DE4237552A1

DE4237552A1 -

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Publication number: DE4237552A1
Application number: DE4237552A
Authority: DE
Inventors: Masanobu Asaoka; Hideaki Takao; Takeshi Togano; Makoto Kojima
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2012-11-07
Also published as: GB9223310D0; GB2261741A; GB2261741B; DE4237552C2; JPH05134259A; JP2814157B2; US5326600A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallvorrichtung, die z. B. in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung oder einem op tischen Flüssigkristall-Verschluß anzuwenden ist, insbesondere eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der ein ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet wird, und besonders eine Flüssigkri stallvorrichtung, deren Anzeigeeigenschaften durch eine Verbes serung der anfänglichen Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle verbessert sind.

Eine Anzeigevorrichtung der Art, durch die die Lichtdurchläs sigkeit in Verbindung mit einer Polarisationsvorrichtung unter Ausnutzung der Brechungsindex-Anisotropie von ferroelektrischen Flüssigkristallmolekülen gesteuert wird, ist von Clark und La gerwall vorgeschlagen worden (Japanische Offengelegte Patentan meldung 1 07 216/1981, US-Patentschrift 43 67 924). Der ferro elektrische Flüssigkristall hat im allgemeinen eine chirale smektische C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) mit einer nicht schraubenförmigen Struktur und zeigt in der SmC*- oder SmH*- Phase die Eigenschaft, daß er als Reaktion auf ein elektrisches Feld, das auf den Flüssigkristall einwirkt, entweder einen er sten optisch stabilen Zustand oder einen zweiten optisch stabi len Zustand annimmt und solch einen Zustand in Abwesenheit ei nes elektrischen Feldes beibehält, wobei diese Eigenschaft als Bistabilität bezeichnet wird, und der ferroelektrische Flüssig kristall hat auch eine hohe Ansprechgeschwindigkeit auf eine Änderung des elektrischen Feldes. Daher wird erwartet, daß er bei einer schnell arbeitenden Speicher-Anzeigevorrichtung ver wendet wird und in Anbetracht seiner ausgezeichneten Wirkung bzw. Funktion insbesondere eine Anzeige mit großer Fläche und hoher Auflösung liefert.

Damit eine optische Modulationsvorrichtung, bei der ein fer roelektrischer Flüssigkristall mit einer solchen Bistabilität verwendet wird, erwünschte Ansteuerungseigenschaften zeigt, ist es erforderlich, daß sich der zwischen einem Paar Substraten angeordnete Flüssigkristall in einem derartigen Molekülausrich tungszustand befindet, daß eine Umwandlung zwischen den zwei vorstehend erwähnten stabilen Zuständen unabhängig von der Ein wirkung eines elektrischen Feldes wirksam eintreten kann.

Ferner ist bei einer Flüssigkristallvorrichtung, bei der die Doppelbrechung eines Flüssigkristalls ausgenutzt wird, der Durchlässigkeitsgrad unter im rechten Winkel gekreuzten Nicols durch die folgende Gleichung gegeben:

I/I₀ = sin²4R · sin²(Δnd/λ)π

worin
I₀: Intensität des einfallenden Lichts,
I: Intensität des durchgelassenen Lichts,
R: Neigungwinkel,
Δn: Brechungsindex-Anisotropie,
d: Dicke der Flüssigkristallschicht,
λ: Wellenlänge des einfallenden Lichts.

Der Neigungswinkel R bei der vorstehend erwähnten nicht schrau benförmigen Struktur ist als die Hälfte des Winkels zwischen den durchschnittlichen Molekülachsenrichtungen der Flüssigkri stallmoleküle in einer verdrillten Ausrichtung in einem ersten Orientierungszustand und einem zweiten Orientierungszustand de finiert. Entsprechend der vorstehenden Gleichung wird gezeigt, daß ein Neigungswinkel R von 22,5 Grad einen maximalen Durch lässigkeitsgrad liefert, und zur Erzielung eines hohen Durch lässigkeitsgrades und eines hohen Kontrastes sollte der Nei gungswinkel R bei einer nicht schraubenförmigen Struktur zum Realisieren von Bistabilität zweckmäßigerweise so nahe wie mög lich bei 22,5 Grad liegen.

Ein Verfahren zum Ausrichten eines ferroelektrischen Flüssig kristalls sollte geeigneterweise derart sein, daß Molekül schichten, die jeweils aus einer Vielzahl von Molekülen eines smektischen Flüssigkristalls bestehen, uniaxial entlang ihren Normalen ausgerichtet werden, und es ist erwünscht, daß solch ein Ausrichtungszustand durch eine Reibungsbehandlung bewirkt wird, die nur einen einfachen Fertigungsschritt erfordert.

Ein Ausrichtungsverfahren für einen ferroelektrischen Flüssig kristall, insbesondere einen chiralen smektischen Flüssigkri stall in einer nicht schraubenförmigen Struktur, ist beispiels weise aus der US-Patentschrift 45 61 726 bekannt.

Wenn ein herkömmliches Ausrichtungsverfahren, insbesondere ei nes, bei dem ein Polyimidfilm verwendet wird, der durch Reiben behandelt wird, angewandt wird, um einen ferroelektrischen Flüssigkristall in einer nicht schraubenförmigen Struktur, der Bistabilität zeigt, wie von Clark und. Lagerwall berichtet wur de, auszurichten, stößt man jedoch auf die folgenden Probleme.

