DE3688700T2

DE3688700T2 - Flüssigkristallvorrichtung.

Info

Publication number: DE3688700T2
Application number: DE86117613T
Authority: DE
Inventors: Masaru Kamio; Masaki Kuribayashi; Tatsuo Murata; Nobuyuki Sekimura; Hideaki Takao; Akio Yoshida
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-12-18
Filing date: 1986-12-17
Publication date: 1993-11-11
Anticipated expiration: 2006-12-18
Also published as: EP0226218B1; EP0226218A3; US5078475A; EP0226218A2; ES2043600T3; DE3688700D1

Description

Die Erfindung betrifft eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, angepaßt an ein Farbdisplay, insbesondere ein Farbfernsehanzeigefeld In den herkömmlichen Flüssigkristall-Fernsehanzeigefeldern des Aktivmatrix-Ansteuerungssystems sind Dünnfilmtransistoren (TFTs) in einer Matrix gemäß den jeweiligen Bildelementen angeordnet. Wenn ein Einschalt-Impuls an den TFT angelegt wird, um den Source-Drain-Kanal einzuschalten, wird an die Source ein Bildsignal angelegt und in einem Kondensator gespeichert. Ein Flüssigkristall (z. B. TN(verdrillt nematisch)-Flüssigkristall) wird durch das gespeicherte Bildsignal angesteuert und durch Einschalten der jeweils mit einer Farbfilterschicht versehenen Bildelemente wird eine Farbanzeige bewirkt.
In solch einem Fernsehanzeigefeld des Aktivmatrix- Ansteuerungssystems, in dem ein TN-Flüssigkristall verwendet wird, werden jedoch TFTs mit komplizierter Struktur verwendet, die eine große Anzahl an Herstellungsschritten erfordern und mit der Schwierigkeit hoher Herstellungskosten verbunden sind. Darüberhinaus tritt ein weiteres Problem auf, nämlich daß es schwierig ist, eine große Fläche eines Halbleiterfilms (z. B. aus Polysilizium, amorphem Silizium), aus dem die TFTs aufbaut werden, zur Verfügung zu stellen.
Andererseits ist ein Anzeigefeld vom Passivmatrix- Ansteuerungstyp, indem ein TN-Flüssigkristall verwendet wird als eines bekannt, das mit niedrigen Herstellungskosten verbunden ist.
In diesem Typ von Flüssigkristall-Anzeigefeld erniedrigt sich jedoch, wenn die Anzahl (N) an-Abtastzeilen erhöht wird, während der Zeit in der eine Displayeinheit abgetastet wird, die Zeitdauer (Tastverhältnis) während der ein ausgewählter Punkt einem effektiven elektrischem Feld unterworfen wird auf ein Verhältnis von 1/N, wobei es zum Übersprechen kommt und kein Bild mit einem großen Kontrast erhalten werden kann. Ferner, wenn das Tastverhältnis erniedrigt ist, ist es schwierig die Abstufung der entsprechenden- Bildelemente mittels Spannungsmodulation zu steuern, so daß dieser Typ von Display für ein Anzeigefeld mit einer hohen Bild- oder Leitungsdichte, insbesondere für ein Flüssigkristall-Fernsehanzeigefeld, nicht passend ist.
Um die wesentlichen Probleme der herkömmlichen TN- Flüssigkristallvorrichtungen zu lösen, wurden ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen vorgeschlagen, wie sie zum Beispiel in U.S.-Patentschrift Nr. 4767924 von Clark und Lagerwall oder in FERROELECTRICS, Band 59, 1984, S. 25 bis 67, in "Surface-stabilized ferroelectric liquid crystal electrooptics : new multistate structures and devices" von N.A. Clark et al beschrieben wurden.
Die Anwendung solch einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung auf ein Farbdisplay, insbesondere ein Farbfernsehanzeigefeld schließt jedoch ein wie nachstehend beschriebenes Problem ein.
Spezieller, ein äußerst günstiges Farbdisplaysystem unter Verwendung einer Flüssigkristallvorrichtung ist eines, worin die entsprechenden Farbeinheiten eines Farbstreifenfilters oder eines Farbmosaikfilters mittels Ansteuerung eines Flüssigkristalls gegebenenfalls eingeschaltet oder abgeblendet werden, insbesondere eines, worin die durch Anordnung der jeweiligen, den Farbeinheiten entsprechenden, Kreuzungsstellen der Matrixelektroden gebildeten Farbbildelement-Einheiten zeilensequentiell geschaltet werden.
In einer im vorstehenden System verwendeten Flüssigkristallvorrichtung wurde jedoch gefunden, daß wenn für jede Farbbildelement-Einheit auf einer Seite der Kreuzungselektroden eine Farbfilterschicht angebracht wird, solch ein Flüssigkristallsystem dann scheitert, ein normales Farbdisplay zur Verfügung zu stellen, wenn solch ein Flüssigkristallsystem über einen längeren Zeitraum hinweg verwendet wird.
Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist es eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die geeignet ist, über einen langen Zeitraum hinweg ein stabiles Farbdisplay, insbesondere ein Farbfernsehdisplay zu gewährleisten, zur Verfügung zu stellen.
Spezieller wird erfindungsgemäß eine Flüssigkristallapparatur zur Verfügung gestellt, die die Merkmale von Patentanspruch 1 umfaßt.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch eine Betrachtung der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A und Fig 1B zeigen einen Satz Spannungskurvenformen für das Schreiben;
Fig. 2A und 2B zeigen einen anderen Satz Spannungskurvenformen für das Schreiben.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Flüssigkristallvorrichtung.
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle, wie sie in dem Anzeigefeld verwendet wird.
Fig. 5 zeigt Signalkurvenformen zur Ansteuerung des Feldes.
Fig. 6 und 7 sind Schnittansichten anderer erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele von Flüssigkristallvorrichtungen.
Fig. 8A bis 8F sind Schnittansichten zur Verdeutlichung der Schritte zur Herstellung einer in der Erfindung verwendeten Farbfilterschicht.
Fig. 9 und 10 geben jeweils eine perspektivische Sicht zur Verdeutlichung des Betriebsprinzips einer in der Erfindung verwendeten Flüssigkristallvorrichtung; und
Fig. 11 stellt einen in einem Beispiel verwendeten Schaltkreis zur Messung eines Widerstands dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1A zeigt eine Spannungskurvenform zur
Ansteuerung, die an ein Bildelement des ferroelektrischen Flüssigkristalls (nachfolgend manchmal als "FLC" abgekürzt) angelegt wird, und Fig. 1B zeigt eine Spannungskurvenform, wie sie tatsächlich an den Flüssigkristall selbst anliegt. Spezieller, wenn ein Schreibimpuls VON an die sich kreuzenden Elektroden, die wie vorstehend beschrieben den FLC in Sandwichform umgeben, angelegt wird, nimmt die Spannungskurvenform, die tatsächlich an den FLC angelegt ist, von einer Spannung VO, die im Augenblick des Anlegens des Impulses anlag, um ΔVO ab, was einer Zeitkonstanten von π = RC (R: Widerstand des FLC; C: Kapazität des FLC) entspricht, und wird tiefer, wenn der Widerstand R des FLC kleiner ist, und als Ergebnis wird zur Zeit der Impulsumschaltung (Impulsabfall) eine umgekehrte Polarität der Spannung -ΔVO an den ferroelektrischen Flüssigkristall angelegt. Wenn die Spannung -ΔVO über eine Umschalt- oder Inversionsschwellenspannung -Vth hinausgeht, wird ein Schreiben von z. B. "schwarz" in Umkehrung auf "weiß" verursacht. Dies wird durch die Erzeugung eines umgekehrten elektrischen Feldes (-ΔVO) aufgrund der Entladung einer Kapazität einer dielektrischen Schicht, wie einem mit dem ferroelektrischen Flüssigkristall in Serie geschalteten Ausrichtungs-Steuerfilm, verursacht.
In der wie vorstehend beschriebenen Flüssigkristallvorrichtung wird im Inneren der Zelle ein Farbfilter angeordnet, und ein Farbstoff im Farbfilter kann in den sich in der Zelle befindenden Flüssigkristall eluiert werden, so daß das Problem entsteht, daß wenn solch eine ferroelektrische Flüssigkristallanordnung über einen langen Zeitraum hinweg verwendet wird, der Widerstand des FLC mit der Zeit abnimmt, bis die vorstehend erwähnte umgekehrte Polarität der Spannung -ΔVO über die Umschaltschwellenspannung hinausgeht, so daß die Wirkung zum Herbeiführen des erwünschten optischen Schaltvorganges entfällt.
