das Paar Grundplatten eingefügt und in einer smektischen Phase vorhanden ist, die durch eine Phasenumwandlung aus einer bei höherer Temperatur vorhandenen Phase gebildet worden ist, und wobei einer Oberfläche von mindestens einer des Paares von Grundplatten eine Funktion der bevorzugten Orientierung der Achsen der die Oberfläche berührenden Flüssigkristallmoleküle in einer Richtung verliehen worden ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 und 2 sind schematische perspektivische Ansichten, die das grundlegende Betriebsprinzip einer Flüssigkristallvorrichtung, bei der ein chiraler smektischer Flüssigkristall verwendet wird, erläutern.

Fig. 3A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung zeigt; und

Fig. 3B 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 Vorrichtung zum geneigten oder schrägen Aufdampfen für die Anwendung bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung zeigt.

Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht, die eine Elektrodenanordnung einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung 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; und

Fig. 9 erläutert Kurvenformen von zeitlich aufeinanderfolgend an eine erfindungsgemäße Flüssigkristallvorrichtung angelegten Signalen.

Der im Rahmen der Erfindung zu verwendende Flüssigkristall hat Ferroelektrizität und zeigt im einzelnen eine chirale smektische C-Phase (SmC*), H-Phase (SmH*), I-Phase (SmI*), J-Phase (SmJ*), K-Phase (SmK*), G-Phase (SmG*) oder F-Phase (SmF*).

Besondere Beispiele für die durch die Formel (I) wiedergegebene Verbindung und für Verfahren zu ihrer Herstellung sind nachstehend angegeben.

Die Verbindung, die durch die Formel (I) gezeigt wird, kann beispielsweise hergestellt werden, indem zuerst ein 2,3- Dicyanopyrazin, das durch die Formel (II):

wiedergegeben wird, worin R eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeutet, hydrolysiert und das hydrolysierte Produkt decarboxyliert wird, wobei man ein 2-Carboxypyrazinderivat erhält, das durch die Formel (III) gezeigt wird:

Das 2-Carboxypyrazinderivat wird dann halogeniert, um ein Säurehalogenid zu erhalten, das dann zur Veresterung mit einer durch die Formel (IV) gezeigten Verbindung:

worin m und R¹ dieselbe Bedeutung wie in Formel (I) haben, umgesetzt wird. Auf diese Weise wird die Verbindung erhalten, die durch die Formel (I) wiedergegeben wird.

Das 2,3-Dicyanopyrazinderivat, das durch die Formel (II) gezeigt wird, wird übrigens durch ein bekanntes Verfahren hergestellt, z. B. Tadataka Tsuda, Nihon Nougei-Kagaku- Kaishi (Journal of Japan Agricultural Chemistry Society), Bd. 52, S. 213 (1978).

Ein ferroelektrischer chiraler smektischer Flüssigkristall kann leicht erhalten werden, indem man in die Struktur, die durch die Formel (I) gezeigt wird, eine optisch aktive Gruppe einführt. Der ferroelektrische chirale smektische Flüssigkristall, der durch die Formel (I) gezeigt wird, zeigt ausgezeichnete Schwellenwerteigenschaften, wenn er in einer Anzeigevorrichtung verwendet wird, wie sie durch N. A. Clark offenbart wurde, so daß ein "Übersprechen" verhindert und folglich ein guter Kontrast geliefert werden kann, wenn der ferroelektrische chirale smektische Flüssigkristall durch eine einfache Matrixelektrodenanordnung angesteuert wird. Solche Schwellenwerteigenschaften werden in ähnlicher Weise durch eine Flüssigkristallmischung erzielt, die den Flüssigkristall oder die mesomorphe Verbindung, die durch die Formel (I) gezeigt wird, enthält. Die Flüssigkristallverbindung, die durch die Formel (I) wiedergegeben wird, zeigt folglich besonders ausgezeichnete Betriebseigenschaften, um einen ferroelektrischen chiralen smektischen Flüssigkristall oder eine Flüssigkristallmischung für die Verwendung in einer Anzeigevorrichtung für die Anzeige sehr feiner, großer Bilder zur Verfügung zu stellen.

Andererseits kann als ferroelektrischer chiraler smektischer Flüssigkristall eine Flüssigkristallmischung verwendet werden, die erhalten wird, indem man eine zu den Verbindungen mit einer durch die Formel (I) gezeigten Struktur gehörende Verbindung, die eine SmH-Phase zeigt, jedoch keine optisch aktive Gruppe hat, z. B. p-Octyloxyphenyl- 5-(p-octyloxyphenyl)-pyrazin-2-carboxylat, mit einer Flüssigkristallverbindung, die eine chirale smektische Phase hat, wie sie in der nachstehenden Tabelle 3 gezeigt wird, vermischt. Auch eine Flüssigkristallmischung, die erhalten wird, indem man eine Flüssigkristallverbindung, die eine optisch aktive Gruppe hat, jedoch keine chirale smektische Phase zeigt, oder eine Flüssigkristallverbindung, die nur eine optisch aktive Gruppe hat, wie sie in der nachstehenden Tabelle 4 gezeigt wird, einmischt, kann als ferroelektrischer chiraler smektischer Flüssigkristall verwendet werden. Es ist festgestellt worden, daß der auf diese Weise erhaltene ferroelektrische chirale smektische Flüssigkristall hervorragende Schwellenwerteigenschaften zeigt, die durch die Grundstruktur, die in Formel (I) gezeigt wird, verliehen werden.

In der Flüssigkristallmischung, die im Rahmen der Erfindung zu verwenden ist, sollte die durch die Formel (I) gezeigte Verbindung vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 99 Masse-% und insbesondere von 5 bis 95 Masse-% enthalten sein.

Nachstehend sind besondere Synthesebeispiele für einige durch die Formel (I) wiedergegebene Verbindungen angegeben.

Synthesebeispiel 1

5-(p-Octyloxyphenyl)-pyrazin-2-carbonsäure-p-octyloxyphenylester wurde durch die folgenden Schritte (I) bis (IV) hergestellt.