Das heißt, bei Versuchen, die von den Erfindern durchgeführt wurden, ist gefunden worden, daß ein Neigungswinkel R (ein Win kel, der in der nachstehend beschriebenen Fig. 3 gezeigt ist) bei einem ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer nicht schraubenförmigen Struktur, der durch Ausrichten mit einem her kömmlichen Ausrichtungssteuerungsfilm erhalten wird, im Ver gleich zu einem Neigungswinkel R (der Winkel R ist die Hälfte des Winkels an der Spitze des Kegels, der in der nachstehend beschriebenen Fig. 2 gezeigt ist) bei dem ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer schraubenförmigen Struktur kleiner geworden ist. Im einzelnen wurde gefunden, daß der Neigungswin kel R bei einem ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer nicht schraubenförmigen Struktur, der durch Ausrichten mit her kömmlichen Ausrichtungssteuerungsfilmen erhalten wird, im all gemeinen in der Größenordnung von 3 bis 8 Grad lag und daß der Durchlässigkeitsgrad in diesem Fall höchstens etwa 3 bis 5% betrug.

Somit sollte der Neigungswinkel bei einem ferroelektrischen Flüssigkristall mit nicht schraubenförmiger Struktur, bei dem Bistabilität realisiert ist, gemäß Clark und Lagerwall densel ben Wert haben wie der Neigungswinkel bei dem ferroelektrischen Flüssigkristall mit schraubenförmiger Struktur, jedoch ist tat sächlich der Neigungswinkel R bei einer nicht schraubenförmigen Struktur kleiner als der Neigungswinkel R bei einer schrauben förmigen Struktur. Im einzelnen ist gefunden worden, daß der Neigungswinkel R bei einer nicht schraubenförmigen Struktur we gen einer verdrillten Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen in der nicht schraubenförmigen Struktur kleiner wird als der Neigungswinkel R. Somit sind Flüssigkristallmoleküle bei einem ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer nicht schraubenför migen Struktur mit einer kontinuierlichen Verdrillung von einer Molekülachse, die einem oberen Substrat benachbart ist, bis zu einer Molekülachse, die einem unteren Substrat benachbart ist, in einem bestimmten Verdrillungswinkel ausgerichtet. Dies führt zu der Erscheinung, daß der Neigungswinkel R bei der nicht schraubenförmigen Struktur kleiner ist als der Neigungswinkel R bei der schraubenförmigen Struktur.

Wenn ferner bei einem Ausrichtungszustand eines chiralen smek tischen Flüssigkristalls, der durch einen herkömmlichen Poly imid-Ausrichtungsfilm, der einer Reibungsbehandlung unterzogen wird, erzielt wird, an einen Flüssigkristall eine Spannung mit einer Polarität zum Umschalten von einem ersten optisch stabi len Zustand (d. h., einem weißen Anzeigezustand) auf einen zwei ten optisch stabilen Zustand (d. h., einen schwarzen Anzeigezu stand) angelegt wird und dann die Spannung mit einer Polarität weggenommen wird, wirkt auf die ferroelektrische Flüssigkri stallschicht wegen des Vorhandenseins des Polyimidfilms als Isolationsschicht zwischen der Elektrode und der Flüssigkri stallschicht ein umgekehrtes elektrisches Feld Vrev ein, und das umgekehrte elektrische Feld Vrev hat während der Anzeige ein Nachbild verursacht. Von der Erzeugung des vorstehend er wähnten umgekehrten elektrischen Feldes ist in "Switching cha racteristic of SSFLC" von Akio Yoshida, "Preprint for Liquid Crystal Forum, October 1987", Seiten 142-143, berichtet wor den.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bereitzustellen, bei der die vorste hend erwähnten Probleme gelöst sind, insbesondere eine ferro elektrische Flüssigkristallvorrichtung, die einen großen Nei gungswinkel eines chiralen smektischen Flüssigkristalls in ei ner nicht schraubenförmigen Struktur liefert und zu einer An zeige führt, die fähig ist, ein Bild mit hohem Kontrast anzu zeigen und trotzdem frei von Nachbildern ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Flüssigkri stallvorrichtung mit einem Paar Substraten und einem ferroelek trischen Flüssigkristall, der zwischen den Substraten angeord net ist, gelöst, wobei sich auf mindestens einem der Substrate des Paares ein Ausrichtungsfilm befindet, der aus einem Poly imid besteht, das eine Repetiereinheit mit der folgenden Formel (I) hat:

worin R₁ einen vierwertigen organischen Rest bezeichnet und X₁ bis X₈, unabhängig voneinander, jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxygruppe mit 1 bis 15 Koh lenstoffatomen, eine CF₃-Gruppe, ein Halogen- oder ein Wasser stoffatom bezeichnen, wobei vorausgesetzt ist, daß mindestens einer der Reste X₁ bis X₄ kein Wasserstoffatom ist und minde stens einer der Reste X₅ bis X₈ kein Wasserstoffatom ist.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachste hend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher er läutert.

Fig. 1 ist eine schematische Schnittzeichnung einer Ausfüh rungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung.

Fig. 2 ist eine perspektivische Zeichnung, die schematisch ei ne Ausrichtung eines chiralen smektischen Flüssigkristalls mit einer schraubenförmigen Struktur zeigt.

Fig. 3 ist eine perspektivische Zeichnung, die schematisch ei nen Ausrichtungszustand eines chiralen smektischen Flüssigkri stalls mit einer nicht schraubenförmigen Struktur zeigt.

Fig. 4 ist eine schematische Schnittzeichnung, die einen Aus richtungszustand eines gemäß der Erfindung ausgerichteten chi ralen smektischen Flüssigkristalls zeigt.

