DE69320073T2

DE69320073T2 - Verfahren zur Behandlung einer chiralen smektischen Flüssigkristallvorrichtung

Info

Publication number: DE69320073T2
Application number: DE69320073T
Authority: DE
Inventors: Yukio C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo Hanyu; Tadashi C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo Mihara; Sunao Canon Kabushiki Kaisha Tokyo Mori; Katsutoshi Canon Kabushiki Kaisha Tokyo Nakamura; Osamu C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo Taniguchi; Akira C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo Tsuboyama
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-01-24
Filing date: 1993-01-22
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2013-01-23
Also published as: EP0844510A1; EP0553727A3; EP0553727A2; ATE169414T1; US5543943A; DE69320073D1; EP0553727B1; US5790223A

Description

Gebiet der Erfindung und verwandter Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung für eine chirale smektische Flüssigkristallvorrichtung.
Eine Anzeigevorrichtung des Typs, der die Übertragung von Licht in Kombination mit einer Polarisierungsvorrichtung unter Verwendung der Beugungsindexanisotropie von ferroelektrischen Flüssigkristallmolekülen steuert, ist von Clark und Lagerwall (US-Patent 4,367,924, etc.) vorgeschlagen worden. Der ferroelektrische Flüssigkristall hat im allgemeinen eine chirale smektische C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) einer Nicht- Helixstruktur und zeigt die Eigenschaft, jeden ersten optisch stabilen Zustand und zweiten optischen aktiven Zustand, die einem daran angelegtem elektrischen Feld antworten, aufzunehmen und diesen Zustand in Abwesenheit eines elektrischen Felds, nämlich Bistabilität, aufrechtzuerhalten, und es weist ebenfalls eine schnelle Antwort gegenüber Veränderungen im elektrischen Feld auf. Er soll daher in einer Anzeigevorrichtung vom Hochgeschwindigkeitstyp und Speichertyp eingesetzt werden und insbesondere eine Anzeige mit großem Bereich und hoher Auflösung ergeben.
Allerdings hat sich ein Problem herausgestellt, daß, wenn diese ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung einer Zellstruktur kontinuierlich für eine lange Zeitdauer betrieben wird, sich die Dicke entlang der Zellseite allmählich vergrößert, wobei sich eine blaßgelbe Färbung (Gelbfärbung) zeigt.
Darüber hinaus beschreibt die Jap. H. Appl. Phys., Vol. Nr. 3, April 1989, Seiten L676 bis 678, die Wirkung eines Polyimidüberzugs auf der Schichtstruktur in einer oberflächenstabilisierten ferroelektrischen Flüssigkristallzelle.
Des weiteren beschreibt die EP-A-0494626, die Stand der Technik nach Art. 54 (3) EPÜ ist, eine chirale smektische Flüssigkristallvorrichtung, in der ein elektrisches Wechselstromfeld auf Bildelemente auf der nichtgewählten Abtastelektrode während eines Matrixbetriebs angelegt wird.
Darüber hinaus gibt ein Artikel von A. Jalik et al., Ferroelectrics 1986, Vol. 69, Seiten 153 bis 163, eine Analyse der elektromechanischen Wirkung in chiralen smektischen Flüssigkristallen. Insbesondere beschreibt dieser Artikel die Wirkung der Kombination eines angelegten elektrischen Wechselstromfeldes und einer Temperaturänderung auf eine speziell hergestellte Zelle.
Im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Behandlung einer chiralen smektischen Flüssigkristalleinrichtung anzugeben, um somit eine Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung zu stellen, worin der Anstieg der Zelldicke entlang der Zellseite minimiert ist und welche im wesentlichen keine Gelbfärbung der Anzeige aufgrund des Anstiegs der Zelldicke zeigt.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Behandlung einer chiralen smektischen Flüssigkristallvorrichtung angegeben, das die Schritte aufweist: Bereitstellen einer Flüssigkristallvorrichtung, die einen Flüssigkristall mit chiraler smektischer C- Phase und ein Substratpaar, das den Flüssikristall mit chrialer smektischer C-Phase einschließt, umfaßt, wobei jedes Substrat darauf eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung an den Flüssigkristall mit chiraler smektischer C-Phase aufweist und das Substratpaar einachsige Ausrichtungsachsen in Richtungen aufweist, die im wesentlichen identisch sind, so daß ein Vortiltwinkel α von mindestens 10 Grad zwischen einer Substratgrenze und Flüssigkristallmolekülen in der Nähe der Grenze geschaffen und Anlegen eines elektrischen Wechselstromfeldes an den Flüssigkristall mit chiraler smektischer C-Phase zur Bildung eines Ausrichtungszustands in der chiralen smektischen Phase, während die Vorrichtung einer Temperaturänderung unterworfen wird.
Die bevorzugten Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung kommen bei der Betrachtung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen zutage.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A und 1B sind erläuternde Ansichten zur Demonstration des Zelldickenstiegs entlang einer Zellseite in bezug zu den Richtungen der Flüssigkristallbewegung.
Fig. 2 ist eine erläuternde Ansicht zur Demonstration eines Ausrichtungszustands, der in einem erfindungsgemäß verwendeten chiralen smektischen Flüssigkristall vorkommt.
Fig. 3 und 4 sind erläuternde Darstellungen zur Demonstration von Änderungen der Direktororientierung gemäß verschiedener Positionen zwischen Substraten in der C1- Ausrichtung bzw. C2-Ausrichtung.
Fig. 5A und 5B sind schematische Querschnitte von erfindungsgemäß verwendeten smektischen Schichtstrukturen.
Fig. 6 ist eine Darstellung der Röntgenstrahlbeugungsmethode zur Analyse der smektischen Schichtstruktur.
Fig. 7A und 7B sind Diagramme, die Röntgenstrahlbeugungsmuster zeigen.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung, die C-Direktoranordnungen an verschiedenen Positionen zwischen den Substraten in gleichmäßigen Ausrichtungszuständen zeigt.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung, die C-Direktoranordnungen bei verschiedenen Positionen zwischen den Substraten in dem erfindungsgemäß verwendeten gleichmäßigen Ausrichtungszustand zeigt.
Fig. 10 ist eine Mikroskopphotographie (x250), die eine Ausrichtung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls zeigt, der durch allmähliches Abkühlen aus der isotropen Phase erhalten wird.
Fig. 11 ist eine Mikroskopphotographie (x250), die eine Ausrichtung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls zeigt, der dem erfindungsgemäßen Behandlungsverfahren unterworfen wurde.
Fig. 12A und 12B sind Röntgenstrahlbeugungsdiagramme, die eine Schichtstrukturänderung zeigen.
Fig. 13 ist ein schematischer Querschnitt einer erfindungsgemäß verwendeten Flüssigkristallvorrichtung.
Fig. 14A bis 14C sind schematische Schnittansichten, die verschiedene smektische Schichtstrukturen zeigen.
Fig. 15 ist ein schematischer Querschnitt einer smektischen Schichtstruktur zur Erläuterung von Ausrichtungsdefekten.
Fig. 16 ist ein schematischer Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung.
Fig. 17 ist ein Graph, der die Temperaturabhängigkeit des Kegelwinkels eines in einem erfindungsgemäßen Beispiel verwendeten Flüssigkristalls zeigt.
Fig. 18 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer in einem erfindungsgemäßen Beispiel angewendeten Ausrichtung.
Fig. 19 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Anzahl von Antriebssignalwellenformen zeigt, die in einem erfindungsgemäßen Beispiel verwendet werden.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In unseren Studien ist erkannt worden, daß der Anstieg der Zelldicke an einer Zellseite durch einen Druckanstieg verursacht wird, der wiederum durch die Bewegung von Flüssigkritallmolekülen in einer bestimmten Richtung aufgrund des Antriebs verursacht wird. Wahrscheinlich ist die Kraft, die die Flüssigkristallmolekülbewegung verursacht, auf einen elektrodynamischen Effekt zurückzuführen, der durch eine Störung von Flüssigkristallmoleküldipolmomenten in einem elektrischen wechselstromartigen Feld verursacht wird, was durch die Fortsetzung von Antriebsimpulsen verursacht wird.
Des weiteren werden gemäß unseren Versuchen die Richtungen 62a und 62b der Flüssigkristallbewegung in bezug zur Reibrichtung 60 und der mittleren Flüssigkristallmolekülachsenposition 61a oder 61b, wie in Fig. 1A gezeigt, bestimmt. Da die Bewegungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle in Relation zur Reibrichtung steht, wird angenommen, daß das oben genannte Phänomen vom Vortiltzustand an den Substratoberflächen abhängt. Wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist, bedeutet das Bezugszeichen 61a (oder 61b im Umkehrorientierungszustand) eine mittlere Molekülachsen(direktor)orientierung. Wenn die Flüssigkristallmoleküle (welche vorliegend eine negative spontane Polarisation aufweisen) orientiert werden, um die mittlere Molekülachse 61a zu schaffen und an ein elektrisches Wechselstromfeld bestimmter Stärke angelegt werden, welches nicht ein Umschalten in den Orientierungszustand 61b verursacht, dann kommt es dazu, daß sich die Flüssigkristallmoleküle in Richtung des Pfeils 62a in dem Fall bewegen, bei dem die Substrate Reibungsachsen aufweisen, die parallel und in gleicher Richtung 60 laufen.