(I) Synthese von 5-(p-Octyloxyphenyl)-pyrazin-2,3-dicarbonitril

Selendioxid wurde in einer Menge von 11,4 g (0,1 mol) mit 100 ml Dioxan und 2 ml Wasser vermischt. Die Mischung wurde 2 h lang bei 70 bis 75°C gerührt, und eine Lösung von 24,8 g (0,1 mol) p-Octyloxyacetophenon in 60 ml Dioxan wurde dazugegeben. Nach 2stündigem Erhitzen unter Rückfluß wurde die Mischung gekühlt, um metallisches Selen auszufällen, das dann durch Filtrieren entfernt wurde. In das Filtrat wurden 10,8 g (0,1 mol) Diaminomalonitril und 3,0 ml Essigsäure hineingegeben, und die Mischung wurde 2 h lang unter Rückfluß bei 90 bis 93°C erhitzt. Nach der Reaktion wurde die Mischung gekühlt und filtriert, und das Filtrat wurde eingeengt, wobei ein rohes Produkt erhalten wurde. Das rohe Produkt wurde aus Hexan umkristallisiert, wobei 27,2 g (82% Ausbeute) des Produkts erhalten wurden. Schmelzpunkt: 79°C; IR (ν, cm^-1): 2245 (C≡N).

Elementaranalyse (%) als C₂₀H₂₂N₄O
Berechneter Wert:
C 71,83; H 6,63; N 16,75;
gemessener Wert:
C 72,02; H 6,75; N 16,55.

(II) Synthese von 5-(p-Octyloxyphenyl)-pyrazin-2,3-dicarbonsäure

8,7 g (0,026 mol) 5-(p-Octyloxyphenyl)-pyrazin-2,3-dicarbonitril wurden in eine Lösung von 15 g (0,375 mol) Natriumhydroxid und 600 ml Wasser hineingegeben, und die Mischung wurde 3 h lang bei 95°C gerührt. Nach der Reaktion wurde zum Ansäuern der Reaktionsflüssigkeit konzentrierte Salzsäure zugegeben, wobei ein Niederschlag gebildet wurde, der dann durch Filtrieren abgetrennt wurde. Der Niederschlag wurde 5mal mit 60 ml Wasser gewaschen und unter Vakuum getrocknet, wobei ein Produkt in einer Menge von 8,1 g (Ausbeute: 84%) erhalten wurde. Das Produkt wurde aus Ethanol/Wasser umkristallisiert. Schmelzpunkt: 163°C; IR (ν, cm^-1): 3440-2550 (OH); 1730, 1695 (C=O).

Elementaranalyse (%) als C₂₀H₂₄N₂O₅
Berechneter Wert:
C 64,50; H 6,50; N 7,52;
gemessener Wert:
C 64,52; H 6,70; N 7,36.

(III] Synthese von 5-(o-Octyloxyphenyl)-pyrazin-2-carbonsäure

8,1 g (0,0218 mol) 5-(p-Octyloxyphenyl)-pyrazin-2,3-dicarbonsäure wurden zu 100 ml Dichlorbenzol hinzugegeben, und die Mischung wurde 3,5 h lang auf einem Ölbad, das auf 160°C eingestellt war, gerührt. Nach Stehenlassen über Nacht wurde der erhaltene Niederschlag abfiltriert und zweimal mit 60 ml Hexan gewaschen, wobei 4,1 g des Produkts erhalten wurden, das dann aus Ethanol/Wasser umkristallisiert wurde. Fp.: 165°C; Zersetzungspunkt: 190°C; IR (ν, cm^-1): 3400-2500 (OH); 1730, 1680 (C=O).

Elementaranalyse (%) als C₁₉H₂₄N₂O₃
Berechneter Wert:
C 69,49; H 7,37; N 8,53;
gemessener Wert:
C 69,65; H 7,35; N 8,38.

(IV) Veresterung

4,10 g (0,0125 mol) 5-(p-Octyloxyphenyl)-pyrazin-2-carbonsäure wurden zu 80 ml Thionylchlorid hinzugegeben, und die Mischung wurde 2 h lang unter Rückfluß erhitzt. Nach der Reaktion wurde ein Überschuß von Thionylchlorid unter vermindertem Druck abdestilliert, und der Rückstand wurde in 250 ml Toluol gelöst. Die Toluollösung wurde 4mal mit 70 ml Wasser gewaschen und mit Magnesiumsulfat getrocknet. Nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels wurde der Rückstand mit Hexan gewaschen und zu 100 ml Aceton hinzugegeben. In die Mischung wurde unter Rühren, während sie bei 5°C gekühlt wurde, in 25 min eine Mischung von 1,77 g (7,96 mmol) p-Octyloxyphenol, 0,36 g (9 mmol) Natriumhydroxid, 10 ml Wasser und 20 ml Aceton hineingetropft. Dann wurde die Reaktionsflüssigkeit - nach 2stündigem Rühren bei 5°C - filtriert. Der Niederschlag wurde in 400 ml Toluol gelöst, mit 150 ml wäßriger 0,5 n Natriumhydroxidlösung gewaschen und dann 3mal mit 200 ml Wasser gewaschen. Dann wurde die Toluollösung mit Magnesiumsulfat getrocknet, und das Lösungsmittel wurde abdestilliert. Der Rückstand wurde mit Hexan gewaschen und aus Toluol/Hexan umkristallisiert, wobei ein Produkt in einer Menge von 1,96 g (29% Ausbeute) erhalten wurde. IR (ν, cm^-1): 1730 (C=O).

Elementaranalyse (%) als C₃₃H₄₄N₂O₄
Berechneter Wert:
C 74,40; H 8,33; N 5,26;
gemessener Wert:
C 74,55; H 8,51; N 5,09.

NMR δppm (CDCl₃):
9,40 (d, 1 H, J=1,5 Hz), 9,15 (d, 1 H, J=1,5 Hz), 8,11 (d, 2 H), 7,06 (d, 2 H), 7,18 (d, 2 H, 6,90 (d, 2 H), 4,04 (t, 2 H), 3,96 (t, 2 H), 1,90-0,70 (m, 30 H).