Ferner kann die Anwendung eines zeilen-sequentiellen Schreibschemas auf einen FLC durch das Anlegen eines Impulses zur Herstellung eines ersten Displayzustandes, der auf einem ersten Orientierungszustand des FLC in Bezug auf alle oder einem Teil der Bildelemente der Zeile beruht, während einer ersten Phase t&sub1;, und dem Anlegen eines Impulses zum Umschalten des ersten Displayzustandes in einen zweiten Displayzustand, der auf einem zweiten Orientierungszustand des FLC in Bezug auf ein angewähltes Bildelement beruht, während einer zweiten Phase t&sub2;, bewirkt werden.
In diesem System wird in der Phase t&sub2; ein Impuls von umgekehrter Polarität, wie der in Phase 1 angelegte, und mit einer Spannung unterhalb der Schwellenspannung an ein Bildelement angelegt, das wie in Fig. 2A gezeigt, den ersten Displayzustand beibehält. Auf diese Weise, ist es erforderlich, daß in solch einem zeilensequentiellen Schreibschema, ein bestimmtes Bildelement, den ersten aus der Phase t&sub1; resultierenden Displayzustand in der Phase t&sub2; beibehält. Demgemäß sollte eine Spannung, die über die Schwellenspannung hinausgeht, nicht an das Bildelement angelegt werden. Als Ergebnis der Untersuchung der Erfinder wird jedoch eine Spannung von -(aVO + ΔVO) (a ist ein Parameter, der a < Vth / VON genügt; Vth ist eine Schwellenspannung eines FLC) wirkungsvoll zu der Zeit der Umschaltung des Impulses von der Phase t&sub1; nach der Phase t&sub2; an den FLC angelegt, und wenn die Spannung -(aVO + ΔVO) über die Umschaltschwellenspannung hinausgeht, wird ein Bildelement, das den ersten Displayzustand beibehalten sollte, zu dem zweiten Displayzustand in der Phase t&sub2; umgewandelt, wodurch eine gewünschte Anzeige wegfällt.
In Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Erfindung eine Schutzschicht so in einer Zelle angeordnet, daß sie eine Farbfilterschicht bedeckt, wobei der Farbstoff in der Farbfilterschicht daran gehindert wird, ausgewaschen oder in den FLC gelöst zu werden, um so eine durch die Abnahme des Widerstandes des FLC verursachte Zunahme des umgekehrten elektrischen Feldes (-ΔVO) zu vermeiden.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung, umfassend eine Farbfilterschicht, die nacheinander eine blaue Farbfilterschicht 31(B), eine grüne Farbfilterschicht 31(G) und eine rote Farbfilterschicht 31(R) umfaßt, wobei jede ein Farbbildelement aufbaut. Eine Schutzschicht 32 zur Verhinderung eines direkten Kontakts zwischen der Farbfilterschicht 31 und einem FLC 35 ist so angeordnet, daß sie die Farbfilterschicht 31 bedeckt. Die Schutzschicht 32 kann auch mit einer Isoliereigenschaft und einer Ausrichtungs-Steuereigenschaft versehen sein. Bezugszeichen 33a und 33b bezeichnen Träger, umfassend z. B. eine Glasplatte oder einen Plastikfilm, auf die die streifenförmigen transparenten Elektroden 34a und 34b, die die Matrixelektroden aus ITO (Indium-Zinn-Oxid) aufbauen, und ähnliches angebracht sind. Eine Schicht 36 dient als Ausrichtungs-Steuerfilm und kann weggelassen sein. Bezugszeichen 37a und 37b bezeichnen Polarisatoren, in Nicolscher Überkreuzung angeordnet, und Bezugszeichen 38 bezeichnet ein Dichtelement zum Abdichten der äußeren Lücken zwischen den Trägern 33a und 33b. Das Dichtelement 38 kann auch als ein Distanzstück fungieren.
Die Farbfilterschicht 31 kann durch Einfärben einer Schicht, z. B. Polyvinylalkohol oder Celluloseharz, mit einem Farbstoff gebildet werden. Beispiele für den zu diesem Zweck verwendeten Farbstoff können Cyaninfarbstoffe, Merocyaninfarbstoffe, Azuleniumfarbstoffe, Anthorachinonfarbstoffe, Naphtochinonfarbstoffe, Phenolfarbstoffe, Disazofarbstoffe, Trisazofarbstoffe und Tetrazofarbstoffe einschließen.
Alternativ dazu kann der in der Erfindung verwendete Farbfilter durch Dampfabscheidung verschiedener organischer Pigmente gebildet werden. Beispiele der für diesen Zweck verwendeten organischen Pigmente können einschließen: Kupferphtalocyaninpigment, Blei-Phtalocyanin, Perylenpigmente, Indigopigmente, Thioindigopigmente, Disazopigmente, Trisazopigmente und Tetrazopigmente.
In einem anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann die Farbfilterschicht 31 aus einer Schicht aus z. B. eingefärbtem Polyimid, eingefärbtem Polyamidimid, eingefärbtem Polyesterimid oder eingefärbtem Polyester aufgebaut sein. Insbesondere Polyamid (wie 6-Nylon, 66-Nylon oder Copolymernylon) oder Polyester kann in verschiedenen organischen Lösungsmitteln löslich sein, und verschiedene organische Pigmente können darin dispergiert sein. Ferner ist es, um das Polyimid, das Polyamidimid oder das Polyesterimid einzufärben, möglich, ein organisches Pigment zusammen mit einem Dispersionsmittel in einer Lösung aus einer polyamischen (polyamic) Säure als einem Vorläufer des Polyimids zu dispergieren, wie etwa einen Azofarbstoff, Phtalocyaninfarbstoff oder Triphenylmethanfarbstoff mit einem Substituenten wie einer Hydroxylgruppe, Carboxylgruppe, Sulfonsäuregruppe, Carbonamidgruppe oder Sulfonamidgruppe. Solch ein eingefärbter Film weist mit einer Schutzschicht 32 ein äußerst gutes Haftvermögen auf und kann gute Ergebnisse liefern.
Die in der Erfindung verwendete Schicht 32 kann aus jedem Material gebildet sein, ausgewählt aus isolierenden anorganischen Materialien, wie Siliziumnitrid, wasserstoffhaltigem Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, wasserstoffhaltigem Siliziumcarbid, Siliziumoxid, Bornitrid, wasserstoffhaltigem Bornitrid, Ceriumoxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Magnesiumfluorid, SiO und SiO&sub2;, oder isolierenden organischen Materialien, wie Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz, und Photoresistharz. Die Dicke der Schutzschicht kann geeigneterweise 5000 Å oder weniger betragen, bevorzugt 100-5000 Å, insbesondere 500 bis 3000 Å.
Die Kapazität der Schutzschicht 32 kann auf 5,5 · 10³ pF/cm² oder darüber festgelegt werden, um auf diese Weise das vorstehend erwähnte Inversionsphänomen zu verhindern. Die Kapazität kann bevorzugt im Bereich von 5,5 · 10³ pF/cm² bis 3,0 · 10&sup5; pF/cm² liegen, bevorzugt geeigneterweise im Bereich von 9,0 · 10³ pF/cm² bis 5,5 · 10&sup4; pF/cm², um auch eine ausreichende Schutz- und Isolierfähigkeit zu gewährleisten.
Ferner ist es möglich, die Oberfläche der Schutzschicht 32 einer uniaxialen Orientierungsbehandlung zu unterziehen, um so eine Ausrichtungs-Steuereigenschaft für den FLC 35 zur Verfügung zu stellen.
Es wird bevorzugt, das das Material, das die Schutzschicht 32 und der Farbstoff oder das Pigment in der Farbfilterschicht 31 aus denjenigen ausgewählt sind, die nicht wechselseitig ineinander löslich sind. Der hier verwendete Ausdruck "wechselseitig löslich" oder "wechselseitige Löslichkeit" bezieht sich auf eine Eigenschaft, daß das Material, das die Schutzschicht 31 aufbaut und der Farbstoff oder das Pigment in dem gleichen organischen Lösungsmittel löslich sind. Was die Löslichkeit in dem Fall anbelangt, in dem die Schutzschicht und der Farbstoff oder das Pigment mit einem Verhältnis von 1 g oder mehr in 100 g eines organischen Lösungsmittels löslich sind, so dringt, wenn solch eine Farbfilterschicht 31 und eine Schutzschicht 32 in einer FLC- Vorrichtung angeordnet sind, der Farbstoff oder das Pigment in der Farbfilterschicht 31 während einer langen Zeitdauer des Gebrauchs der FLC-Vorrichtung in die Schutzschicht 32 unter Erniedrigung des Widerstandes des FLC ein, wodurch der vorstehend beschriebene, fehlerhafte Betrieb verursacht wird.
Auf diese Weise kann, wenn die in der Erfindung verwendete Schutzschicht 32 aus einem Material aufgebaut ist, das keine wechselseitige Löslichkeit mit dem Farbstoff oder dem Pigment in der Farbfilterschicht aufweist, die Betriebsstabilität der FLC-Vorrichtung über einen langen Zeitraum hinweg weiter erhöht werden. Ferner kann die Schutzschicht 32 eine laminierte Struktur, die eine Vielzahl an Schichten umfaßt, aufweisen.