Die Richtung der Flüssigkristallbewegung kann in Abhängigkeit des Flüssigkristallmaterials und der Flüssigkristallzellbedingungen unterschiedlich sein. In einer vorliegenden Flüssigkri stallzelle tritt, wie in Fig. 1A gezeigt, eine Flüssigkristallbewegung auf. Beispielsweise, wenn die Flüssigkristallmoleküle in der ganzen Zelle in einem Zustand angeordnet sind, der eine mittlere Achsenrichtung 61a vorgibt, kommt es dazu, daß sich die Flüssigkristallmoleküle in der Zelle unter Anwendung eines Wechselstromfeldes in Richtung des Pfeils 62a bewegen, das heißt, von der rechten Seite zur linken Seite in der Figur. Im Ergebnis erhöht sich die Zelldicke im Bereich 63 allmählich, was zu einer gelblichen Färbung führt. Wenn die Flüssigkristallmoleküle in einem Zustand angeordnet sind, der eine mittlere Molekülachse 61b schafft, dann erfolgt die Flüssigkristallbewegung unter Anwendung von Wechselstrom in der Umkehrrichtung 62b. In jedem Fall wird die Flüssigkristallbewegung in einer Richtung verursacht, die senkrecht zur Reibungsrichtung ist, das heißt, in Richtung der Ausdehnung der smektischen Schichten. Demzufolge wird angenommen, daß der Zustand der smektischen Schichtstruktur ein Faktor der Flüssigkristallbewegung ist. Die Flüssigkristallbewegung beeinflußt ungünstig die Haltbarkeit als Anzeigevorrichtung in einer Flüssigkristallvorrichtung während eines lange andauernden kontinuierlichen Betriebs. Des weiteren hängt dieses Flüssigkristallbewegungsphänomen von dem Ausrichtungszustand in der Zelle ab. Insbesondere erscheint dieses Phänomen kaum in der C2-Ausrichtung, allerdings wird sie erheblich in der C1- Ausrichtung beobachtet. Die gleichmäßige Ausrichtung wird nachfolgend beschrieben.
Die zwei Ausrichtungszustände C1 und C2 können durch den Unterschied der Zickzackstruktur in den smektsichen Schichten, wie in Fig. 2 gezeigt, erklärt werden. In Fig. 2 bedeutet das Bezugszeichen 41 eine smektische Schicht mit Ferroelektrizität, 42 bedeutet einen C1-Ausrichtungsbereich und 43 bedeutet einen C2-Ausrichtungsbereich. Ein smektischer Flüssigkristall hat in der Regel eine Schichtstruktur und verursacht eine Schrumpfung der Schichtsenkung, wenn er von der SmA-Phase (smektisch A) in die SmC-Phase (smektisch C) oder SmC*-Phase (chiral smektisch C-Phase) übergeht, was zu einer Struktur führt, die mit einer Krümmung der Schichten zwischen den oberen und unteren Substraten 46a und 46b (Zickzackstruktur), wie in Fig. 2 gezeigt, einhergeht. Die Krümmung der Schichten 41 kann auf zwei Weisen entsprechend den gezeigten C1- und C2- Ausrichtungen verursacht werden. Es ist durchaus bekannt, daß sich Flüssigkristallmoleküle an den Substratoberflächen ausrichten, um einen gewissen Winkel α oder αC (Vortilt) als Ergebnis einer Reibung in Richtung A in der Weise ausrichten, daß ihre Köpfe (Führungsenden) in der Reibrichtung auf den Substratoberflächen 46a und 46b (oder weg davon) sind. Wegen des Vortilts sind die C1- und C2-Ausrichtungszustände nicht miteinander äquivalent im Hinblick auf ihre elastische Energie, und ein Übergang zwischen diesen Zuständen kann bei einer bestimmten Temperatur erfolgen oder wenn eine mechanische Belastung angewendet wird. Wenn die in Fig. 2 gezeigte Figur in der Ebene betrachtet wird, wie dies im oberen Teil von Fig. 2 gezeigt ist, sieht die Übergangsgrenze 44 von der C1-Ausrichtung (42) zur C2-Ausrichtung (43) in der Reibungsrichtung A wie ein Zickzackblitz aus, und dieses wird als Blitzdefekt bezeichnet, und die Übergangsgrenze 45 von der C2-Ausrichtung (43) zur C1-Ausrichtung (42) bildet eine breite und moderate Kurve, was als Haarnadeldefekt bezeichnet wird.
Wenn ein FLC zwischen einem Substratpaar 46a und 46b angeordnet wird und in einen Ausrichtungszustand gebracht wird, der die Beziehung < ac + δ ... (1) erfüllt, worin αC einen Vortiltwinkel von FLC bedeutet, einen Tiltwinkel (die Hälfte eines Kegelwinkels) bedeutet und δ einen Neigungswinkel der SmC*-Schicht bedeutet, dann gibt es vier Zustände, die jeweils eine Zickzackstruktur im C1-Ausrichtungszustand aufweisen. Diese vier C1-Ausrichtungszustände sind von dem bekannten C1-Ausrichtungszustand unterschiedlich. Des weiteren bilden zwei der vier C1-Ausrichtungszustände bistabile Zustän de (gleichmäßige Ausrichtung). Vorliegend werden die zwei Zustände von den vier C1-Zuständen, die einen Scheintiltwinkel θa dazwischen in Abwesenheit eines elektrischen Felds bilden, der die Beziehung erfüllt: > θa > /2 ... (2) ausschließlich als gleichmäßiger Zustand bezeichnet.
Im gleichmäßigen Zustand sollen die Direktoren nicht zwischen den Substraten wegen der optischen Eigenschaften verdreht sein. Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht, die die Direktorbereiche zwischen den Substraten in den jeweiligen Zuständen in der C1-Ausrichtung erläutert. Insbesondere sind bei 51 -54 Veränderungen der Direktorbereiche zwischen den Substraten in Form von Vorsprüngen der Direktoren auf die Kegelböden aus der Sicht jedes Bodens gezeigt. Bei 51 und 52 ist ein schiefwinkliger Zustand gezeigt, und bei 53 und 54 ist eine Direktoranordnung gezeigt, die einen gleichmäßigen Ausrichtungszustand darstellen soll. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist bei 53 und 54, die einen gleichmäßigen Zustand darstellen, die Molekülposition (Direktor) unterschiedlich von derjenigen im schiefwinkligen Zustand entweder am oberen Substrat oder unteren Substrat. Pfeil 57 stellt das Dipolmoment (us) der Flüssigkristallmoleküle an der Grenze dar, und der Pfeil A stellt die Reibungsrichtung dar. Fig. 4 zeigt zwei Zustände in der C2-Ausrichtung, zwischen denen kein Umschalten an den Grenzen beobachtet wird, wobei allerdings ein internes Umschalten beobachtet wird. Der gleichmäßige Zustand in der C1-Ausrichtung schafft einen größeren Tiltwinkel θa und demzufolge eine größere Helligkeit und einen größeren Kontrast als der herkömmlicherweise angewandte bistabile Zustand in der C2-Ausrichtung.
Wir haben im einzelnen die Beziehung zwischen der oben genannten Flüssigkristallbewegung und der smektischen Kristallstrukturen in der SmC*-Phase beobachtet. Im Ergebnis haben wir festgestellt, daß es dazu kommt, daß die Flüssigkristallbewegung in einem Zustand vorkommt, der mit einer Unordnung der Schichtstruktur einhergeht, während allerdings der genaue Mechanismus noch nicht aufgeklärt ist. Insbesondere haben wir festgestellt, daß ein großes Drehmoment, das die Flüssigkristallbewegung verursacht, im Ausrichtungszustand gebraucht wird, worin die Gleichmäßigkeit des Schichtabstands nicht innerhalb oder unter den Schichten erhalten wird. Dieser Punkt wird nun nachfolgend weiter beschrieben.
Fig. 5A und 5B zeigen schematisch smektische Schichtstrukturen von Flüssigkristallzellen mit einem relativ kleinen Vortiltwinkel αC von etwa 2 Grad, die jeweils einer parallelen und antiparallelen Reibung unterworfen worden sind. Bei diesen Zellen mit niedriger Vortiltwinkel wird angenommen, daß die Schichtstrukturen gleichmäßig gebildet sind. Das bedeutet, daß der Schichtabstand im wesentlichen innerhalb und unter den Schichten gleich sein soll.
Die Gleichmäßigkeit einer Schichtstruktur kann nach der Röntgenstrahlbeugungsmethode bestimmt worden, die beispielsweise in Physical Review Letters, Band 59, Nr. 23, 2658 (1987) beschrieben ist. Fig. 6 ist eine Erläuterung des Meßsystems mit einer optischen Anordnung, einschließlich einer Zelle 30 als zu messendes Objekt, auf das einfallende Röntgenstrahlen mit einem Wellenzahlenvektor ki bei einem Einfallswinkel oder Zelldrehwinkel θ auftreffen und von dem gestreute Röntgenstrahlen mit einem Wellenzahlenvektor ks bei einem Braggschen Winkel 2θB ausgehen.
Der Braggsche Winkel 2θB kann erhalten werden, indem ein Winkel entsprechend einem Streuzentrum von gestreuten Röntgenstrahlen, die mit einem Detektor nachgewiesen werden, gemessen wird, während die Lage des Detektors verändert wird.
