DE3614113C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Flüssigkristallvorrichtungen, die
eine Zellenstruktur mit einem Paar Grundplatten und einem
zwischen den Grundplatten angeordneten chiralen smektischen
Flüssigkristall aufweisen.
Clark und Lagerwall schlagen in der US-PS 43 67 924 eine
Flüssigkristallvorrichtung vor, bei der der Durchtritt
von Lichtstrahlen durch Ausnutzen der Brechungsindex-Anisotropie
ferroelektrischer Flüssigkristallmoleküle in Verbindung
mit Polarisationselementen gesteuert wird. Der verwendete
ferroelektrische Flüssigkristall zeigt in einem bestimmten
Temperaturbereich eine chirale smektische C-Phase (SmC*)
oder H-Phase (SmH*) und 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 sie in ausgedehntem Maße als
Anzeigevorrichtung des Speichertyps mit hoher Ansprechgeschwindigkeit
angewandt werden wird.
Damit ein ferroelektrischer Flüssigkristall mit Bistabilität
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.
Aus der DE-OS 28 48 555 ist ein speicherndes Flüssigkristall-
Anzeigeelement mit einem zwischen zwei sich in Blickrichtung
zumindest teilweise überlappenden Elektroden versehenen
Deckplatten befindlichen Flüssigkristall bekannt, dessen
Lichtstreuung durch eine einmalig für eine vorbestimmte
Dauer angelegte Steuerspannung herbeigeführt wird, wobei
der Flüssigkristall 5 aus einem smektischen Flüssigkristall
negativer dielektrischer Anisotropie besteht und die dem
Flüssigkristall 5 zugewandten Oberflächen der Deckplatten
1,2 derart beschichtet sind, daß der Flüssigkristall 5
im nichtgesteuerten Zustand als smektische Phase überwiegend
homöotroper Ausrichtung vorliegt und ferner Mittel vorgesehen
sind, um den Flüssigkristall 5 in den nichtgesteuerten Zustand
zu überführen. Als smektischer Flüssigkristall wird
4-Octyloxyphenyl-trans-4-butylcyclohexyl-1-carboxylat verwendet,
das eine SB-Phase enthält.
Es ist als Verfahren zum Steuern der Ausrichtung eines
ferroelektrischen Flüssigkristalls vorgeschlagen worden,
auf den inneren Oberflächen der Grundplatten einer Flüssigkristallzelle
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 den 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 EP-A 91 661 beschrieben. Die auf diese Weise gebildete
Flüssigkristallvorrichtung kann jedoch keine chirale smektische
Phase bereitstellen, in der senkrechte Schichten
chiraler smektischer Flüssigkristallmoleküle über eine
weite Fläche so ausgerichtet sind, daß eine einzige Normale
gebildet wird.
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 entwickelten Verfahrens
zum Steuern der Ausrichtung verwendet wird, führt jedoch
zu einem ungleichmäßigen Ausrichtungszustand, in dem senkrechte
Schichten der chiralen smektischen Phase teilweise
verschiedene Normale bilden. Es ist damit ebenfalls nicht
für die praktische Anwendung geeignet.
Weiterhin haben Clark u. a. in der US-PS 43 67 924 ein Verfahren
vorgeschlagen, bei dem ein Paar Grundplatten relativ
zueinander bewegt werden, um Flüssigkristallmoleküle auszurichten,
und Yoshino hat ein Verfahren vorgeschlagen, bei
dem Abstandshalter aus Polyethylenterephthalat gebildet
werden, um einen Zellenzwischenraum bereitzustellen, 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.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Flüssigkristallvorrichtungen
mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 und den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 12 enthaltenen
Merkmalen gelöst.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden
nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert.
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:
Als Ergebnis einer Untersuchung der Ausrichtungseigenschaften
der SmC*-Phase im Zusammenhang mit der vorstehend erwähnten
Phasenumwandlungsreihe wurde festgestellt, daß ein
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 80B, der die Phasenumwandlungsreihe
(iii) zeigt, oder ein ferroelektrischer Flüssigkristall wie
z. B. MORA 8, der die Phasenumwandlungsreihe (iv) zeigt,
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 Verlaufe der Phasenumwandlung von der isotropen Phase zu
einer SmC*- oder SmH*-Phase mit einer chiralen
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 Erzielung
guter Ausrichtungseigenschaften, die Phasenumwandlungsreihe
(i) zu zeigen.
Als Ergebnis weiterer Untersuchungen wurde
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°C oder mehr, hat, in besonderem
Maße verbesserte Orientierungs- oder Ausrichtungseigenschaften
hat.
Auf der Grundlage der vorstehend erwähnten Beobachtung
wurden weitere Untersuchungen der Beziehung
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 µm oder
mehr beträgt und daß das Verhältnis (P/d) der Ganghöhe (P;
in µm) zu der Dicke (d; in µm) 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.
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
11 a und 11 b, auf denen jeweils lichtdurchlässige Elektrodenmuster
12 a und 12 b 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 Polyimid,
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
auf diese 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.
Diese Flüssigkristalle zeigen alle die vorstehend erwähnte
Phasenumwandlungsreihe (i). Ferner haben LC-1 und 80B, die
beide in Tabelle 1 gezeigt werden, in ihrer cholesterischen
Phase einen voneinander verschiedenen Drehungssinn. 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-1, 80B und 80SI*
Verbindungen, die durch die folgenden Strukturformeln wiedergegeben
werden, und MIX-1 ist eine Flüssigkristallmischung
mit der nachstehend gezeigten Zusammensetzung. Ferner
bedeuten die in Tabelle 1 gezeigten Indizes jeweils den
Anteil (in Masse %) des in Klammern davorstehenden Mischungsbestandteils.