Ferner kann die in der Erfindung verwendete Schutzschicht 32 direkt auf einer Farbfilterschicht 31 gebildet werden, wobei ferner transparente Elektroden darauf gebildet werden können, anstatt eine Schutzschicht 32 auf den transparenten Elektroden 31b zu liefern, die nacheinander auf einer Farbfilterschicht 31, wie in Fig. 3 gezeigt, gebildet sind. In diesem Fall wird es bevorzugt, einen anderen Ausrichtungs-Steuerfilm (nicht gezeigt) zur Verfügung zu stellen, um die transparenten Elektroden 32b zu bedecken. Solch ein Ausrichtungs-Steuerfilm kann aus einem Material gebildet werden, das dem der vorstehend erwähnten Schutzschicht 32 ähnelt, und kann nach der Filmbildung einer uniaxialen Orientierungsbehandlung, wie einem Reiben, unterzogen werden.
Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht auf ein Farbanzeigefeld unter Verwendung einer erfindungsgemäßen FLC- Zelle 41. Bezugnehmend auf Fig. 4 bezeichnen S&sub1;, S&sub2;, S&sub3;,... Abtastelektroden; I&sub1;, I&sub2;, I,&sub3;..., Signalelektroden; R ein mit einer roten Farbfilterschicht versehenes rotes Bildelement; G ein mit einer grünen Farbfilterschicht versehenes grünes Bildelement; und B ein mit einer blauen Farbfilterschicht versehenes blaues Bildelement.
Fig. 5 zeigt Signalkurvenformen für die Ansteuerung solch eines Farbanzeigefelds. Bezugnehmend auf Fig. 5 wird ein bei Ss gezeigtes Abtast-Anwählsignal sequentiell an die Abtastelektroden S&sub1;, S&sub2;, . . . angelegt. Das Abtast-Anwählsignal kann sequentiell an eine erste Abtastelektrode S&sub1;, . . . und an eine n-te Abtastelektrode, in dieser Reihenfolge, angelegt werden; oder es kann zuerst sequentiell an die Abtastelektroden mit ungeraden Ziffern (oder geraden Ziffern) und dann sequentiell an die Abtastelektroden mit geraden (oder ungeraden) Ziffern angelegt werden. Eine bei SN gezeigte Signalkurvenform ist eines der an eine nicht-angewählte Abtastelektrode angelegten Abtast-Nicht-Anwählsignale. Die bei IS beziehungsweise IN gezeigten Kurvenformen sind diejenigen der Informationssignale, die selektiv an die Signalelektroden I&sub1;, I&sub2;, . . .IN angelegt werden. Das bei IS gezeigte Signal ist eines, das zu einem "schwarzen" Zustand an einem angewählten Bildelement auf einer angewählten Abtastelektrode führt, und IN ist eines für einen "weißen" Zustand. Solch ein Ansteuerungsverfahren ist in der Britischen Offenlegungsschrift GB-A 2141279 beschrieben. Spezieller, es wird eine Spannung von -2V&sub0;, die über eine Schwellenspannung eines FLC hinausgeht, gleichmäßig an die Bildelemente auf einer Abtastelektrode, angewählt in einer Phase t&sub1;, angelegt, um einen "weißen" Zustand bei den Bildelementen, die auf dem ersten stabilen Zustand des FLC beruhen, zu liefern. In einer darauffolgenden Phase t&sub2; wird an ein Bildelement, an das eine Spannung V&sub0; des Informationssignals IS angelegt ist, eine Spannung 2V&sub0;, die über die andere Schwellenspannung des FLC hinausgeht, angelegt, und das Bildelement wird in einen "schwarzen" Zustand, der auf einem zweiten stabilen Zustand des FLC beruht, überführt. Andererseits wird an ein Bildelement, an das eine Spannung 0 des Informationssignals IN angelegt ist, eine Spannung V&sub0;, die unterhalb der Schwellenspannung liegt, angelegt, so daß der "weiße" in der Phase t&sub1; gebildete Zustand ohne Veränderung beibehalten wird.
Die erfindungsgemäße Flüssigkristallvorrichtung kann auch auf Ansteuerungsverfahren, wie sie z. B. in der GB-A 2156131 und der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 172029/1985 beschrieben sind, angewendet werden.
Es ist für ein Farbdisplay im allgemeinen erforderlich eine große Bildfläche mit einer Größe der Diagonalen von z. B. 12 Inch oder mehr zu bilden, und es ist erforderlich, daß eine Flüssigkristalleinrichtung, die wie vorstehend beschrieben auf die Systeme angewendet wird, als ein Anzeigefeld mit einer großen Fläche gebildet wird.
Um eine Flüssigkristallvorrichtung mit einem großen Anzeigefeld zu bilden, kann ein Abstandselement, z. B. in einer langgestreckten Form, die eine wesentlich größere Länge als einen Durchmesser aufweist, wie Glasfaser, oder in einer im wesentlichen kugeligen oder kugelförmigen Gestalt, wie Glasperlen, Aluminiumoxidperlen oder Kunststoffperlen, zwischen einem Trägerpaar angeordnet werden, wodurch eine Vorrichtung gebildet wird, die über die gesamte Ausdehnung der Vorrichtung einen gleichmäßigen Zellabstand beibehält. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können geeigneterweise kugelige oder kugelförmige Abstandsstücke verwendet werden.
Gemäß den Experimenten der Erfinder war es unmöglich, ein normales Farbdisplay zu erzielen, wenn eine Flüssigkristallvorrichtung für ein Farbdisplay, die im Inneren eine Farbfilterschicht und eine sie bedeckende Schutzschicht aufwies, auf ein großflächiges Anzeigefeld durch Anordnung von, wie vorstehend beschrieben, Glasfasern als fasrigem Abstandshalter zwischen einem Trägerpaar, angewendet wurde. Spezieller werden als Gründe für das Mißlingen eine normale Ansteuerung zu bewirken, soweit sie bekannt sind, angenommen, daß in der Stufe der Herstellung einer Flüssigkristallvorrichtung die Glasfaser die Schutzschicht unter Herstellung eines direkten Kontakts zwischen dem FLC und dem Farbstoffpigment in der Farbfilterschicht durchbohrt, so daß der Farbstoff oder das Pigment allmählich in den FLC eluiert wird. Als Ergebnis erniedrigt sich, wenn solch eine Flüssigkristallvorrichtung über eine lange Zeitdauer hinweg verwendet wird, mit der Zeit der Widerstand des FLC in der Zelle, bis eine normale Ansteuerung aus einem ähnlichen Grund, wie vorstehend beschrieben, unmöglich wird.
So wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung eine Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung gestellt, die folgendes umfaßt: ein Trägerpaar und einen zwischen diesen Trägern angeordneten ferroelektrischen Flüssigkristall, wobei mindestens einer der Träger eine Farbfilterschicht und eine Schutzschicht zur Verhinderung eines direkten Kontakts zwischen der Farbfilterschicht und dem ferroelektrischen Flüssigkristall umfaßt,
und partikuläre Abstandshalter, die zwischen den Trägern angeordnet sind. So kann, wenn die partikulären Abstandshalter in Verbindung mit der die Farbfilterschicht bedeckenden Schutzschicht in der Zelle verwendet werden, die durch den Bruch der Schutzschicht verursachte Elution oder die Auflösung des Farbstoffes oder des Pigments in den ferroelektrischen Flüssigkristall verhindert werden, wobei die - Zunahme einer Spannung von umgekehrter Polarität (-ΔV&sub0;), die der Verringerung des Widerstands des FLC zuzuschreiben ist, verhindert werden kann.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels der Flüssigkristallvorrichtung gemäß diesem Aspekt der Erfindung, anwendbar auf ein Display mit einer großen Fläche. Die Flüssigkristallvorrichtung schließt eine Farbfilterschicht 61 ein, umfassend eine blaue Farbfilterschicht 61(B), eine grüne Farbfilterschicht 61 (G) und eine rote Farbfilterschicht 61(R), die jeweils ein Farbbildelement konstituieren. Die Schutzschicht 62 zur Verhinderung eines direkten Kontakts zwischen der Farbfilterschicht 61 und dem FLC 65 ist so angeordnet, daß sie die Farbfilterschicht 61 bedeckt. Die Schutzschicht 65 kann auch mit einer Isoliereigenschaft und einer Ausrichtungs-Steuerungseigenschaft versehen sein. Bezugszeichen 63a und 63b bezeichnen Träger, die z. B. eine Glasplatte oder einen Plastikfilm, auf die streifenförmige, transparente Elektroden 34a und 34b, die die Matrixelektroden aus ITO konstituieren, und ähnliches aufgebracht sind. Zwischen dem Trägerpaar 63a und 63b sind, um den Abstand zwischen ihnen zu regeln, partikuläre oder perlenförmige Abstandshalter von kugeliger Gestalt, wie Glasperlen, Siliziumoxidperlen, Aluminiumoxidperlen oder Plastikperlen angeordnet.