Synthesebeispiele 2 bis 19

In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 wurden die in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigten Verbindungen erhalten.

Die Ergebnisse der Elementaranalyse der in den Synthesebeispielen 1 bis 19 erhaltenen Verbindungen sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt, während die Phasenumwandlungstemperaturen der Verbindungen in Tabelle 2 gezeigt sind.

Tabelle 3

Tabelle 4

Wenn unter Verwendung dieser Materialien eine Vorrichtung gebildet wird, kann die Vorrichtung in der gewünschten Weise mit einem Block aus z. B. Kupfer, in den eine Heizeinrichtung eingebettet ist, gehalten werden, um eine Temperaturbedingung zu schaffen, bei der die Flüssigkristallmischung eine gewünschte chirale smektische Phase wie z. B. SmC*, SmI*, SmJ*, SmK*, SmG*, SmF* oder SmH* annimmt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird schematisch ein Beispiel einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle zur Erläuterung ihres Betriebs gezeigt. Auf Grundplatten (Glasplatten) 21 a und 21 b ist jeweils eine lichtdurchlässige Elektrode aus z. B. In₂O₃, SnO₂ oder ITO (Indiumzinnoxid) angeordnet. Ein Flüssigkristall in einer chiralen smektischen Phase wie z. B. SmC* oder SmH*, in dem Flüssigkristall- Molekülschichten 22 senkrecht zu den Oberflächen der Glasplatten orientiert sind, ist dazwischen angeordnet und hermetisch abgeschlossen. Flüssigkristallmoleküle 23 sind durch ausgezogene Linien dargestellt. Jedes Flüssigkristallmolekül 23 hat ein Dipolmoment (P⟂) 24 in einer zu seiner Achse senkrechten Richtung. Wenn zwischen auf den Grundplatten 21 a und 21 b gebildeten Elektroden eine Spannung angelegt wird, die höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wird eine Helix- bzw. Spiralstruktur des Flüssigkristallmoleküls 23 gelockert oder abgewickelt, wodurch die Richtung, in der die einzelnen Flüssigkristallmoleküle 23 ausgerichtet sind, derart verändert wird, daß alle Dipolmomente (P⟂) 24 in die Richtung des elektrischen Feldes gerichtet werden. Die Flüssigkristallmoleküle 23 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 gekreuzter Nicolscher Prismen, d. h. derart, daß ihre Polarisationsrichtungen einander kreuzen, angeordnet werden, die auf diese Weise angeordnete Flüssigkristallzelle als Flüssigkristallvorrichtung zum optischen Modulieren wirkt, deren optische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Polarität einer angelegten Spannung ändern.

Die Flüssigkristallschicht in der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung kann mit einer ausreichend geringen Dicke (z. B. weniger als 10 µm) hergestellt werden. Wenn die Dicke der Flüssigkristallschicht vermindert wird, wird die Helixstruktur der Flüssigkristallmoleküle selbst in Abwesenheit eines elektrischen Feldes gelockert, was dazu führt, daß das Dipolmoment einen von zwei Zuständen annimmt, d. h einen Zustand Pa in einer Richtung 34 a nach oben oder einen Zustand Pb in einer Richtung 34 b nach unten, wie es in Fig. 2 gezeigt wird. Wenn an einer Zelle mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften ein elektrisches Feld Ea oder Eb erreicht wird, dessen Feldstärke höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wobei Ea und Eb hinsichtlich ihrer Polarität verschieden sind, wie es in Fig. 2 gezeigt wird, wird das Dipolmoment in Abhängigkeit von dem Vektor des elektrischen Feldes Ea oder Eb entweder in die Richtung 34 a nach oben oder in die Richtung 34 b nach unten ausgerichtet. Dementsprechend werden die Flüssigkristallmoleküle entweder zu einem ersten stabilen Zustand 33 a oder zu einem zweiten stabilen Zustand 33 b orientiert.

Wenn der vorstehend erwähnte ferroelektrische Flüssigkristall 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 Vorteil darin besteht, daß die Orientierung des Flüssigkristalls Bistabilität zeigt. Der zweite Vorteil wird z. B. unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert. Wenn an die Flüssigkristallmoleküle das elektrische Feld Ea angelegt wird, werden sie zu dem ersten stabilen Zustand 33 a orientiert. Dieser Zustand bleibt auch dann stabil, wenn das elektrische Feld aufgehoben wird. Andererseits werden die Flüssigkristallmoleküle zu dem zweiten stabilen Zustand 33 b orientiert, wenn das elektrische Feld Eb, dessen Richtung der Richtung des elektrischen Feldes Ea entgegengesetzt ist, an die Flüssigkristallmoleküle angelegt wird, wodurch die Richtungen 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 Stärke des angelegten elektrischen Feldes Ea oder Eb nicht über einem bestimmten Schwellenwert liegt. Für eine wirksame Erzielung von hoher Ansprechgeschwindigkeit und von 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 Verwendung 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 Flüssigkristall-Molekülschichten mit einer chiralen smektischen Phase wie z. B. SmC* oder SmH* senkrecht zu den Grundplattenoberflächen ausgerichtet sind und die Flüssigkristallmoleküle fast parallel zu den Grundplattenoberflächen ausgerichtet sind. Ein Hauptzweck der Erfindung besteht in der Lösung dieses Problems.

Fig. 3A und 3B erläutern ein Beispiel der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung. Fig. 3A ist eine Draufsicht des Beispiels, und Fig. 3B 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 a und 101 b auf, die aus Glasplatten oder Kunststoffplatten hergestellt sind und zur Bildung einer Zellenstruktur mit Abstandshaltern 104 in einem festgelegten Abstand gehalten werden und mit einem Klebstoff 106 abgedichtet sind. Auf der Grundplatte 101 a ist ferner eine Elektrodengruppe (z. B. eine zu der Matrixelektrodenstruktur gehörende Elektrodengruppe zum Anlegen von Abtastspannungen) ausgebildet, die aus einer Vielzahl von lichtdurchlässigen Elektroden 102 a in einem festgelegten Muster, z. B. einem Streifenmuster, besteht. Auf der Grundplatte 101 b ist eine andere Elektrodengruppe (z. B. eine zu der Matrixelektrodenstruktur gehörende Elektrodengruppe zum Anlegen von Signalspannungen) ausgebildet, die aus einer Vielzahl von lichtdurchlässigen Elektroden 102 b besteht, die die lichtdurchlässigen Elektroden 102 a kreuzen.

