DE69024907T2

DE69024907T2 - Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung

Info

Publication number: DE69024907T2
Application number: DE69024907T
Authority: DE
Inventors: Yasuto Kodera
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-10-26
Filing date: 1990-10-25
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2010-10-26
Also published as: JP2645754B2; EP0424944A3; EP0424944B1; EP0424944A2; DE69024907D1; ES2081895T3; ATE133273T1; JPH03139614A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallvorrichtung unter Verwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls, die in ein Bildanzeigegerät, ein Aufzeichnungsgerät usw. eingebaut werden kann.
Clark und Lagerwall haben eine Flüssigkristallvorrichtung vorgeschlagen, die Bistabilität zeigt (U.S. Patent Nr. 4, 367, 924 usw.). Als Flüssigkristall, der Bistabilität zeigt, wird ein ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet, der eine chiral smektische C-phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) annmimmt. Der ferroelektrische Flüssigkristall nimmt bistabile Zustände an, einschließlich eines ersten optisch stabilen Zustandes und eines zweiten optisch stabilen Zustandes in Abhängigkeit von dem elektrischen Feld. Entsprechend wird, im Unterschied zu einem Flüssigkristall vom TN-Typ, der in einer herkömmlichen optischen Modulationsvorrichtung verwendet wird, der Flüssigkristall in einen ersten optisch stabilen Zustand als Reaktion auf einen elektrischen Feldvektor orientiert, und er wird beispielsweise in einen zweiten optisch stabilen Zustand als Reaktion auf den anderen elektrischen Feldvektor orientiert. Ferner hat dieser Typ von Flussigkristall die Eigenschaften, daß er schnell auf ein angelegtes elektrisches Feld reagiert, wobei er einen der vorstehend erwähnten zwei stabilen Zustände annimmt und den sich ergebenden Zustand in der Abwesenheit eines elektrischen Feldes beibehält. Wenn eine Flüssigkristallvorrichtung unter Verwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls, der solche Eigenschaften zeigt, aufgebaut wird, ist es möglich, wesentliche Verbesserungen bei vielen Problemen, einschließlich der schlechten Sichtwinkeleigenschaft, die mit einer herkömmlichen Vorrichtung vom TN-Typ verbunden ist, zu erhalten.
In einer bisher verwirklichten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung, die Bistabilität zeigt, ist jedoch nicht immer ein zufriedenstellender gleichfrmiger Ausrichtungszustand des Flüssigkristalls gebildet worden. Ferner ist in einer Flüssigkristallvorrichtung mit einem kleinen Vor-Tiltwinkel (kleiner als 5 Grad) der Tiltwinkel des Flüssigkristalls in der chiral smektischen Phase kleiner als 22,5 Grad, was einen maximalen Lichtdurchlaßgrad bereitstellt, aber er ist höchstens ein Winkel der Größenordnung von 8 Grad, womit ein ausreichend großer Kontrast nicht bereit gestellt wird. Andererseits treten in einer Flüssigkristallvorrichtung mit einem großen Vor- Tiltwinkel (≥ 5 Grad) vier Ausrichtungszustände auf, einschließlich zwei Zuständen (gleichförmige Ausrichtungszustände), die einen hohen Kontrast bereitstellen, und weiteren zwei Zuständen (Spreizungs- bzw. Ausschrägungs- ("Splay"-) Ausrichtungszustände), die einen niedrigen Kontrast bereit stellen, so daß ein großer Kontrast, wie er in manchen Fällen erwünscht ist, nicht erhalten werden kann. Ferner ist in dem Fall, daß der Vor- Tiltwinkel 35 Grad oder größer ist, der Unterschied der Richtung, die durch die Ausrichtungsfilme auf einem Substratpaar geregelt wird, zu groß, so daß die Neigung besteht, daß die Ausrichtungsachsen des Flüssigkristalls getrennt werden, in eine in einem Bereich, der von einem Substrat geregelt wird, und in eine andere in einem Bereich, der von dem anderen Substrat geregelt wird, womit ein erhöhter Kontrast nicht bereit gestellt wird.
Ferner ist es möglich, daß bei einem Betrieb unter Anlegen von konstanten Spannungen es nicht gelingt, eine Hell-Dunkel- Anzeige über die Gesamtheit oder einen Teil des Anzeigebereichs bereit zu stellen. Entsprechend der vorliegenden Untersuchung ist gefunden worden, daß das vorstehende Nichtgelingen einer Hell-Dunkel-Anzeige durch einen lokalen Unterschied der Schwellwertspannung aufgrund der Unregelmäßigkeit der Zelldicke und/oder eine Veränderung der Schwellwertspannung aufgrund der Temperaturveränderung über die Gesamtheit oder einen Teil der Anzeigefläche verursacht wird. Die Hell-Dunkel-Anzeige kann über die gesamte Anzeigefläche stabilisiert werden, indem man die angelegte Spannungswellenform verändert, aber dadurch kann ein weiteres Problem verursacht werden, aufgrund der Verengung der Antriebsspanne, die zu einem niedrigeren Kontrast führt.
In dem Dokument WO-A-87/06020, das den nächsten Stand der Technik darstellt, wird eine ferrolelektrische Flüssigkristallvorrichtung beschrieben, umfassend ein Paar parallele Substrate und einen ferroelektrischen Flüssigkristall, der zwischen den Substraten angeordnet ist. Auf jedem Substrat gibt es eine Gruppe von Elektroden zum Betreiben des ferroelektrischen Flüssigkristalls, und jedes Substrat ist mit einer einachsigen Ausrichtungsachse zum Ausrichten der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle nahe der Oberfläche entlang einer vorbestimmten Richtung ausgestattet. Insbesondere werden die Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet, wobei sie einen Vor-Tiltwinkel von 0 bis 45 Grad mit den Flüssigkristall-Ausrichtungsoberflächen der Substrate bilden.