Fig. 7B zeigt eine Kurve (E) als Beispielgraph der Röntgenstrahlbeugungsintensität gegen den Rotationswinkel eines Detektors. In dem nicht auf die Zelle beschränkten Zustand soll der Flüssigkristall eine Schichtstruktur in seinem inhärenten Massenzustand in wahlloser Richtung aufweisen. Im Ergebnis wird ein scharfer Peak bei einem Winkel nachgewiesen, der die Braggsche Bedingung erfüllt, das heißt, bei einem Braggschen Winkel von 2θB. Der Peak ergibt eine Halbwertsbreite oder volle Breite beim Halbmaximum (FWHM) Γ&sub0;, das fast konstant ist, außer wenn die Faktoren, die die Genauigkeit des Meßsystems beeinflussen, wie die Schlitzbreite, nicht verändert sind, so daß es als Bezug zur Halbwertsbreite von Beugungspeaks verwendet werden kann. Demzufolge kann die Gleichmäßigkeit oder Homogenität einer Schichtstruktur eines Flüssigkristalls im auf die Zelle beschränkten Zustand als Verhältnis der Halbwertsbreite seines Beugungspeaks zum Referenzwert Γ&sub0; bewertet werden.
Die Kurve (A) in Fig. 7A zeigt das Ergebnis einer Messung der Beugungsintensität (willkürlicher Maßstab) gegen den Zellwinkel θ in bezug auf die oben beschriebene Zelle mit kleinem Vortiltwinkel. Die Meßbedingung ist die gleiche wie bei Kurve (E), mit der Ausnahme, daß die Detektorposition bei 2θB festgelegt ist und die Zelle sich dreht. Nachfolgend wird ein spezielles Beispiel für diese Zelle mit kleinem Vortiltwinkel (als "Zelle A" bezeichnet) beschrieben.
Ein Glassubstrat mit transparenten Elektroden wurde mit Tantaloxid durch Sputtern beschichtet und dann mit 1% NMP (N- Methylpyrrolidon)-Lösung von Polyamidsäure ("LP64", erhältlich von Toray K.K.) beschichtet, wonach dann bei 270ºC für 1 Stunde gebacken und gerieben wurde. Dieses Substrat und ein anderes in der gleichen Weise behandeltes Substrat wurden zur Bildung einer Blindzelle aufeinandergelegt. Die Zelle zeigte einen Vortiltwinkel von 2,5 Grad, gemessen nach der Kristall drehmethode. Die Blindzelle wurde dann mit einer ferroelektrischen Flüssigkristallmischung, die als Hauptbestandteil Phenylpyrimidin enthielt und einen Tiltwinkel von 15 Grad bei Raumtemperatur sowie einen Schichtneigungswinkel von 10 Grad bei Raumtemperatur aufwies und folgende Phasenübergangsserie zeigte:
Die Flüssigkristallzelle erfüllte nicht die oben erwähnte Beziehung (1) und ergab die oben beschriebene C2-Ausrichtung. Die Halbwertsbreite des Röntgenstrahlbeugungspeaks betrug etwa 1,4 Grad, wie in Kurve (A) in Fig. 7A gezeigt, was etwa das 28-fache des oben erwähnten Referenzwertes Γ&sub0; war. Demzufolge zeigte der Flüssigkristall in der Zelle einen beträchtlichen Unterschied der Schichtstruktur im Hinblick auf seinen Massenzustand.
Allerdings zeigte der Beugungspeak von der Zelle A den schärfsten Beugungspeak bei gutem Reproduktionsvermögen zumindestens unter einer großen Anzahl von uns gemessenen Zellen, und es wurde im wesentlichen kein Ausrichtungsdefekt, der eine Umordnung der Schichtstruktur verursacht, festgestellt.
Demzufolge wurde eine homogene Schichtstruktur, die im wesentlichen einen konstanten Schichtabstand, wie in Fig. 5A gezeigt, erhielt, in der Zelle A verwirklicht, und die Halbwertsbreite eines durch die Zelle A abgegebenen Röntgenstrahlbeugungspeaks kann als anderer Referenzwert Γ&sub1; verwendet werden.
Andere Experimente von uns zeigen, daß Zellen mit einem Vortiltwinkel von höchstens 5 Grad, die eine homogene Ausrichtung verwirklichen, fast identische Halbwertsbreiten der Röntgenstrahlbeugungspeaks ergeben.
Andererseits zeigen die Kurven (B)-(D) Röntgenstrahlbeugungspeaks von Zellen mit identischer Struktur und einem Ausrichtungsfilm und einem hohen Vortiltwinkel von beispielsweise 10 Grad oder höher. Die Halbwertsbreite dieser Beugungspeaks kann mit Γh bezeichnet werden. Die Beziehung zwischen diesen Halbwertsbreiten der Röntgenstrahlbeugungspeaks und der oben erwähnten Flüssigkristallbewegungsgeschwindigkeit wird nun nachfolgend anhand der Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben.
Nun wird die Richtung eines Dipolmoments us beschrieben, das von einem Flüssigkristall in der Nähe einer Substratgrenze mit Bezug auf die Sm*C1-Ausrichtung in Fig. 3 erzeugt wird. In den schiefwinkligen Ausrichtungen bei 51 und 52 in Fig. 3 sind die Flüssigkristallmoleküldipolmomente 57 an den oberen und unteren Substratgrenzen beide von einem Substrat zu der Flüssigkristallschicht gerichtet, und diese Richtung kann "nach innen gerichtet" genannt werden. Allerdings ist bei den gleichmäßigen Ausrichtungen bei 53 und 54 in Fig. 3 das Dipolmoment eines Flüssigkristallmoleküls an einer Substratgrenze (untere Grenze bei 53 und obere Grenze bei 54) die gleiche Richtung wie bei 51 und 52, aber das Dipolmoment eines Flüssigkristallmoleküls an der anderen Substratgrenze (obere Grenze bei 53 und untere Grenze bei 54) ist von der Flüssigkristallschicht zum Substrat gerichtet. Diese Richtung kann "nach außen gerichtet" bezeichnet werden.
Des weiteren gibt es bei einer herkömmlichen Vorrichtung im allgemeinen einen Ausrichtungszustand, worin die Flüssigkristallmoleküle, die nach außen und nach innen gerichtete Dipolmomente erzeugen, verschiedene Vortiltwinkel, wie in Fig. 3 gezeigt, ergeben. Mit anderen Worten, ein Ausrichtungszustand, der verschiedene Vortiltwinkel in Abhängigkeit von Dipolmomentrichtungen erzeugt, ist bisher im allgemeinen dargestellt worden, weil die Wechselwirkung zwischen einer Substratgrenze und einem Flüssigkristallmolekül in der Nähe der Substratgrenze unterschiedlich in Abhängigkeit der Dipolmomentrichtung des Flüssigkristallmoleküls ist.
Wir haben im einzelnen die Beziehung der oben genannten Flüssigkristallbewegung und des Vortiltwinkels αC in der SmC*- Phase untersucht. Im Ergebnis haben wir das Phänomen festgestellt, daß die Flüssigkristallbewegung ebenfalls durch den Unterschied des Vortiltwinkels in der Nähe der oberen und unteren Substratgrenzen verursacht wird. Insbesondere haben wir festgestellt, daß bei einer Ausrichtung, die mit einer Asymmetrie der Vortiltwinkel einhergeht, ein Drehmoment für die Bewegung der Flüssigkristallmoleküle auftritt, wenn Wechselstrom-Antriebimpulse angewendet werden.
Dieser Punkt wird mit Bezug auf die oben erwähnte gleichmäßige C1-Ausrichtung als Beispiel beschrieben. Dabei sind einige Symbole im Hinblick auf die Vortiltwinkel definiert. Daher werden in der SmC*-Phase α¹Ci und α¹Co verwendet, um die Vortiltwinkel zu bezeichnen, die durch Flüssigkristallmoleküle erzeugt werden, die nach innen und nach außen gerichtete Dipolmomente aufweisen, in der Nachbarschaft eines oberen Substrats. In ähnlicher Weise werden die Symbole α²Ci und α²Co verwendet, um Vortiltwinkel zu bezeichnen, die durch Flüssigkristallmoleküle in der Nähe eines unteren Substrats erzeugt werden.
Des weiteren werden α¹A und α²A verwendet, um Vortiltwinkel zu bezeichnen, die durch Flüssigkristallmoleküle in der Nähe des oberen Substrats bzw. unteren Substrats in der SmA-Phase erzeugt werden.
Bei (A)-(C) von Fig. 8 sind verschiedene Ausrichtungszustände, die durch C-Direktoren dargestellt werden und Dipolmomente von Flüssigkristallmolekülen in der Nähe der oberen und unteren Substrate und bei einer Krümmung in der Zickzackstruktur im Hinblick auf verschiedene Orientierungen von Auf und Nieder bezüglich spontaner Polarisationen Ps gezeigt. In der Figur wird die Größenordnung von jedem Vortiltwinkel αC durch die Länge einer senkrechten Linie zu einem oberen oder unteren Substrat von einer Schnittstelle eines C-Direktors mit einem Kreis, der den Vorsprung eines Kegels darstellt, dargestellt.
Fig. 8 (A) zeigt den Fall, bei dem eine identische Ausrichtungsbehandlung auf das obere Substrat 11 und das untere Substrat 12 angewendet wird. In diesem Fall ist α¹A = α²A in der SmA-Phase, aber in der SmC*-Phase sind die Vortiltwinkel in der Regel unterschiedlich zwischen den oberen und unteren Substraten aufgrund des Unterschieds der Richtung des Dipolmoments us. Beispielsweise, wenn ein großer Vortiltwinkel für ein nach außen gerichtetes u erzeugt wird, entwickelt sich eine Asymmetrie des Vortiltwinkels in der Weise, daß α²Co > α¹Ci für Ps = NIEDER und α¹Co > α²Ci, PS = AUF, und ein Flüssigkristallbewegungsdrehmoment entsprechend dem Unterschied soll unter Anwendung eines elektrischen Wechselstromfeldes auftreten. In diesem Fall, wenn α¹A = α²A, ist der Unterschied gleich α¹Ci - α²A = α¹Co - α²Ci , und die Flüssigkristallbewegungsdrehmomente sind zwischen den Auf- und Niederzuständen von Ps identisch. Es ist ebenfalls experimentell bestätigt worden, daß die Flüssigkristallbewegung fast identisch in beiden Zuständen unter Wechselstromanwendung verursacht wird.
Fig. 8 (B) zeigt den Fall von α¹A < α²A, welcher beispielsweise durch Reiben der oberen Substrate bei verschiedenen Bedingungen hervorgerufen wird. Weil die Vortiltwinkel zwischen den oberen und unteren Substraten schon in der SmA-Phase asymmetrisch sind, sind die Vortiltwinkel nicht nur entsprechend dem Unterschied zwischen dem nach innen gerichteten us und außen gerichteten us verschieden, sondern ebenfalls entsprechend dem Unterschied zwischen Auf und Nieder von Ps in der SmC*-Phase, im Gegensatz zur Symmetrie aus Fig. 8 (A). Im Ergebnis, wenn α¹A - α²A entsprechend gesteuert wird, kann ein Ausrichtungszustand verwirklicht werden, der folgende Beziehung (3) erfüllt:
