DE3614113A1

DE3614113A1 - Fluessigkristallvorrichtung und verfahren zum steuern der ausrichtung eines fluessigkristalls

Info

Publication number: DE3614113A1
Application number: DE19863614113
Authority: DE
Inventors: Junichiro Yokohama Kanagawa Kanbe; Kazuharu Tama Tokio/Tokyo Katagiri; Shinjiro Kawasaki Kanagawa Okada; Osamu Taniguchi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1986-04-25
Publication date: 1986-11-06
Also published as: GB2174820A; US5746939A; DE3614113C2; GB2174820B; HK2394A; JPS61249019A; FR2581227A1; GB8609747D0; FR2581227B1

Description

Pellmann - Grams - Struif361A113

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D;p;.-lr,g. H.Tiedtke Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 20 2403 8000 München 2

Tel.: 0 89-5396 53
Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent München 25. April 1986

DE 5788

Canon Kabushiki Kaisha
Tokio / Japan

Flüssigkristallvorrichtung und Verfahren zum
Steuern der Ausrichtung eines Flüssigkristalls

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallvorrichtung für die Verwendung in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, einer optischen Flüssigkristall-Verschlußanordnung usw. und insbesondere eine Flüssigkristallvorrichtung, die durch eine Verbesserung der anfänglichen Orientierung oder Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen verbesserte Anzeige- und Ansteuerungseigenschaften hat, und sie betrifft ferner ein Verfahren zum Steuern der Ausrichtung eines Flüssigkristalls.

Clark und Lagerwall haben eine Flüssigkristallvorrichtung vorgeschlagen, bei der die Durchlassung von Lichtstrahlen durch Ausnutzen der Brechungsindex-Anisotropie ferroelektrischer Flüssigkristallmoleküle in Verbindung mit Polarisationselementen gesteuert wird (z.3. US-Patentschrift 43 67 924 und Japanische Offenlegungsschrift 107216/1981). Der ferroelektrische Flüssigkristall zeigt im allgemeinen in einem bestimmten Temperaturbereich eine chirale smekti-

B/B

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sehe C-Phase (SmC*) oder Η-Phase (SmH*), und er zeigt in diesem Zustand Bistabilität, d.h., die Eigenschaft, daß er in Abhängigkeit von einem daran angelegten elektrischen Feld entweder einen ersten stabilen Zustand oder einen zweiten stabilen Zustand annimmt und den resultierenden Zustand in Abwesenheit eines elektrischen Feldes beibehält. Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung zeigt ferner eine hohe Geschwindigkeit des Ansprechens auf eine Änderung des elektrischen Feldes, weshalb erwartet wird, daß

^q sie in ausgedehntem Maße als Anzeigevorrichtung des Speichertyps mit hoher Ansprechgeschwindigkeit angewandt werden wird.

Damit ein ferroelektrischer Flüssigkristall mit Bistabilitat gewünschte Ansteuerungseigenschaften realisieren kann, ist es jedoch erforderlich, daß der zwischen einem Paar parallelen Grundplatten angeordnete Flüssigkristall eine derartige Molekülanordnung hat, daß der Übergang der Moleküle von dem einen zu dem anderen der zwei stabilen Zustände unabhängig vom Anlegen eines elektrischen Feldes wirksam hervorgerufen werden kann. Beispielsweise ist es bei ferroelektrischen Flüssigkristallen mit einer SmC*- oder SmH*-Phase erforderlich, daß ein Bereich (Monodomäne) gebildet wird, wo Flüssigkristallschichten mit der SmC*- oder der SmH*-Phase senkrecht zu den Oberflächen der Grundplatten stehen, d.h., wo die Molekülachsen des Flüssigkristalls im wesentlichen parallel zu den Oberflächen ausgerichtet sind. Bei optischen Modulationsvorrichtungen, in denen ein Flüssigkristall mit Bistabilität verwendet wird, ist jedoch die Ausrichtung des Flüssigkristalls mit einer solchen Monodomänenstruktur nicht in zufriedenstellender Weise erzielt worden, was dazu führte, daß keine ausreichenden Anzeigeeigenschaften erhalten wurden.