Um einen hohen Kontrast und eine annehmbare visuelle Erscheinung für eine Anzeige bereit zu stellen, wird gemäß dem Dokument WO-A-87/06020 eine spezielle Wand- Oberflächenbehandlung verwendet, d.h. ein Strom von Siliziummonoxid wird auf die Wand abgeschieden.
Darüber hinaus wird in dem Dokument US-A-4 778 259 eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung beschrieben, bei der ein geriebener oder aufgedampfter Film auf dem Substrat verwendet wird, wobei ein Schnittwinkel (Θ) von 5 bis 85 Grad und vorzugsweise ein Schnittwinkel (Θ) von 20 bis 70 Grad erhalten wird.
Darüber hinaus wird in dem Dokument EP-A-0 286 539 eine Flüssigkristall-Ausrichtung beschrieben, bei der ein Vor-Tilt an nur eine Flüssigkristall-Ausrichtungsoberfläche und kein Vor-Tilt an das andere Substrat gezeigt wird. Insbesondere wird ein Substrat behandelt, um die Moleküle nahe seiner Oberfläche entlang einer bestimmten Richtung und mit einem vorbestimmten Vor-Tiltwinkel auszurichten, während das entgegengesetzte Substrat zum Ausrichten der Moleküle parallel zur Oberfläche des Substrats entlang zweier Richtungen behandelt wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristallvorrichtung bereit zu stellen, die einen hohen Kontrast und eine annehmbare visuelle Erscheinung für eine Anzeige zeigt, während ihre Herstellungskosten niedrig sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung gelöst, die ein Paar Substrate und einen ferroelektrischen Flüssigkristall umfaßt, der zwischen den Substraten angeordnet ist, wobei auf jedem Substrat eine Gruppe von Elektroden zum Betreiben des ferroelektrischen Flüssigkristalls ist und wobei jedes Substrat mit einer einachsigen Ausrichtungsachse zum Ausrichten der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle ausgestattet ist, wobei die Flüssigkristallmoleküle so ausgerichtet werden, daß sie einen Direktor bereitstellen, der einen Vor-Tiltwinkel (α) von 5 bis 35º mit den Flüssigkristall-Ausrichtungsoberflächen der Substrate bildet, wobei die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß auf jedem Substrat ein geriebener organischer Ausrichtungsfilm ist, der mit der einachsigen Ausrichtungsachse ausgestattet ist, und daß die Ausrichtungsachsen so eingestellt sind, daß sie sich bei einem vorgeschriebenen Schnittwinkel (Θ) von 2 bis 15º schneiden.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend durch ein Beispiel und in Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist Blockdiagramm, das ein Antriebssystem für eine Flüssigkristallvorrichtung zeigt, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht von Ausführungsformen der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3A bis 3C sind Querschnittsansichten, die jeweils entlang der Linie A-A in Fig. 2 genommen sind, die verschiedene Querschnittsstrukturen der Ausführungsform zeigen.
Fig. 4A und 4B sind schematische Draufsichten, die jeweils eine Weise des Schnitts der einachsigen Ausrichtungsachsen veranschaulichen, die für ein Paar Substrate in einer Flüssigkristallvorrichtung, die in Fig. 2 gezeigt wird, bereitgestellt sind.
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die einen Vor- Tiltwinkel veranschaulicht, der durch ein Flüssigkristallmolekül gegen eine Flüssigkristall- Ausrichtungsoberfläche gebildet wird.
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die die molekularen Orientierungsachsen (Direktoren) bei zahlreichen Punkten zwischen den Substraten in vier Ausrichtungszuständen zeigt.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit des Kontrastverhältnisses vom Vor-Tiltwinkel und vom Schnittwinkel zeigt.
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Antriebsspanne ("drive margin") vom Schnittwinkel und vom Vor-Tiltwinkel zeigt.
Fig. 9 ist ein Zeitdiagramm von einer Gruppe von Antriebsspannungs-Wellenformen zum Messen der Antriebsspanne.
Fig. 10 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Antriebsspanne.
Fig. 11 und 12 sind Ansichten, die eine Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung gemäß der Erfindung zeigen, die auf ein Bilderzeugungsgerät angewendet wird.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Antriebssystem für eine Flüssigkristallvorrichtung zeigt, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 2 ist eine Draufsicht, die mehreren Ausführungsformen der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung der vorliegenden Erfindung gemeinsam ist, und die Fig. 3A bis 3C sind Querschnittsansichten der Ausführungsform mit unterschiedlichen laminaren Strukturen, die jeweils entlang der Linie A-A in Fig. 2 genommen worden sind.