Auf der Grundplatte 101 b, die mit solchen lichtdurchlässigen Elektroden 102 b versehen ist, kann ferner ein Orientierungssteuerungsfilm 105 gebildet werden, der aus einem anorganischen isolierenden Material wie z. B. Siliciummonoxid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumfluorid, Ceroxid, Cerfluorid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid oder Bornitrid oder aus einem organischen isolierenden Material wie z. B. Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Poly-p-xylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz oder einem Photoresistharz besteht.

Der Orientierungssteuerungsfilm 105 kann dadurch gebildet werden, daß zunächst ein Film aus einem anorganischen isolierenden Material oder einem organischen isolierenden Material, wie es vorstehend beschrieben wurde, 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 Grundplatte 101 b gebildet werden.

Bei einer in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung wird ein Rezipient 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 Anschlußleitungen 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 507 geöffnet ist. Dann wird der Schalter 504 geschlossen, um einen 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 erforderlich, um einen geeigneten Temperaturbereich (700 bis 1000°C) zu erhalten. Der Kristall 508 wird dann abdampfen gelassen und bildet einen nach oben gerichteten Molekülstrom S. Der Molekülstrom S trifft auf die Grundplatte 502 unter einem Winkel R auf, wobei die Grundplatte 502 beschichtet wird. Der Auftreffwinkel ist der vorstehend erwähnte 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 durchgeführten Eichung der Dicke bezüglich der Betriebsdauer. Nachdem der Film mit einer geeigneten Dicke gebildet worden ist, wird die aus der Quelle 506 zugeführte Leistung vermindert; 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 herausgenommen.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Orientierungssteuerungsfilm 105 dadurch gebildet werden, daß zunächst auf der Grundplatte 101 b, d. h. in Berührung damit oder darüber, ein gleichmäßiger Film aus dem vorstehend erwähnten 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 eines Orientierungssteuerungswirkung zu verleihen.

Vorzugsweise wird dafür gesorgt, daß der Orientierungssteuerungsfilm 105 auch als isolierender Film wirkt. Zu diesem Zweck kann der Orientierungssteuerungsfilm vorzugsweise 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 elektrischen Stroms, 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 des Flüssigkristallmaterials verhindert.

Bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung kann auch auf der anderen Grundplatte 101 a ein Orientierungssteuerungsfilm gebildet werden, der dem Orientierungssteuerungsfilm 105 ähnlich ist.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Zellenstruktur kann die Flüssigkristallschicht 103 in einer chiralen smektischen Phase wie z. B. SmC*, SmH*, SmI*, SmJ*, SmK*, SmG* oder SmF* gebildet werden. Die Flüssigkristallschicht 103, die eine chirale smektische Phase zeigt, kann durch Phasenumwandlung eines Flüssigkristallmaterials von einer bei höherer Temperatur vorhandenen Phase wie z. B. der cholesterischen Phase (der chiralen smektischen Phase), der nematischen Phase oder der isotropen Phase zu der SmA-Phase (der smektischen A-Phase) beim allmählichen Abkühlen mit einer Geschwindigkeit von z. B. 1 bis 10°C/h und dann zu der chiralen smektischen Phase beim weiteren allmählichen Abkühlen oder durch Phasenumwandlung von einer bei höherer Temperatur vorhandenen Phase wie z. B. der cholesterischen Phase zu der chiralen smektischen Phase beim allmählichen Abkühlen ohne eine Zwischenstufe der Umwandlung in de SmA- Phase gebildet werden.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß aus dem vorstehend beschriebenen Flüssigkristallmaterial eine Monodomäne der smektischen Phase gebildet werden kann. Im einzelnen kann das Flüssigkristallmaterial, insbesondere eine Flüssigkristallmischung, derart zusammengesetzt sein, daß eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung isotrope Phase - cholesterische Phase - SmA-Phase - chirale smektische Phase, isotrope Phase - cholesterische Phase - chirale smektische Phase oder isotrope Phase - SmA-Phase - chirale smektische Phase bewirkt wird.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung. In der in Fig. 4 gezeigten Flüssigkristallvorrichtung ist zwischen einem Paar Grundplatten 101 a und 101 b eine Vielzahl von Abstandshaltern 203 angeordnet. Die Abstandshalter 203 können beispielsweise hergestellt werden, indem auf der Grundplatte 101 a, auf der ein 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. Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Poly-p-xylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz oder einem Photoresistharz gebildet und der Film derart geätzt wird, daß die Abstandshalter 203 in geeigneten Bereichen zurückbleiben.