In der Erfindung sind, um eine FLC-Vorrichtung mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall, der eine nichthelikale Struktur aufweist, wie nachfolgend beschrieben werden wird, zur Verfügung zu stellen, Aluminiumoxidperlen und Siliziumoxidperlen besonders bevorzugt, weil sie mit einer mittleren Teilchengröße von 1 - 5 um und mit einer kleinen Teilchengrößenverteilung erhalten werden können. Die erfindungsgemäß verwendeten partikulären Abstandshalter 69 können mit einem Verhältnis von 0,1 bis 15 pro mm², bevorzugt 0,5 bis 10 pro mm², angeordnet sein. Wenn mehr als 15 Teilchen pro mm² angeordnet sind, können sich die Teilchen 69 unter Erhöhung der Tendenz eines Teilchens 69 die Schutzschicht 62 zu zerbrechen, übereinanderlagern. Andererseits versagen weniger als 0,5 Teilchen pro mm² bei der Regelung eines gleichmäßigen Abstandes zwischen den Trägern 63a und 63b. Insbesondere in einer FLC-Vorrichtung mit einer nichthelikalen Struktur, wie hier nachfolgend beschrieben, ist eine äußerst hohe Genauigkeit des Zellabstandes erforderlich, so daß die Abweichung in Bezug auf die Gleichmäßigkeit des Zellabstandes ± 10 % beträgt, wodurch 0,5 oder mehr Teilchen 69 pro mm² erforderlich sind.
Die in der Erfindung verwendeten Teilchen 69 können mittels Dispersion, z. B. Aluminiumoxidperlen oder Siliziumoxidperlen in einer flüchtigen Flüssigkeit, wie fluoriniertes Methan, fluoriniertes Ethylen, Isopropylalkohol oder Methanol, und Versprühen der Dispersion auf mindestens einem der beiden Träger verteilt werden. Alternativ dazu können sie auch durch Eintauchen eines Trägers in solch eine Dispersion von Aluminiumoxid- oder Siliziumoxidperlen verteilt werden.
Die Farbfilterschicht 61 und die Schutzschicht 62 ähneln der Farbfilterschicht 31 und der Schutzschicht 32, die unter Bezugname auf Fig. 3 erklärt wurden. Gleichermaßen ist es bevorzugt, daß das Material, das die Schutzschicht 62 konstituiert und der Farbstoff oder das Pigment in der Farbschicht 61 nicht -wechselseitig ineinander löslich sind. Ferner können die transparenten Elektroden 64 b auf der Schutzschicht anstatt zwischen der Farbfilterschicht 61 und der Schutzschicht 62 angeordnet sein. In solch einem Fall kann bevorzugt ein uniaxialer, orientierungsbehandelter Ausrichtungs-Steuerfilm angeordnet sein, um die transparenten Elektroden zu bedecken.
Gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird die Schutzschicht 62 gebildet, um die Bleistifthärte von HB oder härter aufzuweisen. In solch einem Fall kann der Bruch der Schutzschicht 62 vermieden werden, sogar dann, wenn die partikulären Abstandshalter 69 mit einem Verhältnis von mehr als 15 Teilchen pro mm² angeordnet sind.
Die hier verwendete "Bleistifthärte" bezieht sich auf eine Härte, die nach JIS K 5401 mittels eines "Stifteinritztesters für Beschichtungsfilme" gemessen wurde.
Beispiele für transparente Isolierharze, die dazu verwendet werden können, eine Schutzschicht 62 mit einer Bleistifthärte von HB oder härter zu liefern, können Photoresists vom Gummityp, wärmehärtbare Acrylharze, Polyimide, Polyparaxylylen (z. B., Palylene (Handelsname), Union Carbide Corp.), Polyethylen, Polystyrol und Polycarbonat einschließen. Die Schutzschicht kann zum Beispiel mittels Schleuderbeschichtung gebildet werden. Die Schutzschicht 62, die solch eine Härte aufweist, kann auch mit einer transparenten isolierenden anorganischen Verbindung, wie SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, TiO&sub2;, ZrO&sub2;, MgF&sub2; oder SiO&sub2;, gebildet werden.
Wenn die Schutzschicht 62 gebildet wird, um eine Bleistifthärte von HB oder härter aufzuweisen, kann der Bruch der Schutzschicht aufgrund der partikulären Abstandshalter vermieden werden. Als Ergebnis wird eine Oberflächenrauheit oder eine Unebenheit auf der Trägeroberfläche, die Ausrichtungsdefekte verursacht, vermieden, so daß in einer Flüssigkristallschicht, die sich in Form eines Sandwichs zwischen den Trägern mit guter Planarität befindet, sich allmählich während einer Abkühlstufe aus der isotropen Phase zu der Flüssigkristallphase unter Bildung einer Flüssigkristallphase aus einer einheitlichen Monodomäne ein- Flüssigkristall-Phasenbereich entwickelt.
Wenn DOBAMBC, das eine ferroelektrische Kristallphase zeigt, als ein Beispiel für einen Flüssigkristall genommen wird, und das DOBAMBC allmählich aus seiner isotropen Phase abgekühlt wird, wird es bei ungefähr 115ºC in eine smektische A-Phase (SmA) überführt. Zur gleichen Zeit, wenn ein Träger mit einer uniaxialen Ausrichtungsbehandlung, wie Reiben oder indirekte (oblique) Dampfabscheidung von SiO&sub2;, zur Verfügung gestellt wird, wird eine Monodömäne gebildet, in der die Flüssigkristallmoleküle mit ihren Molekülachsen so ausgerichtet sind, daß sie sich parallel zu dem Träger und in einer Richtung erstrecken. Bei weiterem Abkühlen wird DOBAMBC bei einer bestimmten Temperatur zwischen 90 bis 75º in Abhängigkeit von der Dicke der Flüssigkristallschicht in eine chirale smektische C-Phase (SmC*-Phase) überführt. Ferner, wenn die Dicke der Flüssigkristallschicht ungefähr 2 u oder weniger beträgt, wird die helikale Struktur der SmC*-Phase entspiralisiert oder entspannt, um einen ferroelektrischen Flüssigkristall mit mindestens einem ersten stabilen Zustand und einem zweiten stabilen Zustand zu liefern.
Wie vorstehend beschrieben kann, wenn der in der Erfindung verwendeten Schutzschicht 62 eine Bleistifthärte von HB oder härter verliehen wird, der Bruch der Schutzschicht 62 aufgrund der Pressung durch die partikulären Abstandshalter vermieden werden, wodurch die Auflösung des Farbstoffs oder des Pigments in der Farbfilterschicht in den FLC 65 verhindert wird, so daß das Problem, das aufgrund einer Abnahme des Widerstands des FLCs entsteht, nicht auftritt.
In einer Flüssigkristallanordnung, gezeigt in Fig. 7, wird die Farbfilterschicht 61 so gebildet, daß sie im wesentlichen die gleiche Dicke aufweist, so daß, sogar wenn eine Schutzschicht 62, transparente Elektroden 64b und ein Ausrichtungs-Steuerfilm 71 aufeinanderfolgend darauf gebildet werden, die Oberfläche, die in Kontakt mit dem FLC 65 steht, im wesentlichen flachgehalten wird.
In der vorliegenden Erfindung können wegen der vorstehend beschriebenen herbeigeführten Ebenheit, möglicherweise auf der Oberfläche, die in Kontakt mit dem FLC 65 steht, gebildete Stufen oder stufenartige Erhebungen auf dem Träger 63b mit dem Farbfilter auf 1000 Å oder weniger reduziert werden, bevorzugt auf 500 Å oder weniger. Wenn Stufen gebildet werden, die 1000 Å, insbesondere 1200 Å überschreiten, führt dies zu einer Flüssigkristallvorrichtung ohne flache Schichten und zu zickzack- oder kantenähnlichen Zeilendefekten.
Die Dicke des Ausrichtungs-Steuerfilms 71 kann im allgemeinen auf 10 Å - 1 um festgesetzt werden, bevorzugt auf 100 Å - 3000 Å, obwohl sie von der Dicke der FLC-Schicht abhängt.
Fig. 8A - 8F stellt Schritte zur Bildung von Farbbildelementen der drei Farben R, G und B in Bezug auf ein spezielles Ausführungsbeispiel dar. Zuerst wurde auf einen Glasträger 81 ("7059", hergestellt von Corning Co.) ein Resist vom positiven Typ ("OFPR 77" (Handelsname), hergestellt von Tokyo Ohka K.K.) mittels eines Schleuderbeschichters unter Bildung einer 1,0 u dicken Resistschicht 82 (Fig. 8A) aufgebracht. Dann wurde die Resistschicht 82 mit Licht, das durch eine mit einem vorgegebenen Muster versehene Maske 83 fiel, belichtet (Fig. 8B), gefolgt von einer Entwicklung mit einer für die OFPR 77-Serien vorgeschriebenen Entwicklerflüssigkeit unter Bildung eines Musters mit vorgegebenen Streifen zum Abtragen (Fig. 8C).
Dann wurde die gesamte gemusterte Oberfläche auf dem Glasträger 81 belichtet, und überflüssige Resistreste an Bereichen, die dem Muster nicht entsprachen, wurden durch eine Veraschungsbehandlung mittels eines Sauerstoffplasmas von dem Glasträger 81 entfernt.
Der mit einem Muster 82a zum Abtragen versehene Glasträger 81 wurde auf eine vorgegebene Stelle in einem Vakuumverdampfer plaziert, in dem ferner ein Molybdänschiffchen mit Nickelphtalocyanin als blauem Verdampfungsfarbstoff als Verdampfungsquelle angeordnet war.
Dann wurde das Nickelphtalocyanin bei 470ºC verdampft, um sich mit einer Dicke von 5500 Å auf der Oberfläche des Trägers 81 mit dem Muster zum Abtragen unter Bildung einer Färbemittelschicht 84 (Fig. 8D) abzuscheiden.