Zuerst wird ein Flüssigkristall-Anzeigegerät gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt. In Fig. 1, das ein Blockdiagramm eines Flüssigkristall-Anzeigegeräts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, umfaßt das Gerät eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung 100 gemäß der Erfindung, eine abtastende oder Abtastleitungs- Antriebsvorrichtung 111 als eine Einrichtung zum Anlegen eines Abtastsignals an die Abtastleitungen (Elektroden) auf der Grundlage von Bildsignalen, eine Datenleitungs- Antriebseinrichtung 112 als eine Einrichtung zum Anlegen von Datensignalen an die Datenleitungen (Elektroden) auf der Grundlage von Bildsignalen zum Antreiben der ferroelektrischen Flüsigkristallvorrichtung 100 in Kombination mit der Abtastleitungs-Antriebseinrichtung 111, ein rückseitiges Licht 113 als eine Beleuchtungslichtquelle, eine FLC-Steuerung 114 zum Steuern des Antriebs der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung 100, eine Energie-Versorgungssteuerung 115 als eine Einrichtung zum Versorgen der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung 100 mit Energie und das rückseitige Licht 113 und ein Computer-Hauptkörper 116 zum Steuern des gesamten Betriebs des Flüssigkristall-Anzeigegeräts.
Eine Zellenstruktur 100, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt wird, umfaßt ein Paar Substrate 101 und 101a aus Glasplatten oder Kunststoffplatten, die mit Abstandshaltern 104 in einem vorbestimmten Abstand gehalten werden und mit einem Klebstoff 106 abgedichtet sind, wobei eine Zellstruktur gebildet wird, die mit einem Flüssigkristall gefüllt ist. Auf dem Substrat 101 ist ferner eine Elektrodengruppe (z.B. eine Elektrodengruppe zum Anlegen von Abtastspannungen einer Matrix-Elektrodenstruktur), umfassend eine Vielzahl von transparenten Elektroden 102 in einem vorbestimmten Muster, z.B. einem Streifenmuster, gebildet. Auf dem Substrat 101a ist eine weitere Elektrodengruppe (z.B. eine Elektrodengruppe zum Anlegen von Datenspannungen der Matrix- Elektrodenstruktur) umfassend eine Vielzahl von transparenten Elektroden 102a, die sich mit den transparenten Elektroden 102 schneiden, gebildet.
In der vorliegenden Erfindung kann ein isolierender Film zum Verhindern von Kurzschluß gebildet sein, wobei er mindestens eine Seite der vorstehend erwähnten transparenten Elektroden 102 und 102a bedeckt. In der in Fig. 3A gezeigten Vorrichtung werden jedoch solche isolierenden Filme nicht verwendet, so daß die Ausrichtungssteuerungsfilme 105 und 105a direkt über den transparenten Elektroden 102 und 102a, die jeweils auf den Substraten 101 und 101a gebildet sind, angeordnet sind. In der in Fig. 3B gezeigten Vorrichtung sind auf den Substraten 101 und 101a isolierende Filme zum Verhindern von Kurzschluß 109 und 109a und jeweils
Ausrichtungssteuerungsfilme 105 und 105a angeordnet. In der in Fig. 3C gezeigten Vorrichtung sind ein isolierender Film zum Verhindern von Kurzschluß 109a und ein Ausrichtungssteuerungsfilm 105a auf dem Substrat 101a gebildet, und ein Ausrichtungssteuerungsfilm 105 ist direkt auf dem Substrat 101 angeordnet.
In diesem Fall, wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt, sind die vorstehend erwähnten einachsigen Ausrichtungsachsen 401 und 402 für das Paar Substrate 101 und 101a bereit gestellt, so daß sie einander bei einem Schnittwinkel Θ schneiden. Der Schnittwinkel Θ kann sich in Abhängigkeit von dem ferroelektrischen Flüsigkristallmaterial und der Art des Ausrichtungssteuerungsfilms verändern, aber er kann vorzugsweise in einem Bereich von 2 bis 25º ausgewählt sein. Andererseits ist der Vor-Tiltwinkel α, der zwischen der Flüssigkristall-Ausrichtungsoberfläche 502 und dem Flüssigkristallmolekül 503 gebildet ist, in dem Bereich von 5 bis 35º ausgewählt.
Ferner können die isolierenden Filme zum Verhindern von Kurzschluß 109 und 109a in einer Dicke von 20nm (200Å) oder größer, vorzugsweise Sonm (500Å) oder größer gebildet sein, mit einem anorganischen isolierendem Material wie beispielsweise SiO&sub2;, TiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, Si&sub3;N&sub4; und BaTiO&sub3;. Die Filmbildung kann beispielsweise durch Sputtern bzw. Zerstäuben, Ionenstrahl-Verdampfung oder Kalzinierung einer organischen Titanverbindung, einer organischen Silanverbindung oder einer organischen Aluminiumverbindung bewirkt werden. Die organische Titanverbindung kann beispielsweise eine Alkyl- (Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, usw.) Titanatverbindung sein, und die organische Silanverbindung kann ein gewöhnlicher Silan-Haftvermittler sein. In dem Fall, in dem die Dicke der isolierenden Filme zum Verhindern von Kurzschluß 109 und 109a unterhalb 20nm (200Å) ist, kann ein ausreichender Effekt der Verhinderung von Kurzschluß nicht erreicht werden. Andererseits nimmt, wenn die Dicke oberhalb 500nm (5000Å) ist, die effektive Spannung, die an die Flüssigkristallschicht angelegt wird, wesentlich ab, so daß die Dicke auf 5OOnm (5000Å) oder weniger, vorzugsweise 200nm (2000Ä) oder weniger eingestellt werden kann.
Das Flüssigkristallmaterial, das geeignet gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein chiral smektischer Flüssigkristall, der Ferroelektrizität zeigt. Insbesondere können Flüssigkristalle in chiral smektischen C- Phasen (SmC*), chiral smektischen G-Phasen (SmG*), chiral smektischen F-Phasen (SmF*), chiral smektischen I-Phasen (SmI*) oder chiral smektischen H-Phasen (SmH*) verwendet werden.