Eine solche Zellenstruktur 100 mit Grundplatten 101 a und 101 b, wie sie in Fig. 3 oder Fig. 4 gezeigt wird, wird schichtweise zwischen einem Paar in Form gekreuzter Nicolscher Prismen angeordneten Polarisatoren 107 und 108 angeordnet, um eine optische Moldulationsvorrichtung zu bilden, die eine optische Moldulation bewirkt, wenn zwischen den Elektroden 102 a und 102 b eine Spannung angelegt wird.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 bis 9 ein Beispiel eines Ansteuerungsverfahrens unter Anwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls erläutert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird schematisch ein Beispiel einer Zelle 61 mit einer Matrixelektrodenanordnung gezeigt, in der ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial (nicht gezeigt) zwischen ein Paar von Gruppen von Elektroden, die einander mit Abstand gegenüberstehen, eingefügt ist. An eine Gruppe von Abtastelektroden 62 werden Abtastsignale angelegt, und an ene Gruppe von Signalelektroden 63 werden Informationssignale angelegt. Unter Bezugnahme auf Fig. 7A und 7B werden elektrische Abtastsignale, die an eine angewählte Abtastelektrode S₁ angelegt werden, bzw. elektrische Signale, die an die anderen Abtastelektroden (an nicht angewählte Abtastelektroden) S₂, S₃, S₄, . . . angelegt werden, gezeigt. Andererseits zeigen Fig. 7C und 7D elektrische Signale, die an die angewählte Signalelektrode I₁, I₃, I₅ angelegt werden, bzw. elektrische Signale, die an die nicht angewählten Signalelektroden I₂, I₄ angelegt werden. In Fig. 7A bis 7D und in Fig. 8A bis 8D stellen die Abszisse und die Ordinate die Zeit bzw. die Spannung dar. Wenn beispielsweise ein Laufbild angezeigt wird, wird die Gruppe von Abtastelektroden 62 aufeinanderfolgend und periodisch angewählt. Wenn eine Schwellenspannung für die Ausbildung eines ersten stabilen Zustands des Bistabilität zeigenden Flüssigkristalls als -V _{th 1} und eine Schwellenspannung für die Ausbildung eines zweiten stabilen Zustands dieses Flüssigkristalls als +V _{th 2} bezeichnet wird, ist ein elektrisches Signal, das an die angewählte Abtastelektrode 62 (S₁) angelegt wird, eine Wechselspannung, die während einer Phase (Zeit) t₁ 2 V beträgt und während einer Phase (Zeit) t₂-2 V beträgt, wie es in Fig. 7A gezeigt wird. Wenn ein solches elektrisches Signal, das mehrere Phasen mit gegenseitig verschiedenen Spannungen hat, an eine angewählte Abtastelektrode angelegt wird, kann die bedeutsame Wirkung erzielt werden, daß eine Umwandlung zwischen dem ersten und dem zweiten stabilen Zustand, die einem optisch "hellen" bzw. einem optisch "dunklen" Zustand entsprechen, schnell hervorgerufen werden kann.

Andererseits sind die anderen Abtastelektroden S₂ bis S₅ . . . geerdet, wie es in Fig. 7B gezeigt wird. Folglich betragen die an diesen Abtastelektroden erscheinenden elektrischen Signale Null Volt. Andererseits hat ein elektrisches Signal, das an die angewählte Signalelektrode I₁, I₃, I₅ angelegt wird, den Wert V, wie es in Fig. 7C gezeigt wird, während ein elektrisches Signal, das an die nicht angewählte Signalelektrode I₂, I₄ angelegt wird, den Wert -V hat, wie es in Fig. 7D gezeigt wird. In diesem Fall wird die Spannung V auf einen gewünschten Wert eingestellt, der die folgenden Ungleichungen erfüllt:

V < V _{th 2} < 3 V und -3 V < -V _{th 1} < -V .

Die Kurvenformen der Spannung, die beispielsweise an die zu den in Fig. 6 gezeigten Bildelementen gehörenden Bildelemente A und B angelegt wird, wenn solche elektrische Signale gegeben werden, sind in Fig. 8A bzw. 8B gezeigt. Wie aus Fig. 8A ersichtlich ist, wird nämlich an den ferroelektrischen Flüssigkristall in dem Bildelement A auf der angewählten Abtastzeile während einer Phase t₂ eine Spannung von 3 V, die oberhalb ds Schwellenwertes V _{th 2} liegt, angelegt. Ferner wird an den ferroelektrischen Flüssigkristall in den Bildelementen B auf derselben Abtastzeile während einer Phase t₁ eine Spannung von -3 V, die den Schwellenwert -V _{th 1} überschreitet, angelegt. Folglich ändert sich die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle in Abhängigkeit davon, ob auf einer angewählten Abtastelektrodenzeile 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 Signalelektrode nicht angewählt wird. In beiden Fällen steht die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle nicht in Verbindung mit den vorhergehenden Zuständen jedes Bildelements.

Andererseits beträgt die Spannung, die an alle Bildelemente auf den nicht angewählten Abtastzeilen angelegt wird, +V oder -V, wobei diese Werte jeweils den Schwellenwert nicht überschreiten, wie es in Fig. 7C und 7D gezeigt wird. Infolgedessen befinden sich die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle, die mit den einzelnen Bildelementen auf den nicht angewählten Abtastzeilen elektrisch leitend verbunden sind, in den Orientierungen, die den Signalzuständen entsprechen, die erzeugt wurden, als diese Bildelemente zuletzt abgetastet wurden, ohne daß die Orientierung verändert ist. Wenn nämlich eine bestimmte Abtastelektrode angewählt wird, werden Signale, 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 Zahl der Abtastzeilen ansteigt, was z. B. dazu führt, daß eine Verminderung des Kontrastes und ein Auftreten von "Übersprechen" nicht möglich sind.

Nachstehend wird ein mögliches Problem betrachtet, das auftreten kann, wenn eine Vorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, tatsächlich als Anzeigevorrichtung angesteuert wird. Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird angenommen, daß unter den Bildelementen, die an Kreuzungen der Abtastelektroden S₁ bis S₅ . . . und der Signalelektroden I₁ bis I₅ gebildet werden, sich die schraffierten Bildelemente im "hellen" Zustand und die weiß gezeichneten Bildelemente im "dunklen" Zustand befinden. Wenn Anzeigezustände an einer Signalelektrode I₁ in Fig. 6 betrachtet werden, befindet sich ein Bildelement (A) auf einer Abtastelektrode S₁ im "hellen" Zustand, und die anderen Bildelemente (B) auf dieser Signalelektrode befinden sich alle im "dunklen" Zustand. Als Ansteuerungsmodus für die Erzielung einer solchen Anzeigeplatte zeigt Fig. 9 ein Beispiel für die Abtastsignale, ein an eine Signalelektrode I₁ angelegtes Informationssignal und eine Spannung, die in zeitlich serieller Folge an das Bildelement A angelegt wird.

