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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein flüssigkristallines Material und
insbesondere ein ferroelektrisches flüssigkristallines Ladungstransportmaterial, das
eine ferroelektrische Flüssigkristallinität und darüber hinaus
Ladungstransporteigenschaften zeigt, sowie verschiedene Elemente
oder Vorrichtungen, bei denen das Material eingesetzt wird.
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Flüssigkristalline
Materialien, die verschiedene Strukturen aufweisen, sind bekannt
und wurden vorwiegend als Materialien für Informationsanzeigevorrichtungen
unter Verwendung des elektrooptischen Effekts verbreitet verwendet,
der auf dem Ausrichtungseffekt von flüssigkristallinen Molekülen beruht,
der durch das Anlegen einer Spannung erreicht wird. Ferner wird
die Anwendung flüssigkristalliner Materialien
auf optische Verschlüsse,
optische Blenden, Modulationsvorrichtungen, Linsen, Lichtstrahlablenkung/optische
Schalter, Phasenbeugungsgitter, optische Logikvorrichtungen, Speichervorrichtungen und
dergleichen untersucht.
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Eine
externe Stimulation durch Wärme,
ein elektrisches Feld, ein Magnetfeld, Druck oder dergleichen führt zu einem Übergang
der Ausrichtung der flüssigkristallinen
Moleküle,
der es ermöglicht, dass
die optischen Eigenschaften, die elektrische Kapazität des Flüssigkristalls
und dergleichen leicht verändert
werden. In diesem Fachgebiet wurden Sensoren und Messgeräte, welche
diese Eigenschaften nutzen, für
Temperatur, elektrisches Feld/Spannung, Infrarotstrahlung, Ultraschallwellen, Flussrate/Beschleunigung,
Gas oder Druck untersucht.
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Ladungstransportmaterialien,
bei denen Ladungstransportmoleküle,
die als Ladungstransportstelle dienen, in einem Matrixmaterial wie
z.B. einem Polycarbonatharz gelöst
oder dispergiert sind, oder Ladungstransportmaterialien, bei denen
eine Ladungstransportmolekülstruktur
an eine Polymerhauptkette, wie z.B. ein Polyvinylcarbazol, gebunden ist,
sind bekannt. Diese Materialien wurden verbreitet als Materialien
für Photorezeptoren
in Kopiergeräten, Druckern
und dergleichen verwendet.
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Wenn
die herkömmlichen
Ladungstransportmaterialien dispersive Ladungstransportmaterialien sind,
ist zur Verbesserung des Ladungstransportvermögens eine sehr gute Löslichkeit
von Ladungstransportmolekülen
in Polymeren als Matrix erwünscht.
Tatsächlich
verursacht jedoch eine hohe Konzentration der Ladungstransportmoleküle in der Matrix
eine Kristallisation der Ladungstransportmoleküle und somit liegt die Obergrenze
der Konzentration der Ladungstransportmoleküle in der Matrix im Allgemeinen
bei 20 bis 50 Gew.-%, obwohl diese Konzentration von der Art des
Ladungstransportmoleküls abhängt. Dies
bedeutet, dass nicht weniger als 50 Gew.-% des gesamten Materials
von der Matrix gebildet werden, die keine Ladungstransporteigenschaften
aufweist. Dies führt
zu dem Problem, dass bei einer Schichtform die Ladungstransporteigenschaften und
die Reaktionsgeschwindigkeit durch die Matrix beschränkt werden
und somit nicht zufrieden stellend sind.
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Andererseits
ist im Fall des Ladungstransportpolymers des gebundenen Typs der
Anteil der gebundenen Gruppe mit Ladungstransporteigenschaften hoch.
Dieses Polymer weist jedoch viele praktische Probleme auf, die mit
der mechanischen Festigkeit, der Umweltfreundlichkeit und der Dauerbeständigkeit
der gebildeten Schicht und den Schichtbildungseigenschaften zusammenhängen. Bei
diesem Typ von Ladungstransportmaterial sind die ladungstransportierenden
gebundenen Gruppen lokal nahe beieinander angeordnet, und dieser
Abschnitt dient, wenn Ladungen durch Hopping transportiert werden,
als stabile Stelle und wirkt als eine Art von Falle, was in ungünstiger
Weise zu einer verminderten Ladungsbeweglichkeit führt.