Es ist als Verfahren zum Steuern der Ausrichtung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls vorgeschlagen worden, auf den inneren Oberflächen der Grundplatten einer Flüssig-

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kristallzelle einen organischen Film oder einen durch Aufdampfen gebildeten anorganischen Film, der mit Kratzspuren oder Rillen bzw. Nuten versehen ist, anzuordnen, um die Molekülanordnung durch Reiben oder durch schräges Aufdampfen in der gleichen Weise wie bei der üblichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung des TN-Typs (TN-Flüssigkristall = verdrillter nematischer Flüssigkristall) zu steuern. Ein Reibverfahren wird beispielsweise durchgeführt, indem zuerst auf Glasplatten lichtdurchlässige Elektroden gebildet werden, die Elektroden mit einem organischen Polymerfilm beschichtet werden und der organische Polymerfilm dann mit einem Tuch aus z.B. Samt gerieben wird, um die Flüssigkristallmoleküle infolge feiner Kratzspuren, mit denen die Filmoberfläche versehen worden ist, auszurichten. Eine auf diese Weise aufgebaute Flüssigkristallvorrichtung wird von Isogai in der Europäischen Patentpublikation (EP-A) 91661 beschrieben. Die auf diese Weise gebildete Flüssigkristallvorrichtung kann jedoch keine chirale smektische Phase bereitstellen, in der senkrechte Schichten chiraler smektischer Flüssigkristallmolekükle über eine weite Fläche so ausgerichtet sind, daß eine einzige Normale gebildet wird, und der Ausrichtungszustand ist für die praktische Anwendung nicht geeignet.

Andererseits wird bei einem Verfahren zum schrägen Aufdampfen anstelle eines organischen Polymerfilms ein anorganischer Film aus z.B. SiO durch Aufdampfen auf eine geneigte Grundplatte gebildet. Dieses Verfahren wird von Yoshino in Japanese Journal of Applied Physics, Bd. .18 (1979), S. 427 bis 433, beschrieben. Die Flüssigkristallvorrichtung, die durch Anwendung des von Yoshino gelehrten Verfahrens zum Steuern der Ausrichtung gebildet wird, führt jedoch zu einem ungleichmäßigen Ausrichtungszustand, in dem senkrechte Schichten der chiralen smektischen Phase teilweise verschiedene Normale bilden, und ist folglich ebenfalls nicht für die praktische Anwendung geeignet.

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Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Verfahren haben Clark u.a. ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Paar Grundplatten relativ zueinander bewegt werden, um Flüssigkristallmoleküle auszurichten (US-Patentschrift 43 67 924), und Yoshino hat ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Abstandshalter aus Polyethylenterephthalat gebildet werden, um einen Zellenzwischenraum bereitzustellen, und bei dem die Orientierungseigenschaften der Ränder der Abstandshalter ausgenutzt werden. Bei jedem dieser Verfahren war es jedoch wieder schwierig, einen Ausrichtungszustand zu erzielen, in dem senkrechte Schichten der chiralen smektischen Phase so ausgerichtet sind, daß sie eine einzige Normale bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung mit verbesserten Anzeige- und Ansteuerungseigenschaften bereitzustellen, die einen .anfänglichen Ausrichtungszustand realisiert, in dem senkrechte Schichten einer smektischen Phase, insbesondere einer chiralen smektischen Phase, so ausgerichtet sind, daß sie über eine weite Fläche eine einzige Normale bilden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Flüssigkristallvorrichtung gelöst, die eine Zellenstruktur mit einem Paar Grundplatten und einem smektischen Flüssigkristall, der in einem höheren Temperaturbereich eine cholesterische Phase zeigt, hat, wobei das Verhältnis (P/d) der Ganghöhe (P) der cholesterischen Phase zu dem Abstand (d) zwischen dem Paar Grundplatten 0,5 oder mehr beträgt.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

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Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung;

Fig. 2 ist eine zur Erläuterung dienende Ansicht, die die Beziehung der Ausrichtungseigenschaften zu der Dicke

(d) einer Flüssigkristallschicht und der Ganghöhe

(P) einer cholesterischen Phase (Ch-Phase) zeigt;

und

Fig. 3 ist eine zur Erläuterung dienende Ansicht, die die Beziehung zwischen der Ganghöhe (P) einer cholesterischen Phase und der Temperatur zeigt.