Wenn bei dem in Fig. 9 gezeigten Asnteuerungsmodus eine Abtastelektrode S₁ abgetastet wird, wird an das Bildelement A während der Zeit t₂ eine Spannung von 3 V angelegt, die die Schwellenspannung V _{th 2} überschreitet, so daß das Bildelement A unabhängig von seinem vorangehenden Zustand zu einem stabilen Zustand, d. h. zu dem "hellen" Zustand, orientiert oder umgeschaltet wird. Danach wird während der Periode, in der die Abtastelektroden S₂ bis S₅ . . . abgetastet werden, kontinuierlich eine Spannung von -V angelegt, und es wird erwartet, daß das Bildelement A seinen "hellen" Zustand beibehält, wenn die Spannung -V die Schwellenspannung -V _{th 1} nicht überschreitet. Tatsächlich tritt jedoch besonders in dem Fall, daß eine sehr große Zahl von Abtastzeilen verwendet wird und eine Ansteuerung mit hoher Geschwindigkeit angestrebt wird, das Problem auf, daß eine Umkehrung der Anzeigezustände eintreten kann, wenn an eine Signalelektrode eine Signalrichtung (in diesem Fall ein Signal für die Bereitstellung des "dunklen" Zustands) kontinuierlich angelegt wird. Eine solche Umkehrungserscheinung kann durch die Verwendung der vorstehend erwähnten besonderen mesomorphen oder Flüssigkristallverbindung oder einer diese enthaltenden Flüssigkristallmischung wirksam verhindert werden.

Nachstehend werden einige Beispiele für die Herstellung der Flüssigkristallvorrichtung 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"; hergestellt durch Hitachi Kasei Kogyo K.K.; Gehalt na nichtflüchtigen Substanzen: 14,5 Masse-%) aufgebracht, die dann 30 min lang bei 120°C, 60 min lang bei 200°C und dann 30 min lang bei 350°C erhitzt 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, wodurch eine Zelle (Leerzelle) gebildet wurde.

Das vorstehend erwähnte 2-Methylbutyloxyphenyl-5-(octyloxyphenyl)- pyrazin-2-carboxylat wurde bis zur Erzielung der isotropen Phase erhitzt und durch die Einspritzöffnung der auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellten Zelle eingespritzt, und die Einspritzöffnung wurde verschlossen. Die auf diese Weise gebildete Flüssigkristallzelle wurde allmählich abgekühlt und wurde durch ein Mikroskop beobachtet, während sie bei 125°C gehalten und schichtweise zwischen einem Paar in Form gekreuzter Nicolscher Prismen angeordneten Polarisatoren angeordnet wurde. Dabei wurde festgestellt, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht spiralförmiger Struktur, die frei von Orientierungsfehlern war, gebildet hatte. Ferner wurden die Ansprecheigenschaften der Zelle auf ein elektrisches Feld bei 125°C geprüft, wobei eine Ansprechgeschwindigkeit unter 1 ms bei 50 Volt erzielt wurde. Ferner wurde beim mehr als 10 ms dauernden Anlegen eines Gleichstromfeldes von 40 V keine Umkehrung des Anzeigezustands verursacht, so daß festgestellt wurde, daß die Zelle ausgezeichnete Schwellenwerteigenschaften hatte.

Beispiel 2

Auf zwei quadratische Glasplatten, die jeweils mit streifenförmigen ITO-Elektrodenfilmen versehen waren, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurden, wurde jeweils mittels einer Schleuder- bzw. Zentrifugenbeschichtungsvorrichtung eine polyimidbildende Lösung ("PIQ"; hergestellt durch Hitachi Kasei Kogyo K.K.; Gehalt an nichtflüchtigen Substanzen; 14,5 Masse-%) aufgebracht, die dann 30 min lang bei 120°C, 60 min lang bei 200°C und 30 min lang bei 350°C erhitzt wurde, um einen Film mit einer Dicke von 80,0 nm zu bilden. Die Polyimidfilme auf den zwei auf diese Weise erhaltenen Elektrodenplatten wurden jeweils einer Reibungsbehandlung mit Samt in einer Richtung unterzogen, wobei die Reibungsrichtungen derart waren, daß, wenn die zwei Elektrodenplatten so übereinandergelegt wurden, daß ihre Reibungsrichtungen parallel zueinander waren, sich ihre streifenförmigen ITO-Elektroden im rechten Winkel kreuzten.

Dann wurde durch ein Siebdruckverfahren auf den Umfang der einen Elektrodenplatte mit Ausnahme eines Anteils für die Bildung einer Einspritzöffnung ein wärmehärtbarer Epoxyklebstoff aufgebracht. Die andere Elektrodenplatte wurde in der vorstehend beschriebenen Anordnung darübergelegt. Die zwei Elektrodenplatten wurden mit einem Abstandshalter aus Polyimid aneinander befestigt, während dazwischen ein Zwischenraum von 2 µm belassen wurde.

In die so hergestellte Zelle wurde eine Flüssigkristallmischung A, die nachstehend beschrieben wird, eingespritzt, und die Einspritzöffnung wurde verschlossen. Die auf diese Weise gebildete Flüssigkristallzelle wurde allmählich abgekühlt und durch ein Mikroskop beobachtet, während sie bei 125°C gehalten und schichtweise zwischen einem Paar in Form gekreuzter Nicolscher Prismen angeordneten Polarisatoren angeordnet wurde. Dabei wurde festgestellt, daß sich eine Monodomäne der SmC*-Phase mit nicht spiralförmiger Struktur, die frei von Orientierungsfehlern war, gebildet hatte.

Flüssigkristallmischung A

Die Ansprecheigenschaften der auf diese Weise gebildeten Zelle auf ein elektrisches Feld wurden geprüft, wobei eine Ansprechgeschwindigkeit unter 1 ms bei 20 Volt erzielt und ein guter Kontrast erhalten wurde.

Beispiel 3

Die folgende Flüssigkristallmischung B wurde als Mischung einer erfindungsgemäßen Pyrazinverbindung, die keine optisch akive Gruppe hatte, jedoch eine SmC-Phase zeigte, und einer Flüssigkristallverbindung, die nur eine cholesterische Phase zeigte, hergestellt. Die Flüssigkristallmischung B zeigte die SmC*-Phase in einem Temperaturbereich von 112 bis 171°C.