α¹Ci - α²Co > α¹Co - α²Ci 0 .... (3)
In diesem Fall ist die Flüssigkristallbewegung im Zustand von Ps = NIEDER bemerkenswert, sie wird allerdings nicht wesentlich im Zustand von Ps = AUF hervorgerufen. Dieses ist experimentell bestätigt worden.
Fig. 8 (C) betrifft den Fall von α¹A > α²A im Gegensatz zum Fall von Fig. 8 (B). Ähnlich wie im Fall von Fig. 8 (B) kann ein Ausrichtungszustand erreicht werden, der folgende Beziehung (4) erfüllt, wenn α¹A - α²A entsprechend gesteuert wird:
α¹Co - α²Ci > α¹Ci - α²Co 0 .... (4)
In diesem Fall ist die Flüssigkristallbewegung im Zustand von Ps = AUF bemerkenswert, sie wird allerdings nicht wesentlich im Zustand von Ps = NIEDER hervorgerufen.
Wie oben beschrieben wurde, zeigten die experimentellen Ergebnisse eine gute Übereinstimmung mit dem Modell, das oben er klärt wurde. Es ist aus diesem bestätigt worden, daß ein statischer Ausrichtungszustand einschließlich der Asymmetrie des Vortiltwinkels zwischen dem oberen und unteren Substrat ein Faktor ist, der die Flüssigkristallbewegung unter Anwendung eines elektrischen Feldes verursacht. Es ist demzufolge notwendig, eine Symmetrie des Vortiltwinkels zwischen den oberen und unteren Substraten herzustellen, um nicht ein Flüssigkristallbewegungsdrehmoment hervorzurufen.
Fig. 9 (A) zeigt ein Beispiel für einen Ausrichtungszustand, der eine Symmetrie des Vortiltwinkels zwischen den oberen und unteren Substraten erzeugt. Dieser Ausrichtungszustand kann verwirklicht werden, beispielsweise durch verschiedene Ausrichtungsfilme für die oberen und unteren Substrate. Insbesondere, wenn die Ausrichtungsbedingungen entsprechend gewählt werden, so daß das obere Substrat 11 einen großen Vortiltwinkel für ein nach innen gerichtetes us zeigt, und das untere Substrat einen großen Vortiltwinkel für ein nach außen gerichtetes us zeigt, können folgende Bedingungen festgesetzt werden:
α¹Ci = α²Co und α¹Co = α²Ci
In dem Ausrichtungszustand, der obige Bedingungen erfüllt, wird keine Flüssigkristallbewegung im Sinne der obigen Diskussion hervorgerufen, aber der Zustand von Ps = NIEDER und der Zustand von PS = AUF sind nicht äquivalent im Hinblick auf die Elastizitätsenergie, so daß keine Bistabilität vorliegt und der Zustand von Ps = UP als monostabiler Zustand hergestellt wird. Das ist nicht wünschenswert im Hinblick auf die Antriebseigenschaften einer Anzeigevorrichtung.
Somit ist ein Ausrichtungszustand gemäß Fig. 9 (B) bevorzugt, um die Verhinderung der Flüssigkristallbewegung und die Bista bilität zu erfüllen. Insbesondere zeigt Fig. 9 (B) einen Ausrichtungszustand, worin ein identischer Vortiltwinkel für das nach innen und nach außen gerichtete us und ebenfalls für das obere und das untere Substrat erzeugt wird. Dieses bedeutet:
α¹Ci = α¹Co = α²Ci = α²Co
Um diese Ausrichtung zu verwirklichen, sollte es notwendig sein, daß der Vortiltwinkel in der SmC*-Phase nicht wesentlich durch ein Dipolmoment in der Nachbarschaft einer Substratgrenze beeinflußt wird, und die Symmetrie eines Vortiltwinkels ist zwischen den oberen und unteren Substraten erfüllt. Somit sollte in diesem Ausrichtungszustand die folgende Beziehung (5) erfüllt sein:
α¹CA = α²A = α¹Ci = α¹Co = α²Ci = α²Co ...(5).
Zur Verwirklichung eines Ausrichtungszustands, der die obige Formel (5) erfüllt, sollten die folgenden Faktoren (i)-(iv) experimentiell effektiv sein:
(i) Verwendung eines Flüssigkristallmaterials mit einer geringen spontanten Polarisierung Ps, beispielsweise höchstens 10 nC/cm².
(ii) Durchführung einer Wiederausrichtungsbehandlung zur Bewirkung eines aufeinanderfolgenden Phasenübergangs von SmC* → SmA → SmC*.
(iii) Anwendung eines geeigneten elektrischen Wechselstromfeldes im Verlauf des Abkühlens von der isotropischen Phase oder im Verlauf der Wiederausrichtungsbehandlung in (ii).
(iv) Verwendung eines Ausrichtungsfilms, der eine schwache elektrische Wechselwirkung mit Flüssigkristallmolekülen, wie ein solcher aus Polyparaphenylen, verursacht.
Demzufolge wird erfindungsgemäß eine Wechselstrombehandlung auf eine Flüssigkristallzelle mit chiraler smektischer C-Phase angewendet, die einen Vortiltwinkel von mindestens 10 Grad zwischen einer Substratgrenze und einem Flüssigkristallmolekül in der Nähe der Substratgrenze ausweist. Im Fall der Wechselstromanwendung wird die Zelle (Vorrichtung) einer Temperaturänderung unterworfen, insbesondere einem Temperaturanstieg und/oder -abstieg innerhalb der smektischen Phase, um so eine homogene Ausrichtung zu verwirklichen, die die Flüssigkristallbewegung vermindern kann.
Beispielsweise ist Fig. 10 eine mikroskopische Photographie (Vergrößerung = 250), die einen Ausrichtungszustand zeigt, der durch bloßes allmähliches Abkühlen einer Zelle aus der isotropen Phase bei einer Geschwindigkeit von -4ºC/Min. einschließlich faltenähnlicher Ausrichtungsdefekte zeigt, und Fig. 11 ist eine mikroskopische Photographie, (Vergrößerung = 250), die einen Ausrichtungszustand zeigt, der erhalten wird, indem die Zelle einer Behandlung unter folgenden Bedingungen unterworfen wird. Fig. 10 zeigt, daß die in Fig. 10 gezeigten Faltenausrichtungsdefekte beseitigt worden sind:
Vor der Behandlung zeigte die Zelle das in Fig. 12 A gezeigte Röntgenstrahlbeugungsmuster, das Parameter von θ&sub1; = 78,95 Grad, (δ&sub1; = 12,55 Grad), θ&sub2; = 103,70 Grad (δ&sub2; = 12,2 Grad), FWHM&sub1; = 2,25 Grad und FWHM&sub2; = 2,75 Grad angibt. Darin bedeutet θ&sub1; (θ&sub2;) einen ersten (zweiten) Beugungspeakwinkel, δ&sub1; (δ&sub2;) bedeutet einen Schichtneigungswinkel entsprechend dem ersten (zweiten) Beugungspeak und FWHM&sub1; (FWHM&sub2;) bedeutet die Halbwertsbreite oder volle Breite bei dem halben Maximum des ersten (zweiten) Beugungspeaks.
Nach der Behandlung zeigte die Zelle das in Fig. 12 B gezeigte Röntgenstrahlbeugungsmuster, das Parameter von δ&sub1; = 79,35 Grad, (δ&sub1; = 12,15 Grad), δ&sub2; = 102,55 Grad (δ&sub2; = 11,5 Grad), FWHM&sub1; = 1,90 Grad und FWHM&sub2; = 1,85 Grad wiedergibt.
Der Anstieg der integrierten Intensität eines Beugungspeaks zeigt, daß sich der Grad der Ordnung der Schichtstruktur erhöht hat. Des weiteren zeigt eine geringere Halbwertsbreite eines Peaks, daß die Schichtstruktur in eine solche umgewandelt worden ist, die eine deutlichere Zickzackstruktur aufweist.
Eine Basisstruktur der Flüssigkristallvorrichtung (Zelle), die erfindungsgemäß angegeben wird, wird nun mit Bezug auf Fig. 13, die eine Ausführungsform darstellt, beschrieben.
In Fig. 13 umfaßt die Flüssigkristallzelle ein Paar aus einem oberen Substrat 1311a und einem unteren Substrat 1311b, die zueinander parallel angeordnet sind und beispielsweise etwa 40 bis 300 nm (400-3000 Å)-dicke transparente Elektroden 1312a und 1312b aufweisen. Zwischen dem oberen Substrat 1311a und dem unteren Substrat 1311b ist ein ferroelektrischer Flüssigkristall 1315 angeordnet. Die transparenten Elektroden 1312a und 1312b können mit beispielsweise 1 bis 300 nm (10-3000 Å)-dicken Isolationsfilmen 1313a und 1313b beschichtet sein. Die Isolationsfilme können ein anorganisches Oxid vom Schichtpacktyp oder einen Sputterfilm umfassen, oder sie können einen Laminatfilm aus zwei oder mehr Schichten umfassen. Oberhalb der Isolationsfilme 1313a und 1313b sind Ausrichtungssteuerungsfilme 1314a und 1314b in einer Dicke von normalerweise 5 bis 100 nm (50-1000 Å) gebildet. Die Ausrichtungssteuerungsfilme können in der Regel einen Polymerfilm, vorzugsweise einen Film mit großem Vortiltwinkel, wie ein solcher aus Fluor enthaltenen Polyimiden erfindungsgemäß darstellen. Der Vortiltwinkel kann vorzugsweise 10-30 Grad aufweisen. Diese Polymerfilme können als Ausrichtungsbehandlung gerieben werden.
Beim Reiben dieser Substrate ist es möglich, beide Substrate in Richtungen zu reiben, die sich bei einem Winkel im Bereich von 0-20 Grad überschneiden. Dies ist für die Stabilisierung der gleichmäßigen Zustände bei 53 und 54 in Fig. 3 wirksam, um somit einen höheren Kontrast zu erreichen. Erfindungsgemäß kann der Flüssigkristall 1315 in der chiralen smektischen Phase einschließlich der chiralen smektischen C-Phase (Sm*C), H- Phase (Sm*H), I-Phase (Sm*I), K-Phase (Sm*K) oder G-Phase (Sm*G) vorliegen.
Eine besonders bevorzugte Klasse von Flüssigkristallen sind solche mit cholesterischer Phase auf der höheren Temperaturseite einschließlich eine Kristallmischung auf Pyrimidinbasis, die die folgende Phasenübergangsserie und physikalische Eigenschaften zeigt: Flüssigkristall A auf Pyrimidinbasis
Kegelwinkel H = 14 Grad
Schichtneigungswinkel δ = 11 Grad
Scheintiltwinkel θa = 11,5 Grad
Des weiteren wurden die oben erwähnten Parameter (Kegelwinkel H, Schichtneigungswinkel δ, Scheintiltwinkel θ a und Vortiltwinkel α) nach folgenden Methoden gemessen.