Wenn das vorstehend erwähnte Verfahren zum Steuern der Ausrichtung angewandt wird, um einen ferroelektrischen Flüssigkristall auszurichten, unterscheidet sich der erhaltene Ausrichtungszustand in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften des ferroelektrischen Flüssigkristalls in beträchtlichem Maße. Als eine physikalische Eigenschaft, die die Ausrichtung beeinflußt, kann der Unterschied in der Phasenumwandlungsreihe erörtert werden. Für ferroelektrische Flüssigkristalle sind die folgenden vier Arten der Phasenumwandlungsreihe bekannt:

Phasenumwandlungsreihe

Höherer Temperaturbereich-^» -»»Niedrigerer Temperaturbereich

(i) Iso -fr- Ch -*- (ii) Iso -»-

(iii) Iso -»- Ch 30 (iv) Iso -»-

(Iso = isotrope Phase; Ch = cholesterische Phase;
SmA = smektische A-Phase)

Als Ergebnis einer Untersuchung der Ausrichtungseigenschaften der SmC*-Phase im Zusammenhang mit der vorstehend erwähnten Phasenumwandlungsreihe wurde festgestellt, daß ein

SmA -*-	SmC*
SmA --*	SmC*
—	SmC*
	SmC*

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^ Flüssigkristallmaterial, das die vorstehend erwähnte Phasenumwandlungsreihe (i) zeigt, bessere Orientierungs- oder Ausrichtungseigenschaften hat als Flüssigkristallmaterialien, die die anderen Phasenumwandlungsreihen zeigen.

Im einzelnen zeigten bei einer Reihe von Versuchen unter Anwendung des Reibverfahrens als Verfahren zum Steuern der einachsigen Ausrichtung ein ferroelektrischer Flüssigkristall wie z.B. DOBAMBC (p-Decyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutylcinnamat), der die Phasenumwandlungsreihe (ii) zeigt, ein ferroelektrischer Flüssigkristall wie z.B. das nachstehend erwähnte 8OB, der die Phasenumwandlungsreihe (iii) zeigt, oder ein ferroelektrischer Flüssigkristall wie z.B. MORA 8, der die Phasenumwandlungsreihe (iv) zeigt,

^5 selbst in dem Fall, daß irgendwelche Reibbedingungen gewählt wurden, nicht leicht einen zufriedenstellenden Orientierungszustand. Im Gegensatz zu dem vorstehend Erwähnten ist. festgestellt worden, daß eine geeignete Flüssigkristallmischung, die die Phasenumwandlungsreihe (i) zeigt, im Vergleich zu den Flüssigkristallen, die die anderen Phasenumwandlungsreihen zeigen, einen viel besseren Ausrichtungszustand liefert. Als Grund dafür, daß der Unterschied in der Phasenumwandlungsreihe zu einem auffälligen Unterschied in den Ausrichtungseigenschaften führt, kann angesehen werden, daß ein Flüssigkristall, der eine Phasenumwandlung gemäß der Phasenumwandlungsreihe (i), die Phasen mit aufeinanderfolgend abnehmendem Symmetriegrad enthält, zeigt, im Verlauf der Phasenumwandlung von der isotropen Phase zu einer SmC*- oder SmH*-Phase mit einer chiralen 2Q Schichtstruktur die Molekülausrichtung einer smektischen Phase verhältnismäßig leicht realisieren kann. Gemäß einer weiteren von den Erfindern durchgeführten Untersuchung haben jedoch nicht alle Flüssigkristalle, die die vorstehend erwähnte Phasenumwandlungsreihe (i) zeigen, immer gute Ausrichtungseigenschaften, und es ist für ein Flüssigkristallmaterial keine ausreichende Bedingung für die Erzie-

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■j^ lung guter Ausrichtungseigenschaften, die Phasenumwandlungsreihe (i) zu zeigen.