Flüssigkristallmischung B

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, außer daß anstelle der Flüssigkristallmischung A die Flüssigkristallmischung B verwendet wurde. Die auf diese Weise hergestellte Flüssigkristallvorrichtung wurde durch ein Polarisationsmikroskop beobachtet, wobei bestätigt wurde, daß sich eine Monodomäne mit nicht spiralförmiger Struktur, die frei von Orientierungsfehlern war, gebildet hatte.

Die Ansprecheigenschaften der Vorrichtung wurden bei 164°C geprüft, wobei eine Ansprechgeschwindigkeit unter 10 ms bei 10 Volt erzielt und ein guter Kontrast erhalten wurde.

Beispiel 4

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, außer daß anstelle der Flüssigkristallmischung A die folgende Flüssigkristallmischung C, die die SmC*-Phase bei 10 bis 55°C zeigte, verwendet wurde.

Flüssigkristallmischung C

Die auf diese Weise erhaltene Flüssigkristallvorrichtung wurde durch ein Polarisationsmikroskop beobachtet, wobei bestätigt wurde, daß sich eine Monodomäne mit nicht spiralförmiger Struktur, die frei von Orientierungsfehlern war, gebildet hatte.

Die Ansprecheigenschaften der Vorrichtung wurden geprüft, wobei eine hohe Ansprechgeschwindigkeit unter 1 ms bei 20 Volt erzielt und ein guter Kontrast erhalten wurde.

Beispiel 5

Auf zwei Elektrodenplatten mit streifenförmigen Elektroden, die so ausgebildet waren, daß sie einander unter Bildung gegenüberliegender Matrixelektroden kreuzten, wurde eine 5masse-%ige Lösung eines "Polyamic acid"-Harzes (Reaktionsprodukt von Pyromellithsäureanhydrid und 4,4′-Diaminodiphenylether) in N-Methylpyrrolidon aufgebracht und auf 250°C erhitzt, um eine Ringschlußreaktion zu bewirken, wobei ein 10,0 nm dicker Polyimidfilm gebildet wurde. Die Polyimidfilme auf den zwei Elektrodenplatten wurden jeweils in einer Richtung gerieben, und die Elektrodenplatten wurden so aneinander befestigt, daß ihre Reibungsrichtungen parallel zueinander waren, wodurch eine Zelle mit einem Zwischenraum von 1 µm gebildet wurde.

Dann wurde 2-Methylbutyloxyphenyl-5-(octyloxyphenyl)-pyrazin- 2-carboxylat in der isotropen Phase durch ein Vakuum- Einspritzverfahren in die auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellte Zelle eingespritzt. Die Zelle wurde nach dem Verschließen allmählich mit einer Geschwindigkeit von 0,5°C/h abgekühlt, wodurch eine SmC*-Flüssigkristallzelle hergestellt wurde.

Auf den beiden Seiten der Flüssigkristallzelle wurden ein Polarisator und ein Analysator in Form gekreuzter Nicolscher Prismen angeordnet, und an die Matrixelektroden wurden bei 125°C Signale mit Kurvenformen, wie sie in Fig. 7 und 8 gezeigt werden, angelegt. Das Abtastsignal hatte eine Wechselspannungs-Kurvenform mit +8 Volt und -8 Volt, wie sie in Fig. 7a gezeigt wird; die Schreibsignale betrugen +4 Volt bzw. -4 Volt; die Schreibimpulsdauer betrug 500 µs, und die Periode eines Vollbildes betrug 30 ms.

Als Ergebnis des vorstehend beschriebenen, zeilenweisen Schreibbetriebs vom Speicher-Ansteuerungstyp unter diesen Bedingungen lieferte diese Flüssigkristallvorrichtung eine normale Laufbildanzeige, ohne daß eine Umkehrung eingeschriebener Zustände hervorgerufen wurde.

Beispiele 6 bis 8

Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, außer daß der Flüssigkristall durch die nachstehend gezeigten Flüssigkristallmischungen D (Beispiel 6), E (Beispiel 7) bzw. F (Beispiel 8) ersetzt wurde. Die Flüssigkristallvorrichtungen wurden jeweils für eine Laufbildanzeige, wie sie in Beispiel 5 erläutert wird, verwendet. Bei keinem der Bilder wurde eine Umkehrungserscheinung beobachtet.

Mischung D

Mischung E

Mischung F

Vergleichsbeispiele 1 und 2

Vergleichs-Flüssigkristallmischungen D′ (Vergleichsbeispiel 1) und F′ (Vergleichsbeispiel 2) wurden hergestellt, indem die durch die Formel (I) wiedergegebenen Flüssigkristallverbindungen aus den in den Beispielen 6 und 8 verwendeten Flüssigkristallmischungen D bzw. F weggelassen wurden. Unter Verwendung dieser Vergleichsmischungen wurden jeweils Flüssigkristallvorrichtungen hergestellt und in derselben Weise wie vorstehend beschrieben angesteuert. Es konnten keine normalen Laufbilder gebildet werden, weil Umkehrungserscheinungen auftraten.

Vergleichsmischung D′

Vergleichsmischung F′

Wie es vorstehend beschrieben wurde, wird durch die Erfindung unter Verwendung der vorstehend erwähnten besonderen Gruppe von mesomorphen Verbindungen eine smektische Phase, die frei von Orientierungsfehlern ist, und insbesondere eine ferroelektrische Flüssigkristallphase mit nicht spiralförmiger Struktur, die frei von Orientierungsfehlern ist, zur Verfügung gestellt.

Ferner weist die erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung das vorteilhafte Merkmal auf, daß eine Umkehrungserscheinung, die aufgetreten ist, wenn ein Schalten oder eine Anzeige in einem Zeitmultiplex-Ansteuerungsverfahren des Speicher-Ansteuerungstyps durchgeführt wird, durch die Verwendung einer mesomorphen Verbindung mit einer optisch aktiven Gruppe, wie sie vorstehend beschrieben wurde, oder einer diese enthaltenden Flüssigkristallmischung wirksam verhindert werden kann.