Fig. 5 ist eine Veranschaulichung von C-Direktor-Ausrichtungen in einem gleichmäßigen Ausrichtungszustand.

Fig. 6 ist eine Veranschaulichung von C-Direktor-Ausrichtungen in einem schrägen Ausrichtungszustand.

Fig. 7A und 7B sind Draufsichten, die Neigungswinkel R in einem gleichmäßigen Ausrichtungszustand bzw. in einem schrägen Ausrichtungszustand veranschaulichen.

Fig. 8 ist eine Schnittzeichnung, die eine Ladungsverteilung, die Richtung einer spontanen Polarisation P_S und die Richtung eines umgekehrten elektrischen Feldes Vrev zeigt

Fig. 9 ist eine schematische Draufsicht, die Änderungen des Neigungswinkels R während und nach dem Einwirken eines elektri schen Feldes veranschaulicht.

Fig. 10 und 11 sind Diagramme, die optische Ansprecheigen schaften gemäß einer herkömmlichen Vorrichtung bzw. gemäß der Erfindung zeigen.

Fig. 12 ist ein Kurvenformdiagramm, das Ansteuerungs-Kurven formen veranschaulicht, die bei einer Ausführungsform der Er findung angewandt werden.

Die Flüssigkristallvorrichtung weist ein Paar Substrate (Glasplatten) 11a und 11b auf, die mit lichtdurchlässigen Elek troden 12a und 12b aus z. B. In₂O₃ oder ITO (Indiumzinnoxid), 20,0 bis 100,0 nm dicken Isolationsfilmen 13a und 13b aus z. B. SiO₂, TiO₂ oder Ta₂O₅ und 5,0 bis 100,0 nm dicken Ausrichtungs steuerungsfilmen 14a und 14b beschichtet sind.

Die Ausrichtungssteuerungsfilme 14a und 14b sind in diesem Fall einer Behandlung zur uniaxialen Ausrichtung durch Reiben in einander parallen Richtungen, und zwar in derselben Richtung, (in Fig. 1 durch Pfeile A gezeigt) unterzogen worden. Zwischen den Substraten 11a und 11b ist ein chiraler smektischer Flüs sigkristall 15 angeordnet, und der Abstand zwischen den Sub straten 11a und 11b ist durch die Anordnung von Abstandshalter perlen 16 aus z. B. Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid zwischen den Substraten 11a und 11b derart eingestellt, daß die Flüssig kristallschicht 15 eine Dicke (z. B. 0,1 bis 3 µm) hat, die aus reichend gering ist, um die Bildung einer schraubenförmigen Struktur des chiralen smektischen Flüssigkristalls 15 zu unter drücken, wodurch der chirale smektische Flüssigkristall 15 ei nen bistabilen Ausrichtungszustand annimmt. Die auf diese Weise gebildete Zellenstruktur ist zwischen einem Paar Polarisatoren 17a und 17b angeordnet, die in Form gekreuzter Nicols angeord net sind.

Gemäß Versuchen, die die Erfinder mittels eines Ausrichtungs verfahrens durchgeführt haben, bei dem ein bestimmter, durch Reiben behandelter Polyimid-Ausrichtungsfilm verwendet wird, der unter Bezugnahme auf nachstehend beschriebene Beispiele er läutert wird, ist ein Ausrichtungszustand realisiert worden, der insbesondere in bezug auf Bildelemente (Pixels), die wäh rend der Multiplexansteuerung, die z. B. in der US-Patentschrift 46 55 561 offenbart ist, nicht angewählt werden, einen hohen optischen Kontrast zwischen einem hellen und einem dunklen Zu stand liefert und auch frei von einer Verzögerung des (der) op tischen Ansprechens (Resonanz) ist, die bei einer Anzeige zum Zeitpunkt der Umschaltung während einer solchen Multiplexan steuerung zu dem Problem der Erzeugung eines Nachbildes führt.

Gemäß der Erfindung ist mindestens einer der Ausrichtungsfilme 14a und 14b aus einem Polyimid gebildet, das eine Repetierein heit mit der nachstehenden Formel (I) hat, wobei dieses Poly imid durch Dehydrocyclisierung einer Polyamidsäure, die durch Kondensation des entsprechenden Tetracarbonsäuredianhydrids und Diamins erhalten wird, erhalten worden ist.

In der vorstehenden Formel (I) gibt es für die Gruppe R₁, die ein vierwertiger organischer Rest ist, keine besondere Ein schränkung, jedoch kann sie vorzugsweise eine benzolringhaltige Gruppe sein. Beispiele dafür können einschließen:

Unter diesen vierwertigen organischen Gruppen können die fol genden besonders bevorzugt sein:

Wenn X₁ bis X₈ in der Diaminkomponente für die Bildung der Re petiereinheit mit der Formel (I) Alkylgruppen oder Alkoxygrup pen sind, sollten sie 1 bis 15 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 1 bis 10 Kohlenstoffatome und insbesondere 1 bis 5 Kohlenstoff atome haben. Wenn X₁ bis X₈ Halogenatome sind, werden Fluorato me bevorzugt.