Messung des Kegelwinkels

Eine FLC (ferroelektrische Flüssigkristall)-Vorrichtung wurde zwischen rechtwinklig gekreuzten Nicol-Polarisatoren eingebettet und horizontal zu den Polarisatoren unter Anwendung einer Direktstromspannung von 10-30 Volt zwischen den oberen und unteren Substraten gedreht, um die erste Extinktionsposition (eine Position mit geringster Durchlässigkeit) zu finden, und dann wurde eine Direktstromspannung einer Polarität entgegengesetzt zur obigen Direktstromspannung zwischen den Substraten angelegt, um eine zweite Extinktionsposition zu finden. Der Kegelwinkel wurde als die Hälfte des Winkels zwischen den ersten und den zweiten Extinktionspositionen gemessen.

Messung des Scheintiltwinkels θa

Eine FLC-Vorrichtung, die zwischen rechtwinklig gekreuzten Nicol-Polarisatoren eingebettet war, wurde mit einem Einzelimpuls einer Polarität versorgt, die über die Schwellenspannung des ferroelektrischen Flüssigkristalls ging und dann gedreht, wobei kein elektrisches Feld horizontal zu den Polarisatoren bestand, um so die erste Extinktionsposition zu finden. Dann wurde die FLC-Vorrichtung mit einem Einzelimpuls entgegengesetzter Polarität versorgt, welche über die Schwellenspannung des ferroelektrischen Flüssigkristalls ging und dann gedreht, wobei kein elektrisches Feld zu den Polarisatoren bestand, um so eine zweite Extinktionsposition zu finden. Der Scheintiltwinkel θa wurde als Hälfte des Winkels zwischen den ersten und den zweiten Extinktionspositionen gemessen.

Röntgenstrahlbeugungsanalyse der smektischen Schichtstruktur

Die smektischen Schichtstrukturen wurden nach der Röntgenstrahlbeugungsmethode analysiert.
Die Meßmethode war im wesentlichen ähnlich derjenigen, die von Clark und Lagerwall (Japan Display '86, Sept. 30 - Okt. 2, 1986, Seiten 456-458) oder von Ohuchi et al (J. J. A. P., 27 (5) (1988) Seiten 725-728) berichtet worden ist. Dabei wird der Flüssigkristallschichtabstand gemessen, indem eine Flüssigkristallprobe auf eine Glasplatte aufgebracht wird, die Flüssigkristallprobe einem 2θ/θ-Abtasten, ähnlich der üblichen Pulver-Röntgenstrahlbeugung, unterworfen wurde und dann die Braggsche Gleichung auf den gemessen Wert angewendet wurde. Dann wurde die Schichtstruktur der Flüssigkristallprobe in einer Zellstruktur analysiert, indem der Röntgenstrahldetektor bei einem Beugungswinkel 2θ entsprechend dem gemessenen Schichtabstand festgelegt wurde und die Probenzelle einem θ- Abtasten nach der oben erwähnten Methode unterworfen wurde.
Eine Flüssigkristallzellprobe kann beispielsweise hergestellt werden, indem eine 80 um-dicke Glasplatte genommen wird, die Glasplatte nacheinander mit einem 40-300 nm (400-3000 Å)- dicken (zum Beispiel 150 nm (1500 Å)-dicken) Indium-Zinn-Oxid- Film, einem 10-300 nm (100-3000 Å)-dicken (z. B. 90 nm (900 Å)-dicken) Isolationsfilm und einem 5-100 nm (50-1000 Å)-dicken (z. B. 200 nm (200 Å)-dicken Ausrichtungssteuerungsschicht aus dem gleichen Polymer beschichtet wird und der Ausrichtungssteuerungsfilm gerieben wird, die in dieser Weise behandelte Glasplatte und eine in identischer Weise dazu behandelte Glasplatte so verwendet werden, daß eine Zelle gebildet wird, die einen Vortiltwinkel von z. B. mindestens 10 Grad ergibt und die Zelle mit dem ferroelektrischen Probenflüssigkristall in einer Flüssigkristallschichtdicke von 1,5 um eingefüllt wird.
Ein Dreh-Röntgenstrahlbeugungsgerät vom Antikathodentyp (z.B. "MXP-18", erhältlich von MAC Science Co.) wurde verwendet. Die Röntgenstrahlbeugungsbedingungen waren die folgenden:
Röntgenstrahlungsleistung: 15 kW (= 50 kV · 300 mA),
Divergenzschlitz: 0,5 Grad,
Abtastschlitz: 0,5 Grad,
Lichtempfangsschlitz: 0,15 mm,
Probenwinkel: 0,05 Grad,
Abtastgeschwindigkeit: 10 Grad/Min.,
Analysestrahlen: Kupfer-Kα-Strahlen und
Strahlungsbereich: 8,0 · 1,8 mm²
gemessen bei Röntgenstrahlen, die senkrecht zum Glassubstrat einfallen. Der Strahlungsbereich wurde durch den Zellhalter und einen Schlitz bestimmt. Die Entfernung des Hintergrunds wurde nach der Sonneveld-Methode durchgeführt.

Messung des Vortiltwinkels α

Die Messung wurde nach der Kristalldrehmethode durchgeführt, die in Jpn. J. Appl. Phys., Bd. 19 (1980), Nr. 10, Short Notes 2013 beschrieben ist.
Insbesondere wurde ein Substratpaar, das gegenseitig parallel und in entgegengesetzter Richtungen gerieben worden ist, aufeinander gelegt unter Bildung einer Zelle mit einer Zellücke von 20 um, die dann mit einer Flüssigkristallmischung (A) gefüllt wurde, die anscheinend eine SmA-Phase im Temperaturbereich von 0-60ºC aufwies. Für die Messung wurde die Flüssigkristallzelle in einer Ebene senkrecht zum Substratpaar und einschließlich der Ausrichtungsbehandlungsachsen gedreht und während der Drehung wurde die Zelle mit einem Helium-Neon- Laserstrahl mit einer Ebene, die einen Winkel von 45 Grad im Hinblick auf die Rotationsebene in einer Richtung, die normal zur Rotationsebene ist, beleuchtet, wobei die Intensität des durchgelassenen Lichts mit einer Photodiode von der entgegengesetzten Seite durch einen Polarisator mit einer Durchlaßachse parallel zur Polarisationsebene gemessen wurde.
Ein Winkel x zwischen einer normal zur Zelle zum einfallenden Strahl liegenden Richtung zur Darstellung des Mittelpunkts einer Familie von hyperbolischen Kurven in der in dieser Weise erhaltenen Tnterferenzfigur wurde in folgende Gleichung zur Auffindung des Vortiltwinkels αo eingesetzt:
worin no den Brechungsindex von Normallicht bedeutet und ne den Brechungsindex von außerordentlichen Strahlen bedeutet.

Beispiel 1

Ein Glassubstrat mit transparenten Elektroden wurde mit einem Tantaloxidfilm durch Sputtern beschichtet und dann mit einer 1% NMP-Lösung aus Polyamidsäure ("LQ1802", erhältlich von Hitachi Kasei K.K.) beschichtet, wonach dann bei 270ºC für eine Stunde gebacken wurde und gerieben wurde. Dieses Substrat und ein anderes in der gleichen Weise behandeltes Substrat wurden mit einer Zellücke von 1,5 um aufeinander gelegt, so daß ihre Reibrichtungen fast identisch waren, aber sich ein rechtsdrehender Überschneidungswinkel von etwa 10 Grad zwischen den oberen und unteren Substraten bildete. Die Zelle zeigte einen Vortiltwinkel von 17 Grad nach der Kristalldrehmethode. Die Zelle wurde dann mit der gleichen Flüssigkristallmischung wie in der obigen Zelle A gefüllt, und die erhaltene Zelle wurde allmählich von der isotropen Phase bei einer Geschwindigkeit von -4ºC/Min. abgekühlt. Dann wurde die Zelle drei Zyklen des Wiederausrichtens durch Erwärmen auf die SmA-Phase (75ºC), gefolgt durch Wiederabkühlen auf die SmC*-Phase (40ºC) bei einer Rate von 4ºC unterworfen, während sich abwechselnde rechteckige Wellenformen von 100 Hz und ± 10 Volt angewendet wurden, um den gewünschten Ausrichtungszustand zu erhalten. Die erhaltene Zelle wurde als Zelle B bezeichnet. Die Zelle zeigte einen Scheintiltwinkel θa von etwa 11 Grad und erfüllte somit die oben erwähnten Beziehungen (1) und (2), wobei eine gleichmäßige homogene C1-Ausrichtung gezeigt wurde.
Die Kurve (B) in Fig. 7A zeigt ein Röntgenstrahlbeugungsmuster der Zelle B, wobei somit ein scharfer Beugungspeak, der mit demjenigen der Zelle A vergleichbar war und eine Halbwertsbreite Γh von etwa 1,9 Grad auftraten. Des weiteren zeigte eine Ausrichtungsbeobachtung durch ein Polarisationsmikroskop ist wesentlichen keine Ausrichtungsdefekte aufgrund einer Unordnung der Schichtstruktur. Demzufolge, ähnlich wie Zelle A, wurde eine homogene Schichtstruktur, die im wesentlichen einen konstanten Schichtabstand, wie in Fig. 5A gezeigt, erhielt, bestätigt.
Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung (Zelle) mit einer Querschnittsstruktur gemäß Fig. 13 wurde in ähnlicher Weise wie in dem obigen Beispiel hergestellt. Die Flüssigkristallzelle enthält Substrate (Glasplatten) 1311a und 1311b mit transparenten Elektroden 1312a und 1312b aus beispielsweise In&sub2;O&sub3; oder ITO (Indium-Zinn-Oxid), die weiterhin mit 20-300 nm (200-3000 Å)-dicken Isolationsfilmen 1313a uns 1313b aus beispielsweise SiO&sub2;, TiO&sub2; und Ta&sub2;O&sub5; und 5 bis 100 nm (50-1000 Å)-dicken Ausrichtungssteuerungsfilmen 1314a und 1314b aus Polyamid beschichtet waren, wobei der oben beschriebene große Vortiltwinkel erreicht wurde. Die Ausrichtungssteuerungsfilme 1314a und 1314b wurden in Richtungen gerieben, die identisch sind, aber sich überschneiden bei einem beiderseitigen rechtsdrehenden Winkel von 3-20 Grad.
Zwischen den Substraten 1311a und 1311b wird ein ferroelektrischer smektischer Flüssigkristall 1315 in einer Dicke vorgesehen, die ausreichend gering ist (beispielsweise 0,1 bis 3 um) um die Bildung einer Helixstruktur des ferroelektrischen Flüssigkristalls zu unterdrücken und den ferroelektrischen Flüssigkristall 1315 in einem bistabilen Ausrichtungszustand zu bringen. Die Flüssigkristallschichtdicke wird durch Abstandsperlen 1316 aus beispielsweise Siliziumoxid oder Aluminiumoxid gehalten. Die gesamte Zellstruktur wird zwischen einem Paar von Polarisatoren 1317a und 1317b gehalten, um eine Tafel herzustellen, die einen Anzeigebereich von 114 mm · 228 mm aufweist.
In einem speziellen Beispiel wurde die in dieser Weise hergestellte Tafel der oben erwähnten Wiederausrichtungsbehandlung unterworfen und die Ausrichtung in der Zelle wurde auf einen Zustand gebracht, der eine mittlere Molekülachsenrichtung 61, wie in Fig. 1A gezeigt, ergab. Dann wurde die Tafel einer kontinuierlichen Anwendung von Rechtwinkelimpulsen mit einer Impulsbreite von 24 us, einer Spannungsamplitude von 40 Volt und einem Leistungsverhältnis von ½ für etwa 7 Stunden unterworfen. Als Ergebnis des Messung des Anstiegs der Zelldicke am Bereich 83 in Fig. 18 betrug der Anstieg nur etwa 5% im Hinblick auf den Anfangswert.