Details von ferroelektrischen Flüssigkristallen können beispielsweise in LE JOURNAL DE PHYSIQUE LETTERS 36 (L-69) 1975, "Ferroelectric Liquid Crystals"; Applied Physics Letters 36 11, 1980, "Submicro Second Bi-stable Electrooptic Switching in Liquid crystals"; Kotai Butsun (Solid-State Physics) 16 (141) 1981, "Ekisho (Liquid Crystals)"; den U.S. Patentschriften Nr. 4,561,726; 4,589,996; 4,592,858; 4,596,667; 4,613,209; 4,614,609; 4,622,165; usw. beschrieben sein. Chiral smektische Flüssigkristalle, die in diesen Dokumenten beschrieben sind, können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Weitere spezifische Beispiele für ferroelektrische Flüssigkristalle können Decycloxybenzyliden-p'-amino-2- methylbutylcinnamat (DOBAMBC), Hexyloxybenzyliden-p'-amino-2- chloropropylcinnamat (HOBACPC), und 4-O-(2- Methyl)butylresorcyliden-4'-octylanilin (MBRA 8) umfassen.
Nachstehend werden einige Beispiele der tatsächlichen Herstellung gezeigt.
Beisdiele 1 bis 5:
Zwei 1,1 mm dicke Glassubstrate als ein Paar Substrate wurden jeweils mit ITO-Streifenelektroden versehen und dann mit einem 50nm (500Å) dicken isolierenden Film aus SiO&sub2; durch Sputtern beschichtet, um Kurzschluß zwischen den Elektroden auf dem Substrat zu verhindern. Dann wurde jedes so behandelte Substrat mit einer 1,0%-Ltsung aus einer Polyimid bildenden Flüssigkeit ("LQ1802", hergestellt von Hitachi Kasei K.K.) durch einen Rotationsbeschichter beschichtet, die sich bei 3000 U/min 30 Sekunden lang dreht, und dann zum Härten bei 300ºC ungefähr eine Stunde lang unter Bildung eines 15nm (150Å) dicken Polyimid-Ausrichtungsfilms erhitzt. Dann wurden die jeweiligen Polyimid-Ausrichtungsfilme gerieben, so daß sie mit Reib-Achsen (einachsigen Ausrichtungsachsen) in einer Beziehung, wie sie nachstehend erklärt werden wird, ausgestattet waren. Dann wurde auf einem der somit behandelten Substrate Aluminiumoxid-Perlen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von ungefähr 1,5µm (Mikrometern) dispergiert, und das andere Substrat wurde darauf überlagert, so daß sich ihre Streifenelektroden schnitten, und ihre einachsigen Ausrichtungsachsen einander bei einem vorgeschriebenen Winkel Θ, wie in Fig. 4A gezeigt, schnitten. Dann wurden die zwei Substrate miteinander unter Bildung einer Rohzelle befestigt.
Die Zelle wurde dann mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall ("CS1014" (Handelsbezeichnung), hergestellt von Chisso K.K.) unter Vakuum befüllt und dann wurde nach dem Abdichten der Flüssigkristall schrittweise abgekühlt, wobei eine chiral smektische Phase ausgerichtet wurde. Der Vor- Tiltwinkel α zwischen dem Direktor der Flüssigkristallmoleküle und den Flüssigkristall- Ausrichtungsoberflächen der somit erhaltenen Flüssigkristallzelle war, wie man fand, 120, wie durch das Kristall-Drehverfahren (Jpn. J. Appl. Phys. Bd. 19 (1980), Nr. 10) gemessen.
In der vorstehend beschriebenen Weise wurden fünf Flüssigkristallzellen mit Schnittwinkeln Θ von 2º, 5º, 10º, 15º und 25º jeweils innerhalb des durch die vorliegende Erfindung angegebenen Bereichs hergestellt, und einer Beobachtung der Ausrichtungszustände, Bistabilität bei Anlegen eines einzelnen Impuls einer ausreichenden Spannung und Messung der Kontrastverhältnisse unter gekreuzten Nicols unterzogen, wodurch die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse, die nachstehend erscheint, erhalten wurden.
Ferner wurde die vorstehend hergestellte Matrix-Anzeigezelle einer Messung einer Antriebsspanne unter gekreuzten Nicols durch Anlegen einer Gruppe von Antriebs-Wellenformen, die in Fig. 9 gezeigt sind, unterzogen. Das Ergebnis ist ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt. In Fig. 9 werden bei SN, SN+1, SN+2... Spannungs-Wellenformen gezeigt, die an die jeweiligen Abtastelektroden SN, SN+1... angelegt werden; bei 1 ist eine Spannungs-Wellenform gezeigt, die an eine Datenelektrode I angelegt wird; und bei I-SN usw. sind Spannungs-Wellenformen gezeigt, die an die Pixel angelegt werden, die bei den jeweiligen Schnittpunkten der Abtastelektroden SN... und der Datenelektrode I gebildet sind.
Hier wurde die Antriebsspanne wie folgt gemessen. Die Gruppe der Antriebs-Wellenformen, die in Fig. 9 gezeigt sind, wurde an eine Matrix-Zelle angelegt, während die Einheitsimpulsbreite T verändert wurde. Wenn ein heller Zustand und ein dunkler Zustand unter gekreuzten Nicols innerhalb der jeweiligen Bereiche für T geschrieben werden, wie in Fig. 10 gezeigt, mit T&sub1; als die untere Grenzbreite, damit sich ein heller Zustand in einem normalen Ausrichtungszustand ergibt, und T&sub2; als die obere Grenzbreite, damit sich ein dunkler Zustand in einem normalen Ausrichtungszustand ergibt, ist die Antriebsspanne durch (T&sub2; - T&sub1;)/(T&sub1; + T&sub2;) definiert, welche mit einem Ansteigen der Überlappung der Bereiche zum Schreiben von sowohl der hellen als auch der dunklen Zustände ansteigt und ein Maß des Leistungsvermögens der Vorrichtung bereitstellt.