Für die Diaminkomponente gibt es keine besondere Einschränkung, jedoch können bevorzugte Beispiele dafür diejenigen einschlie ßen, die die folgenden Formeln haben:

Nachstehend sind spezielle Beispiele (Formeln (1) bis (58)) für die Polyimid-Repetiereinheit, die durch die allgemeine Formel (I) dargestellt wird, aufgezählt:

Das Polyimid, das den Ausrichtungsfilm der Erfindung bildet, kann vorzugsweise eine Repetiereinheit von z. B. den vorstehend erwähnten Formeln (1) bis (58) enthalten, so daß ein Durch schnittsmolekulargewicht (Zahlenmittel) von 10⁴ bis 10⁵ und insbesondere von 3·10⁴ bis 8·10⁴, das bei seiner Polyamidsäure- Vorläuferform durch GPC (Gel-Permeations-Chromatographie) ent sprechend den Molekulargewichten von Standard-Polystyrolproben gemessen wird, erhalten wird.

Um auf einem Substrat einen Film 14a oder 14b aus dem Polyimid zu bilden, kann eine Lösung einer als Vorläufer des Polyimids dienenden Polyamidsäure, die wie vorstehend beschrieben herge stellt worden ist, in einem Lösungsmittel wie z. B. Dimethyl formamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid oder N-Methyl pyrrolidon in einer Konzentration von 0,01 bis 40 Masse% z. B. durch Schleuderauftrag, Spritzauftrag oder Walzenauftrag auf das Substrat aufgebracht und bei 100 bis 350°C und vorzugswei se bei 200 bis 300°C erhitzt werden, um eine Dehydrocyclisie rung zu bewirken. Der auf diese Weise gebildete Polyimidfilm kann z. B. mit einem Tuch gerieben werden.

Der Polyimidfilm kann in einer Dicke von z. B. 3,0 nm bis 1 µm und vorzugsweise von 20,0 nm bis 200,0 nm gebildet werden, da mit er auch als Isolationsfilm wirkt. In diesem Fall können die Isolationsfilme 13a und 13b weggelassen werden. Ferner kann die Dicke des Polyimidfilms in dem Fall, daß der Polyimidfilm auf dem Isolationsfilm 13a oder 13b gebildet wird, auf 20,0 nm oder weniger und vorzugsweise auf 10,0 nm oder weniger eingestellt werden.

Das Flüssigkristallmaterial 15, das im Rahmen der Erfindung verwendet wird, kann vorzugsweise eines sein, das im Verlauf der Temperaturabnahme eine Phasenumwandlung von einer isotropen Phase über eine cholesterische Phase und eine smektische A-Pha se in eine chirale smektische C-Phase zeigt, insbesondere ein chiraler smektischer Flüssigkristall, der in der cholesteri schen Phase eine Schraubenganghöhe von 0,8 µm oder mehr zeigt (gemessen bei einer mittleren Temperatur im cholesterischen Be reich). Bevorzugte Beispiele für solch ein Flüssigkristallmate rial können die nachstehend gezeigten Flüssigkristallmateria lien (1) bis (5) einschließen, die die folgenden Flüssigkri stalle (A), (B) und (C) in den gezeigten Masseanteilen enthal ten.

Flüssigkristallmaterial

(1) [A]₉₀/[B]₁₀
(2) [A]₈₀/[B]₂₀
(3) [A]₇₀/[B]₃₀
(4) [A]₆₀/[B]₄₀
(5) [C]

Fig. 2 ist eine schematische Veranschaulichung einer ferro elektrischen Flüssigkristallzelle (Flüssigkristallvorrichtung) zur Erläuterung ihres Betriebs. Die Bezugszahlen 21a und 21b bezeichnen Substrate (Glasplatten), auf denen jeweils eine lichtdurchlässige Elektrode aus z. B. In₂O₃, SnO₂ oder ITO (In diumzinnoxid) usw. angeordnet ist. Ein Flüssigkristall in einer SmC*-Phase (chiralen smektischen C-Phase) oder einer SmH*-Phase (chiralen smektischen H-Phase), in dem Flüssigkristallmolekül schichten 22 senkrecht zu den Oberflächen der Glasplatten aus gerichtet sind, ist dazwischen angeordnet und hermetisch abge schlossen. Ausgezogene Linie 23 zeigen Flüssigkristallmoleküle. Jedes Flüssigkristallmolekül 23 hat ein Dipolmoment (P┴) 24 in einer zu seiner Achse senkrechten Richtung. Die Flüssigkri stallmoleküle 23 bilden in der Richtung, in der sich die Sub strate erstrecken, kontinuierlich eine schraubenförmige Struk tur. Die Hälfte des Winkels an der Spitze eines Schraubenke gels in diesem Zustand ist der Neigungswinkel R in der chiralen smektischen Phase einer solchen schraubenförmigen Struktur.

Wenn zwischen den auf den Substraten 21a und 21b gebildeten Elektroden eine Spannung angelegt wird, die höher als ein be stimmter Schwellenwert ist, wird eine schraubenförmige Struktur des Flüssigkristallmoleküls 23 gelockert oder abgewickelt, wo durch die Richtung, in der die einzelnen Flüssigkristallmolekü le 23 ausgerichtet sind, derart verändert wird, daß alle Dipol momente (P┴) 24 in die Richtung des elektrischen Feldes gerich tet werden. Die Flüssigkristallmoleküle 23 haben eine längliche Gestalt und zeigen Brechungsanisotropie zwischen ihrer langen und ihrer kurzen Achse. Es ist deshalb leicht zu verstehen, daß zum Beispiel dann, wenn auf der oberen und der unteren Oberflä che der Glasplatten Polarisatoren in der Art von gekreuzten Ni cols, d. h., derart, daß sich ihre Polarisationsrichtungen kreu zen, angeordnet sind, die auf diese Weise angeordnete Flüssig kristallzelle als optische Flüssigkristall-Modulationsvorrich tung wirkt, deren optische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Polarität einer angelegten Spannung ändern.