Beispiel 2

Eine Zelle der gleichen Struktur wie Zelle B wurde nach allmählicher Abkühlung aus der isotropen Phase verschiedenen Zyklen einer Wiederausrichtungsbehandlung unterworfen, wobei die SmA-Phase erhitzt wurde, wonach auf die Sm*C-Phase in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 abgekühlt wurde, wobei eine Zelle C entstand. Die Zelle C hatte ein Röntgenstrahlbeugungsmuster (C), wie in Fig. 7A gezeigt. Der Beugungspeak war etwas breiter (Γh = 2,4 Grad) als derjenige der Zelle A, aber die Beobachtung der Ausrichtung zeigte nur einige Ausrichtungsdefekte, was eine homogene Schichtstruktur anzeigte. Als eine Tafel, die identisch zu der von Beispiel 1 war, der gleichen Wiederausrichtungsbehandlung wie die Zelle C und einem ähnli chen Antriebstest unterworfen wurde, betrug der Anstieg der Zelldicke nur etwa 10% im Hinblick auf den Anfangswert.

Vergleichsbeispiel 1

Eine Zelle der gleichen Struktur wie die Zelle B wurde allmählich aus der isotropen Phase unter. Bildung einer Zelle D abgekühlt, wobei keine Wiederausrichtungsbehandlung erfolgte. Die Zelle D lieferte ein Röntgenstrahlbeugungsmuster (D) gemäß Fig. 7A, das einen Beugungspeak (Γh = 3,6 Grad) zeigte, der wesentlich breiter war als derjenige von Zelle A war. Die Breite des Beugungungspeaks bedeutet, daß die Ordnung der smektischen Schichtstruktur in irgendeiner Weise geringer ist. Das kann auf das Phänomen zurückzuführen sein, daß der Flüssigkristall im Zustand der allmählichen Abkühlung aus der isotropen Phase stark von den Substratgrenzen beeinflußt ist, was zu einer Krümmung der smektischen Schichten, wie in Fig. 14A und 14B gezeigt, führt. Allerdings sind genaue Mechanismen noch nicht aufgeklärt.
Als Ergebnis der Ausrichtungsbeobachtung wurden viele Ausrichtungsdefekte beobachtet, die der Unordnung in der Schichtstruktur zuzuschreiben sind. Diese Ausrichtungsdefekte könnten auf das Phänomen zurückzuführen sein, daß die Kurvenbildung oder Bildung der Schichten in der Weise, daß der Schichtabstand lokal konstant sein soll, Fehlausrichtungen oder Ausrichtungsdefekte, wie durch das Bezugszeichen 50 in Fig. 15 dargestellt, verursachte. Allerdings sind bis jetzt noch keine Einzelheiten aufgeklärt. Als eine Tafel der gleichen Struktur wie in Beispiel 1 einem ähnlichen Antriebstest ohne irgendeine Wiederausrichtungsbehandlung wie bei der Zelle D unterworfen wurde, ergab der Anstieg der Zelldicke etwa 30% im Hinblick auf den Anfangswert.
Die Werte der Eigenschaften der Zellen A-D und die Ergebnisse der Messung des Anstiegs der Zelldicke sind in folgender Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 1

Beispiel 3

Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht, die eine andere geeignete erfindungsgemäße Ausführungsform zeigt. In Fig. 16 umfaßt die Flüssigkristallzelle ein Paar aus einem oberen Substrat 31a und einem unteren Substrat 31b, die parallel zueinander angeordnet sind und etwa 40 bis 200 nm (400 bis 2000 Å)-dicke transparente Elektroden 32a und 32b aufweisen. Zwischen dem oberen Substrat 31a und dem unteren Substrat 31b ist ein ferroelektrischer Flüssigkristall 35, vorzugsweise ein ferroelektrischer smektischer Flüssigkristall angeordnet, der in Nicht- Helixstruktur angeordnet ist und mindestens zwei stabile Zustände aufweist. Die transparenten Elektroden 32a und 32b sind mit Ausrichtungssteuerungsfilmen 34a und 34b aus beispielsweise 1 bis 100 nm (10 bis 1000 Å)-dicken Filmen aus einem Polymer, wie Polyimid, bedeckt. Die Ausrichtungssteuerungsfilme 34a und 34b wurden in Richtungen gerieben, die parallel und identisch zueinander sind. Es ist ebenfalls möglich, daß sich die Reibrichtungen bei einem Winkel von 5 bis 20 Grad überschneiden. Es ist ebenfalls möglich, beispielsweise 20-300 nm (200 bis 3000 Å)-dicke Isolationsfilme 33a und/oder 33b aus beispielsweise SiO&sub2;, TiO&sub2; oder Ta&sub2;O&sub5;, zwischen die Ausrichtungssteuerungsfilme 34a, 34b und die transparenten Elektroden 32a, 32b, einzusetzen. Der Abstand zwischen den Substraten wird beispielsweise durch Siliziumoxidperlen mit beispielsweise einem mittleren Durchmesser von etwa 1,5 um (in der Regel 0,1-3,5 um), die innerhalb der Flüssigkristallschicht 35 dispergiert sind, gehalten. Das obere Substrat 31a und das untere Substrat 31b sind einer entsprechenden Ausrichtungsbehandlung unterworfen worden, um effektiv gleiche Vortiltwinkel zu entwickeln.
Der ferroelektrische Flüssigkristall 35 kann in der chiralen smektischen Phase, insbesondere in der chiralen smektischen C- Phase (Sm*C), H-Phase (Sm*H) oder I-Phase (Sm*I) vorliegen.
Eine besonders bevorzugte Klasse von Flüssigkristallen ist diejenige, die eine cholesterische Phase auf einer höheren Temperaturseite zeigt, einschließlich eine Kristallmischung auf Pyrimidinbasis, die folgende Phasenübergangsserie und physikalische Eigenschaften aufweist:
Kegelwinkel = 14 Grad
spontane Polarisation Ps = 4 nC/cm²
Schichtneigungswinkel δ = 10 Grad
Scheintiltwinkel θa = 11 Grad
In einem speziellen Beispiel wurde eine Flüssigkristallzelle, die in der oben beschriebenen Weise unter Verwendung der Flüssigkristallmischung auf Pyrimidinbasis hergestellt wurde, allmählich aus der isotropen Phase abgekühlt und dann einer Wiederausrichtungsbehandlung einschließlich Wiedererhitzen in die SmA-Phase und dann einem Wiederabkühlen in die Sm*C-Phase unter Anwendung von wechselnden rechtwinkligen Wellen von 100 Hz und ±10 Volt in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 unterworfen, um den gewünschten Ausrichtungszustand zu erhalten.
Verschiedene Vortiltwinkel wurden nach der TIR-Methode (totale innere Reflexion) gemessen, welche beispielsweise in Appl. Phys. Lett. Bd. 53, Nr. 24 2397 (1988) beschrieben ist.
Die gemessene Zelle besaß eine Struktur mit einem Halbkugelprisma mit hohem Beugungsindex anstelle des oberen Substrats 31a in der in Fig. 16 gezeigten Zelle zur Messung eines Vortiltwinkels αA in der SmA-Phase und von Vortiltwinkel αCi und αCo in der Sm*C-Phase für die nach innen und nach außen gerichteten Dipolmomente der Flüssigkristallmoleküle in der Nähe einer Flüssigkristallgrenze, die mit dem Halbkugelprisma in Kontakt steht. Die Vortiltwinkel zeigten eine relativ geringe Temperaturabhängigkeit und erfüllten die Beziehung von αA = αCi = αCo = 19 Grad mindestens innerhalb des Temperaturbereichs von TAC ± 3ºC, worin TAC eine SmA → Sm*C- Phasenübergangstemperatur bedeutet.
Der Ausrichtungszustand erfüllte die obigen Beziehungen (1) und (2), was eine gleichmäßige C1-Ausrichtung ergab.
Die Ausrichtung in einer Flüssigkristallzelle, die in der obigen Weise beschrieben wurde, wurde insgesamt in eine Orientierung mit einer mittleren Molekularachsenrichtung 61 gebracht und dann kontinuierlichen rechteckigen Impulsen einer Pulsbreite mit einer Spannungsamplitude von 50 Volt und einer Leistung von ½ für etwa 7 Stunden unterworfen. Die Messung der Zellendicke am Bereich 63 in Fig. 1B ergab, daß der Zelldickenanstieg nur etwa 5% im Hinblick auf den Anfangswert betrug. Die Bistabilität war ebenfalls sehr gut.

Vergleichsbeispiel 2

Eine Zelle der gleichen Struktur wie in Beispiel 3 wurde hergestellt und allmählich aus der isotropen Phase abgekühlt, wonach keine Wiederausrichtungsbehandlung erfolgte.
Die Zelle in dem obigen Ausrichtungszustand wurde einer Messung der Vortiltwinkel in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 unterworfen, wobei Ergebnisse von αCo > αCi, αCo - αCi = 3 Grad und αA = (αCo + αCi) / 2 erhalten wurden.
Die obige Zelle wurde kontinuierlich in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 unter Spannung gesetzt, wodurch der Zelldickenanstieg auf etwa 30% im Hinblick auf den Anfangswert stieg.

