DE69801727T2

DE69801727T2 - Flüssigkristallvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

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Publication number: DE69801727T2
Application number: DE1998601727
Authority: DE
Inventors: Kenji Hanabusa; Takashi Kato; Takaaki Kutsuna; Masakatsu Ukon
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: JPH1152341A; EP0896048A1; DE69801727D1; EP0896048B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallvorrichtung. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf eine Flüssigkristallvorrichtung, die aus einem Flüssigkristallgel gefertigt ist, das im wesentlichen kein Fließvermögen aufweist, und auf ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallvorrichtung, das geeignet ist, die Flüssigkristallvorrichtung rasch und auf einfache Weise zur Verfügung zu stellen.

Beschreibung des in Beziehung stehenden Stands der Technik

In den letzten Jahren erfreuten sich Flüssigkristallvorrichtungen (Flüssigkristallanzeigen), die eine Schicht zur Regulierung des Lichtdurchgangs bzw. eine Lichteinstellschicht (light adjusting layer) einschließen, aufgrund des Vorteils, daß keine Polarisationsplatte und keine Ausrichtungsbehandlung erforderlich sind, um eine überlegene Helligkeit und einen klaren Kontrast zu erhalten, großer Beliebtheit. In diesen Typen von Flüssigkristallvorrichtungen werden im allgemeinen Flüssigkristallmoleküle als Material für die Lichteinstellschicht verwendet. Die Flüssigkristallmoleküle alleine reichen jedoch nicht aus, um dem Anspruch nach einem Ansprechen mit hoher Geschwindigkeit zu genügen, der zunehmend an Flüssigkristallvorrichtungen herangetragen wird.
Aus diesem Grund wurde ein Flüssigkristall vom Hochpolymerdispersions-Typ vorgeschlagen. Dieser Flüssigkristall vom Hochpolymerdispersions-Typ weist im wesentlichen eine Struktur mit in einem Polymer verteilten Flüssigkristallmolekülen auf, wobei angenommen wird, daß der Mechanismus der optischen Transmission einem Lichtstreumodus entspricht, der ein rascheres Ansprechen als die einzelne Verwendung von Flüssigkristallmolekülen gewährleistet.
Der Flüssigkristall vom Hochpolymerdispersions-Typ wird typischerweise mittels eines Polymerisationsverfahrens hergestellt. Genauer gesagt werden zwei Platten eines Substrates mit einer Elektrode, wobei mindestens eine der Platten transparent ist, beispielsweise Glasplatten mit einem Indiumzinnoxid-Film als darauf gebildete Elektrode, zur Verfügung gestellt. Ein fotopolymerisierbares Monomer, als flüssiges Polymerausgangsmaterial und Flüssigkristallmoleküle werden zwischen den beiden Platten eingebracht. Anschließend wird das fotopolymerisierbare Monomer durch das transparente Substrat hindurch ultravioletter Strahlung oder ähnlichem ausgesetzt, um eine Polymerisation zu induzieren, wodurch ein Flüssigkristall vom Hochpolymerdispersions-Typ erzeugt wird, in dem Flüssigkristallmoleküle in einem fotopolymerisierten Hochpolymer dispergiert sind (siehe zum Beispiel die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 340587/1994, Nr. 17910/1995 und Nr. 69983/1995).
Dieses herkömmliche Verfahren erfordert jedoch unterschiedliche Materialien, die aus dem fotopolymerisierbaren Monomer und den Flüssigkristallen bestehen, die in den engen Raum zwischen den beiden Platten des Substrats im Laufe der Herstellung der Flüssigkristallvorrichtung eingebracht werden sollen. Es ist schwierig, eine Flüssigkeit, wie einen Flüssigkristall in den engen Raum zwischen zwei Platten eines Substrats homogen, ohne daß Blasen erzeugt werden, einzubringen. Außerdem verlängert solch ein Verfahren die Zeitdauer, die zur Herstellung erforderlich ist, und führt dazu, daß das Herstellungsverfahren kompliziert wird.
Außerdem ist es nicht einfach, ein fotopolymerisierbares Monomer mittels eines UV-Strahlungsverfahrens gleichmäßig zu polymerisieren. Ein zusätzliches Problem besteht in der Schwierigkeit das resultierende Polymer und die Flüssigkristallmoleküle gleichmäßig zu mischen.
Außerdem wird dem Flüssigkristall vom Hochpolymerdispersions- Typ ein Abstandshalter hinzugefügt, um den genauen Abstand zwischen den beiden Plätten des Substrats aufrechtzuerhalten.
Ein weiteres Problem besteht darin, daß die geringe Viskosität des flüssigen fotopolymerisierbaren Monomers und der Flüssigkristallmoleküle es schwierig machen, einen Abstandshalter homogen zu dispergieren, der üblicherweise zu einem Flüssigkristall vom Hochpolymerdispersions-Typ gegeben wird, um den Abstand zwischen den beiden Platten des Substrats genau beizubehalten.
Außerdem ist es erforderlich, wenn ein fotopolymerisierbares Monomer verwendet wird, einen Belichtungsschritt nach dem Einführen des fotopolymerisierbaren Monomers und der Flüssigkristallmoleküle in den Raum zwischen den beiden Platten des Substrates durchzuführen. Dies erfordert eine spezielle Belichtungsvorrichtung, die die Herstellungsdauer verlängert, und verkompliziert das Herstellungsverfahren.
Außerdem muß, wenn eine Flüssigkristallvorrichtung mit einem Flüssigkristall vom Hochpolymerdispersions-Typ als Lichteinstellschicht für eine dekorative Anzeigetafel, wie eine Werbetafel, eine Anzeige für eine Uhr oder einen elektrischen Rechner, eine Anzeige, die einen hellen Schirm benötigt, insbesondere eine Anzeige für ein Computer-Terminal, eine Anzeige für eine Vorführung oder ähnliches verwendet wird, die Vorrichtung:
(a) von einer ausreichend tiefen Spannung mittels einer Ansteuerungseinheit, wie sie üblicherweise momentan verwendet wird, angesteuert werden,
(b) eine verringerte Hysterese zeigen (eine Erscheinung, bei der die Lichtdurchlässigkeit beim Ansteigen der Spannung und bei der Spannungsabnahme verschiedene Werte zeigt), was zu einer Abnahme des zeitlich-aufgespaltenen Ansteuerrandes und zu dem Problem führen kann, daß eine Abstufungsanzeige erfolgt, und
(c) einen hohen Kontrast zeigen.
Desweiteren offenbart die Zeitschrift Colloid Polym. Sci., Bd. 272, Nr. 3, März 1994, S. 348 bis 351 ein Flüssigkristallgelsystem, in dem die Flüssigkristallmoleküle in Form von Tröpfchen in einem Heißwasser-Gelsystem dispergiert sind, das aus einem PVA-Polymer und einer gesättigten Borax-Lösung besteht. Auf diese Weise wird eine gelartige Struktur der Gelmatrix erzeugt, die die Oberfläche der Tröpfchen bedeckt. Das Gelsystem kann durch Anlegen eines elektrischen Feldes geschaltet werden und das System zeigt eine gute Stabilität gegenüber einem elektrolytischen Abbau.
Andererseits offenbart die deutsche Patentschrift DE-A-43 03 033 ein Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die eine Flüssigkristallschicht umfaßt, die ein Gel in Form einer Mischung aus einer organischen Verbindung mit einer Perfluoralkylgruppe und einem Flüssigkristallmaterial enthält. Eine Flüssigkristallschicht kann durch Dispergieren von Tröpfchen einer Gelmischung, die aus der vorstehenden organischen Verbindung mit einer Perfluoralkylgruppe und dem Flüssigkristallmaterial besteht, in einer Polymermatrix hergestellt werden. Dementsprechend kann ein Hystereseeffekt während des Ansteuerns verhindert werden und durch Ansteuern mit einer vergleichsweise niedrigen Spannung wird ein hoher Kontrast erreicht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Angesichts dieser Situation führten die Erfinder der Erfindung ausgedehnte Studien durch, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen. Als Ergebnis fanden sie ein Flüssigkristallgel, das einen Hauptanteil aus Flüssigkristallmolekülen, die inhärentes Fließvermögen besitzen, und ein gelbildendes Mittel umfaßt, das die nachstehenden Eigenschaften aufweist, wenn es in einer Flüssigkristallvorrichtung verwendet wird.
1) Das Flüssigkristallgel kann gleichmäßig in einen engen Raum zwischen zwei Substratplatten ohne Unebenheiten und ohne Blasen einzuschließen eingebracht werden.
2) Das Flüssigkristallgel kann gleichmäßig und genau Abstandshalter in dem Raum zwischen den beiden Substratplatten, die die Flüssigkristallvorrichtung bilden, plazieren (verteilen).
3) Auf die Verwendung einer speziellen Belichtungsvorrichtung kann in dem Herstellungsverfahren verzichtet werden, wodurch die Dauer für die Herstellung von Flüssigkristallvorrichtungen verkürzt und das Verfahren vereinfacht werden kann.