Wenn die Flüssigkristallschicht der Flüssigkristallzelle ferner in einer ausreichend geringen Dicke (z. B. 0,1 bis 3 µm) herge stellt wird, ist die schraubenförmige Struktur der Flüssigkri stallmoleküle sogar in Abwesenheit eines elektrischen Feldes abgewickelt, so daß eine nicht schraubenförmige Struktur be reitgestellt wird, wodurch das Dipolmoment einen der zwei Zu stände annimmt, d. h., einen Zustand Pa in einer Richtung 34a nach oben oder einen Zustand Pb in einer Richtung 34b nach un ten, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, so daß ein bistabiler Zu stand erhalten wird. Wenn auf eine Zelle mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften mittels Einrichtungen 31a und 31b zum Anlegen einer Spannung ein elektrisches Feld Ea oder Eb einwir ken gelassen wird, das höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wobei sich Ea und Eb hinsichtlich ihrer Polarität unter scheiden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wird das Dipolmoment in Abhängigkeit von dem Vektor des elektrisches Feldes Ea oder Eb entweder in die Richtung 34a nach oben oder in die Richtung 34b nach unten ausgerichtet. Dementsprechend werden die Flüs sigkristallmoleküle entweder in einem ersten stabilen Zustand 33a oder in einem zweiten stabilen Zustand 33b orientiert bzw. ausgerichtet.

Ein erster Vorteil, der durch die Verwendung eines solchen fer roelektrischen Flüssigkristalls erzielt wird, besteht darin, daß die Ansprechgeschwindigkeit sehr hoch ist, und ein zweiter Vorteil ist, daß die Ausrichtung des Flüssigkristalls Bistabi lität zeigt. Der zweite Vorteil wird z. B. unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher erläutert. Wenn das elektrische Feld Ea auf die Flüssigkristallmoleküle einwirkt, werden sie in den ersten sta bilen Zustand 33a ausgerichtet. Dieser Zustand wird selbst dann in stabiler Weise beibehalten, wenn das elektrische Feld besei tigt wird. Andererseits werden die Flüssigkristallmoleküle in den zweiten stabilen Zustand 33b ausgerichtet, wodurch die Richtungen der Moleküle verändert werden, wenn das elektrische Feld Eb, dessen Richtung der Richtung des elektrischen Feldes Ea entgegengesetzt ist, auf die Moleküle einwirkt. Dieser Zu stand wird gleichermaßen selbst dann in stabiler Weise beibe halten, wenn das elektrische Feld beseitigt wird. Ferner befin den sich die Flüssigkristallmoleküle in den jeweiligen Ausrich tungszuständen, solange die Feldstärke des einwirkenden elek trischen Feldes Ea oder Eb einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet.

Fig. 4 ist eine schematische Schnittzeichnung, die einen durch die Erfindung erzielten Ausrichtungszustand von Flüssigkri stallmolekülen zeigt, und Fig. 5 ist eine Zeichnung, die die Ausrichtung entsprechender C-Direktoren zeigt.

Die Bezugszahlen 51a und 51b in Fig. 4 bezeichnen ein oberes bzw. ein unteres Substrat. Die Bezugszahl 50 bezeichnet eine Molekülschicht, die aus Flüssigkristallmolekülen 52 besteht, und die Flüssigkristallmoleküle 52 sind derart ausgerichtet, daß sie ihre Lagen entlang der Grundfläche 54 (kreisförmig) ei nes Kegels 54 ändern. Fig. 5 zeigt im einzelnen eine Änderung bei C-Direktoren. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 sind bei U₁ C-Direktoren 81 in einem stabilen Ausrichtungszustand gezeigt (wobei jeder Direktor eine Projektion einer langen Molekülachse auf eine imaginäre Ebene ist, die sich senkrecht zu der Norma len einer Molekülschicht 50 erstreckt) und bei U₂ C-Direktoren 81 in dem anderen stabilen Ausrichtungszustand gezeigt.

Andererseits kann ein Ausrichtungszustand, der mittels eines herkömmlichen durch Reibung behandelten Polyimidfilms erzielt wird, durch das C-Direktor-Diagramm von Fig. 6 dargestellt werden, die einen Ausrichtungszustand zeigt, bei dem die Mole külachsen von dem oberen Substrat 51a bis zu dem unteren Sub strat 51b in hohem Maße verdrillt sind, so daß ein kleinerer Neigungswinkel R erhalten wird.

Fig. 7A ist eine schematische Draufsicht, die einen Neigungs winkel R bei einem Ausrichtungszustand veranschaulicht, bei dem die C-Direktoren 81 einen in Fig. 5 gezeigten Zustand annehmen (als "gleichmäßiger Ausrichtungszustand" bezeichnet), und Fig. 7B ist eine schematische Draufsicht, die einen Neigungswinkel R bei einem Ausrichtungszustand veranschaulicht, bei dem die C-Direktoren 81 einen in Fig. 6 gezeigten Zustand annehmen (als "schräger Ausrichtungszustand" bezeichnet). In diesen Figuren bezeichnet die Bezugszahl 70 eine Reibachse, die dem vorstehend erwähnten fluorhaltigen Polyimidfilm gegeben wird, bezeichnet die Bezugszahl 71a eine durchschnittliche Molekülachse im Aus richtungszustand U₁, bezeichnet die Bezugszahl 71b eine durch schnittliche Molekülachse im Ausrichtungszustand U₂, bezeichnet die Bezugszahl 72a eine durchschnittliche Molekülachse im Aus richtungszustand S₁ und bezeichnet die Bezugszahl 72b eine durchschnittliche Molekülachse im Ausrichtungszustand S₂. Die durchschnittlichen Molekülachsen 71a und 71b können aufeinander umgeschaltet werden, indem Spannungen mit einander entgegenge setzten Polaritäten angelegt werden. Eine ähnliche Umschaltung wird zwischen den durchschnittlichen Molekülachsen 72a und 72b verursacht.