MIX-1
Eine Flüssigkristallmischung, die hauptsächlich aus p- n-Octyloxybenzoesäure-p′-(2-methylbutyloxy)-phenylester und p-n-Nonyloxybenzoesäure-p′-(2-methylbutyloxy)-phenylester besteht.
Eine Flüssigkristallmischung, die hauptsächlich aus p- n-Octyloxybenzoesäure-p′-(2-methylbutyloxy)-phenylester und p-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 ○ 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 ∆ 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).
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
wurden die Abstände zwischen in der Ch-Phase auftretenden
Interferenzstreifen gemessen, die der Ganghöhe entsprechen.
Die Neigungswinkel der keilförmigen Zellen hatten alle
einen tan R von (1,34±0,07)×10-3, 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-1)₆₀/(80B)₄₀ 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=10 d 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-1, die eine Ganghöhe der Ch-Phase
von 9,2 µm hat, in einer Flüssigkristallzelle, bei der der
Abstand zwischen den Grundplatten 0,25 µm 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
der Abstand zwischen den Grundplatten 1 µm bzw. 2 µm
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-1)₉₀/
(80B)₁₀ und (LC-1)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; µm) der Ch-Phase und dem Abstand (d; µm) 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 folgenden 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 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
einer Ganghöhe, die nicht 0,8 µm 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 µm 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 µm 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.
Es wurde festgestellt,,
daß der Abstand d zwischen den Grundplatten
(d. h., die Dicke einer Flüssigkristallschicht) 3 µm 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 µm 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.
Claims (17)
1. Flüssigkristallvorrichtung, die eine Zellenstruktur
mit einem Paar Grundplatten und einem zwischen den Grundplatten
angeordneten chiralen smektischen Flüssigkristall
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der chirale smektische
Flüssigkristall in der Lage ist, eine Phasenumwandlung
über die cholesterische Phase in die chirale, smektische
Phase bei Temperaturerniedrigung zu durchlaufen, daß das
Verhältnis (P/d) der Ganghöhe (P) der cholesterischen
Phase zu dem Abstand (d) zwischen dem Paar Grundplatten
0,5 oder mehr beträgt, wobei der Abstand (d) so festgelegt
ist, daß die Helixstruktur der chiralen smektischen Phase
unterdrückt wird und daß der chirale smektische Flüssigkristall
durch Abkühlen über eine cholesterische Phase
in eine chirale smektische Phase gebildet worden ist,
wobei ein Ausrichtungszustand erhalten wird, bei dem jedes
Molekül des Flüssigkristalls in einem von zwei verschiedenen
Orientierungszuständen in Abwesenheit eines elektrischen
Feldes orientiert ist.
2. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ganghöhe der cholesterischen Phase
in der Mitte des die cholesterische Phase liefernden Temperaturbereichs
0,8 µm oder mehr beträgt.
3. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abstand (d) zwischen dem Paar
Grundplatten 3 µm 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.
6. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der chirale smektische Flüssigkristall
in dem höheren Temperaturbereich aufeinanderfolgend eine
smektische A-Phase, eine cholesterische Phase und eine
isotrope Phase hat.
7. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens eine Oberfläche des Paares
Grundplatten einer Behandlung zur einachsigen Orientierung
unterzogen worden ist.
8. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Behandlung zur einachsigen Orientierung
eine Reibbehandlung ist.
9. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die mindestens eine Oberfläche durch
ein isolierendes Material gebildet wird.
10. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das isolierende Material Polyimid,
Polyvinylalkohol oder Polyamid ist.
11. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der chirale smektische Flüssigkristall
eine cholesterische Phase und eine smektische A-Phase
zeigt, die beim Abkühlen jeweils einen Temperaturbereich
von 5°C oder mehr haben.
12. Flüssigkristallvorrichtung, die eine Zellenstruktur
mit einem Paar Grundplatten und einem zwischen den Grundplatten
angeordneten chiralen smektischen Flüssigkristall
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der chirale smektische
Flüssigkristall in der Lage ist, eine Phasenumwandlung
aus einer cholesterischen Phase über eine smektische A-Phase
in eine chirale smektische Phase bei Temperaturerniedrigung
zu durchlaufen, daß der chirale smektische Flüssigkristall
zwei Verbindungen enthält, von denen die eine eine rechtsgängige
Helix und die andere eine linksgängige Helix in
der cholesterischen Phase aufweist, und daß der Abstand
zwischen den Grundplatten so festgelegt wird, daß die
Helixstruktur der chiralen smektischen Phase unterdrückt
wird und daß der chirale smektische Flüssigkristall durch
Abkühlen über die cholesterische Phase und die smektische
A-Phase in die chirale smektische Phase gebildet worden
ist, um einen Ausrichtungszustand zu liefern, bei dem
jedes Molekül des Flüssigkristalls in einem von zwei verschiedenen
Orientierungszuständen in Abwesenheit eines
elektrischen Feldes orientiert ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Behandlung zur einachsigen Orientierung eine Reibbehandlung
ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Grundplattenoberfläche durch ein isolierendes
Material gebildet wird.
15. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Grundplatten einer
Behandlung zur einachsigen Orientierung unterzogen worden
ist.
16. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die cholesterische Phase und die smektische
A-Phase einen Temperaturbereich von 5°C oder mehr
im Verlauf der Temperaturerniedrigung aufweisen.
17. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1 und
12, dadurch gekennzeichnet, daß die chirale smektische
Phase eine cholesterische Phase zeigt, bei der die Ganghöhe
durch Temperaturerniedrigung vergrößert wird.
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