Vergleichsbeispiel 1:

Eine Flüssigkristallzelle wurde in derselben Weise wie in den Beispielen 1 - 5 hergestellt, außer, daß der Schnittwinkel Θ zwischen den Reib-Achsen auf 0º eingestellt war. Der gemessene Vor-Tiltwinkel α war 12º. Als ein Ergebnis der Beobachtung des Ausrichtungszustands in der Zelle wurden zwei Zustände einschließlich eines Spreizungs- ("Splay-") Ausrichtungszustands, der einen niedrigen Kontrast ergibt, und eines gleichförmigen Ausrichtungszustands, der einen hohen Kontrast ergibt, gefunden. Es wurde gemessen, daß der Kontrast 10 war. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die Positionen der Direktoren bei verschiedenen Punkten zwischen den Substraten in Spreizungs- und gleichförmigen Ausrichtungszuständen veranschaulicht. In Fig. 6 wird bei 601 bis 604 jeweils eine Veränderung der Direktor-Positionen entlang der Dicke gezeigt, wobei eine Direktor-Position entlang einem chiral smektischen Kegel durch einen Stab dargestellt wird, der auf dem Boden (als ein Kreis dargestellt) des Kegels als eine Ansicht, die von dem Boden gesehen wird, dargestellt wird. Bei 601 und 602 werden zwei Orientierungszustände in der Spreizungs-Anordnung gezeigt und bei 603 und 604 werden zwei Orientierungszustände in der gleichförmigen Ausrichtung gezeigt.
In der Zelle von diesem Vergleichsbeispiel traten die Spreizungs-Ausrichtung und die gleichformige Ausrichtung als Mischung auf, so daß man annahm, daß die Zelle keinen hohen Kontrast trotz eines großen Vor-Tiltwinkels α von 12º bereitstellt.
Ferner waren, als die Zelle der Messung der Antriebsspanne unterzogen wurde, der Spreizungs-Ausrichtungszustand und der gleichförmige Ausrichtungszustand gleichzeitig bei jedem Wert von T, der Schalten zuließ, vorhanden, womit das Schalten zwischen dem hellen und dem dunklen Zustand in dem gleichförmigen Ausrichtungszustand, der sich über die gesamte Bildfläche erstreckte, nicht zugelassen wurde.