Beispiel 4

Ein Glassubstrat mit 7,5 · 7,5 cm und transparenten Elektroden wurde durch Sputtern mit einem Tantaloxidfilm beschichtet und dann mit einer 1% NMP-Lösung eines Fluor enthaltenen Polyimidvorläufers beschichtet, wonach dann bei 270ºC für 1 Stunde gebacken und gerieben wurde. Dieses Substrat und ein anderes in der gleichen Weise behandeltes Substrat wurden aufeinander zur Bildung einer Zelle mit einer Zellücke von 1,5 um gelegt, so daß ihre Reibrichtungen fast identisch waren, allerdings einen Überschneidungswinkel einer Rechtsschraube oder Uhrzei gersinnschraube (von der obigen Zelle aus gesehen) von 10 Grad bildete. Die Zelle zeigte einen Vortiltwinkel von 20 Grad nach der Kristallorientierungsmethode. Die Zelle wurde mit einer Flüssigkristallmischung auf Phenylpyrimidinbasis gefüllt, die einen Kegelwinkel von 14 Grad bei Raumtemperatur, einen Schichtneigungswinkel von 12 Grad und folgende Phasenübergangsserie aufwies:
Fig. 17 zeigt die Temperaturabhängigkeit des Kegelwinkels des Flüssigkristalls unter Verwendung einer Temperaturskala, die mit der Wechselstromphasenübergangstemperatur des Flüssigkristalls (67ºC) normalisiert ist.
Die Flüssigkristallzelle ließ man für 5 Stunden bei 100ºC altern und unterwarf sie dann folgender Serie der Abkühlungs- /Wiederausrichtungsbehandlung:
Die C1-Ausrichtung wurde erhalten, und die Umschaltung im elektrischen Feld zwischen gleichmäßigen Zuständen war über den gesamten Temperaturbereich von Sm*C möglich. Die Experimente wurden danach bei 30ºC ausgeführt. Der Scheintiltwinkel θa betrug bei dieser Bedingung 11,5 Grad.
Dann wurde die Zelle, wie in Fig. 18 gezeigt, in die Orientierungen 81 und 82 gebracht, und die gesamte Zelle wurde einer Serie von Antriebswellenformen, die in Fig. 19 gezeigt sind (Vop = 25 Volt, Δt = 25 us), für etwa 7 Stunden unterworfen. Danach wurde die Zelldickenänderung (%) bei den Bereichen 83- 86 in Fig. 18 im Hinblick auf den Anfangswert gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
Die Zelle wurde mit gekreuzten Nicol-Polarisatoren eingeschlossen, um mit bloßem Auge die Färbung zu beobachten, wobei kein Bereich mit Zelldickenanstieg durch Färbung erkannt wurde.
Die Röntgenstrahlbeugungsanalyse wurde unter Verwendung einer Probenzelle mit einer Zelldicke von 1,5 um, die unter Verwendung von 80 um-dicken Glasplatten, die in der gleichen Weise wie oben behandelt wurden, hergestellt wurde, durchgeführt. Die Ergebnisse der Messung des Schichtneigungswinkel δ, der Peakhalbwertsbreite (FWMH) und des Beugungspeakbereichs wurden in Tabelle 8, die später erscheint, zusammengefaßt.
Wie in Tabelle 8 gezeigt, betrugen der Peakbereich und die Halbwertsbreite, die in diesem Beispiel 4 erhalten wurden, 103 % und das 1,15-fache derjenigen des später beschriebenen Vergleichsbeispiels 5.

Beispiel 5

Eine in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 bis zum Altern auf 100ºC hergestellte Flüssigkristallzelle, wurde dann bei einer Rate von -4ºC/Min. auf 50ºC abgekühlt und 10 Minuten bei 50ºC mit einem Wechselstrom von ±7 Volt und 100 Hz behandelt.
Im gesamten Temperaturbereich von Sm*C in der erhaltenen Zelle war die C1-Ausrichtung erhalten und ein Umschalten durch das elektrische Feld zwischen gleichmäßigen Zuständen war möglich. Der Scheintiltwinkel θa betrug 11,5 Grad.
Dann wurde die Zelle in die Orientierungen 81 und 82, wie in Fig. 18 gezeigt, gebracht, und die gesamte Zelle wurde mit einer Serie von Antriebswellenformen, die in Fig. 19 gezeigt sind (Vop = 25 Volt, Δt = 25 us), für etwa 7 Stunden unterworfen. Danach wurde die Zelldickenänderung (%) bei den Bereichen 83-86 in Fig. 18 im Hinblick auf den Anfangswert gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
Die Zelle wurde mit gekreuzten Nicol-Polarisatoren eingeschlossen, um mit bloßem Auge die Färbung zu beobachten, wobei kein Bereich des Zelldickenanstiegs durch Verfärbung erkannt wurde.

Beispiel 6

Eine in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 bis zur Alterung bei 100ºC hergestellte Flüssigkristallzelle wurde dann bei einer Rate von -4ºC/Min. auf 25ººC abgekühlt und 10 Minuten bei 25ºC mit einem Wechselstrom von ±7 Volt und 100 Hz behandelt.
Im gesamten Temperaturbereich von Sm*C in der erhaltenen Zelle war die C1-Ausrichtung erhalten und ein Umschalten durch das elektrische Feld zwischen gleichmäßigen Zuständen war möglich. Der Scheintiltwinkel θa betrug 11,5 Grad.
Dann wurde die Zelle in die Orientierungen 81 und 82, wie in Fig. 18 gezeigt, gebracht, und die gesamte Zelle wurde mit einer Serie von Antriebswellenformen, die in Fig. 19 gezeigt sind (Vop = 25 Volt, Δt = 25 us), für etwa 7 Stunden unterworfen. Danach wurde die Zelldickenänderung (%) bei den Bereichen 83-86 in Fig. 18 im Hinblick auf den Anfangswert gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4
Die Zelle wurde mit gekreuzten Nicol-Polarisatoren eingeschlossen, um mit bloßem Auge die Färbung zu beobachten, wobei kein Bereich des Zelldickenanstiegs durch Verfärbung erkannt wurde.

Beispiel 7

Eine in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 bis zur Alterung bei 100ºC hergestellte Flüssigkristallzelle wurde dann folgender Behandlung unterworfen:
Im gesamten Temperaturbereich von Sm*C in der erhaltenen Zelle wurde die C1-Ausrichtung erhalten und ein Umschalten durch das elektrische Feld zwischen gleichmäßigen Zuständen war möglich. Der Scheintiltwinkel 6a betrug 11,5 Grad.
Dann wurde die Zelle in die Orientierungen 81 und 82, wie in Fig. 18 gezeigt, gebracht, und die gesamte Zelle wurde mit einer Serie von Antriebswellenformen, die in Fig. 19 gezeigt sind (Vop = 25 Volt, Δt = 25 us), für etwa 7 Stunden unterworfen. Danach wurde die Zelldickenänderung (%) bei den Bereichen 83-86 in Fig. 18 im Hinblick auf den Anfangswert gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 5
Die Zelle wurde mit gekreuzten Nicol-Polarisatoren eingeschlossen, um mit bloßem Auge die Färbung zu beobachten, wobei kein Bereich des Zelldickenanstiegs durch Verfärbung erkannt wurde.
Die Röntgenstrahlbeugungsanalyse wurde ähnlich wie in Beispiel 4 durchgeführt. Die Ergebnisse der Messung des Schichtneigungswinkels δ, der Peakhalbwertsbreite (FWMH) und der Beugungspeakbereiche sind in der nachfolgenden Tabelle 8 zusammengefaßt. Wie in Tabelle 8 gezeigt ist, betrugen der Peakbereich und die Halbwertsbreite von Beispiel 7 83% und das 1,18-fache derjenigen des nachfolgend beschriebenen Vergleichsbeispiels 5.

Beispiel 8

Eine in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 bis zur Alterung bei 100ºC hergestellte Flüssigkristallzelle wurde dann folgender Behandlung unterworfen:
Im gesamten Temperaturbereich von Sm*C in der erhaltenen Zelle wurde die C1-Ausrichtung erhalten und ein Umschalten durch das elektrische Feld zwischen gleichmäßigen Zuständen war möglich. Der Scheintiltwinkel θa betrug 11,5 Grad.
Dann wurde die Zelle in die Orientierungen 81 und 82, wie in Fig. 18 gezeigt, gebracht, und die gesamte Zelle wurde einer Serie von Antriebswellenformen, die in Fig. 19 gezeigt sind (Vop = 25 Volt, Δt = 25 us), für etwa 7 Stunden unterworfen. Danach wurde die Zelldickenänderung (%) bei den Bereichen 83- 86 in Fig. 18 im Hinblick auf den Anfangswert gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 6
Die Zelle wurde mit gekreuzten Nicol-Polarisatoren eingeschlossen, um mit bloßem Auge die Färbung zu beobachten, wobei kein Bereich des Zelldickenanstiegs durch Verfärbung erkannt wurde.
Die Röntgenstrahlbeugungsanalyse wurde ähnlich wie in Beispiel 4 durchgeführt. Die Ergebnisse der Messung des Schichtneigungswinkels δ, der Peakhalbwertsbreite (FWMH) und der Beugungspeakbereiche sind in der nachfolgenden Tabelle 8 zusam mengefaßt. Wie in Tabelle 8 gezeigt ist, betrugen der Peakbereich und die Halbwertsbreite von Beispiel 8 80% und das 1,23-fache derjenigen des nachfolgend beschriebenen Vergleichsbeispiels 5.