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Alle
vorstehend genannten Ladungstransportmaterialien des amorphen Typs
verursachen anders als kristalline Materialien ein Problem dahingehend,
dass die Hopping-Stelle bezüglich
des Raums sowie bezüglich
der Energie fluktuiert. Aus diesem Grund hängen die Ladungstransporteigenschaften stark
von der Konzentration der Ladungstransportstelle ab und die Trägerbeweglichkeit
beträgt
im Allgemeinen etwa 1 × 10–6 bis
1 × 10–5 cm2/Vs, wobei es sich um einen Wert handelt,
der viel kleiner ist als derjenige eines Molekülkristalls, der 0,1 bis 1 cm2/Vs beträgt.
Ferner weisen die amorphen Materialien das zusätzliche Problem auf, dass die
Ladungstransporteigenschaften stark von der Temperatur und der Feldstärke abhängen.
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Dies
unterscheidet sich wesentlich von kristallinen Ladungstransportmaterialien.
Polykristalline Ladungstransportmaterialien sind bei Anwendungen, bei
welchen eine Ladungstransportschicht mit einer großen Fläche erforderlich
ist, vielversprechende Materialien, da sie eine gleichmäßige Ladungstransportschicht
mit einer großen
Fläche
bilden können. Die
polykristallinen Materialien sind jedoch inhärent mikroskopisch ungleichmäßig und
weisen Probleme auf, einschließlich
des Problems, dass Fehler, die in der Grenzfläche von Teilchen ausgebildet
werden, kontrolliert werden sollten.
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Ladungsübertragungsmaterial bereitzustellen,
das die Probleme des Standes der Technik lösen kann, d.h. das sowohl die
Vorteile amorpher Materialien, nämlich
eine strukturelle Flexibilität
und eine Gleichmäßigkeit über eine
große
Fläche,
als auch die Vorteile kristalliner Materialien aufweist, nämlich eine
molekulare Ausrichtung, und das gleichzeitig eine Steuerung der
Ladungstransporteigen schaften durch ein externes Feld realisieren
kann und sehr gute Ladungstransporteigenschaften, Dünnschichtbildungseigenschaften,
verschiedene Echtheitseigenschaften und dergleichen aufweist.
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Gemäß eines
Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein ferroelektrisches flüssigkristallines Ladungstransportmaterial
gemäß Anspruch
1 bereitgestellt, das eine flüssigkristalline
Verbindung umfasst.
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Das
erfindungsgemäße ferroelektrische
flüssigkristalline
Ladungstransportmaterial weist aufgrund der Molekülstruktur
eine Selbstausrichtungseigenschaft auf. Daher hemmt dessen Verwendung
als Hopping-Stelle anders als bei dem molekular verteilten Material
eine räumliche
und energetische Verteilung der Hopping-Stelle und kann bandartige
Transporteigenschaften, d.h. eine Elektronenleitung, realisieren,
wie sie in Molekülkristallen
vorliegt. Dies stellt das Merkmal bereit, dass eine größere Beweglichkeit wie
in den herkömmlichen,
molekular verteilten Materialien realisiert werden kann und dass
die Beweglichkeit nicht vom elektrischen Feld abhängt. Ferner können aufgrund
der Eigenpolarisation die Selbstausrichtungseigenschaften durch
ein externes Feld gesteuert werden und eine Änderung der Eigenschaftswerte
als Ergebnis der Steuerung der Selbstausrichtungseigenschaften kann
ebenfalls gesteuert werden. D.h., das ferroelektrische flüssigkristalline
Ladungstransportmaterial weist eine Flüssigkristallinität auf und
kann gleichzeitig als Reaktion auf sichtbares Licht Ladungen transportieren.