4) Aufgrund einer homogenen Umsetzung der Flüssigkristallmoleküle und des gelbildenden Mittels kann die resultierende Flüssigkristallvorrichtung bei einer geringen Spannung betrieben werden, wobei sie eine Anzeige mit hohem Kontrast liefert.
5) Das Flüssigkristallgel kann die Hysterese-Erscheinung verringern, wodurch eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit des Anzeigeverhaltens der Flüssigkristallvorrichtungen sichergestellt werden kann.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Lösung dieser zur Debatte stehenden Punkte und in der Bereitstellung einer Flüssigkristallvorrichtung, die einfach hergestellt werden kann, und die bei niedriger Spannung betrieben werden kann, wobei sie eine Anzeige mit hohem Kontrast liefert.
Genauer gesagt liefert die Erfindung eine Flüssigkristallvorrichtung, die ein Flüssigkristallgel nutzt, das die Verwendbarkeit beträchtlich verbessert und die Komplexität der Herstellung von Flüssigkristallvorrichtungen, die einen üblichen Flüssigkristall vom Hochpolymerdispersions-Typ verwenden, beseitigt, als auch eine Flüssigkristallvorrichtung, die dieses Flüssigkristallgel nutzt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, das zur raschen Herstellung einer Flüssigkristallvorrichtung, auf einfache Weise unter Verwendung des vorstehend erwähnten Flüssigkristallgels, geeignet ist.
Erfindungsgemäß ist die Flüssigkristallvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Lichteinstellschicht umfaßt, die aus einem Flüssigkristallgel besteht, das Flüssigkristallmoleküle und ein gelbildendes Mittel enthält, das mindestens zwei funktionelle Gruppen, die geeignet sind, eine zwischenmolekulare Wasserstoffbindung zu bilden, und mindestens zwei Alkylengruppen enthält. Der Einschluß der Flüssigkristallmoleküle und des gelbildenden Mittels gewährleistet, daß die Flüssigkristallmoleküle im wesentlichen nicht in einem fluiden Zustand vorliegen und leicht zu handhaben sind, und gleichzeitig beseitigt er die Komplexität beim Herstellungsverfahren. Deshalb wird durch die Verwendung solch eines Flüssigkristallgels die Herstellung einer Flüssigkristallvorrichtung einfach und es ist möglich, die Vorrichtung bei tiefer Spannung zu betreiben, wobei sie eine Anzeige mit hohem Kontrast liefert.
Die Zugabe einer kleinen Menge solch eines gelbildenden Mittels gewährleistet die Herstellung eines Flüssigkristallgels, in dem die Flüssigkristallmoleküle im wesentlichen kein Fließvermögen zeigen.
Bei der Herstellung der Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung ist es erwünscht, ein gelbildendes Mittel zu verwenden, das aus einer Verbindung mit chiraler Struktur besteht. Das Gelbildungsverhalten nimmt durch die Einführung einer chiralen Struktur in das gelbildende Mittel merklich zu.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung ist es erwünscht, ein gelbildendes Mittel zu verwenden, das mindestens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus 1,2-Bis-(11-(4-cyanobiphenyl-4'-oxo)- undecylcarbonylamino)cyclohexan, 1,2-Bis-(undecylcarbonylamino)cyclohexan, 1,2,3,4-Dibenzyliden-D-Sorbitol, 12-Hydroxystearinsäure, N-Lauroyl-L-glutaminsäure-α,γ-bis-n-butylamid, spinmarkierten Steroiden, Cholesterolderivaten, Aluminiumdialkylphosphat, cyclischen Oligomeren auf Phenolbasis, 2,3-Bis-n-hexadecyloxyanthracen und cyclischen Depsipeptiden besteht.
Die chemische Struktur des 1,2-Bis-(11-(4-cyanobiphenyl-4'- oxo)undecylcarbonylamino)cyclohexans wird durch die nachstehende Formel (1) wiedergegeben.
Die chemische Struktur des 1,2-Bis-(undecylcarbonylamino)- cyclohexans wird durch die nachstehende Formel (2) wiedergegeben.
Die chemische Struktur des 1,2,3,4-Dibenzyliden-D-sorbitols wird durch die nachstehende Formel (3) wiedergegeben.
Die chemische Struktur der 12-Hydroxystearinsäure wird durch die nachstehende Formel (4) wiedergegeben.
Die chemische Struktur des N-Lauroyl-L-glutaminsäure-α,γ-bisn-butylamids wird durch die nachstehenden Formel (5) wiedergegeben.
Die chemische Struktur der spinmarkierten Steroide wird durch die nachstehenden Formel (6) wiedergegeben.
Die chemische Struktur der Cholesterolderivate wird durch die nachstehende Formel (7) oder (8) wiedergegeben.
Die chemische Struktur des Aluminiumdialkylphosphats wird durch die nachstehende Formel (9) wiedergegeben.
Die chemische Struktur des cyclischen Oligomers auf Phenolbasis wird durch die nachstehende Formel (10) wiedergegeben.
Die chemische Struktur des 2,3-Bis-n-hexadecyloxyanthracens wird durch die nachstehende Formel (11) wiedergegeben.
Die chemische Struktur der cyclischen Depsipeptide wird durch die nachstehende Formel (12) wiedergegeben.
Bei der Herstellung der Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung ist es erwünscht, das gelbildende Mittel in einer Menge von ungefähr 0.01 to 20 Mol% (bezogen auf das Gewicht) (mol% by weight) pro 100 Mol% (bezogen auf das Gewicht) der Gesamtheit aus Flüssigkristallmolekülen und dem gelbildenden Mittel. Die Verwendung des gelbildenden Mittels in einer Menge in diesem Bereich gewährleistet die Herstellung eines homogenen Flüssigkristallgels.
Bei der Herstellung der Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung ist es erwünscht, ein Molekül vom Biphenyl-Typ, ein Molekül vom Phenylcyclohexan-Typ, ein Molekül vom Phenylpyridin- Typ, ein Molekül vom Cyclohexylcyclohexan-Typ oder eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Arten von Flüssigkristalimolekülen zu verwenden.
Bei der Herstellung der Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung ist es erwünscht, ein Flüssigkristallmolekül zu verwenden, das mindestens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus 4-n-Heptyloxy-4'-cyanobiphenyl, p-Methoxybenzyliden-p'-butylanilin, 4-n-Decanoxy-4'-cyanobiphenyl und 4-n-Pentyl-4'-cyanobiphenyl bestellt- Die chemische Struktur des 4-n-Heptyloxy-4'-cyanobiphenyls wird durch die nachstehende Formel (13) wiedergegeben.
Die chemische Struktur des p-Methoxybenzyliden-p'-butylanilins wird durch die nachstehende Formel (14) wiedergegeben.
Die chemische Struktur des 4-n-Decanoxy-4'-cyanobiphenyls wird durch die nachstehende Formel (15) wiedergegeben.
Die chemische Struktur des 4-n-Pentyloxy-4'-cyanobiphenyls wird durch die nachstehende Formel (16) wiedergegeben.
Die chemische Struktur des 4-n-Pentyl-4'-cyanobiphenyls wird durch die nachstehende Formel (17) wiedergegeben.
Bei der Herstellung der Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung ist es bevorzugt, ein Flüssigkristallgel zu verwenden, das in einem Temperaturbereich vor -20 bis 80ºC optische Anisotropie zeigt. Eine praktische Flüssigkristallvorrichtung kann aus einem Flüssigkristallgel hergestellt werden, das in diesem Temperaturbereich optische Anisotropie zeigt.
Bei der Herstellung der Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung ist es bevorzugt, eine Lichteinstellschicht mit einer Dicke in einem Bereich von 1 bis 50 um zu verwenden. Eine Flüssigkristallvorrichtung mit einer Lichteinstellschicht, die einen überlegenen Kontrast zeigt, kann durch eine Begrenzung der Dicke der Lichteinstellschicht auf diesen Bereich auf einfache Weise hergestellt werden.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfaßt die nachstehenden Schritte:
1) einen Schritt der Herstellung einer isotropen Lösung, die Flüssigkristallmoleküle und ein wie vorstehend definiertes gelbildendes Mittel enthält.
2) einen Schritt des Aufbringens (Laminierens) einer Schicht aus der isotropen Lösung auf das Substrat, und
3) einen Schritt der Bildung eines Flüssigkristallgels durch Abkühlen der laminierten (aufgebrachten) isotropen Lösung auf einen Temperaturbereich, in dem die laminierte Schicht zu einem Flüssigkristallgel wird.
Dieses Verfahren gewährleisten eine rasche und einfache Herstellung der Flüssigkristallvorrichtungen.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung genauer hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Fließdiagramm, das eine Ausführungsform des Verfahrens zur Synthese des gelbildenden Mittels zeigt.
Fig. 2 ist eine Zeichnung, die das Phasenverhalten eines Flüssigkristallgels zeigt, das aus der Beziehung zwischen dem Anteil des gelbildenden Mittels (Mol-%) und der Temperatur ermittelt wurde.
Fig. 3 ist eine DSK-Grafik (während der Temperaturabnahme) des Flüssigkristallgels.
Fig. 4 ist eine Grafik des IR-Spektrums des Flüssigkristallgels der Erfindung.
Fig. 5 ist eine Schnittansicht der Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN

Das in der Erfindung verwendete Flüssigkristallgel enthält Flüssigkristallmoleküle, die beispielsweise üblicherweise für eine Flüssigkristallanzeige verwendet werden, als Hauptbestandteil. Die Flüssigkristallmoleküle, die sich in einem inhärenten Fluidzustand befinden, werden durch die Wirkung eines coexistierenden gelbildenden Mittels als Ganzes gelatiniert und in einen nicht-fluiden Zustand versetzt. Auf diese Weise kann das Flüssigkristallgel auf einfache Weise hergestellt und gehandhabt werden.
Außerdem zeigt das in der Erfindung verwendete Flüssigkristallgel eine thermoreversible optische Anisotropie, die es den in dem Flüssigkristallgel eingeschlossenen Flüssigkristallmolekülen ermöglicht, rasch eine Orientierung zu erfahren, die sie veranlaßt, bei niederer Spannung ein bestimmtes Bild anzuzeigen.

Flüssigkristallmoleküle

(1) Typ

Alle Flüssigkristallmoleküle, die üblicherweise für Flüssigkristallanzeigen verwendet werden, können in der Erfindung ohne jede Einschränkung eingesetzt werden. Bevorzugte allgemeine Flüssigkristallmoleküle sind zum Beispiel diejenigen Moleküle, die auf den Seiten 715 bis 722 im "Handbuch der Flüssigkristallvorrichtungen" (Liquid Crystal Device Handbook), das von der Japanese Scientific Promotion Association, 142tes Komitee (1989) herausgegeben wurde, beschrieben sind, und ein Molekül vom Biphenyl-Typ, ein Molekül vom Phenylcyclohexan-Typ, eine Molekül vom Phenylpyridin-Typ, ein Molekül vom Cyclohexylcyclohexan-Typ, oder eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Typen von Flüssigkristallmolekülen einschließen.
Wie vorstehend erwähnt sind das 4-n-Heptyloxy-4'-cyanobiphenyl der Formel (13), das p-Methoxybenzyliden-p'-butylanilin der Formel (14) und ähnliches besonders bevorzugte Flüssigkristallmoleküle. Diese Flüssigkristallmoleküle zeigen eine bessere gegenseitige Löslichkeit mit den gelbildenden Mitteln und werden leicht gelatiniert, um Flüssigkristallgele herzustellen. Darüberhinaus zeigen diese Flüssigkristallmoleküle ein Ansprechvermögen mit hoher Geschwindigkeit gegenüber einer Spannung. Außerdem gewährleistet die Verwendung dieser Flüssigkristallmoleküle die Herstellung eines Flüssigkristallgels, das in einem breiten Temperaturbereich optische Anisotropie zeigen kann.

Gelbildendes Mittel

(1) Wirkungen

Es wird angenommen, daß das gelbildende Mittel der Erfindung die nachstehenden Wirkungen oder Funktionen zeigt:
(a) Die funktionelle Gruppe, die zur Bildung von Wasserstoffbindungen geeignet ist, zeigt eine zwischenmolekulare Funktion, die dazu führt, daß eine Vielzahl von Molekülen des gelbildenden Mittels assoziiert, was zur Bildung von makrofasrigen Assoziationen führt.
(b) Diese makrofasrigen Assoziationen sind durch Van der Waals-Kräfte oder ähnliches aneinander gebunden und bilden eine dreidimensionale Netzwerkstruktur.
(c) Flüssigkristallmoleküle sind in diese Netzwerkstruktur eingearbeitet und erzeugen ein Flüssigkristallgel.
Diese Funktionen des gelbildenden Mittels gewährleisten ein wirkungsvolles Gelieren der Flüssigkristallmoleküle mittels der Zugabe einer kleinen Menge des gelbildenden Mittels. Darüberhinaus kann das resultierende Flüssigkristallgel eine thermoreversible optische Anisotropie zeigen.

(2) Typ

Das in der Erfindung verwendete gelbildende Mittel weist mindestens zwei funktionelle Gruppen, die zur Bildung zwischenmolekularer Wasserstoffbindungen geeignet sind, und mindestens zwei Alkylengruppen im Molekül auf.
Das Auftreten von zwei oder mehr funktionellen Gruppen, die zur Bildung zwischenmolekularer Wasserstoffbindungen geeignet sind, ermöglicht es dem gelbildenden Mittel mit Leichtigkeit ein Flüssigkristallgel zu erzeugen, und das Auftreten von zwei oder mehr Alkylengruppen verbessert das Gelbildungsvermögen.
Für die Gruppe, die zur Bildung zwischenmolekularer Wasserstoffbindungen geeignet ist, gibt es keinerlei Einschränkungen. Eine durch die Formel -NHCO- wiedergegebene Amidbindung kann als typisches Beispiel angeführt werden.
Eine Alkylengruppe mit 4 oder mehr Kohlenstoffatomen, insbesondere 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, wird bevorzugt verwendet. Spezielle Beispiele sind eine Ethylengruppe, eine Butylengruppe, eine Trimethylengruppe, eine Propylengruppe, eine Pentylengruppe, eine Hexylengruppe, eine Heptylengruppe, eine Octylengruppe und Gruppen, die durch die Formel -CH&sub2;(CH&sub2;)nCH&sub2;- wiedergegeben werden, wobei die Wiederholungsziffer n bevorzugt eine ganze Zahl von 0 bis 20 ist.
Für das Molekulargewicht des gelbildenden Mittels gibt es ebenfalls keine besonderen Einschränkungen. Das gelbildende Mittel weist bevorzugt ein Molekulargewicht von ungefähr 2000 oder weniger auf. Wenn das Molekulargewicht 2000 oder weniger beträgt, wird die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle nicht behindert und das Flüssigkristallgel kann mit Leichtigkeit hergestellt werden. Um ein besseres Gelbildungsvermögen zu liefern, sollte das Molekulargewicht des gelbildenden Mittels bevorzugt in einem Bereich von 150 bis 1000 liegen.
Das Molekulargewicht bezeichnet ein Polystyrol-konvertiertes Molekulargewicht, das mittels Gelpermeationschromatografie (GPC) ermittelt wurde.
Darüberhinaus ist es erwünscht, daß das gelbildende Mittel eine Verbindung mit chiraler Struktur ist. Das Vorhandensein einer chiralen Struktur in dem Molekül verbessert das Gelbildungsverhalten des gelbildenden Mittels deutlich. Wenn das gelbildende Mittel keine chirale Struktur aufweist, zeigt das Mittel nur ein schlechtes Gelbildungsverhalten und es kann eine große Menge des gelbildenden Mittels erforderlich sein, um einen Flüssigkristall herzustellen.
Desweiteren ist es erwünscht, daß das gelbildende Mittel eine Verbindung ist, die eine mesogene Struktur (starre Struktur) in einer Seitenkette aufweist. Das Auftreten einer mesogenen Struktur in einer Seitenkette verbessert das Gelbildungsverhalten und gewährleistet, daß nur eine geringe Menge des gelbildenden Mittels erforderlich ist, um ein Flüssigkristallgel herzustellen.
Wie vorstehend erwähnt, können das durch die Formel (1) wiedergegebene 1,2-Bis-(11-(4-cyanobiphenyl-4'-oxo)undecylcarbonylamino)cyclohexan und ähnliche Verbindungen als spezielle Beispiele für das gelbildende Mittel angeführt werden. Die 1,2-Bis-(11-(4-cyanobiphenyl-4'-oxo)undecylcarbonylamino)cyclohexan-Verbindung der Formel (1) ist eine neue Verbindung. Diese Verbindung weist zwei Mesogene (starre Strukturen) in der Seitenkette auf und ist das optimale gelbildende Mittel der Erfindung.