Als Ergebnis weiterer Untersuchungen haben die Erfinder beobachtet, daß unter den Flüssigkristallmaterialien, die die Phasenumwandlungsreihe (i) zeigen, ein Flüssigkristallmaterial, das sowohl für die Ch-Phase als auch für die SmA-Phase einen ausreichend weiten Temperaturbereich, vorzugsweise einen Bereich von 5 ⁰C oder mehr, hat, in besonderem Maße verbesserte Orientierungs- oder Ausrichtungseigenschaften hat.

Auf der Grundlage der vorstehend erwähnten Beobachtung haben die Erfinder eine weitere Untersuchung der Beziehung

ic der Ausrichtungseigenschaften einer chiralen smektischen Phase zu einer Ch-Phase durchgeführt, während sie auf die Ch-Phase achteten, die einschließlich der SmA-Phase als Zwischenzustand zwischen der isotropen Phase und einer chiralen smektischen Phase angesehen wird und von der angenommen wird, daß sie eine Funktion der Abschwächung der sprunghaften Änderung der Molekülanordnung hat. Als Ergebnis haben die Erfinder festgestellt, daß die Ausrichtungseigenschaften in einer chiralen smektischen Phase durch den Wert der Ganghöhe der Ch-Phase und durch die Beziehung zwischen der Ganghöhe der Ch-Phase und der Dicke einer Flüssigkristallschicht bestimmt bzw. beeinflußt werden. Im einzelnen werden die Ausrichtungseigenschaften unter den Bedingungen, daß die Ganghöhe einer Ch-Phase 0,8 μΐη oder mehr beträgt und daß das Verhältnis (P/d) der Ganghöhe (P; ⁱⁿ M^m) ²^ der Dicke (d; in pm) der Flüssigkristallschicht 0,5 oder mehr und vorzugsweise 0,5 bis 10 beträgt, beträchtlich verbessert.

Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

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Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Beispiels der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzelle· Diese Zelle ist entsprechend einem einfachen Punktmatrixsystem gebildet worden und enthält ein Paar parallele Grundplatten lla und 11b, auf denen jeweils lichtdurchlässige Elektrodenmuster 12a und 12b aus z.B. ITO (Indiumzinnoxid) gebildet sind, die einander im wesentlichen im rechten Winkel kreuzen. Die Grundplattenoberflächen mit den Elektrodenmustern sind jeweils mit einem (nicht gezeigten) Überzugsfilm aus z.B. einem organischen Polymer wie PoIyimid, Polyvinylalkohol oder einem Polyamid bedeckt, der einer Reibbehandlung als Behandlung zur einachsigen Orientierung unterzogen worden ist.

Ferner wird der Abstand d zwischen dem Paar Grundplatten durch (nicht gezeigte) Abstandshalter, die zwischen den Grundplattenoberflächen angeordnet sind, gehalten. In die aufidiese Weise aufgebauten Flüssigkristallzellen wurden verschiedene Arten von chiralen smektischen Flüssigkristallen, wozu auch Mischungen gehörten, eingeschlossen. Die Zellen wurden jeweils auf eine die isotrope Phase liefernde Temperatur erwärmt und allmählich abgekühlt (mit einer Geschwindigkeit von z.B. 0,5 °C/h), um eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von der isotropen Phase über die cholesterische Phase und die SmA-Phase in eine chirale smektische Phase wie SmC* (oder SmH*) zu bewirken, wobei der Ausrichtungszustand der chiralen smektischen Phase untersucht wurde. Übrigens kann der für diesen Zweck zu verwendende chirale smektische Flüssigkristall auch die SmG*-Phase oder die SmF*-Phase zeigen.

Nachstehend werden die Ergebnisse des vorstehend beschriebenen Versuchs näher erläutert.