Vergleichsbeispiele 2 bis 5:

Vier Typen von Flüssigkristallzellen, die jeweils mit Schnittwinkeln Θ von 0º, 2º, 10º und 25º ausgestattet waren, wurden in derselben Weise wie in den Beispielen 1 bis 5 hergestellt, außer, daß eine Polyimid bildende Lösung "LP 64" (hergestellt von Toray K.K.) anstelle der Polyimid bildenden Lösung "LQ1802", die in den Beispielen 1 bis 5 verwendet wurde, verwendet wurde. Die Flüssigkristallzellen zeigten einen Vor-Tutwinkel α von 2,5º, wenn mit demselben Verfahren wie in den Beispielen 1 bis 5 gemessen. Die Kontrastverhältnisse der Zellen, die jeweils gemessen wurden, sind in der nachstehend erscheinenden Tabelle 2 gezeigt.
Wie in Tabelle 2 gezeigt, stellten die Flüssigkristallzellen mit einem kleinen Vor-Tiltwinkel von 2,5º keinen wesentlichen Anstieg des Kontrastverhältnisses bereit, selbst bei einem bestimmten Schnittwinkel zwischen den einachsigen Ausrichtungsachsen.

Verpleichsbeispiele 6 bis 9:

Vier Typen von Flüssigkristallzellen, die jeweils mit Schnittwinkeln Θ von 0º, 2º, 10º und 25º ausgestattet waren, wurden in derselben Weise wie in den Beispielen 1 bis 5 hergestellt, außer, daß eine Polyimid bildende Lösung "SE 100" (hergestellt von Nissan Kagaku K.K.) anstelle der Polyimid bildenden Lösung "LQ 1802", die in den Beispielen 1 bis 5 verwendet wurde, verwendet wurde. Die Flüssigkristallzellen zeigten einen Vor-Tiltwinkel von 4,0º, wenn mit demselben Verfahren wie in den Beispielen 1 bis 5 gemessen.
Die Kontrastverhältnisse und die Antriebsspielräume der Zellen wurden gemessen, wodurch keine gleichförmige Ausrichtung, die einen hohen Kontrast bereit stellt, erzeugt wurde, sondern nur ein Spreizungs-Ausrichtungszustand, der einen niedrigen Kontrast bereitstellt, erzeugt wurde, während die Antriebsspielräume gemessen werden konnten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.

Beispiele 6 bis 9 und Vergleichsbeispiel 10:

Fünf Typen von Flüssigkristallzellen, die jeweils mit Schnittwinkeln Θ von 0º, 2º, 10º, 15º und 25º ausgestattet waren, wurden in derselben Weise wie in Beispielen 1 bis 5 hergestellt, außer, daß eine Polyimid bildende Lösung ("RN- 626" (hergestellt von Nissan Kagaku K.K.) anstelle der Polyimid bildenden Lösung "LQ 1802", die in den Beispielen 1 bis 5 verwendet wurde, verwendet wurde. Die Flüssigkristallzellen zeigten einen Vor-Tutwinkel von 5,0º, wenn mit demselben Verfahren wie in den Deispielen 1 bis 5 gemessen. Die Kontrastverhältnisse der Zellen, die jeweils gemessen wurden, sind in Tabelle 4, die nachstehend erscheint, gezeigt.
In der Zelle von Vergleichsbeispiel 10 traten bei einem Schnittwinkel Θ von 0º die vorstehend erwähnte Spreizungs- Ausrichtung und gleichförmige Ausrichtung in Mischung auf, so daß eine wesentliche Verbesserung des Kontrasts nicht erzielt wurde. Andererseits wurde in den Zellen der Beispiele 6 bis 9 eine gleichförmige Ausrichtung gebildet, wobei ein wesentlich verbesserter Kontrast bereit gestellt wurde.

Beispiele 10 bis 14:

Fünf Typen von Flüssigkristallzellen, die jeweils mit Schnittwinkeln Θ von 2º, 5º, 10º, 15º und 25º bereitgestellt waren, wurden in derselben Weise wie in den Beispielen 1 bis 5 hergestellt, außer, daß die einachsigen Ausrichtungsachsen, die für jedes Paar Substrate bereit gestellt waren, zueinander entgegengesetzt waren, wie in Fig. 4B gezeigt. Die Flüssigkristallzellen zeigten einen Vor-Tutwinkel von 8,5º. Die Kontrastverhältnisse der Zellen, die jeweils unter gekreuzten Nicols gemessen wurden, sind in der nachstehend erscheinenden Tabelle 5 gezeigt.