(3) Gehalt

Obwohl die genaue Menge des gelbildenden Mittels, die zur Herstellung des Flüssigkristallgels erforderlich ist, in Abhängigkeit von der Art der Flüssigkristallmoleküle und dem gelbildenden Mittel variiert, liegt die Menge des verwendeten gelbildenden Mittels bevorzugt in einem Bereich von 0,01 bis 20 Mol-% (bezogen auf das Gewicht) pro 100 Mol% (bezogen auf das Gewicht) der Gesamtheit aus Flüssigkristallmolekülen und dem gelbildenden Mittel. Wenn sie weniger als 0,01 Mol-% beträgt, besteht die Möglichkeit, daß es für das gelbildende Mittel schwierig wird, die Flüssigkristallmoleküle wirkungsvoll zu gelieren. Wenn sie 20 Mol-% überschreitet, besteht andererseits die Möglichkeit, daß es zu einer deutlichen Trennung von Flüssigkristall und Geliermittel kommt, so daß ein homogenes Flüssigkristallgel nur unter Schwierigkeiten erhalten werden kann.
Deshalb ist, wenn ein ausgewogenes Verhältnis zwischen einer wirkungsvollen Gelierung der Flüssigkristallmoleküle und der Herstellung eines homogenen Flüssigkristallgels in Betracht gezogen wird, eine Menge in einem Bereich von 0,1 bis 10 Mol-% bevorzugter.

Flüssigkristallgel

(1) Eigenschaften

Ein Flüssigkristallgel, das in einem Temperaturbereich von 30ºC bis 80ºC optische Anisotropie zeigt, kann aus einer homogen gemischten isotropen Lösung erhalten werden, die Flüssigkristallmoleküle und das gelbildende Mittel enthält.
Beispielsweise kann, wie genauer nachstehend anhand von Beispielen gezeigt wird, wenn 4-n-Heptyloxy-4'-cyanobiphenyl der Formel (14) als das Flüssigkristallmolekül verwendet wird und 1,2-Bis-(11-(4-cyanobiphenyl-4'-oxo)undecylcarbonylaminocyclohexan der Formel (1) als das gelbildende Mittel verwendet wird, durch Abkühlen der homogen gemischten isotropen Lösung, die diese Bestandteile enthält, ein Flüssigkristallgel erhalten werden, das in einem Temperaturbereich von 32,5ºC bis 71,5ºC optische Anisotropie zeigt. Wenn es erneut erwärmt wird, kann das Flüssigkristallgel wieder zu einer isotropen Lösung werden. Das Flüssigkristallgel wird erneut durch Abkühlen der isotropen Lösung hergestellt. Das Flüssigkristallgel der Erfindung ist auf diese Weise thermisch reversibel.

(2) Herstellungsverfahren

Obwohl es für das Verfahren der Herstellung des Flüssigkristallgels der Erfindung aus den Flüssigkristallmolekülen und dem gelbildenden Mittel keine besonderen Einschränkungen gibt, kann das nachstehende Verfahren als typisches Beispiel angeführt werden.
1) Eine homogene Lösung wird durch Mischen vorgegebener Mengen an Flüssigkristallmolekülen und dem gelbildenden Mittel hergestellt. Das Mischen erfolgt unter Verwendung eines Propellermischers oder eines Rührers mit hoher Scherkraft, beispielsweise mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 100 bis 100.000 UpM, 1 bis 10 Minuten lang bei 50 bis 150ºC, obwohl die genauen Bedingungen in Abhängigkeit von der Klärtemperatur und der Art des Flüssigkristalls variieren.
2) Anschließend wird die resultierende Lösung durch Erwärmen in eine homogene isotrope Lösung verwandelt. Das Erwärmen wird bevorzugt beispielsweise bei einer Temperatur von 50ºC bis 150ºC 1 bis 100 Minuten lang durchgeführt.
3) Die resultierende isotrope Lösung wird dann abgekühlt, um ein Flüssigkristallgel herzustellen, das optische Anisotropie zeigt. Das Abkühlen der isotropen Lösung erfolgt beispielsweise 10 bis 100 Minuten lang bei einer Temperatur von 10 bis 30ºC.

(3) Form des Flüssigkristallgels

Das so erhaltene Flüssigkristallgel kann zu verschiedenen Formen verarbeitet werden, wie einem Film, einem flächigen Material, oder einer anderen gewünschten Form. Das Flüssigkristallgel der Erfindung kann deshalb auf geeignete Weise an die Form der Flüssigkristallvorrichtung, wie einer Flüssigkristallanzeige, eines Actuators oder eines Aufzeichnungsmaterials, angepaßt werden.

Flüssigkristallvorrichtung

(1) Struktur

Die Struktur der Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung wird nun beschrieben. Für die Struktur der Flüssigkristallvorrichtung gibt es keinerlei Einschränkungen, solange die Vorrichtung eine Lichteinstellschicht aufweist, die das vorstehend beschriebene Flüssigkristallgel darin eingearbeitet enthält. Dementsprechend kann, ausgenommen das Material für die Lichteinstellschicht, genau die gleiche Struktur als Flüssigkristallvorrichtung eingesetzt werden, die unter Verwendung eines herkömmlichen Flüssigkristalls vom Hochpolymerdispersions-Typ als der Lichteinstellschicht hergestellt wird.
Diese Struktur wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, die eine Schnittansicht der Flüssigkristallvorrichtung 10 der Erfindung zeigt. Die Flüssigkristallvorrichtung 10 ist auf ihren Oberflächen mit den Elektrodenschichten 12 und 14 versehen, an die eine feste Spannung angelegt ist. Die beiden Substratplatten 16 und 18, von denen mindestens eine transparent ist, sind in einem bestimmten Abstand gegenüberliegend angeordnet. Ein Flüssigkristallgel 20 wird in den Raum zwischen den beiden Substratplatten 16 und 18 als Lichteinstellschicht eingebracht. Die Umgebungsfläche zwischen den Substratplatten 16 und 18 wird anschließend abgedichtet. Eine vorgegebene Spannung von einer externen Spannungsquelle 22 wird zwischen die Elektrodenschicht 12 und die andere Elektrodenschicht 14 angelegt, um das Flüssigkristallgel auszurichten, wodurch die Flüssigkristallvorrichtung 10 der Erfindung in Betrieb genommen wird.
Es ist möglich, hier einen Abstandshalter 24 (Teilchen, eine Platte oder eine Säule) bereitzustellen, um den Abstand zwischen den beiden Substratplatten 16 und 18 auf die gleiche Weise wie in herkömmlichen Flüssigkristallsystemen aufrechtzuerhalten. Das erfindungsgemäße Flüssigkristallgel 22 besitzt eine äußerst hohe Viskosität, so daß es auch möglich ist, es als Film zu verwenden. Auf diese Weise kann der Abstandshalter 24 genau auf eine bestimmte Position angeordnet werden.
Da das erfindungsgemäße Flüssigkristallgel 20 ganz ausgezeichnet seine Gestalt beibehalten kann, können die beiden Substratplatten 16 und 18 mit einem bestimmten Abstand dazwischen ohne Einbringen des Abstandshalters 24 ihre Anordnung beibehalten.
Die Substratplatten 16 und 18 können aus einem starren Material, wie Glas oder Metall, bestehen, oder sie können aus einem biegsamen Material bestehen, wie einem Kunststofffilm.
Obwohl es für die Dicke der Substratplatten 16 und 18 keine bestimmten Einschränkungen gibt, können sie beispielsweise eine Dicke in einem Bereich von 0,01 bis 10 mm, bevorzugt von 0,1 bis 1 mm aufweisen.
Außerdem ist es erwünscht, daß mindestens eine der beiden Substratplatten 16 und 18 transparent ist. Mit "transparent" ist hier nicht notwendigerweise eine perfekte Transparenz gemeint. Es reicht aus, daß das Substrat in einem Grad transparent ist, der für den Zweck der Flüssigkristallvorrichtung erforderlich ist. Wenn die erfindungsgemäße Flüssigkristall- Vorrichtung 10 verwendet wird, um eine Wirkung auf Licht auszuüben, das aus einer Seite der Vorrichtung austritt und von der anderen Seite kommt, müssen beide Substratplatten 16 und 18 eine deutliche Transparenz aufweisen.
Die gesamte Oberfläche oder ein Teil der Oberflächen der Substratschichten 16 und 18 kann desweiteren mit Elektrodenschichten 12 und 14 versehen sein, die je nach Verwendungszweck transparent oder lichtundurchlässig sein können.
Wenn die Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung als Anzeige für ein Computer oder eine Vorführungsvorrichtung verwendet wird, ist es auch erwünscht, ein aktives Element auf der Elektrodenschicht auf dem Trägerkörper als konsistenten Teil einer TFT-Struktur zur Verfügung zu stellen.
Die Dicke der Lichteinstellschicht wird auf geeignete Weise entsprechend dem Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung ausgewählt. Um in Fällen, in denen die Lichteinstellschicht aufgrund der Streuung des Lichts lichtundurchlässig ist und dann transparent wird, wobei es im wesentlichen zu keiner Streuung des Lichts kommt, einen ausreichenden Kontrast zur Verfügung zu stellen, sollte die Dicke der Lichteinstellschicht bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 50 um, und besonders bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 25 um liegen.