Die in diesem Beispiel im einzelnen verwendeten Flüssigkristalle werden in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.

i fcijj

-13-Tabelle 1

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Bezeichnung Flüssigkristall Ganghöhe (P; pm)

FK(I)	LC-I	0,7
FK(2)	(LC-l)_g0/(80B)₁₀	1,5
FK(3)	(LC-l)₈₀/(80B)₂₀	7,1
FK(4)	(LC-l)₇₀/(80B)₃₀	1,3
FK(5)	(LC-l)₆₀/(80B)₄₀	0,5
FK(6)	80SI*	0,5
FK(7)	MIX-I	9,2

Diese Flüssigkristalle zeigen alle die vorstehend erwähnte Phasenumwandlungsreihe (i). Ferner haben LC-I und 80B, die beide in Tabelle 1 gezeigt werden, in ihrer cholesterischen Phase einen voneinander verschiedenen Schraubungssinn. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, kann die Ganghöhe (P) in der cholesterischen Phase dadurch vergrößert werden, daß ein Flüssigkristall mit einer rechtsgängigen Helix und ein Flüssigkristall mit einer linksgängigen Helix miteinander vermischt werden.

In der vorstehenden Tabelle 1 sind LC-I, 8OB und 80SI* Verbindungen, die durch die folgenden Strukturformeln wiedergegeben werden, und MIX-I ist eine Flüssigkristallmischung mit der nachstehend gezeigten Zusammensetzung. Ferner bedeuten die in Tabelle 1 gezeigten Indizes jeweils den Anteil (in Massel) des in Klammern davorstehenden Mischungsbestandteils .

LC-1

»ÜB

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8OSI*

MIX-I

Eine Flüssigkrxstallmischung, die hauptsächlich aus pn-Octyloxybenzoesäure-p'-(2-methylbutyloxy)-phenylester und ρ-n-Nonyloxybenzoesäure-p'-(2-methylbutyloxy)-phenylester besteht

Fig. 2 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung der Änderung der Ausrichtungseigenschaften im Zusammenhang mit der Ganghöhe (P) der cholesterischen Phase der einzelnen Flüssigkristalle und in Abhängigkeit von der Änderung der Abstände (d) zwischen einem Paar Grundplatten. Das Symbol O bezeichnet einen guten Ausrichtungszustand (einen gleichmäßigen Ausrichtungszustand, in dem die senkrechten Schichten einer chiralen smektischen Phase so ausgerichtet sind, daß sie über die gesamte Zelle eine einzige Normale bilden); das Symbol Δ bezeichnet einen ziemlich schlechten Ausrichtungszustand (d.h., einen Ausrichtungszustand, in dem die senkrechten Schichten einer chiralen smektischen Phase so ausgerichtet sind, daß sie verschiedene Domänen mit verschiedenen Normalen bilden), und das Symbol X bezeichnet einen schlechten Ausrichtungszustand (d.h., einen Ausrichtungszustand, in dem die senkrechten Schichten einer chiralen smektischen Phase regellos ausgerichtet sind und eine vollkommen ungleichmäßige Anordnung der Normalen liefern). 30

Die Ganghöhe der Ch-Phase wurde durch das Grandjean-Cano-Verfahren gemessen, das auf Seite 265 des von P.G. de Gennes verfaßten Buches "The Physics of Liquid Crystals", herausgegeben 1974 durch Oxford University Press, Ely House, London, beschrieben wird. Im einzelnen wurde die Ganghöhe der Ch-Phase unter Anwendung einer keilförmigen Zelle gemessen, deren Neigungswinkel vorher gemessen worden war. Es

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wurden die Abstände zwischen in der Ch-Phase auftretenden Interferenzstreifen gemessen, die der Ganghöhe entsprechen.

Die Neigungswinkel der keilförmigen Zellen hatten alle einen tan θ von (1,34 + 0,07) χ 10~ , und die Messung wurde unter Anwendung von monochromatischem Licht (D-Linie des Natriums) und unter Ausnutzung der Interferenz des Lichts an den Glasoberflächen der keilförmigen Zellen durchgeführt.