Beispielels bis 19:

Vier Typen von Flüssigkristallzellen, die jeweils mit Schnittwinkeln Θ von 2º, 5º, 10º, 20º und 25º ausgestattet waren, wurden in derselben Weise wie in den Beispielen 1 bis 5 hergestellt, außer, daß ein ferroelektrischer Flüssigkristall "CS 1011" (Handelsbezeichnung, hergestellt von Chisso K.K.) anstelle des ferroelektrischen Flüssigkristalls "CS 1014" (Handelsbezeichnung, hergestellt von Chisso K.K.), der in den Beispielen 1 bis 5 verwendet wurde, verwendet wurde. Die Flüssigkristallzellen zeigten einen Vor-Tiltwinkel von 10,5º. Die Kontrastverhältnisse der Zellen, die jeweils gemessen wurden, sind in der nachstehend erscheinenden Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 1 (α = 12 Grad) Θ (Grad) Ausrichtungszustand Bistabilität Kontrastverhältnis Antriebsspanne Kein Defekt Gesamter Bereich invertiert Defekte Spreizungs-Ausrichtung Tabelle 2 (α = 2,5 Grad) Vergleichsbeispiel Nr. Θ (Grad) Kontrastverhältnis Tabelle 3 (α = 4,0 Grad) Vergleichsbeispiel Nr. Θ (Grad) Kontrastverhältnis Antriebsspanne Tabelle 4 (α = 5,0 Grad) Θ (Grad) Kontrastverhältnis Tabelle 5 (α 8,5 Grad) Θ (Grad Kontrastverhältnis Tabelle 6 (α = 10,5 Grad) Θ (Grad) Kontrastverhältnis
Die in den Tabellen 1 bis 6 gezeigten experimentellen Daten sind in einer graphischen Darstellung von Fig. 7 zusammengefaßt, worin die Kontrastverhältnisdaten gegen die Schnittwinkeldaten für zahlreiche Vor-Tiltwinkel α als Parameter aufgetragen sind. Somit zeigt Fig. 7 die Abhängigkeit des Kontrastverhältnisses C/R von sowohl dem Schnittwinkel Θ als auch dem Vor-Tiltwinkel α.
Aus der graphischen Darstellung ist verständlich, daß es einen bemerkenswerten Unterschied der Abhängigkeit des Kontrastverhältnisses vom Schnittwinkel Θ zwischen den Fällen gibt, in denen der Vor-Tiltwinkel unterhalb 5,0º ist und in den Fällen, in denen der Vor-Tiltwinkel 5º oder größer ist. Ferner stellt in dem Fall, in dem der Schnittwinkel 0º ist, der Anstieg des Vor-Tiltwinkels α keine wesentliche Verbesserung des Kontrastverhältnisses bereit. Somit ist es, um das Kontrastverhältnis zu verbessern, wichtig, beide Parameter zu optimieren, d.h. den Vor-Tiltwinkel α und den Schnittwinkel Θ zwischen den Ausrichtungsachsen.
Die in den Tabellen 1 und 3 gegebenen Antriebsspannedaten sind einschließlich in Fig. 8 gezeigt, woraus verständlich ist, daß der Tiltwinkel α und der Schnittwinkel Θ innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung eine große Antriebsspanne bereit stellen, womit eine Hell-Dunkel-Anzeige über breite Betriebsbedingungen zugelassen wird.
Als nächstes wird die Anwendung der vorstehend erwähnten Flüssigkristallvorrichtung auf ein Bilderzeugungsgerät unter Bezugnahme auf Fig. 11 erklärt, die ein elektrophotographisches Bilderzeugungsgerät unter Verwendung der vorstehenden Flüssigkristallvorrichtung als Flüssigkristall-Verschluß zum Modulieren und Steuern einer Lichtmenge, der ein photoempfindliches Element ausgesetzt wird, zeigt. Fig. 12 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die einige wichtige Teile des Geräts zeigt. In den Fig. 11 und 12 umfaßt das Bilderzeugungsgerät: eine Belichtungslampe 1 als eine Lichtquelle, einen Flüssigkristall-Verschluß 2 von dem vorstehend beschriebenen Typ mit einem Paar Polarisatoren (nicht speziell gezeigt), eine Bilderzeugungselement-Anordnung 3 mit kurzer Brennweite, eine lichtempfindliche Trommel 4, eine Ladungsvorrichtung 5, eine Entwicklungsvorrichtung 6, einen Entwicklungszylinder 7, eine Übertragungsblattführung 8, eine Übertragungsladungsvorrichtung 9, eine Reinigungsvorrichtung 10, ein Reinigungsmesser 11 und eine Blattzufuhrführung. In diesen Figuren wird die lichtempfindliche Trommel 4, die sich in Pfeilrichtung dreht, zuerst durch eine Ladungsvorrichtung 5 geladen. Dann wird die lichtempfindliche Trommel 4 unter Erzeugung eines elektrostatischen latenten Bildes auf der lichtempfindlichen Trommel mit Licht, das in Abhängigkeit von Bilddaten moduliert worden ist, beleuchtet. Wie besser in Fig. 12 gezeigt, wird die Lichtmodulation durch selektives Unterbrechen oder Durchlassen des Lichtes von der Belichtungslampe 1 durch den Flüssigkristall-Verschluß 2 bewirkt, indem die Verschlußelemente in einer Anordnung angeordnet sind, die im allgemeinen entlang der Achse der lichtempfindlichen Trommel 4 angeordnet sind. Die Verschlußelemente sind in einer versetzten Weise angeordnet, wie gezeigt, um die Dichte der Anordnung zu erhöhen. Um das Licht von der Belichtungslampe 1 auf den Flüssigkristall- Verschluß 2 zu bündeln, ist es möglich, eine Stablinse 15, wie in Fig. 12 gezeigt, anzuordnen.
Dassomit gebildete elektrostatische latente Bild wird durch Anbringen eines geladenen Toners auf dem Entwicklungszylinder 7 entwickelt. Das auf der lichtempfindlichen Trommel 4 gebildete Tonerbild wird auf ein Übertragungsblatt 13, das von einer Papier-Zufuhrkassette (nicht gezeigt) zugeführt wird, unter Entladung durch die Übertragungs-Ladevorrichtung 9 von der Rückseite des Übertragungsblatts 13, übertragen. Das Tonerbild auf dem Übertragungsblatt 13 wird dann durch eine Fixiervorrichtung (nicht gezeigt) fixiert. Andererseits wird ein Bereich des Toners, der ungenutzt auf der lichtempfindlichen Trommel 4 verbleibt, von der Trommeloberfläche durch das Reinigungsmesser 11 abgekratzt, wobei es in der Reinigungsvorrichtung 10 wiedergewonnen wird. Ferner wird die auf der lichtempfindlichen Trommel 4 verbleibende elektrische Ladung durch Beleuchtung mit einer Vor-Belichtungslampe 14 ausgelöscht.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Flüssigkristallvorrichtung bereit gestellt, umfassend einen ferroelektrischen Flüssigkristall, der zwischen einem Paar Substraten bereitgestellt ist, die jeweils mit einer einachsigen Ausrichtungsachse ausgestattet sind, wobei die einachsigen Ausrichtungsachsen so angeordnet sind, daß sie einander bei einem vorgeschriebenen Schnittwinkel schneiden, und der Vor-Tiltwinkel zwischen den Flüssigkristallmolekülen und den Flüssigkristall- Ausrichtungsoberflächen ist auf 5 bis 35º eingestellt, wodurch eine gute Ausrichtungseigenschaft erreicht wird, wobei ein erhöhtes Kontrastverhältnis und auch eine erhöhte Antriebsspanne bereit gestellt wird, womit eine Hell-Dunkel- Anzeige unter breiten Betriebsbedingungen zugelassen wird.