Im folgenden wird die Wirksamkeit des gleichmäßigen Ausrich tungszustandes in bezug auf eine Verzögerung des optischen An sprechens (Nachbild), die auf ein umgekehrtes elektrisches Feld Vrev zurückzuführen ist, erläutert.

Wenn die Kapazität einer Isolationsschicht, die einen Teil ei ner Flüssigkristallzelle bildet, mit Ci bezeichnet wird, die Kapazität einer Flüssigkristallschicht mit C_LC bezeichnet wird und die spontane Polarisation des Flüssigkristalls mit P₅ be zeichnet wird, wird Vrev, wodurch das Nachbild verursacht wird, durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

Vrev = 2P_S/(Ci + C_LC).

Fig. 8 ist eine schematische Schnittzeichnung, die Änderungen der Ladungsverteilungsrichtung von P_S und die Richtung des um gekehrten elektrischen Feldes bei einer Flüssigkristallzelle veranschaulicht. In Fig. 8(a) ist eine Verteilung positiver und negativer Ladungen in einem Speicherzustand vor der Einwir kung eines elektrischen Impulsfeldes gezeigt, bei dem die spon tane Polarisation von positiven Ladungen zu negativen Ladungen gerichtet ist. In Fig. 8(b) ist ein Zustand unmittelbar nach der Beseitigung eines elektrischen Impulsfeldes gezeigt, wenn die Richtung der spontanen Polarisation P_S der in Fig. 8(a) gezeigten entgegengesetzt ist (d. h., daß die Flüssigkristallmo leküle von einem stabilen Ausrichtungszustand zu dem anderen stabilen Ausrichtungszustand umgekehrt sind), jedoch die Ver teilung der positiven und negativen Ladungen der in Fig. 8(a) gezeigten ähnlich ist, so daß ein umgekehrtes elektrisches Feld Vrev erzeugt wird, das in Fig. 8(b) durch einen Pfeil gezeigt ist. Das umgekehrte elektrische Feld Vrev verschwindet nach ei ner kurzen Zeit, so daß eine Verteilung positiver und negativer Ladungen erhalten wird, wie sie in Fig. 8(c) gezeigt ist.

Fig. 9 ist eine Draufsicht, die eine Änderung des optischen Ansprechens bei einem schrägen Ausrichtungszustand, der durch einen herkömmlichen Polyimid-Ausrichtungsfilm erzielt wird, in Form einer Änderung des Neigungswinkels R zeigt. Unter Bezug nahme auf Fig. 9 ändert sich die Ausrichtung der Flüssigkri stallmoleküle zum Zeitpunkt der Einwirkung eines elektrischen Impulsfeldes von einer durchschnittlichen Molekülachse S(A) in einem schrägen Ausrichtungszustand, der zu überschreiten ist, entlang einem Weg, der durch einen Pfeil X₁ bezeichnet ist, zu einer durchschnittlichen Molekülachse U₂ in einem gleichmäßigen Ausrichtungszustand, der in der Nähe des Ausrichtungszustandes liegt, der einen maximalen Neigungswinkel R liefert, und die Ausrichtung ändert sich unmittelbar nach der Beseitigung des elektrischen Impulsfeldes entlang einem Weg, der durch einen Pfeil X₂ bezeichnet ist, zu einer durchschnittlichen Molekül achse S(B) in einem schrägen Ausrichtungszustand, der wegen der Wirkung des umgekehrten elektrischen Feldes Vrev, das in Fig. 8(b) gezeigt ist, einen verminderten Neigungswinkel R liefert. Wenn das umgekehrte elektrische Feld Vrev abgeschwächt ist, wie es in Fig. 8(c) gezeigt ist, ändert sich die Ausrichtung dann entlang einem Weg, der durch einen Pfeil X₃ bezeichnet ist, zu einer durchschnittlichen Molekülachse S(C) in einem schrägen Ausrichtungszustand, der einen stabilen Orientierungs- bzw. Ausrichtungszustand mit einem etwas erhöhten Neigungswinkel R liefert. Das resultierende optische Ansprechen in diesem Fall ist in Fig. 10 gezeigt.

Bei dem Ausrichtungszustand, der durch die Verwendung des vor stehend erwähnten Polyimidfilms mit der besonderen Struktur ge mäß der Erfindung erzielt wird, werden die in Fig. 9 gezeig ten durchschnittlichen Molekülachsen S(A), S(B) und S(C) in dem schrägen Ausrichtungszustand nicht verursacht, sondern es ist möglich, einen Ausrichtungszustand mit einer durchschnittlichen Molekülachse zu bilden, die einen in der Nähe des maximalen Neigungswinkels R liegenden Neigungswinkel R liefert. Das opti sche Ansprechen gemäß der Erfindung zu dieser Zeit ist in Fig. 11 gezeigt. Fig. 11 zeigt, daß eine Verzögerung des opti schen Ansprechens, die ein Nachbild verursacht, vermieden und ein hoher Kontrast bei Speicherzuständen verursacht wird.