Ferner hängt die Ganghöhe einer Ch-Phase im allgemeinen von der Temperatur ab und ändert sich, wie es in Fig. 3 beispielsweise für die Mischung (LC-l)gQ/(80B)₄Q gezeigt wird. Die in der Beschreibung angegebenen Werte der Ganghöhe sind Werte, die in der Mitte des die Ch-Phase für den betreffenden Flüssigkristall liefernden Temperaturbereichs gemessen werden. Die so gemessenen Werte der Ganghöhe der Ch-Phase sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Die Geraden 21 und 22 in Fig. 2 stellen die Beziehungen ^{p = 1}^ ä bzw. P = 0,5 d dar. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, zeigten die Flüssigkristallzellen, bei denen P und d in dem Bereich liegen, der zwischen den Geraden 21 und 22 abgegrenzt ist, im Vergleich zu den Flüssigkristallzellen, bei denen P und d außerhalb dieses Bereichs liegen, eine bessere Fähigkeit zur Bildung von Monodomänen der smektischen Phase, während die Flüssigkristallzellen, bei denen P und d in dem Bereich liegen, der zwischen den Geraden 23 und 22 abgegrenzt ist, einen Ausrichtungszustand mit einer noch besseren Reproduzierbarkeit lieferten. Im einzelnen wird in Fig. 2 gezeigt, daß die vorstehend erwähnte Flüssigkristallmischung MIX-I, die eine Ganghöhe der Ch-Phase von 9,2 pm hat, in einer Flüssigkristallzelle, bei der der Abstand zwischen den Grundplatten 0,25 μπι betrug, keinen Ausrichtungszustand mit genügender Bistabilität lieferte, die für die Umschaltung bzw. für den Übergang zwischen den zwei stabilen Zuständen erforderlich ist, während diese Flüssigkristallmischung in Flüssigkristallzellen, bei denen

ORIGINAL :^8^DEGTED

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der Abstand zwischen den Grundplatten 1 pm bzw- 2 μΐη betrug, eine Monodomäne der smektischen Phase, die eine gute Bistabilität zeigte, bilden konnte. Es ist leicht zu erkennen, daß die anderen Flüssigkristalle, z.B. (LC-l)go/(^8OB)lO ^und (LC-l)₇₀/(80B)₃₀, die gleiche Tendenz zeigten.

Folglich kann erfindungsgemäß ein bemerkenswert guter Ausrichtungszustand erzielt werden, wenn eine Flüssigkristallzelle in der Weise gebildet wird, daß die folgende Bedingung erfüllt wird: Das Verhältnis (P/d) zwischen der Ganghöhe (P; pm) der Ch-Phase und dem Abstand (d; pm) zwischen den Grundplatten beträgt 0,5 bis 10 und vorzugsweise 0,5 bis 4.

Ein Grund dafür, daß die vorstehend erwähnte Beziehung erforderlich ist, damit die smektische Phase gute Ausrichtungseigenschaften hat, kann in folgendem bestehen: Da angenommen wird, daß die Helixachse der Ch-Phase zu der Dickenrichtung einer Flüssigkristallschicht im wesentlichen parallel verläuft, kann angenommen werden, daß das Verhältnis (P/d) zwischen der Ganghöhe der Ch-Phase und dem Abstand zwischen den Grundplatten (d.h., der Dicke einer Flüssigkristallschicht) ein Parameter ist, der die Zahl der "Schraubenwindungen" in der Ch-Phase wiedergibt. Folglich kann bei der Temperaturverminderung die Phasenumwandlung von der Ch-Phase in die SmA-Phase in dem Fall, daß die Zahl der "Schraubenwindungen" in der Ch-Phase die vorstehend erwähnte Beziehung erfüllt, gleichmäßig bewirkt werden, so daß in der chiralen smektischen Phase ein guter Ausrichtungszustand erzielt wird.