Dann wurde der Träger 81 mit dem Muster 82a zum Abtragen und der Färbemittelschicht unter Rühren 5 Minuten lang in die Entwicklerflüssigkeit für die OFPR 77-Serien eingetaucht, um das Resistmuster 82a zusammen mit dem Teil der Färbemittelschicht 84a, die sich auf dem Muster abgeschieden hatte, von dem Träger zu entfernen, wodurch ein blauer Streifenfilter 84b gebildet wurde.
Dann wurden entsprechend grüne und rote Streifenfilter durch Wiederholung der Schritte, wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 8A - 8E beschrieben wurden, hergestellt.
Bleiphtalocyanin wurde als ein grünes Färbemittel für die Dampfabscheidung verwendet, um einen 5500 Å dicken grünen Streifenfilter 84g zu bilden.
Dann wurde ein rotes Färbemittel auf Anthorachinonbasis für die Dampfabscheidung verdampft, um einen roten Streifenfilter 84r zu bilden.
In der vorstehend beschriebenen Weise wurde ein Farbfilter mit einer im wesentlichen gleichen Dicke der B, G und R-Streifen, wie in Fig. 8F gezeigt, hergestellt.
Nun soll das Betriebsprinzip einer ferroelektrischen Flüssigkristallanordnung etwas mehr im Detail erklärt werden.
Bezugnehmend auf Fig. 9, dort wird, um ihre Arbeitsweise zu erklären, schematisch ein Beispiel einer FLC- Zelle gezeigt. Bezugszeichen 91 a und 91 b bezeichnen Träger (Glasplatten) auf denen eine transparente Elektrode aus z. B. In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, ITO (Indium-Zinn-Oxid) und ähnliches angeordnet ist. Ein Flüssigkristall aus, z. B. einer SmC*-Phase, in der die Flüssigkristall-Molekularschichten 92 senkrecht zu der Oberfläche der Glasplatten angeordnet sind, ist dazwischen hermetisch abgeschlossen angeordnet. Die durchgezogenen Linien 93 zeigen
Flüssigkristallmoleküle. Jedes Flüssigkristallmolekül 93 weist ein Dipolmoment (P) 94 in einer zu seiner Achse senkrechten Richtung auf. Wenn eine Spannung, die höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, zwischen die auf den Trägern 91a und 91b gebildeten Elektroden angelegt wird, wird die helikale Struktur der Flüssigkristallmoleküle 93 unter Veränderung der Richtung der Ausrichtung der jeweiligen Flüssigkristallmoleküle 93 entspiralisiert oder entspannt (released), so daß die Dipolmomente (P) 94 alle in Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet sind. Die Flüssigkristallmoleküle 93 weisen eine verlängerte Form auf und zeigen eine Brechungsanisotropie zwischen ihrer langen und ihrer kurzen Achse. Demgemäß ist es leicht zu verstehen, daß, wenn zum Beispiel Polarisatoren, die unter Nicolscher Überkreuzung angeordnet sind, d. h. ihre Polarisationsrichtungen kreuzen einander, auf den oberen und den unteren Oberflächen der Glasplatten angebracht sind, die so angeordnete Flüssigkristallzelle als Flüssigkristallvorrichtung zur Lichtmodulation fungiert, deren optische Eigenschaften in Abhängigkeit von der Polarität der angelegten Spannung variieren. Ferner, wenn die Dicke der Flüssigkristallzelle ausreichend dünn ist (z. B. 1 u), wird die helikale Struktur der Flüssigkristallmoleküle unter Bereitstellung einer nicht-helikalen Struktur entspiralisiert, sogar in Abwesenheit eines elektrischen Feldes, wobei das Dipolmoment einen von zwei Zuständen annimmt, d. h. Pa in einer oberen Richtung 104a oder Pb in einer unteren Richtung 104b, wie in Fig. 10 gezeigt. Wenn ein elektrisches Feld Ea oder Eb, höher als ein bestimmter Schwellenwert und jeweils voneinander in der Polarität unterschiedlich, wie in Fig. 10 gezeigt, an eine Zelle mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften angelegt wird, ist das Dipolmoment in Abhängigkeit vom Vektor des elektrischen Feldes Ea oder Eb entweder in die obere Richtung 104a oder in die untere Richtung 104b gerichtet. In Übereinstimmung damit, sind die Flüssigkristallmoleküle entweder in einem ersten stabilen Zustand 103a oder einem zweiten stabilen Zustand 103b ausgerichtet.
Wenn der vorstehend erwähnte FLC als Lichtmodulationselement verwendet wird, ist dies mit zwei Vorteilen verbunden. Der erste besteht darin, daß die Ansprechgeschwindigkeit ziemlich schnell ist. Der zweite besteht darin, daß die Orientierung des Flüssigkristalls Bistabilität zeigt. Der zweite Vorteil soll näher erläutert werden, z. B. unter Bezugnahme auf Fig. 10. Wenn das elektrische Feld Ea an die Flüssigkristallmoleküle angelegt wird, werden sie in den ersten stabilen Zustand 103a ausgerichtet. Dieser Zustand wird stabil beibehalten, sogar wenn das elektrische Feld entfernt wird. Auf der anderen Seite, wenn das elektrische Feld Eb, dessen Richtung der des elektrischen Feldes Ea entgegengesetzt ist, angelegt wird, werden die Flüssigkristallmoleküle in einen zweiten stabilen Zustand 103b ausgerichtet, wodurch die Richtungen der Moleküle verändert werden. Dieser Zustand wird ebenfalls stabil beibehalten, sogar wenn das elektrische Feld entfernt wird. Ferner, sofern die Größe des anzulegenden elektrischen Feldes Ea oder Eb nicht oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegt, sind die Flüssigkristallmoleküle in den entsprechenden Orientierungszuständen plaziert. Um wirkungsvoll eine hohe Ansprechgeschwindigkeit und Bistabilität zu realisieren, wird es bevorzugt, daß die Dicke der Zelle so dünn wie möglich ist und im allgemeinen 0,5 bis 20 u, insbesondere 1 bis 5 u beträgt. Eine elektrooptische Flüssigkristallvorrichtung mit einer Matrixelektrodenstruktur, in der ein ferroelektrischer Flüssigkristall dieser Art verwendet wird, ist zum Beispiel in der U.S.-Patentbeschreibung Nr. 4367924 von Clark und Lagerwall vorgeschlagen.
Als ein erfindungsgemäß zu verwendender FLC sind chirale smektische Flüssigkristalle am meisten bevorzugt, von denen Flüssigkristalle, die eine chirale smektische C-Phase (SmC*), eine H-Phase (SmH*), eine I-Phase (SmI*), eine F-Phase (SmF*) oder G-Phase (SmG*) zeigen, geeignet sind.
Spezieller, Beispiele von FLC, die in der Erfindung verwendet werden können, schließen ein: p-Decyloxybenzylidenp'-amino-2-methylbutylcinnamat (DOBAMBC), p-Hexyloxybenzyliden-p'-amino-2-chloropropylcinnamat (HOBACPC), p-Decyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutyl-α-cyanocinnamat (DOBAMBCC), p-Tetradecyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutylα-cyanocinnamat (TDOBAMBCC), p-Octyloxybenzyliden-p'-amino-2- methylbutyl-α-chlorocinnamat (OOBAMBCC), p-Octyloxybenzylidenp'-amino-2-methylbutyl-α-methylcinnamat, 4,4'-Azoxyzimtsäurebis(2-methylbutyl)ester, 4-o-(2-Methyl)-butylresorcyliden-4'- octylanilin (MBRA 8), 4-(2'-Methylbutyl)phenyl-4'-octyloxybiphenyl-4-carboxylat, 4-Hexyloxyphenyl-4-(2''-methylbutyl)biphenyl-4'-carboxylat, 4-Octyloxyphenyl-4-(2''-methylbutyl)biphenyl-4'-carboxylat, 4-Heptylphenyl-4-(4''-methylhexyl)biphenyl-4'-carboxylat, 4-(2''-Methylbutyl)phenyl-4-(4''-methylhexyl)biphenyl-4'-carboxylat, und ähnliches.
Diese FLC-Verbindungen können einzeln oder in Kombination von zwei oder mehreren Arten verwendet werden, oder sie können mit einem anderen nicht-ferroelektrischen Flüssigkristall, wie einem nematischen Flüssigkristall, einem cholesterischen Flüssigkristall (chiraler nematischer Flüssigkristall) oder einem smektischen Flüssigkristall gemischt werden. Ferner kann der vorstehend erwähnte FLC einer mit einer helikalen Struktur sein, wie in Fig. 9 gezeigt, oder einer mit einer nicht-helikalen Struktur, wie in Fig. 10 gezeigt. Insbesondere im Falle einer nicht-helikalen Struktur, ist es bevorzugt ein Ansteuerungsverfahren zu verwenden, worin ein FLC mit einer negativen dielektrischen Anisotropie verwendet wird und eine Wechselvorspannung zwischen die beiden Elektroden angelegt wird, um eine nicht-helikale Struktur mit Bistabilität zu liefern. Ferner ist es in diesem Fall auch möglich ein Ansteuerungsverfahren zu verwenden, bei dem solch eine Wechselvorspannung an eine FLC-Vorrichtung mit einer Flüssigkristallschicht, die dünn genug ist, um selbst eine nicht-helikale Struktur bereitzustellen, angelegt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung in Bezug auf spezielle Beispiele erklärt.