(2) Herstellungsverfahren

Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung werden nun erklärt. Obwohl es keine bestimmte Einschränkungen gibt, werden die nachstehenden Verfahren 1 bis 3 als typische Beispiele für die Herstellung der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung angeführt.

(Verfahren 1)

1) Eine isotrope Lösung, die Flüssigkristallmoleküle und ein gelbildendes Mittel umfaßt, wird hergestellt.
2) Die resultierende isotrope Lösung wird über einen der Trägerkörper (Substrat) laminiert (aufgebracht).
3) Die laminierte Schicht wird auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt, um die isotrope Lösung in ein Flüssigkristallgel umzuwandeln, wodurch ein Flüssigkristallgel als Lichteinstellschicht erzeugt wird.
(4) Ein weiteres Substrat wird, gegebenenfalls mittels eines Abstandhalters, auf die Oberseite des gebildeten Flüssigkristallgels aufgebracht, wodurch eine Flüssigkristallvorrichtung erhalten wird.
Gemäß diesem Verfahren 1 zur Herstellung der Flüssigkristallvorrichtung kann das Flüssigkristallgel als Film behandelt werden, so daß das Herstellungsverfahren sehr einfach ist. Außerdem muß das Flüssigkristallgel, da einer der Trägerkörper als das Substrat verwendet werden kann, auf das die isotrope Lösung aufgebracht wird, nicht übertragen werden. Deshalb kann die Anzahl der gesamten Herstellungsschritte verringert werden.

(Verfahren 2)

(1) Eine isotrope Lösung, die Flüssigkristallmoleküle und ein gelbildendes Mittel umfaßt, wird hergestellt.
(2) Die resultierende isotrope Lösung wird über eine abnehmbare Platte laminiert.
(3) Die laminierte Schicht wird auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt, um die isotrope Lösung in ein Flüssigkristallgel umzuwandeln, wodurch ein Flüssigkristallgel erzeugt wird.
(4) Das resultierende Flüssigkristallgel wird von der abnehmbaren Platte abgelöst und auf einem der Trägerkörper (Substrat) angeordnet.
(5) Ein weiteres Substrat wird, gegebenenfalls mittels eines Abstandhalters, auf die Oberseite des Flüssigkristallgels aufgebracht, wodurch eine Flüssigkristallvorrichtung erhalten wird.
Unter Anwendung des Verfahrens 2 zur Herstellung der Flüssigkristallvorrichtung kann im voraus eine große Menge des Flüssigkristallgels oder ein Flüssigkristallgel mit großer Fläche hergestellt werden. Deshalb ist es möglich, ein Flüssigkristallgel mit einheitlichen Eigenschaften und geringen Herstellungskosten herzustellen.

(Verfahren 3)

(1) Eine isotrope Lösung, die Flüssigkristallmoleküle und ein gelbildendes Mittel umfaßt, wird hergestellt.
(2) Die resultierende isotrope Lösung wird über einen der Trägerkörper (Substrat) laminiert.
(3) Sofort nach der Laminierung im vorstehenden Schritt (2) wird ein weiteres Substrat auf eine Art laminiert, bei der das Substrat mit der laminierten Schicht aus der isotropen Lösung in Kontakt kommt.
(4) Die laminierte Schicht wird auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt, um die isotrope Lösung in ein Flüssigkristallgel umzuwandeln, wodurch ein Flüssigkristallgel als die Lichteinstellschicht erzeugt wird.
Das Verfahren 3 gewährleistet, daß das Risiko, daß Luftblasen in das Flüssigkristallgel eingeschlossen werden, vermieden wird.
Wenn die isotrope Lösung in den Verfahren 1 bis 3 laminiert wird, ist es erwünscht, die Lösung gleichmäßig unter Anwendung einer Auftragvorrichtung, einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung, einer Stabbeschichtungsvorrichtung oder einer Walzenbeschichtungsvorrichtung aufzubringen.
Das Verfahren zur Laminierung der zweiten Substratplatte wird bevorzugt unter verringertem Druck, um das Risiko zu vermeiden, daß Luftblasen in das Flüssigkristallgel eingeschlossen werden, beispielsweise unter einem Druck in einem Bereich von ungefähr 10 bis 500 Torr, durchgeführt. In Verfahren 2 kann der Einschluß von Luftblasen beim Aufbringen (Laminieren) der Schicht des Flüssigkeitsgels jedoch dadurch vermieden werden, daß unter Anwendung eines Laminators oder ähnlichem Druck ausgeübt wird.
Die Flüssigkristallvorrichtung wird bevorzugt unter Verwendung eines Dichtungsharzes abgedichtet, nachdem die Substrate laminiert wurden. Das Verschließen der Substrate vergrößert nicht nur die Haltbarkeit der Flüssigkristallvorrichtung, sondern verhindert auch auf wirksame Weise, daß das Flüssigkristallgel heraussickert.
Die so hergestellte erfindungsgemäße Flüssigkristallvorrichtung kann für die gleichen Verwendungszwecke wie Flüssigkristallvorrichtungen, die einen herkömmlichen Flüssigkristall vom Hochpoymerdispersions-Typ als Lichteinstellschicht verwenden, eingesetzt werden. Beispiele schließen einen Schirm zur Abtrennung des Blickfeldes, wie ein Fenster für Gebäude oder ein Schaufenster; eine dekorative Anzeigetafel für Werbung; eine Anzeige für eine Uhr oder einen Taschenrechner; eine Anzeige eines Computerterminals und eine Anzeige für eine Vorführvorrichtung ein.
Weitere Merkmale der Erfindung werden im Laufe der nachstehenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen deutlich, die zur Erläuterung der Erfindung gegeben werden und die Erfindung nicht einschränken sollen.

BEISPIELE

Bezugsbeispiel 1

(Synthese des gelbildenden Mittels)

1,2-Bis(11-(4-cyanobiphenyl-4'-oxo)undecylcarbonylamino)cyclohexan mit der Formel (1) wurde als gelbildendes Mittel gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Reaktionsschema synthetisiert. Die Reaktionsbedingungen der Schritte 1 bis 4 waren wie nachstehend.

(1) Schritt 1

Die nachstehenden Ausgangsmaterialien wurden 24 Stunden lang unter Rückflußbedingungen und unter Verwendung von Schwefelsäure als Katalysator einer Veresterungsreaktion unterzogen, um Ethylbromundecylat zu erhalten.
Bromundecylsäure: 21,0 g
Schwefelsäure: 6 ml
Ethanol: 200 ml

(2) Schritt 2

Das in Schritt 1 erhaltene Ethylbromundecylat wurde unter Rückflußbedingungen 24 Stunden lang umgesetzt, um Ethyl-11-(4- cyanobiphenyl-4'-oxy)undecylat, das die Zielverbindung war, zu erhalten. Die Ausbeute betrug ungefähr 50%.
Bromundecylsäure: 11,6 g
4-Cyano-4'-hydroxybiphenyl: 7,6 g
Kaliumcarbonat: 8,6 g
Dimethylformamid: 50 ml

(3) Schritt 3

Eine Ethanollösung mit 1,4 g darin gelöstem Kaliumhydroxid wurde zu 7,7 g Ethyl-11-(4-cyanobiphenyl-4'-oxy)undecylat, das in Schritt 2 erhalten worden war, gegeben. Die Mischung wurde unter Rückflußbedingungen 24 Stunden lang umgesetzt, um 11-(4- cyanobiphenyl-4'-oxy)undecansäure, das die Zielverbindung war, zu erhalten. Die Ausbeute betrug ungefähr 74%.

(4) Schritt 4

Zwei Tropfen Dimethylformamid wurden zu 1,71 g 11-(4-cyanobiphenyl-4'-oxy)undecansäure, die in Schritt 3 erhalten worden war, gegeben, gefolgt von einer weiteren Zugabe von 10 ml Thionylchlorid.
Die Mischung wurde bei Raumtemperatur 30 Minuten lang gerührt. Nach dem Entfernen des Thionylchlorids mittels Verdampfung wurden 20 ml trockenes THF zu dem Rückstand gegeben und darin gelöst. Anschließend wurden 0,28 g 1,2-Cyclohexandiamin und 0,63 ml Triethylamin unter Kühlen mit Wasser zugegeben.
Anschließend wurde die Mischung 3 Stunden lang unter Rühren umgesetzt, um ein Produkt zu erhalten, das durch Säulenchromatografie fraktioniert und durch Umkristallisieren gereinigt wurde.