Durch Untersuchungen der Erfinder ist auch festgestellt worden, daß ein ausreichender Ausrichtungszustand, der für die Umschaltung bzw. für den Übergang zwischen den zwei stabilen Zuständen erforderlich ist, im Fall der Verwendung eines smektischen Flüssigkristalls, der eine Ch-Phase mit

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]_ einer Ganghöhe, die nicht 0,8 /um erreicht, zeigt, nur dann erhalten werden kann, wenn die Behandlung zum Steuern der Orientierung unter außerordentlich guten Bedingungen durchgeführt wird. Ein Grund dafür kann sein, daß die Helixstruktur der Ch-Phase bei einem smektischen Flüssigkristall, der eine Ch-Phase mit einer geringen Ganghöhe, die kleiner als 0,8 /um ist, zeigt, durch bloßes Einstellen der Dicke der Flüssigkristallschicht nicht in ausreichendem Maße abgewickelt werden kann, so daß es schwierig wird, eine gleichmäßige Schichtstruktur der SmA-Phase zu bilden, weil ein Flüssigkristall mit einer sehr geringen Ganghöhe notwendigerweise in der Ch-Phase eine starke Aufwickelkraft hat. Als Ergebnis wird erhalten, daß in einer Flüssigkristallzelle, bei der P und d in dem Bereich liegen, der durch eine Gerade 24, die die Beziehung P = 0,8 /um wiedergibt, und die Geraden 21 und 22 eingeschlossen ist, und vorzugsweise in dem Bereich liegen, der durch die Geraden 24,. 23 und 22 eingeschlossen ist, ein Ausrichtungszustand mit einer Monodomäne der smektischen Phase erhalten werden kann.

Wenn ferner die Anwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls für ein optisches Schaltelement, das durch ein Anzeigeelement und eine lineare Verschlußanordnung gebildet wird, in Betracht gezogen wird, wird eine Speicherzelle des Oberflächen-Stabilisierungstyps, wie sie von Clark und Lagerwall in Applied Physics Letters, Bd. 36, Nr. 11, S. 899 - 901, in dem Aufsatz "Submicrosecond bistable electrooptic switching in liquid crystals" (1. Juni 1980) beschrieben wird, in der die Schichten einer chiralen smektischen Phase mit einer abgewickelten Helixstruktur sogar in Abwesenheit eines elektrischen Feldes senkrecht zu den Grundplattenoberflächen ausgebildet und die Flüssigkristallmoleküle parallel zu den Grundplattenoberflächen ausgerichtet sind, so daß sie Bistabilität zeigen, als sehr effektiv angesehen.

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Die Erfinder haben bei ihren Untersuchungen in Erfahrung gebracht, daß der Abstand d zwischen den Grundplatten (d.h., die Dicke einer Flüssigkristallschicht) 3 /im oder weniger betragen muß, damit die vorstehend erwähnte Speicherzelle des Oberflächen-Stabilisierungstyps hergestellt werden kann. Es ergab sich, daß für die Herstellung einer Speicherzelle des Oberflächen-Stabilisierungstyps eine Flüssigkristallvorrichtung mit einem außerordentlich guten Ausrichtungszustand und sehr guter Stabilität erhalten werden kann, wenn die Flüssigkristallvorrichtung so hergestellt wird, daß P und d in Fig. 2 in dem schraffierten Bereich liegen, der durch die vier Geraden 21, 22, 24 und 25 (die Gerade 25 stellt die Beziehung d - 3 ^m dar) eingeschlossen ist, und vorzugsweise in dem Bereich liegen, der durch die vier Geraden 23, 22, 24 und 25 eingeschlossen ist.

Wie, es vorstehend erläutert wurde, werden bei der Herstellung einer Flüssigkristallzelle die Dicke (d) der Flüssigkristallschicht und die Ganghöhe (P) der Ch-Phase vorzugsweise so gewählt, daß sie innerhalb des schraffierten Bereichs in Fig. 2 liegen, wodurch eine Monodomäne mit einer gleichmäßigen anfänglichen Ausrichtung und mit Bistabilität realisiert und eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung mit ausgezeichneten Anzeige- und Ansteuerungseigenschaften erhalten werden kann.