Beispiel 1

Eine quadratische Glasplatte, versehen mit ITO- Streifenelektroden, jeweils mit einer Breite von 62,5 mm und mit einer Teilung von 100 um wurde zur Verfügung gestellt und seitlich so angeordnet, daß die ITO-Elektroden nach unten auf einen Vakuumverdampfer gerichtet waren, in dem ein Kupferphtalocyaninpigment (blau) mit einer Dicke von 2000 Å aufgedampft wurde. Dann wurde die aufgedampfte Schicht aus Kupferphtalocyanin mittels eines vorgegebenen photolithographischen Verfahrens strukturiert.
Dann wurde eine 5 gew.-%ige Lösung einer polyamischen Säure (polyamic acid), ein Polyimidvorläufer (Dehydro- Kondensationsprodukt aus Pyromellit-Dianhydrid und 4,4'- Diaminodiphenylether) in N-Methylpyrrolidon unter Bildung eines 800 Å dicken Film schleuderbeschichtet und hitzegehärtet. Die Oberfläche des Polyimidfilms wurde nach der Hitzehärtung mittels Reibens mit Samt parallel zu der longitudinalen Richtung der Streifenelektroden behandelt. Auf die so hergestellte Elektrodenplatte wird als Elektrodenplatte A Bezug genommen.
Auf der anderen Seite wurde auf genau die gleiche Weise wie vorstehend eine Elektrodenplatte B hergestellt, außer daß auf die Herstellung der Kupferphtalocyanin Farbfilterschicht verzichtet wurde und die Richtung des Reibens transversal zu der longitudinalen Richtung der Streifenelektroden erfolgte.
Dann wurde auf dem peripheren Bereich, ausgenommen ein Bereich, der die Einspritzstelle der Elektrodenplatte A bildete, ein hitzehärtbares Epoxid-Klebemittel mittels Siebdrucks aufgebracht und die Elektrodenplatte A und die Elektrodenplatte B wurden so aufeinandergelegt, daß sich ihr Streifenelektrodenmuster in rechten Winkeln kreuzte, während der Abstand zischen ihnen mittels Polyimidabstandshaltern auf 2 um gehalten wurde.
In die so hergestellte Zelle wurde die folgende Flüssigkristallzusammensetzung A (die bei 20ºC bis -78ºC eine SmC*-Phase zeigte) in isotroper Phase durch die Einspritzöffnung injiziert, die dann abgedichtet wurde. Die Zelle wurde dann langsam mit einer Geschwindigkeit von 0,5ºC/Std. abgekühlt und auf 40ºC gehalten, wo die Zelle, nachdem sie mit einem Paar Polarisatoren, in Nicolscher Überkreuzung angeordnet, versehen worden war, durch ein Mikroskop beobachtet wurde. Als Ergebnis wurde beobachtet, daß unter Annahme einer nicht-helikalen Struktur eine Monodömäne einer SmC*-Phase ohne Fehler bei der Ausrichtung gebildet wurde. LC-Zusammensetzung A

Vergleichsbeispiel 1

Eine Flüssigkristallzelle zum Vergleich wurde auf genau die gleiche Weise wie in dem vorstehenden Beispiel 1 hergestellt, außer daß eine Monoschicht eines Silankopplungsmittels anstelle der Polyimidschutzschicht verwendet wurde, wodurch ähnlich wie in Beispiel 1 die Bildung einer Monodomäne einer SmC*-Phase beobachtet wurde.
Den beiden Typen der in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Flüssigkristallzellen wurde es gestattet 96 Stunden unter den Bedingungen einer Temperatur von 80ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 60% zu stehen. Danach wurden die Widerstände der entsprechenden Flüssigkristallschichten gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Widerstand vor dem Stehen Widerstand nach einem 96stündigem Stehen Beispiel Vergleichsbeispiel
Die Widerstandswerte (Ω·cm), wie sie für die vorstehenden Beispiele und ebenfalls für die nachfolgend erscheinenden, anderen Beispiele gemessen wurden, wurden durch Anlegen eines rechteckigen Impulses gemäß dem Zweifachfrequenzverfahren unter Verwendung eines wie in Fig. 11 gezeigten Schaltkreises, und durch Berechnung von RLC (Ω·cm) aus der nachstehenden Formel erhalten. Bei der Messung wurden die folgenden Bedingungen angewandt: f&sub1; = 32 Hz, f&sub2; = 64 Hz und V = 10 Volt.
I = IC+IR = 4f·C·V + V/RLC,
wobei V : gemessene Spannung,
f : Frequenz eines rechteckigen Impulses,
IC : Stromwert in Bezug auf eine kapazitive Komponente,
IR : Stromwert in Bezug auf eine Widerstandskomponente,
CLC : Kapazität des Flüssigkristalls,
RLC : Widerstand des Flüssigkristalls (Ω),
CLC : RLC S/d
d : Dicke der Flüssigkristallschicht (Zellzwischenraum)
S : Elektrodenfläche.
Für verschiedene f-Werte,
I&sub1; = 4f&sub1;·CLC·V + V/RLC
I&sub2; = 4f&sub2;·CLC·V + V/RLC.
Dann, nach einem 96-stündigen Stehen, wurden die entsprechenden Flüssigkristall-Displayzellen nach dem Anbringen von Polarisatoren mit Nicolscher Überkreuzung mittels Anlegens eines Signals von 20 Volt zwischen die Elektroden angesteuert, wobei die Flüssigkristallzelle nach Beispiel 1 eine Display-Qualität, einschließlich eines guten Kontrastes, ähnlich der, die vor dem Stehen erhalten wurde, lieferte, wohingegen diejenige nach dem Vergleichsbeispiel 1 im Vergleich mit der vor dem Stehen erhaltenen ein unerwünschtes Inversionsphänomen verursachte.

Beispiele 2 und 3

Flüssigkristallzellen wurden auf genau die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer das Bleiphtalocyanin (Beispiel 2) und Perylenrot (Beispiel 3) jeweils anstelle des in Beispiel 1 verwendeten Kupferphtalocyanins verwendet wurden. Die Flüssigkristallzellen wurden einem wie vorstehend beschriebenen Steh- oder Haltbarkeitstest unterzogen, wobei Ergebnisse ähnlich denjenigen in Beispiel 1 erhalten wurden.