(Analyse des gelbildenden Mittels)

Die resultierende gereinigte Verbindung wurde einer NMR- Messung und einer IR-Analyse unterzogen.
Als Ergebnis wurde diese Verbindung als 1,2-Bis-(11-(4-cyanobiphenyl-4' -oxo)undecylcarbonylamino)cyclohexan der Formel (1) identifiziert. Getrennte Experimente bestätigten, das die Flüssigkristallmoleküle unter Verwendung einer kleinen Menge dieses gelbildenden Mittels wirkungsvoll geliert werden können.

Bezugsbeispiel 2

4-n-Heptyloxy-4'-cyanobiphenyl, das durch die Formel (12) wiedergegeben wird, und 1,2-Bis-(11-(4-cyanobiphenyl-4'- oxo)undecylcarbonylamino)cyclohexan, das durch die Formel (1) wiedergegeben wird, wurden als Flüssigkristallmoleküle bzw. gelbildendes Mittel verwendet. 14 Arten von Flüssigkristallgelen wurden hergestellt, wobei jedes einen unterschiedlichen Gehalt an dem gelbildenden Mittel in einem Bereich von 0,1 bis 12 Mol-% aufwies.
Bestimmte Mengen an Flüssigkristallmolekülen und dem gelbildenden Mittel wurden in einen Behälter eingebracht und durch Rühren unter Verwendung eines Propellermischers mit 1000 UpM 10 Minuten lang bei einer Temperatur gemischt, die höher als die Temperatur der isotropen Lösung war, um eine homogene Lösung zu erhalten. Die resultierende Lösung wurde unter Verwendung eines Ofens S Minuten lang bei 100ºC erwärmt, um eine homogene isotrope Lösung zu erhalten. Diese isotrope Lösung wurde anschließend unter Verwendung einer Kühlvorrichtung 10 Minuten lang bei 23ºC abgekühlt, um ein Flüssigkristallgel zu erhalten, das optische Anisotropie zeigt.
Das Phasenübergangsverhalten des resultierenden Flüssigkristallgels wurde wie nachstehend beobachtet.
(1) Unter Anwendung eines Differentialscanning-Kalorimeters (DSK) wurde das Flüssigkristallgel von Raumtemperatur auf 150ºC mit einer Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von 15ºC/min erwärmt. Die so erhaltene homogene isotrope Lösung des Flüssigkristallgels wurde langsam abgekühlt, wobei die Wärmeerzeugungspeaks untersucht wurden
(2) Das Flüssigkristallgel wurde unter Anwendung der Differentialscanning-Kalorimetrie mit einer Geschwindigkeit von S ºC/min von 150ºC abgekühlt, wobei das Phasenverhalten des Flüssigkristallgels mit einem Polarisationsmikroskop beobachtet wurde.
Die Ergebnisse sind in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Fig. 2 zeigt das Phasenverhalten des Flüssigkristallgels (isotroper Lösungsbereich, isotroper Gelbereich, Flüssigkristallgelbereich, Kristallbereich und cholesterischer Phasenbereich), das aus den Beziehungen zwischen dem Verhältnis des gelbildenden Mittels (Mol-%) und der Temperatur ermittelt wurde.
In Fig. 2 wird der isotrope Lösungsbereich mit A angegeben, der isotrope Gelbereich mit B, der Flüssigkristallgelbereich mit C, der Kristallbereich mit D und der cholesterische Phasenbereich mit E. Die Grenze zwischen dem isotropen Lösungsbereich A und dem isotropen Gelbereich B wird durch die Linie L1 wiedergegeben; die Grenze zwischen dem isotropen Gelbereich B und dem Flüssigkristallgelbereich C wird durch die Linie L2 wiedergegeben; und die Grenze zwischen dem Flüssigkristallgelbereich C und dem Kristallbereich D wird durch die Linie L3 wiedergegeben.
Diese Bereiche sind wärmereversibel, erscheinen nacheinander durch eine Wiederholung des Erwärmens und Abkühlens. Die Mischung in dem isotropen Lösungsbereich A ist eine Flüssigkeit, die Fließvermögen zeigt. Wenn die Temperatur tief wird, taucht der isotrope Gelbereich B auf, in dem das Gel kein Fließvermögen zeigt. Wenn die Temperatur weiter absinkt, taucht der Zustand des Flüssigkristallgelbereichs C auf, in dem die Mischung einen Gelzustand beibehält, der im wesentlichen kein Fließvermögen zeigt.
Fig. 3 ist ein DSK-Diagramm (während der Temperaturabnahme) des Flüssigkristallgels, das das gelbildende Mittel in einer Menge von 3,0 Mol-% enthält. Die Temperatur (ºC) ist entlang der horizontalen Achse aufgetragen, wohingegen die Peaks der Wärmeerzeugung entlang der vertikalen Achse aufgetragen sind. Die Symbole A bis D in Fig. 3 entsprechen denjenigen in Fig. 2.
Wie aus Fig. 3 klar hervorgeht, erscheint, wenn die Temperatur von ungefähr 160ºC mit konstanter Geschwindigkeit (5ºC/min) abgesenkt wird, ein kleiner Wärmeerzeugungspeak bei ungefähr 84ºC, der den Übergang des isotropen Lösungsbereichs, der Fließvermögen zeigt, in den isotropen Gelbereich, in dem das Gel ein verringertes Fließvermögen zeigt, angibt. Wenn die Temperatur weiter verringert wird, wird bei ungefähr 74ºC ein weiterer kleiner Wärmeerzeugungspeak beobachtet, der die Temperatur angibt, bei der das Gel im wesentlichen das Fließvermögen verliert. Wenn die Temperatur weiter erniedrigt wird, wird nahe 31ºC ein deutlicher Wärmeerzeugungspeak beobachtet, der die Temperatur angibt, bei der der Übergang vom Flüssigkristallgelbereich zu dem Kristallbereich stattfindet.
Fig. 4 ist ein Diagramm des IR-Spektrums des Flüssigkristallgels, das 4,0 Mol-% des gelbildenden Mittels enthält, bei 50ºC, wobei die Wellenzahl (cm&supmin;¹) entlang der horizontalen Achse und das IR-Absorptionsverhältnis (%) entlang der vertikalen Achse verläuft.
Wie aus diesem IR-Spektrum deutlich hervorgeht, erscheinen charakteristische Absorptionspeaks bei Wellenzahlen von 3285 cm&supmin;¹ und 1637 cm&supmin;¹. Erstere ist die Absorption, die der N-H-Streckschwingung entspricht und letztere entspricht der C=O-Streckschwingung. Diese beiden Absorptionspeaks erscheinen nicht, solange Moleküle des gelbildenden Mittels nicht assoziieren. Anders ausgedrückt zeigen die beiden Peaks, daß die Moleküle des gelbildenden Mittels über Wasserstoffbindungen assoziiert sind.
Wie vorstehend beschrieben, liefert die Erfindung ein neues Material für ein Flüssigkristallgel, das Flüssigkristallmoleküle und eine kleine Menge eines gelbildenden Mittels mit geringem Molekulargewicht umfaßt. Außerdem zeigt das Bezugsbeispiel 2, daß unter Verwendung eines gelbildenden Mittels, das ein Mesogen in der Seitenkette besitzt, insbesondere durch eine Kombination eines Diamidcyclohexanderivats mit einer mesogenen Struktur in der Seitenkette und einer Cyanobiphenylverbindung ein Flüssigkristallgel mit ausgezeichneter Verwendbarkeit zur Verfügung gestellt werden kann.

Bezugsbeispiele 3 bis 5

Flüssigkristallgele wurden unter Verwendung von 4-n-Heptyloxy- 4'-cyanobiphenyl als Flüssigkristallmolekül und 1,2-Bis- (undecylcarbonylamino)cyclohexan als gelbildendes Mittel (Bezugsbeispiel 3), p-Methoxybenzyliden-p'-butylanilin als Flüssigkristallmolekül und 1,2-Bis(undecylcarbonylamino)- cyclohexan als das gelbildende Mittel (Bezugsbeispiel 4), und 4-n-Decanoxy-4'-cyanobiphenyl-4-n-heptyloxy-4'-cyanobiphenyl als das Flüssigkristallmolekül und 1,2-Bis-(undeylcarbonylamino)cyclohexan als das gelbildende Mittel (Bezugsbeispiel 5) hergestellt.
Die resultierenden drei Flüssigkristallgele wurden auf die gleiche Weise wie in Bezugsbeispiel 2 beurteilt. Als Ergebnis wurde bestätigt, daß das Flüssigkristallgel von Bezugsbeispiel 3 optische Anisotropie zeigt, wenn das gelbildende Mittel in einer Menge von 0,8 bis 9 Mol-% bei einer Temperatur von 25 bis 70ºC enthalten ist. Es wurde desweiteren bestätigt, daß das Flüssigkristallgel thermoreversibel war. Es wurde bestätigt, daß das Flüssigkristallgel von Bezugsbeispiel 4 optische Anisotropie zeigt, wenn es das gelbildende Mittel in einer Menge von 0,4 bis 9 Mol-% bei einer Temperatur von -15 bis 40ºC enthält. Es wurde bestätigt, daß das Flüssigkristallgel ebenfalls thermoreversibel war. Es wurde bestätigt, daß das Flüssigkristallgel von Bezugsbeispiel 5 optische Anisotropie zeigt, wenn es das gelbildende Mittel in einer Menge von 0,8 bis 9 Mol-% bei einer Temperatur von 32 bis 80ºC enthält, und daß es ebenfalls thermoreversibel war.