Claims

1. Flüssigkristallvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Zellenstruktur, die ein Paar Grundplatten und eine Flüssigkristallverbindung, die durch die nachstehend gezeigte Formel (I): worin R eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist; m 0 oder 1 ist und R¹ eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, wenn m 0 ist, und eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, wenn m 1 ist, wiedergegeben wird, oder eine die Verbindung der Formel (I) enthaltende Flüssigkristallmischung enthält, wobei die Flüssigkristallverbindung oder -mischung zwischen das Paar Grundplatten eingefügt und in einer smektischen Phase vorhanden ist, die durch eine Phasenumwandlung aus einer bei höherer Temperatur vorhandenen Phase gebildet worden ist, und wobei einer Oberfläche von mindestens einer des Paares von Grundplatten eine Funktion der bevorzugten Orientierung der Achsen der die Oberfläche berührenden Flüssigkristallmoleküle in einer Richtung verliehen worden ist.

2. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R¹ eine optisch aktive 2-Methylbutylgruppe ist.

3. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R¹ eine optisch aktive 2-Methylbutoxygruppe ist.

4. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei höherer Temperatur vorhandene Phase eine cholesterische Phase, eine nematische Phase oder eine isotrope Phase ist.

5. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die smektische Phase eine chirale smektische Phase ist.

6. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die chirale smektische Phase eine Phase ist, in der in Abwesenheit eines elektrischen Feldes Flüssigkristallmoleküle auftreten, die mindestens zu einem ersten stabilen Zustand und einem zweiten stabilen Zustand orientiert sind.

7. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung mindestens eine Flüssigkristallverbindung, die durch die Formel (I) wiedergegeben wird, und eine andere Flüssigkristallverbindung, die eine chirale smektische Phase zeigt, enthält.

8. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Flüssigkristallverbindung eine Flüssigkristallverbindung ist, die auch eine smektische A-Phase zeigt.

9. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Flüssigkristallverbindung eine Flüssigkristallverbindung ist, die auch eine cholesterische Phase zeigt.

10. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Flüssigkristallverbindung eine Flüssigkristallverbindung ist, die auch eine smektische A-Phase und eine cholesterische Phase zeigt.

11. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung mindestens eine Flüssigkristallverbindung, die durch die Formel (I) wiedergegeben wird, und eine andere Flüssigkristallverbindung, die keine chirale smektische Phase zeigt, enthält.

12. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die andee Flüssigkristallverbindung eine Flüssigkristallverbindung ist, die auch eine smektische A-Phase zeigt.

13. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Flüssigkristallverbindung eine Flüssigkristallverbindung ist, die auch eine cholesterische Phase zeigt.

14. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Flüssigkristallverbindung eine Flüssigkristallverbindung ist, die auch eine smektische A-Phase und eine cholesterische Phase zeigt.

15. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der bevorzugten Orientierung der Molekülachsen in einer Richtung durch eine Reibungsbehandlung der Grundplatte verliehen worden ist.

16. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte einen Beschichtungsfilm aus einem isolierenden Material aufweist.

17. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material mindestens ein Material enthält, das aus SiO, SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Polyvi nylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Poly-p- xylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvi nylchlorid, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melamin harz, Harnstoffharz, Acrylharz und einem Photoresistharz ausgewählt ist.

18. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material Polyimid ent hält.

19. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material Polyvinylalko hol enthält.

20. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material Polyamid ent hält.

21. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadudrch gekennzeichnet, daß die Funktion der bevorzugten Orientie rung der Molekülachsen in einer Richtung durch ein schräges Aufdampfen auf die Grundplatte verliehen worden ist.

22. Flüssigkristallvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Bildelementen, die in einer Vielzahl von Zei len angeordnet sind, wobei jedes Bildelement ein Paar mit Abstand gegenüberliegend angeordnete Elektroden und eine Flüssigkristallverbindung, die durch die nachstehend ge zeigte Formel (I): worin R eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlen stoffatomen ist; m 0 oder 1 ist und R¹ eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, wenn m 0 ist, und eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, wenn m 1 ist, wiedergegeben wird, oder eine die Verbindung der Formel (I) enthaltende Flüssigkristallmi schung enthält, wobei die Flüssigkristallverbindung oder -mischung zwischen die Elektroden eingefügt ist, mindestens zwei stabile Zustände zeigt und zu einem der mindestens zwei stabilen Zustände orientiert ist, wobei die Flüssig kristallvorrichtung nach einem zeilenweisen Schreibsystem angesteuert wird, bei dem ein Schreibsignal Zeile für Zeile an die Bildelemente angelegt wird, und wobei der Einschreib zustand einer Zeile von Bildelementen, an die das Schreib signal angelegt worden ist, beibehalten wird, bis das fol gende Schreibsignal an die Reihe von Bildelementen angelegt wird.

23. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß R¹ eine optisch aktive 2-Methylbutyl gruppe ist.

24. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß R¹ eine optich aktive 2-Methylbutoxy gruppe ist.

25. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Schreibsignal, das an eine Reihe von Bildelementen angelegt wird, aus einem ersten Signal mit der einen Polarität, das dazu dient, die Flüssigkri stallverbindung oder -mischung in einer ersten Phase zu dem ersten stabilen Zustand zu orientieren, und einem zweiten Signal mit der anderen Polarität, das dazu dient, die Flüssigkristallverbindung oder -mischung in einer zweiten Phase zu dem zweiten stabilen Zustand zu orientieren, be steht.

26. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Schreibsignal, das an eine Reihe von Bildelementen angelegt wird, aus einem ersten Signal mit der einen Polarität, das dazu dient, die Flüssigkri stallverbindung oder -mischung zu dem ersten stabilen Zustand zu orientieren, einem zweiten Signal, das unterhalb eines Schwellenwertes für die Flüssigkristallverbindung oder -mischung liegt, einem dritten Signal mit der anderen Polarität, das dazu dient, die Flüssigkristallverbindung oder -mischung zu dem zweiten stabilen Zustand zu orientie ren, und einem vierten Signal, das unterhalb des Schwellen wertes liegt, besteht, wobei das erste und das zweite Si gnal in einer ersten Phase und das dritte und das vierte Signal in einer zweiten Phase angelegt werden.