Beispiel 4

Eine Flüssigkristallzelle wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß ein wie nachstehend beschriebener eingefärbter Polyimidfilm anstelle der aufgedampften Phtalocyaninschicht als Farbfilterschicht verwendet wurde, wobei ähnliche Ergebnisse wie die in Beispiel 1 erhaltenen erhalten wurden.
Verfahren zur Herstellung des eingefärbten Polyimidfilms In einen Vierhalskolben, ausgestattet mit einem Rührer, einen Rückflußkühler und einem Thermometer, wurden 10 Teile Kupferphtalocyanin vollständig in 100 Teilen Chlorsulfonsäure gelöst, und 21 Teile Thionylchlorid wurden hinzugefügt. Die Temperatur der Mischung wurde allmählich erhöht und 4 Stunden lang bei 112 bis 113ºC gehalten. Nach dem Abkühlen wurde Eis dazu gegeben, gefolgt von einer Filtration und einem Waschen mit Eis und Wasser. Die resultierende Paste wurde in einen mit einem Rückflußkühler ausgestatteten Vierhalskolben eingebracht, und 100 Teile Wasser und 21 Teile N-Diethylaminoethylamin wurden dazugegeben und die Mischung wurde 12 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt und 1 Stunde auf 60ºC erhitzt. Nach der Beendigung der Reaktion wurde das Produkt einer Filtration unterzogen, mit Wasser gewaschen und getrocknet, um ein blaues Pulver eines Kupferphtalocyaninderivates zu erhalten. Das blaue Pulver wurde einer Elementaranalyse unterzogen, wobei gefunden wurde, daß es sich bei der Verbindung um ein Kupferphtalocyaninderivat handelte, in das ungefähr drei der nachstehenden Gruppe eingeführt worden waren:
Dann wurde eine Mischung aus 0,1 Teilen des vorstehenden Kupferphtalocyaninderivates und 16,5 Teile eines Kupferphtalocyanins vom α-Typ in einer Lösung aus 100 Teilen eines Polyimid-Vorläufers (Semicofine SP-510, hergest. von Toray K.K.) und 200 Teilen N,N-Dimethylformamid unter ausreichendem Rühren dispergiert.
Die Dispersionsflüssigkeit wurde mittels Schleuderbeschichtung aufgetragen, um nach der Hitzehärtung einen 500 Å dicken eingefärbten Polyimidfilm zu ergeben.

Beispiel 5

Eine FLC-Vorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Elektrodenplatte ferner mit einer 1 um dicken Schicht eines Negativresistharzes ("ODUR", hergest. von Tokyo Ohka K.K.), als einer zweiten Schutzschicht zwischen der Farbfilterschicht und der Polyimidschicht, versehen war, und die Vorrichtung wurde einem Haltbarkeitstest unterzogen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Widerstand vor dem Stehen Widerstand nach einem 96-stündigem Stehen
2,5 · 10¹&sup0; Ω·cm 2,1 · 10¹&sup0; Ω·cm.

Beispiel 6

Elektrodenplatten A und B wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.
Dann wurden 40 g Aluminiumoxidperlen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von ungefähr 5 um in 400 cc Methanol dispergiert und die vorstehende Elektrodenplatte B wurde in die resultierende Lösung eingetaucht, herausgezogen und getrocknet, um die Elektrode B mit darauf dispergierten Aluminiumoxidperlen zu liefern.
Dann wurde auf den peripheren Bereich, außer auf dem Teil, der die Einspritzöffnung der Elektrodenplatte A bildete, ein hitzehärtbarer Epoxidkleber mittels Siebdrucks aufgetragen und die Elektrodenplatte A und die vorstehend hergestellte Elektrodenplatte B wurden aufeinander gelegt. Dann wurde der Kleber, während ein äußerer Druck von 5 kg/cm² gleichmäßig von außen an die Elektrodenplatte A angelegt wurde, unter Druck gehärtet.
In diese so hergestellte Zelle wurde durch die Einspritzöffnung die vorstehend erwähnte Flüssigkristallzusammensetzung A injiziert, und sie wurde dann abgedichtet.
Die Zelle wurde allmählich abgekühlt und auf 40ºC gehalten, wo die Zelle, nachdem sie mit einem Paar in Nicolscher Überkreuzung angeordneter Polarisatoren versehen worden war, durch ein Mikroskop beobachtet wurde. Als Ergebnis wurde unter Annahme einer nicht-helikalen Struktur die Bildung einer Monodomäne einer SmC*-Phase ohne Fehler bei der Aneinanderreihung beobachtet.

Vergleichsbeispiel 2

Eine Flüssigkristallzelle zum Vergleich wurde auf genau die gleiche Weise wie in dem vorstehenden Beispiel 6 hergestellt, außer daß Glasfaser von ungefähr 5 um Durchmesser anstelle der Aluminiumperlen verwendet wurde, wodurch ähnlich wie in Beispiel 6 die Bildung einer Monodomäne einer SmC*- Phase beobachtet wurde.
Den beiden Typen der in Beispiel 6 und Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Flüssigkristallzellen wurde es gestattet 96 Stunden lang unter den Bedingungen einer Temperatur von 80ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 60% zu stehen. Danach wurden die Widerstände der entsprechenden Flüssigkristallschichten gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3 Widerstand vor dem Stehen Widerstand nach einem 96stündigem Stehen Beispiel Vergleichsbeispiel

Beispiel 7

Eine Flüssigkristallzelle wurde zum Vergleich auf genau die gleiche Weise wie in dem vorstehenden Beispiel 6 hergestellt, außer daß Aluminiumoxidperlen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 1 um anstelle der Aluminiumperlen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 5 um verwendet wurden, wodurch ähnlich wie in Beispiel 6 die Bildung einer Monodomäne einer SmC*-Phase beobachtet wurde.
Der Flüssigkristallzelle wurde es gestattet 96 Stunden lang bei den Bedingungen einer Temperatur von 80ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 60% zu stehen. Danach wurde der Widerstand der entsprechenden Flüssigkristallschichten auf die gleiche Weise gemessen, wobei der Widerstand nach einem 96- stündigen Stehen ebenso wie der auf der Anfangsstufe 2,5 · 10¹&sup0; Ω·cm betrug.

Beispiele 8 und 9

Flüssigkristallzellen wurden auf genau die gleiche Weise wie in Beispiel 7 hergestellt, außer daß Bleiphtalocyanin (Beispiel 8) und Perylenrot (Beispiel 9) jeweils anstelle des in Beispiel 7 verwendeten Kupferphtalocyanins verwendet wurden. Die Flüssigkristallzellen wurden einem wie vorstehend beschriebenem Stehen oder Haltbarkeitstest unterzogen, wobei Ergebnisse erhalten wurden, ähnlich denen in Beispiel 7.

Beispiel 4

Eine Flüssigkristallzelle wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 7 hergestellt, außer daß ein wie in Beispiel 1 verwendeter eingefärbter Polyimidfilm anstelle der aufgedampften Kupferphtalocyanin-Farbfilterschicht als Farbfilterschicht verwendet wurde, wodurch ähnliche Ergebnisse wie die in Beispiel 7 erhalten wurden.
Wie vorstehend beschrieben stellt die vorliegende Erfindung für eine lange Verwendungsdauer ein stabiles Farbdisplay einer Flüssigkristallvorrichtung für eine Farbanzeige, insbesondere für ein Farbfernseh-Anzeigefeld, zur Verfügung. Nebenbei bemerkt, wenn eine wie vorstehend beschriebene Schutzschicht aus einer herkömmlichen Flüssigkristallvorrichtung vom Punktmatrix-Typ unter Verwendung eines TN-Flüssigkristalls und mit einer Farbfilterschicht versehen, weggelassen wird, verursacht der TN-Flüssigkristall ebenfalls eine Abnahme des Widerstandes. In einer herkömmlichen Vorrichtung vom TN-Modus resultiert zur Zeit des Abfalls eines Schreibimpulses jedoch kein Displayzustand, der sich von dem entsprechend der Schreibinformation erhaltenen unterscheidet, wodurch keine Betrachtung der Widerstandsabnahme erforderlich ist. Im Gegensatz dazu verursacht in einer FLC-Vorrichtung die Erzeugung einer Spannung von umgekehrter Polarität- aufgrund der Entladung aus einer dielektrischen Schicht zur Zeit des Abfalls eines Schreibimpulses einen Display- oder Schreibzustand, der sich von dem Schreibsignal unterscheidet. Dies wurde bei dem ein Farbdisplay verwendenden FLC zu einem großen Problem. Die Erfindung liefert bezüglich dieses Problems eine wirksame Lösung.