Leerseite -

Claims

THeDTKE - BüHLING - KlNNE - CJrUPE Vertreter beim EPA η C^ O Dipl.-Ing. H.Tiedtke I i rELLMANN - CIRAMS " OTRÜIF Dipl.-Chem. G. Bühling ! λ * λ t λ a Q Dipl.-Ing. R. Kinne O O I H I IO Dipl.-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif Bavariaring 4, Postfach 20 2405 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: O 89-537377 cable: Germaniapatent München 25. April 1986 DE 5788 Patentansprüche

1. Flüssigkristallvorrichtung, gekennzeichnet durch eine Zellenstruktur mit einem Paar Grundplatten und einem smektischen Flüssigkristall, der in einem höheren Temperaturbereich eine cholesterische Phase hat, wobei das Verhältnis (P/.d) der Ganghöhe (P) der cholesterischen Phase zu dem Abstand (d) zwischen dem Paar Grundplatten 0,5 oder mehr beträgt.

2. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe der cholesterischen Phase in der Mitte des die cholesterische Phase liefernden Temperaturbereichs 0,8 μπι oder mehr beträgt.

3. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d) zwischen dem Paar Grundplatten 3 jum oder weniger beträgt.

4. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (P/d) 0,5 bis 10 beträgt.

5. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (P/d) 0,5 bis 4 beträgt.

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6. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der smektische Flüssigkristall ein ferroelektrischer Flüssigkristall ist.

7. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ferroelektrische Flüssigkristall ein chiraler smektischer Flüssigkristall ist.

8. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ferroelektrische Flüssigkristall ein chiraler smektischer Flüssigkristall ist, dessen Helix in Abwesenheit eines elektrischen Feldes abgewickelt ist.

9. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der chirale smektische Flüssigkristall in dem höheren Temperaturbereich aufeinanderfolgend eine smektische Α-Phase, eine cholesterische Phase und eine isotrope Phase hat.

10. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-

} kennzeichnet, daß der smektische Flüssigkristall durch Phasenumwandlung von der cholesterischen Phase gebildet und in Gegenwart mindestens einer Oberfläche des Paares Grundplatten, die einer Behandlung zur einachsigen Orientierung unterzogen worden ist, ausgerichtet wird.

11. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung zur einachsigen Orientierung eine Reibbehandlung ist.

30

12. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Oberfläche durch ein isolierendes Material gebildet wird.

13. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material Polyimid, Polyvinylalkohol oder Polyamid ist.

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^

14. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der smektische Flüssigkristall eine Mischung ist, die aus einem Flüssigkristall, der in der cholesterischen Phase eine rechtsgängige Helix hat, und einem Flüssigkristall, der in der cholesterischen Phase eine linksgängige Helix hat, besteht.

15. Flüssigkristallvorrichtung, gekennzeichnet durch ein Paar Grundplatten und einen chiralen smektischen Flüssig-

•j^q kristall, wobei der chirale smektische Flüssigkristall durch eine aufeinanderfolgende Phasenumwandlung von einer cholesterischen Phase über eine smektische Α-Phase in eine chirale smektische Phase gebildet worden ist und wobei die cholesterische Phase und die smektische Α-Phase jeweils

■Lg einen Temperaturbereich von 5 ⁰C oder mehr haben.

16. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der chirale smektische Flüssigkristall während der Temperaturverminderung von der cholesterischen Phase, die in einem höheren Temperaturbereich als die smektische Α-Phase vorhanden ist, in Gegenwart einer Grundplattenoberfläche, die einer Behandlung zur einachsigen Orientierung unterzogen worden ist, ausgerichtet worden ist.

17. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung zur einachsigen Orientierung eine Reibbehandlung ist.

18. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplattenoberfläche durch ein isolierendes Material gebildet wird.

19. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material Polyimid, Polyvinylalkohol oder Polyamid ist.

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20. Verfahren zum Steuern der Ausrichtung eines Flüssigkristalls, dadurch gekennzeichnet, daß eine cholesterische Flüssigkristallmischung, die aus einem Flüssigkristall, der eine rechtsgängige Helix hat, und einem Flüssigkristall, der eine linksgängige Helix hat, besteht, in Berührung mit einer Grundplattenoberfläche, die einer Behandlung zur einachsigen Orientierung unterzogen worden ist, einer Phasenumwandlung während einer Temperaturverminderung unterzogen wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung zur einachsigen Orientierung eine Reibbehandlung ist.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplattenoberfläche durch ein isolierendes Material gebildet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material Polyimid, Polyvinylalkohol oder Polyamid ist.