Beispiel 1

(Herstellung des Flüssigkristallgels)

12,25 g 4-n-Pentyl-4'-cyanobiphenyl, als das Flüssigkristallmolekül, und 0,25 g 1,2-Bis-(undecylcarbonylamino)cyclohexan, als gelbildendes Mittel, wurden in 100 g Methylenchlorid bei Raumtemperatur gelöst, um eine homogene Lösung herzustellen. Das Methylenchlorid wurde durch Trocknen in einem Luftstrom verdampft, um ein homogenes Flüssigkristallgel zu erhalten, das das gelbildende Mittel und die Flüssigkristallmoleküle umfaßte.
Dieses Flüssigkristallgel wurde mit einer Geschwindigkeit von 1ºC pro Minute erwärmt, um zu bestätigen, daß das Flüssigkristallgel mittels eines Phasenübergangs bei 34,4ºC in eine isotrope Lösung umgewandelt wird. Andererseits wurde dieses Flüssigkristallgel, wenn es mit einer Geschwindigkeit von 1ºC pro Minute abgekühlt wurde, mittels eines Phasenübergangs bei 34,3ºC von der isotropen Lösung in ein Flüssigkristallgel umgewandelt. Das Gel hielt bei Raumtemperatur auf stabile Weise den Flüssigkristallzustand bei, wobei es kein Fließvermögen zeigte.

(Herstellung der Flüssigkristallvorrichtung)

Eine Flüssigkristallvorrichtung wurde unter Verwendung des mittels des vorstehenden Verfahrens als Lichteinstellschicht hergestellten Kristallgels gemäß den nachstehenden Verfahren (a) oder (b) hergestellt.
(a) ein Abstandshalter, der aus Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 16 um bestand, wurde zwischen zwei Platten eines Glassubstrats (20 · 50 mm²), die Elektrodenschichten aufwiesen, angeordnet. Anschließend wurde das Flüssigkristallgel erwärmt und als isotrope Lösung eingebracht und allmählich auf Raumtemperatur abgekühlt, wodurch eine Flüssigkristallvorrichtung mit einem Flüssigkristallgel, das kein Fließvermögen aufwies, als Lichteinstellschicht zur Verfügung gestellt wurde.
Da das Flüssigkristallgel in diesem Verfahren in einem flüssigen Zustand eingefüllt werden kann, kann ein Einschluß von Luftblasen minimiert werden.
(b) Ein Flüssigkristallgel, das erwärmt worden war, um den Zustand einer isotropen Lösung anzunehmen, wurde auf ein Glassubstrat (20 · 50 mm²) mit einer Elektrodenschicht unter Einsatz einer Stabbeschichtungsvorrichtung aufgebracht, und allmählich auf Raumtemperatur abgekühlt, um eine Flüssigkristallgelschicht mit einer einheitlichen Filmdicke zur Verfügung zu stellen. Über dieses Glassubstrat wurde ein weiteres Glassubstrat mit einer Elektrodenschicht gelegt, um eine Flüssigkristallvorrichtung mit einer Lichteinstellschicht, die aus dem Flüssigkristallgel mit im wesentlichen keinem Fließvermögen gefertigt war, zu erhalten.
Gemäß diesem Verfahren kann ein Flüssigkristallgel zwischen Glassubstraten in einem nicht-fluiden Zustand eingefügt werden, so daß eine Herstellungsoperation, wie die Anordnung von Abstandshaltern, auf einfache Weise durchgeführt werden kann. Es bestätigte sich, daß Luftblasen durch die Herstellungsoperation, bei der Druck auf die Glassubstrate ausgeübt wurde, auf wirkungsvolle Weise an einem Einschluß gehindert werden konnten.

(Bewertung der Flüssigkristallvorrichtung)

Die Flüssigkristallvorrichtung wurde gemäß dem nachstehenden Verfahren in Übereinstimmung mit JIS C7072 bewertet.

(1) Ansteuerungsspannung

Die Vorrichtungsspannungen, die eine Lichtdurchlässigkeit von 90% (V&sub9;&sub0;-Volt) und 10% (V&sub1;&sub0;-Volt) gestatteten, wurden gemessen, wobei angenommen wurde, daß die Lichtdurchlässigkeit (T) der Vorrichtung 0% beträgt, wenn keine Spannung anliegt, und die Lichtdurchlässigkeit (T10) 100% beträgt, wenn keine weitere Zunahme der Lichtdurchlässigkeit beobachtet wird, wenn die angelegte Spannung erhöht wurde. Wenn V&sub9;&sub0; und V&sub1;&sub0; nicht mehr als 20 Volt betragen, wird die Ansteuerungsspannung als für eine praktische Verwendung ausreichend gering bewertet.

(2) Kontrast

Die Vorrichtung wurde aus dem Photometrie-System entfernt, um die Lichtdurchlässigkeit (T&sub0;) zu messen, wenn keine Spannung angelegt wurde, und um die Lichtdurchlässigkeit (T&sub9;&sub0;) zu messen, wenn die im vorstehenden Punkt (1) gemessene Spannung V&sub9;&sub0; angelegt wurde, wobei angenommen wurde, daß die Lichtdurchlässigkeit 100% bzw. 0% beträgt, wenn die Lichtquelle ein- bzw. ausgeschaltet ist. Der Kontrast wurde aus der nachstehenden Formel berechnet:
Kontrast = T&sub9;&sub0;/T&sub0;
Je größer der Wert des Kontrastes ist, desto besser ist das Leistungsverhalten der Vorrichtung.
Die Ergebnisse der Messung sind in Tabelle 1 gezeigt. In diesem Beispiel 1 wurde die Messung für ein schwarzes Objekt durchgeführt, das auf weißem Grund angezeigt wurde. TABELLE 1

Beispiel 2

(Herstellung des Flüssigkristallgels)

14,9 g 4-n-Pentyl-4'-cyanobiphenyl, als das Flüssigkristallmolekül, und 0,167 g 1,2-Bis-(11-(4-cyanobiphenyl-4'-oxo)- undecylcarbonylamino)cyclohexan, als gelbildendes Mittel, wurden bei Raumtemperatur in 100 g Methylenchlorid gelöst, um eine homogene Lösung herzustellen. Das Methylenchlorid wurde durch Trocknen in einem Luftstrom verdampft, um ein homogenes Flüssigkristallgel zu erhalten, das das gelbildende Mittel und die Flüssigkristallmoleküle umfaßte.
Dieses Flüssigkristallgel wurde mit einer Geschwindigkeit von 1ºC pro Minute erwärmt, um zu bestätigen, daß das Flüssigkristallgel mittels eines Phasenübergangs bei 34,5ºC in eine isotrope Lösung umgewandelt wird. Andererseits wurde dieses Flüssigkristallgel, wenn es mit einer Geschwindigkeit von 1ºC pro Minute abgekühlt wurde, mittels eines Phasenübergangs bei 34,3ºC von der isotropen Lösung in ein Flüssigkristallgel umgewandelt. Das Gel hielt bei Raumtemperatur auf stabile Weise den Flüssigkristallzustand bei, wobei es kein Fließvermögen zeigte.
(Herstellung und Beurteilung der Flüssigkristallvorrichtung) Eine Flüssigkristallvorrichtung mit einer Lichteinstellschicht, die aus dem vorstehend hergestellten Flüssigkristallgel bestand, wurde mittels des Verfahrens (b) in Beispiel 1 hergestellt und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Beispiel 3

(Herstellung des Flüssigkristallgels)