Im einzelnen ist es im Fall der Anwendung des Ausrichtungsfilms der Erfindung möglich, den vorstehend erwähnten gleichmäßigen Ausrichtungszustand zu erhalten. Dies gilt besonders in dem Fall, daß die vorstehend erwähnte Repetiereinheit mit der For mel (I) in der Gruppe R₁ oder einem Substituenten X₁ bis X₈ ein Fluoratom enthält, wodurch der gleichmäßige Ausrichtungszustand derart gefördert wird, daß eine Flüssigkristallvorrichtung er halten wird, die einen hohen Kontrast zeigt.

Wenn die Verbindungen z. B. der vorstehenden Formeln (4) bis (8), (12), (15), (21), (35), (40), (42), (43) und (48) verwen det werden, wird es ferner bevorzugt, daß nach der Herstellung der Flüssigkristallzelle eine Behandlung unter Anwendung von Wechselstrom durchgeführt wird. Die zu diesem Zweck angewandte Wechselspannung kann eine Amplitude von 5 bis 100 Volt und vor zugsweise von 15 bis 50 Volt und eine Frequenz von 10 bis 500 Hz und vorzugsweise von 10 bis 200 Hz haben. Die Behandlung un ter Anwendung von Wechselstrom kann für einen Zeitraum in der Größenordnung von mehreren Sekunden bis zu 10 Minuten durchge führt werden.

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es durch die ferroelek trische Flüssigkristallvorrichtung gemäß der Erfindung, die als Schicht auf den lichtdurchlässigen Elektroden, die den Flüs sigkristall berührt, einen Polyimid-Ausrichtungsfilm mit der vorstehend erwähnten besonderen Formel (I) aufweist, möglich, einen hohen Kontrast zwischen dem hellen und dem dunklen Zu stand, insbesondere einen sehr großen Anzeigekontrast während der Multiplexansteuerung und auch eine Anzeige von hoher Quali tät, die frei von unschönen Nachbildern ist, zu erzielen.

Die Erfindung wird nachstehend durch Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Zwei 1,1 mm dicke Glasplatten, die jeweils mit einem 100,0 nm dicken ITO-Film versehen waren, wurden jeweils durch eine Schleuderbeschichtungsvorrichtung, die sich mit einer Drehzahl von 3000 U/min drehte, mit einer 3,0%igen (Masse%) Lösung einer Polyamidsäure, die durch die nachstehend gezeigte Formel (II) dargestellt wird äund bei der Messung durch GPC ein Durch schnittsmolekulargewicht (Mn; Zahlenmittel) von 6·10⁴ zeigt), in einer Lösungsmittelmischung aus N-Methylpyrrolidon/n-Butyl cellosolve = 2/1 beschichtet.

Nach der Beschichtung wurde der aus der Polyamidsäurelösung er haltene Film einer Härtung unterzogen, indem er etwa eine Stun de lang bei 250°C erhitzt wurde, wobei ein 45,0 nm dicker Film gebildet wurde. Der Film wurde dann mit einem polyamidfaserbe besetzten Tuch bzw. Stoffin einer Richtung gerieben.

Auf einer der zwei auf diese Weise behandelten Glasplatten wur den Aluminiumoxidperlen mit einer Größe von 1,5 µm verteilt, und die andere Glasplatte wurde derart darübergelegt, daß ihre Reibachsen einander parallel und in derselben Richtung angeord net waren, wobei eine Leerzelle gebildet wurde.

Die Leerzelle wurde unter Vakuum mit einem ferroelektrischen, smektischen Flüssigkristall ("CS-1014" (Handelsname), erhält lich von Chisso K.K.) gefüllt, und der Flüssigkristall wurde nach dem Abdichten der Zelle allmählich von der isotropen Phase mit einer Geschwindigkeit von 0,5°C/h auf 30°C abgekühlt, wo durch eine Ausrichtung bewirkt wurde. Der "CS-1014"-Flüssigkri stall in der Zelle zeigte die folgende Phasenumwandlungsreihe:

Iso.: isotrope Phase,
Ch.: cholesterische Phase,
SmA: smektische A-Phase,
SmC*: chirale smektische C-Phase.

Der Versuch danach wurde bei 25°C durchgeführt.

Die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte Flüssig kristallzelle wurde zwischen einem Paar in einem Winkel von 90 Grad gekreuzten Nicolschen Polarisatoren angeordnet, um eine Flüssigkristallvorrichtung zu erhalten, und ihr wurde ein Im puls von 50 µs und 30 V zugeführt. Dann wurden die gekreuzten Nicolschen Polarisatoren in die Auslöschungsstellung gebracht (wodurch der dunkelste Zustand geliefert wird), und zu dieser Zeit wurde der Durchlässigkeitsgrad durch die Flüssigkristall vorrichtung mit einem Photoelektronenvervielfacher gemessen. Dann wurde der Vorrichtung ein Impuls von 50 µs und -30 V zuge führt, und der Durchlässigkeitsgrad (hellster Zustand) zu die ser Zeit wurde in derselben Weise gemessen, wobei die folgenden Meßwerte erhalten wurden: Neigungswinkel R = 14 Grad; Durchläs sigkeitsgrad im hellsten Zustand = 40%; Durchlässigkeitsgrad im dunkelsten Zustand = 1,5%; Kontrastverhältnis = 27:1.

Die ein Nachbild verursachende Verzögerung des optischen An sprechens betrug 0,2 s oder weniger.