Beispiel 11

Ein Polyetheramid-imidharz ("HL-1 100" (Handelsname), hergest. von Hitachi Kasei K.K.) wurde mittels eines Schleuderbeschichters auf eine Glasplatte aufgetragen und mittels Wärme zu einem 1 um dicken Film gehärtet. Die Oberflächenhärte des Films wurde als eine Bleistifthärte von 5H, gemäß JIS K 5401, ermittelt.
Getrennt davon, wurde Kupferphtalocyaninpigment mit einer Dicke von 2000 Å auf eine quadratische Glasplatte mittels eines Vakuumverdampfers aufgedampft. Auf die abgeschiedene Kupferphtalocyanin-Pigmentschicht wurde das vorstehend erwähnte Polyetheramid-imidharz mit einer Dicke von 1 um auf die vorstehend beschriebene Weise gebildet.
Dann wurde mittels Vakuumzerstäubung auf die Polyetheramid-imidschicht, ein 500 RA dicker ITO-Film gebildet und in Streifenelektroden strukturiert. Ferner wurde darauf mittels eines Schleuder-Beschichters, der sich mit 3000 rpm drehte, eine polyimid-bildende Lösung ("PIQ" (Handelsname), hergest. vom Hitachi Kasei K.K.) aufgebracht und 30 Minuten lang unter Bildung eines 2000 Å dicken Polyimidfilms bei 150ºC erhitzt. Danach wurde die Oberfläche des Polyimidfilms, parallel zu der longitudinalen Richtung der Streifenelektroden, unter Bereitstellung einer ersten Elektrodenplatte, reibungsbehandelt.
Getrennt davon, wurde eine zweite Elektrodenplatte auf die gleiche Weise, wie vorstehend für die Herstellung einer ersten Elektrodenplatte beschrieben, hergestellt, außer daß die aufgedampfte Kupferphtalocyaninschicht weggelassen wurde und die Reibungsrichtung senkrecht zu der longitudinalen Richtung der Streifenelektroden war.
Dann wurden 80 mg Aluminiumoxidperlen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ungefähr 5 um in 400 cm³ Methanol dispergiert und die vorstehend erwähnte zweite Elektrodenplatte wurde in die resultierende Lösung getaucht, herausgezogen und getrocknet, um die Aluminiumoxidperlen auf der zweiten Elektrodenplatte zu dispergieren.
Dann wurde auf dem peripheren Bereich, ausgenommen der Teil, der die Einspritzöffnung der ersten Elektrodenplatte mit der Farbfilterschicht bildete, ein hitzehärtbarer Epoxidkleber mittels Siebdrucks aufgebracht, und die erste und zweite Elektrodenplatte wurden übereinandergelegt. Dann wurde, während von außen gleichmäßig ein Druck von 5 kg/cm² an die erste Elektrodenplatte angelegt wurde, der Klebstoff unter Druck gehärtet.
In die so hergestellte Zelle wurde die vorstehend erwähnte Flüssigkristallzusammensetzung A durch die Einspritzöffnung injiziert, die dann abgedichtet wurde. Die Zelle wurde dann allmählich abgekühlt und auf 40ºC gehalten, wobei die Zelle, nachdem sie mit einem in Nicolscher Überkreuzung angeordneten Paar Polarisatoren versehen worden war, durch ein Mikroskop beobachtet wurde. Als Ergebnis wurde unter Annahme einer nicht-helikalen Struktur die Bildung einer Monodomäne einer SmC*-Phase ohne Ausrichtungsfehler beobachtet.

Beispiel 12

Eine Flüssigkristallvorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 14 hergestellt, außer daß Polyacrylonitrilharz anstelle des Polyetheramid-imids verwendet wurde. Die Härte der Oberfläche des Polyacrylonitrilfilms wurde unter Ermittlung einer Bleistifthärte von HB, nach dem in Beispiel 11 verwendeten Verfahren, gemessen.
Die vorstehend erwähnte Flüssigkristallvorrichtung wurde durch ein Mikroskop mit Nicolscher Überkreuzungs- Polarisierung beobachtet, wobei die Bildung einer Vorrichtung ohne Ausrichtungsfehler und aufgrund der Perlenabstandshalter ohne Bruch der Schutzschicht gefunden wurde.

Vergleichsbeispiel 3

Eine Flüssigkristallvorrichtung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 11 hergestellt, außer daß Polyvinylalkoholharz anstelle des Polyetheramid-imidharzes verwendet wurde. Die Oberflächenhärte des dabei verwendeten Polyvinylalkoholfilms wurde nach der Methode in Beispiel 11, unter Ermittlung einer Bleistifthärte von 2B, gemessen.
Die vorstehend hergestellte Flüssigkristallvorrichtung wurde durch ein Mikroskop mit Nicolschen Überkreuzungs- Polarisierung beobachtet, wobei Fehler und ebenfalls beachtliche Ausrichtungsfehler in der Flüssigkristallschicht an den Fehlern beobachtet wurden.
Den drei in Beispiel 11 und 12 und Vergleichsbeispiel 3 hergestellen Flüssigkristallvorrichtungen wurde es gestattet 96 Stunden lang bei den Bedingungen einer Temperatur von 80ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 60% zu stehen. Danach wurden die Widerstände der Flüssigkristallschichten gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4 Widerstand vor dem Stehen Widerstand nach einem 96stündigem Stehen Beispiel Vergleichsbeispiel
Die drei Flüssigkristallzellen wurden einer Ansteuerung unterzogen, wobei die in den Beispielen 11 und 12 hergestellten Flüssigkristallzellen eine stabile Ansteuerungscharakteristik zeigte, aber die Ansteuerung der in Vergleichsbeispiel 3 hergestellten Flüssigkristallzelle instabil war.
Wie hier vorstehend beschrieben, wird, wenn eine Schutzschicht mit einer Bleistifthärte von HB oder härter auf einer erfindungsgemäßen Farbfilterschicht angebracht wird, der durch den Punkt-Kontakt der Perlenabstandshalter verursachte Bruch der Schicht verhindert, wodurch Ausrichtungsfehler- und eine Abnahme des Widerstandes des Flüssigkristalls aufgrund des Bruchs ebenfalls verhindert werden können. Als ein Ergebnis wird eine zuverlässige Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung gestellt, die vollständig die Eigenschaften eines gebräuchlichen ferroelektrischen Flüssigkristalls zeigen kann.

Claims

1. Flüssigkristallapparatur, einschließend eine Flüssigkristallvorrichtung, umfassend ein Trägerpaar, wobei jeder Träger eine darauf befindliche Elektrode aufweist, und einen zwischen dem Trägerpaar angeordneten ferroelektrischen Flüssigkristall, wobei mindestens einer der Träger eine darauf befindliche Farbfilterschicht und eine isolierende Schutzschicht, die die Farbfilterschicht zur Verhinderung eines direkten Kontakts zwischen der Farbfilterschicht und dem ferroelektrischen Flüssigkristall bedeckt, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Apparatur ferner Einrichtungen einschließt, angeordnet, um an die Elektroden in einer Anwählperiode unter Bereitstellung eines Orientierungszustandes des ferroelektrischen Flüssigkristalls eine erste Spannung von mindestens einer Schwellenspannung anzulegen, und um unter Bereitstellung eines anderen Orientierungszustandes des ferroelektrischen Flüssigkristalls eine -zweite Spannung von mindestens einer anderen Schwellenspannung anzulegen, und um an die Elektroden in einer Nicht-Anwählperiode eine dritte Spannung zwischen der einen und der anderen Schwellenspannung des ferroelektrischen Flüssigkristalls anzulegen,

und daß die Schutzschicht eine Bleistifthärte von HB oder härter aufweist,

und daß die Flüssigkristallvorrichtung ferner zwischen den Trägern mit einem Durchschnitt von mehr als 15 Perlen/mm² angeordnete Abstandsperlen umfaßt, wodurch eine im wesentlichen gleichförmige Dicke des ferroelektrischen Flüssigkristalls bereitgestellt wird.

2. Flüssigkristallapparatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ferroelektrische Flüssigkristall ein chiraler, smektischer Flüssigkristall ist.

3. Flüssigkristallapparatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ferroelektrische Flüssigkristall in einer Schicht angeordnet ist, die dünn genug ist, um die helikale Struktur des chiralen smektischen Flüssigkristalls zu entspiralisieren.

4. Flüssigkristallapparatur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilterschicht an jedes Bildelement unter Festlegung einer Farbbildelement- Einheit angebracht wurde.

5. Flüssigkristallapparatur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Träger drei Typen von Farbbildelement-Einheiten, einschließlich einer blauen Farbbildelement-Einheit, einer grünen Farbbildelement-Einheit und einer roten Farbbildelement-Einheit, aufweist.

6. Flüssigkristallapparatur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht einen Film aus einem isolierenden anorganischen Material umfaßt.

7. Flüssigkristallapparatur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende anorganische Material mindestens ein Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid und Magnesiumfluorid, ist.

8. Flüssigkristallapparatur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht einen Film aus einem isolierenden organischen Material umfaßt.

9. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende organische Material mindestens ein Material umfaßt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus hitzehärtbarem Polyimid, Polyparaxylylen, Polycarbonat, Polystyrol, hitzehärtbarem Acrylharz, Polyethylen und Photoresist vom Gummityp.

10. Flüssigkristallvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilterschicht eingefärbtes Polyimid, eingefärbtes Polyamid, eingefärbtes Polyamidimid, eingefärbtes Polyesterimid oder eingefärbten Polyester umfaßt.

11. Flüssigkristallapparatur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbfilterschicht einen Farbstoff oder ein Pigment umfaßt, das nicht mit dem die Schutzschicht aufbauenden Material wechselseitig löslich ist.

12. Flüssigkristallapparatur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode näher als die Farbfilterschicht an dem ferroelektrischen Flüssigkristall angeordnet ist.