Vergleichsbeispiel 3

Eine in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 bis zur Alterung bei 100ºC hergestellte Flüssigkristallzelle wurde dann bei einer Rate von -4ºC/Min. auf 30ºC abgekühlt. Die Zelle wurde dann in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 ohne weitere Behandlung bewertet. Im gesamten Temperaturbereich von Sm*C in der erhaltenen Zelle erhielt sich die Ausrichtung, und das Umschalten durch das elektrische Feld zwischen gleichmäßigen Zuständen war möglich. Der Scheintiltwinkel θa betrug 11,5 Grad.
Dann wurde die Zelldicke in die Orientierungen 81 und 82, wie in Fig. 18 gezeigt, gebracht, und die gesamte Zelle wurde einer Serie von Antriebswellenformen, die in Fig. 19 gezeigt sind (Vop = 25 Volt, Δt = 25 us), für etwa 7 Stunden unterworfen. Danach wurde die Zelldickenänderung (%) bei den Bereichen 83-86 in Fig. 18 im Hinblick auf den Anfangswert gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 7 gezeigt. Tabelle 7
Die Zelle wurde mit gekreuzten Nicol-Polarisatoren eingeschlossen, um mit bloßem Auge die Verfärbung zu beobachten, wobei die Bereiche 83 und 85 gelb verfärbt waren aufgrund einer beträchtlichen Dickenänderung im Falle einer Anzeige in weiß.
Die Röntgenstrahlbeugungsanalyse wurde ähnlich wie in Beispiel 4 durchgeführt. Die Ergebnisse der Messung des Schichtneigungswinkels δ, der Peakhalbwertsbreite (FWMH) und der Beugungspeakbereichs sind in der nachfolgenden Tabelle 8 zusammengefaßt. Wie in Tabelle 8 gezeigt ist, betrugen der Peakbereich und die Halbwertsbreite in diesem Vergleichsbeispiel 3 53% und das 1,53-fache derjenigen des später beschriebenen Vergleichsbeispiels 5.

Vergleichsbeispiel 4

Eine in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 bis zur Alterung bei 100ºC hergestellte Flüssigkristallzelle, mit der Ausnahme, daß die Reibdichte das 3-fache von derjenigen in Beispiel 4 (das heißt, Durchführen einer 3-fachen Reibung auf einem Substrat mit der gleichen Reibwalze) betrug, wurde dann bei einer Rate von -4ºC/Min. auf 30ºC abgekühlt und dann wurde der Ausrichtungszustand beobachtet. Der gemessene Vortiltwinkel betrug 9 Grad bei den oben erwähnten Reibbedingungen. Die Beobachtung hat ergeben, daß eine C2-Ausrichtung in der Sm*C- Phase bei Temperaturen unterhalb 55 Grad auftrat, wobei ein Umschalten zwischen homogenen gleichmäßigen Zuständen nicht stattfand.

Vergleichsbeispiel 5

Ein Glassubstrat mit 7,5 cm · 7,5 cm und Transparentelektroden wurde durch Sputtern mit einem Tantanoxidfilm beschichtet und dann mit einer 1% NMP-Lösung aus Polyamidsäure als Vorläufer auf ein Polyamid folgender Strukturformel beschichtet:
n: ganze Zahl
wonach bei 270ºC für 1 Stunde gebacken und gerieben wurde. Dieses Substrat und ein anderes in der gleichen Weise behandeltes Substrat wurden unter Bildung einer Zelle mit einer Zellücke von 1,5 um dazwischen übereinander gelegt, so daß ihre Reibrichtungen fast identisch waren, allerdings einen rechtsdrehenden oder im Uhrzeigersinn drehenden Überschneidungswinkel von 10 Grad (aus der Sicht oberhalb der Zelle) bildete. Die Zelle wies einen Vortiltwinkel von 1,5 Grad nach der Kristalldrehmethode auf. Die Zelle wurde mit der gleichen Flüssigkristallmischung auf Phenylpyrimidinbasis wie in Beispiel 4 gefüllt. Der erhaltene Flüssigkristall zeigte eine homogene schieflagige C2-Ausrichtung in der Sm*C-Phase bei Temperaturen unterhalb 63ºC.
Die Röntgenstrahlbeugungsanalyse wurde ähnlich wie in Beispiel 4 durchgeführt. Die Ergebnisse der Messung des Schichtneigungswinkels δ, der Peakhalbwertsbreite (FWMH) und der Beu gungspeakbereichs sind in der nachfolgenden Tabelle 8 zusammen mit den Ergebnissen in Beispielen 4, 7, 8 und Vergleichsbeispielen 3 zusammengefaßt. Tabelle 8
Wie oben beschrieben wurde, kann erfindungsgemäß die Ordnung der smektischen Schichtstruktur durch Durchführen der oben erwähnten Wiederausrichtungsbehandlung erhöht werden, auch bei einer Zelle mit hohem Vortiltwinkel mit einem Vortiltwinkel von beispielsweise mindestens 10 Grad, wodurch es möglich geworden ist, die Zelldickenänderung aufgrund der Flüssigkristallbewegung beträchtlich herabzusetzen.
Als Mittel zur Erhöhung der Ordnung der smektischen Schichtstruktur ist ebenfalls festgestellt worden, einen ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer Phasenübergangsserie von Iso. → Ch. → Sm*C. effektiv zu verwenden.
Des weiteren, in einer anti-parallelen Reibungszelle, in welcher ein Substratpaar gegenseitig parallel, aber in entgegengesetzten Richtungen gerieben werden, tritt die oben erwähnte Flüssigkristallbewegung nicht auf, aber die oben erwähnte Wiederausrichtungsbehandlung hat sich als wirksam zur Eliminie rung von Strukturdefekten in der smektischen Schichtstruktur erwiesen.
Auch insbesondere bei einer anti-parallelen Reibungszelle, genauso wie bei einer parallelen Reibungszelle, kommt es dazu, daß die Schichtstruktur durch Substratgrenzen beeinflußt wird, was zur Krümmung der smektischen Schichten führt, was allerdings durch die oben erwähnte Wiederausrichtungsbehandlung unter Bildung einer homogenen Schichtstruktur, wie in Fig. 5B gezeigt, eliminiert werden soll.
Des weiteren wird erfindungsgemäß eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung gestellt, worin die Vortiltwinkel korrigiert sind unter Bildung einer verbesserten Bistabilität und einer Ausrichtung mit hohem Kontrast und ebenfalls unter einer beträchtlichen Verminderung der lokalen Zelldickenänderung während des Antriebs.
Des weiteren ist es erfindungsgemäß im allgemeinen möglich, den Zelldickenanstieg entlang der Seite in einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung zu minimieren, so daß ein stabiler Antrieb für einen langen Zeitraum gewährleistet ist.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung einer chiralen smektischen Flüssigkristallvorrichtung, das folgende Schritte aufweist:

Bereitstellen einer Flüssigkristallvorrichtung, die einen Flüssigkristall mit chiraler smektischer C-Phase und ein Substratpaar, das den Flüssigkristall mit chiraler smektischer C-Phase einschließt, umfaßt, wobei jedes Substrat darauf eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung an den Flüssigkristall mit chiraler smektischer C- Phase aufweist, das Substratpaar mit einachsigen Ausrichtungsachsen in Richtungen, die im wesentlichen identisch sind, Versehen ist, so daß ein Vortiltwinkel α von mindestens 10 Grad zwischen einer Substratgrenze und Flüssigkristallmolekülen in der Nähe der Grenze geschaffen wird; und

Anlegen eines elektrischen Wechselstromfeldes an den Flüssigkristall mit chiraler smektischer C-Phase während die Vorrichtung einer Temperaturänderung unterworfen wird, um in der chiralen smektischen Phase einen homogenen Ausrichtungszustand zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das elektrische Wechselstromfeld an den Flüssigkristall mit chiraler smektischer C-Phase angelegt wird, während eine Temperaturänderung zwischen der isotropischen Phase und der chiralen smektischen Farbe verursacht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Verfahren einen Zyklus aus Erwärmen und Abkühlen des Flüssigkristalls mit chiraler smektischer C-Phase umfaßt und das elektrische Wechselstromfeld an den Flüssigkristall während des Zyklus angelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Flüssigkristall mit chiraler smektischer C-Phase in einem Ausrichtungszustand angeordnet ist, der mindestens zwei stabile Zustände von optischen Achsen schafft, die einen Winkel 2θa dazwischen bilden, der die Beziehung erfüllt: > θa > /2, worin θa einen Scheintiltwinkel bedeutet und ein Kegelwinkel des Flüssigkristalls mit chiraler smektischer C-Phase bedeutet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Flüssigkristall mit chiraler smektischer C-Phase in einem Ausrichtungszustand angeordnet ist, der die Beziehung erfüllt: - δ < α, worin einen Kegelwinkel bedeutet und δ einen Schichtneigungswinkel des Flüssigkristalls mit chiraler smektischer C-Phase bedeutet.

6. Verfahren nach Anspruch 3, worin der Zyklus des Erwärmens und Abkühlens wiederholt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Verfahren einen oder mehr Zyklen des Erwärmens und Abkühlens nur innerhalb des Temperaturbereichs der smektischen Phase des Flüssigkristalls mit chiraler smetischer C-Phase umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, worin der Flüssigkristall mit chiraler smektischer C-Phase in einem Ausrichtungszustand angeordnet ist, der mindestens zwei stabile Zu stände von optischen Achsen schafft, die einen Winkel 2θa dazwischen bilden, der die Beziehung erfüllt: > θa > /2, worin θa einen Scheintiltwinkel bedeutet, und einen Kegelwinkel des Flüssigkristalls mit chiraler smektischer C-Phase bedeutet.

9. Verfahren nach Anspruch 6, worin der Flüssigkristall mit chiraler smektischer C-Phase in einem Ausrichtungszustand angeordnet ist, der die Beziehung erfüllt: - δ < α, worin einen Kegelwinkel bedeutet und δ einen Schichtneigungswinkel des Flüssigkristalls mit chiraler smektischer C-Phase bedeutet.

10. Verfahren nach Anspruch 1, worin sich die einachsigen Ausrichtungsachsen an dem Substratpaar miteinander bei einem Überschneidungswinkel θc überschneiden, der die Beziehung erfüllt: 20 Grad > θc > 0 Grad.

11. Verfahren nach Anspruch 3, worin der Flüssigkristall mit chiraler smektischer C-Phase eine smektische A-Phase (SmA) auf einer höheren Temperaturseite als eine chirale smektische Phase (SmC*) aufweist und der Zyklus des Erwärmens und Abkühlens durch eine SmA-SmC* -Phasenübergangstemperatur unter Anwendung des elektrischen Wechselstromfeldes bewirkt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 3, worin der Flüssigkristall mit chiraler smektischer C-Phase eine smektische A-Phase (SmA) auf einer höheren Temperaturseite als eine chirale smektische C-Phase (SmC*) aufweist und der Zyklus des Erwärmens und δes Abkühlens bewirkt wird, um mindestens einen Zyklus des Phasenübergangs von SmC* → SmA → SmC* gleichzeitig unter Anlegung des elektrischen Wechselstromfeldes zu verursachen.