Die Flüssigkristallvorrichtung wurde einer Multiplexansteuerung zur Anzeige unter Anwendung der in Fig. 12 gezeigten Ansteue rungs-Kurvenformen unterzogen, wodurch eine Anzeige von hoher Qualität mit einem hohen Kontrast erzielt wurde. Ferner wurde nach einer Bildanzeige eines vorgeschriebenen Schriftzeichen bildes die gesamte Bildfläche zu "Weiß" gelöscht, wobei kein Nachbild erkannt wurde. Unter Bezugnahme auf Fig. 12 sind bei S_N, S_N+1 und S_N+2 Spannungskurvenformen gezeigt, die an Abtast zeilen angelegt werden, ist bei I eine Spannungskurvenform ge zeigt, die an eine typische Datenzeile angelegt wird, und ist bei (I - S_N) eine kombinierte Spannungskurvenform gezeigt, die an die Datenzeile I und die Abtastzeile S_N angelegt wird. Bei der vorstehenden Ausführungsform wurde die Ansteuerung unter den Bedingungen V₀= 5 bis 8 Volt und ΔT = 20 bis 70 µs durch geführt.

Beispiel 2

Eine Flüssigkristallzelle wurde in derselben Weise wie in Bei spiel 1 hergestellt, jedoch wurden die Ausrichtungssteuerungs filme aus einem Polyimid (Mn = 5·10⁴) gebildet, das durch die Repetiereinheit der folgenden Formel (III) dargestellt wird:

An die erhaltene Zelle wurde zur Vorbehandlung 1 min lang eine Wechselspannung von 20 Volt und 50 Hz angelegt, und dann wurde die Zelle in derselben Weise wie in Beispiel 1 der Messung des Kontrastverhältnisses und des optischen Ansprechens unterzogen, wobei festgestellt wurde, daß das Kontrastverhältnis 24:1 und die Verzögerungszeit 0,4 s betrug.

Beispiele 3 bis 12

Flüssigkristallzellen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurden die Ausrichtungssteuerungsfilme (durch die Polyimid-Repetiereinheiten ausgedrückt; Mn = 4·10⁴ bis 5·10⁴) und die Flüssigkristallmaterialien verwendet, die in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt sind.

Die einzelnen Zellen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 geprüft (wobei jedoch die Zellen der Beispiele 4 und 11 der selben Vorbehandlung durch Anlegen von Wechselspannung wie in Beispiel 2 unterzogen wurden), wobei Meßwerte des Kontrastver hältnisses und der Verzögerungszeit des optischen Ansprechens erhalten wurden, die in der nachstehenden Tabelle 2 gezeigt sind.

Die einzelnen Zellen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 der Multiplexansteuerung zur Anzeige unterzogen, wobei in be zug auf Kontrast und Nachbild ähnliche Ergebnisse erhalten wur den.

Tabelle 1

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Tabelle 2

Vergleichsbeispiele 1 bis 4

Flüssigkristallzellen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurden die Ausrichtungssteuerungsfilme (durch handelsübliche Vorläufer-Polyamidsäure-Beschichtungsma terialien ausgedrückt) und die Flüssigkristallmaterialien ver wendet, die in der nachstehenden Tabelle 3 gezeigt sind. Die Meßwerte des Kontrastverhältnisses und der Verzögerung des op tischen Ansprechens, die bei jeder der Zellen gemessen wurden, sind in der nachstehenden Tabelle 4 gezeigt.

Die einzelnen Zellen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 der Multiplexansteuerung zur Anzeige unterzogen, wobei die erzielten Kontraste kleiner waren als die in Beispiel 1 erhal tenen und bei jeder Zelle ein Nachbild erkannt wurde.

Tabelle 3

Tabelle 4

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es mit der erfindungsge mäßen Flüssigkristallvorrichtung möglich, eine Anzeige von ho her Qualität zu erzielen, die durch einen hohen Kontrast zwi schen dem hellen und dem dunklen Zustand und insbesondere durch einen sehr hohen Kontrast während der Multiplexansteuerung ge kennzeichnet ist und trotzdem frei von einem unschönen Nachbild ist.

Claims

1. Flüssigkristallvorrichtung mit einem Paar Substraten und ei nem ferroelektrischen Flüssigkristall, der zwischen den Sub straten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf mindestens einem der Substrate des Paares ein Ausrichtungsfilm befindet, der aus einem Polyimid besteht, das eine Repetierein heit mit der folgenden Formel (I) hat: worin R₁ einen vierwertigen organischen Rest bezeichnet und x₁ bis X₈, unabhängig voneinander, jeweils eine Alkylgruppe mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen, eine Alkoxygruppe mit 1 bis 15 Koh lenstoffatomen, eine CF₃-Gruppe, ein Halogen- oder ein Wasser stoffatom bezeichnen, wobei vorausgesetzt ist, daß mindestens einer der Reste X₁ bis X₄ kein Wasserstoffatom ist und minde stens einer der Reste X₅ bis X₈ kein Wasserstoffatom ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R₁ in der Formel (I) eine Gruppe bezeichnet, die aus der folgenden Klasse ausgewählt ist:

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R₁ in der Formel (I) eine Gruppe bezeichnet, die aus der folgenden Klasse ausgewählt ist:

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Reste X₁ bis X₈ eine Alkyl- oder eine Al koxygruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bezeichnet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Reste X₁ bis X₈ eine Alkyl- oder eine Al koxygruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen bezeichnet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ferroelektrische Flüssigkristall unter der Wirkung des Ausrich tungsfilms einen gleichmäßigen Ausrichtungszustand annimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtungsfilm einer Reibbehandlung unterzogen worden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtungsfilm eine Dicke von 3,0 nm bis 1 µm hat.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtungsfilm eine Dicke von 20,0 nm bis 200,0 nm hat.