Claims

1. Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, umfassend ein Paar Substrate (101, 101a) und einen ferroelektrischen Flüssigkristall (103), der zwischen den Substraten (101, 101a) angeordnet ist, wobei auf jedem Substrat eine Gruppe Elektroden (102, 102a) zum Betreiben des ferroelektrischen Flüssigkristalls (103) ist und wobei jedes mit einer einachsigen Ausrichtungsachse (401, 402) zum Ausrichten der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle (503) ausgestattet ist, wobei die Flüssigkristallmoleküle (503) so ausgerichtet werden, daß sie einen Direktor bereitstellen, der einen Vor- Tiltwinkel (α) von 5 bis 350 mit den Flüssigkristall- Ausrichtungsoberflächen (502) der Substrate (101, 101a) bildet, wobei die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß auf jedem Substrat (101, lola) ein geriebener organischer Ausrichtungsfilm (105, 105a) ist, der mit der einachsigen Ausrichtungsachse (401, 402) ausgestattet ist, und daß die Ausrichtungsachsen (401, 402) so eingestellt sind, daß sie einander bei einem vorgeschriebenen Schnittwinkel (Θ) von 2 bis 15º schneiden.

2. Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittwinkel (Θ) 5 bis 15º ist.

3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch

Betriebseinrichtungen (111, 112) zum Betreiben der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung (100) auf der Grundlage von Bildsignalen und eine Lichtquelle (113).

4. Flüssigkristall-Anzeigegerät, umfassend eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

Einrichtungen (114) zum Steuern der Betriebseinrichtungen (111, 112) der Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung (100), und

Einrichtungen (115) zum Steuern der Energieversorgung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung (100).

5. Aufzeichnungsgerät mit einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch

Einrichtungen (16) zum Betreiben der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung (2) auf der Grundlage von Bildsignalen,

ein lichtempfindliches Element (4), und eine Entwicklungsvorrichtung (6, 7).