14,9 g 4-n-Pentyl-4'-cyanobiphenyl, als das Flüssigkristallmolekül, und 0,334 g 1,2-Bis-(11-(4-cyanobiphenyl-4'-oxo)- undecylcarbonylamino)cyclohexan, als das gelbildende Mittel, wurden bei Raumtemperatur in 100 g Methylenchlorid gelöst, um eine homogene Lösung herzustellen. Das Methylenchlorid wurde durch Trocknen in einem Luftstrom verdampft, um ein homogenes Flüssigkristallgel zu erhalten, das das gelbildende Mittel und die Flüssigkristallmoleküle umfaßte.
Dieses Flüssigkristallgel wurde mit einer Geschwindigkeit von 1ºC pro Minute erwärmt, um zu bestätigen, daß das Flüssigkristallgel mittels eines Phasenübergangs bei 34,7ºC in eine isotrope Lösung umgewandelt wird. Andererseits wurde dieses Flüssigkristallgel, wenn es mit einer Geschwindigkeit von 1ºC pro Minute abgekühlt wurde, mittels eines Phasenübergangs bei 34,3ºC von der isotropen Lösung in ein Flüssigkristallgel umgewandelt. Das Gel hielt bei Raumtemperatur auf stabile Weise den Flüssigkristallzustand bei, wobei es kein Fließvermögen zeigte.
(Herstellung und Beurteilung der Flüssigkristallvorrichtung) Eine Flüssigkristallvorrichtung mit einer Lichteinstellschicht, die aus dem vorstehend hergestellten Flüssigkristallgel bestand, wurde mittels des Verfahrens (a) in Beispiel 1 hergestellt und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Beispiel 4

(Herstellung des Flüssigkristallgels)

5,0 g p-Methoxybenzyliden-p'-butylanilin, als das Flüssigkristallmolekül, und 0,089 g 1,2-Bis-(undecylcarbonylamino)- cyclohexan, als das gelbildende Mittel, wurden bei Raumtemperatur in 100 g Methylenchlorid gelöst, um eine homogene Lösung herzustellen. Das Methylenchlorid wurde durch Trocknen in einem Luftstrom verdampft, um ein homogenes Flüssigkristallgel zu erhalten, das das gelbildende Mittel und die Flüssigkristallmoleküle umfaßte.
Dieses Flüssigkristallgel wurde mit einer Geschwindigkeit von 1ºC pro Minute erwärmt, um zu bestätigen, daß das Flüssigkristallgel mittels eines Phasenübergangs bei 40,0ºC in eine isotrope Lösung umgewandelt wird. Andererseits wurde dieses Flüssigkristallgel, wenn es mit einer Geschwindigkeit von 1ºC pro Minute abgekühlt wurde, mittels eines Phasenübergangs bei 39,0ºC von der isotropen Lösung in ein Flüssigkristallgel umgewandelt. Das Gel hielt bei Raumtemperatur auf stabile Weise den Flüssigkristallzustand bei, wobei es kein Fließvermögen zeigte.
(Herstellung und Beurteilung der Flüssigkristallvorrichtung) Eine Flüssigkristallvorrichtung mit einer Lichteinstellschicht, die aus dem vorstehend hergestellten Flüssigkristallgel bestand, wurde mittels des Verfahrens (a) in Beispiel 1 hergestellt und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. TABELLE 2
Das Mischen der Flüssigkristallmoleküle mit einer kleinen Menge des gelbildenden Mittels gemäß der Erfindung erzeugt ein Flüssigkristallgel, das in der Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung verwendet wird, das im wesentlichen kein Fließvermögen zeigt, eine bessere Fähigkeit zur Beibehaltung seiner Gestalt aufweist und eine ausgezeichnete Verwendbarkeit liefert. Außerdem erwies sich, daß das Flüssigkristallgel in einem bestimmten Temperaturbereich optische Anisotropie zeigt. Darüberhinaus kann sein Phasenzustand lediglich durch die Steuerung der Temperatur eingestellt werden, da das Flüssigkristallgel wärmereversibel ist.
Deshalb gewährleistet die Verwendung solch eines Flüssigkristallgels, daß die erfindungsgemäße Flüssigkristallvorrichtung mittels eines einfachen Verfahrens in kurzer Zeit, verglichen mit Flüssigkristallvorrichtungen, die Flüssigkristalle vom herkömmlichen makromolekularen Dispersions-Typ verwenden, hergestellt werden können.
Außerdem ermöglicht die Verwendung solch eines Flüssigkristallgels, daß die erfindungsgemäße Flüssigkristallvorrichtung mit geringer Spannung unter Verwendung einer allgemeinen Schaltung betrieben werden kann, wobei eine Anzeige mit hohem Kontrast gewährleistet wird.
Da dieses Flüssigkristallgel auf einfache Weise eine gegebene Gestalt beibehalten kann, kann das Gel auf genaue Weise den engen Raum zwischen den Substraten in der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung aufrechterhalten.
Desweiteren zeigt die Flüssigkristallvorrichtung, die dieses Gel verwendet, eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit des Anzeigeverhaltens, da das Flüssigkristallgel keine bemerkenswerte Hysterese-Erscheinung zeigt. Die Vorrichtung kann deshalb für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, wie einer dekorativen Anzeigetafel für die Öffentlichkeit oder Werbetafeln, einem Anzeigefeld für Uhren und Taschenrechner, oder für andere Anzeigefelder, die klare Anzeigebilder erfordern.
Eine Flüssigkristallvorrichtung, die eine Lichteinstellschicht umfaßt, die ein Flüssigkristallgel enthält, das aus Flüssigkristallmolekülen und einem gelbildenden Mittel besteht, das mindestens zwei funktionelle Gruppen, die zur Bildung zwischenmolekularer Wasserstoffbindungen geeignet sind, und mindestens zwei Alkylengruppen enthält, und das im wesentlichen kein Fließvermögen zeigt. Es wird auch ein gelbildendes Mittel, insbesondere 1,2-Bis-(11-(4-cyanobiphenyl-4'-oxo)- undecylcarbonylamino)cyclohexan, das zur einfachen Herstellung eines Flüssigkristallgels geeignet ist; eine aus dem Flüssigkristallgel mit im wesentlichen keinem Fließvermögen hergestellte Flüssigkristallvorrichtung; und ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung gestellt, das geeignet ist, diese Flüssigkristallvorrichtung schnell und auf einfache Weise zu liefern.

Claims

1. Flüssigkristallvorrichtung, die eine Lichteinstellschicht umfaßt, die Flüssigkristallmoleküle und ein gelbildendes Mittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das gelbildende Mittel mindestens zwei funktionelle Gruppen, die geeignet sind, eine zwischenmolekulare Wasserstoffbindung zu bilden, und mindestens zwei Alkylengruppen enthält.

2. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gelbildende Mittel eine Verbindung ist, die eine chirale Struktur besitzt.

3. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gelbildende Mittel mindestens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus 1,2-Bis-(11-(4-cyanobiphenyl-4'-oxo)undecylcarbonylamino)cyclohexan, 1,2-Bis(undecylcarbonylamino)cyclohexan, 1,2,3,4-Dibenzyliden-Dsorbitol, 12-Hydroxystearinsäure, N-Lauroyl-L-glutaminsäure-α,γ-bis-n-butylamid, spinmarkierten Stereoiden, Cholesterolderivaten, Aluminiumdialkylphosphat, cyclischen Oligomeren auf Phenolbasis, 2,3-Bis-n-hexadecyloxyanthracen und cyclischen Depsipeptiden besteht.

4. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an dem gelbildenden Mittel in einem Bereich von 0,01 bis 20 Mol-% (gewichtsbezogen) pro 100 Mol-% (gewichtsbezogen) der Gesamtheit aus den Flüssigkristallmolekülen und dem gelbildenden Mittel liegt.

5. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmolekül ein Molekül vom Biphenyl-Typ, ein Molekül vom Phenylcyclohexan-Typ, ein Molekül vom Phenylpyridin-Typ, ein Molekül vom Cyclohexylcyclohexan-Typ oder eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Typen von Flüssigkristallmolekülen ist.

6. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmolekül mindestens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus 4-n-Heptyloxy-4'- cyanobiphenyl, p-Methoxybenzyliden-p'-butylanilin, 4-n-Decanoxy-4'-cyanobiphenyl und 4-n-Pentyl-4'-cyanobiphenyl besteht.

7. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmolekül in einem Temperaturbereich von -20 bis 80ºC optische Anisotropie zeigt.

8. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Lichteinstellschicht in einem Bereich von 1 bis 50 um liegt.

9. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallvorrichtung, das die nachstehenden Schritte umfaßt:

1. den Schritt der Herstellung einer isotropen Lösung, die Flüssigkristallmoleküle und ein gelbildendes Mittel enthält, das mindestens zwei funktionelle Gruppen, die zur Bildung einer zwischenmolekularen Wasserstoffbindung geeignet sind, und mindestens zwei Alkylengruppen enthält;

2. den Schritt des Aufbringens einer Schicht aus der isotropen Lösung auf das Substrat, und

3. den Schritt der Bildung eines Flüssigkristallgels durch Abkühlen der laminierten isotropen Lösung auf einen Temperaturbereich, in dem die laminierte Schicht zu einem Kristallgel wird.