Daher ist das ferroelektrische flüssigkristalline Ladungstransportmaterial
bei den Anwendungen herkömmlicher Flüssigkristalle
sowie in Materialien für
Anwendungen geeignet, bei denen Ladungstransporteigenschaften genutzt
werden, wie z.B. Photosensoren, Elektrolumineszenzvorrichtungen,
Photoleiter, Raummodulationsvorrichtungen, Dünnschichttransistoren, lichtbrechende
Vorrichtungen und andere Sensoren. Insbesondere weist das erfindungsgemäße ferroelektrische
flüssigkristalline
Ladungstransportmaterial eine hervorragende Empfindlichkeit für sichtbares
Licht auf und ist somit als Material für Photosensoren geeignet.
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1 ist
ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photosensors;
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2 ist
ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photosensors;
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3A ist
ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photosensors;
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3B ist
ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photosensors;
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4 ist
ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bildanzeigevorrichtung;
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5 ist
ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bildanzeigevorrichtung;
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6 ist
ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bildanzeigevorrichtung;
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7 ist
ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung;
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8 ist
ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung
(mit einem Elektrodenmuster ausgestattet);
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9 ist
ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung;
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10 ist
ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrolumineszenzvorrichtung;
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11 ist
ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Raummodulationsvorrichtung;
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12 ist
ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dünnschichttransistors;
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13 ist
ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dünnschichttransistors;
und
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14 und 15 sind
Diagramme, welche die Ladungstransporteigenschaften des erfindungsgemäßen Ladungstransportmaterials
zeigen.
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In
den Zeichnungen steht das Bezugszeichen 11 für eine Informationsaufzeichnungsschicht, das
Bezugszeichen 12 für
einen Abstandshalter, das Bezugszeichen 13 für eine transparente
Elektrode, das Bezugszeichen 13' für eine Elektrode (Gegenelektrode),
das Bezugszeichen 14 für
eine Ladungstransportschicht, das Bezugszeichen 14' für eine Ladungserzeugungsschicht,
das Bezugszeichen 15 für ein
transparentes Substrat, das Bezugszeichen 15' für ein Substrat, das Bezugszeichen 16 für eine lichtemittierende
Schicht, das Bezugszeichen 17 für eine Schutzschicht, das Bezugszeichen 19 für einen
Abstandshalter, das Bezugszeichen 20 für eine dielektrische Schicht,
das Bezugszeichen 21 für
eine Glasplatte, das Bezugszeichen 22 für eine polarisierende Schicht,
das Bezugszeichen 23 für
eine Flüssigkristallschicht,
das Bezugszeichen 31 für
eine Gate-Elektrode, das Bezugszeichen 32 für eine dielektrische
Gate-Schicht, das Bezugszeichen 33 für eine Source-Elektrode und
das Bezugszeichen 34 für eine
Drain-Elektrode.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die
folgenden bevorzugten Ausführungsformen
detaillierter beschrieben.
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Flüssigkristalline
Verbindungen mit Ladungstransporteigenschaften und einer Ferroelektrizität, die in
der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, weisen eine Trägerbeweglichkeit
von nicht weniger als 1 × 10–5 cm2/Vs auf und umfassen diejenigen mit einer
Elektronenbeweglichkeit von nicht weniger als 1 × 10–5 cm2/Vs, vorzugsweise nicht weniger als 1 × 10–4 cm2/Vs, und diejenigen mit einer Löcherbeweglichkeit
von nicht weniger als 1 × 10–5 cm2/Vs, vorzugsweise nicht weniger als 1 × 10–4 cm2/Vs. Wenn die Trägerbeweglichkeit weniger als
1 × 10–5 cm2/Vs beträgt,
kann eine effektive Elektronenleitung nicht erhalten werden, und
in diesem Fall wird die Leitung von einer Ionenleitung beherrscht.
Vorzugsweise weist die flüssigkristalline
Verbindung im Kern (aromatischer Ring mit einem 6π-Elektronensystem)l, (aromatischer Ring mit einem 10π-Elektronensystem)m und/oder (aromatischer Ring mit einem 14π-Elektronensystem)n auf (wobei l + m + n = 1 bis 4 und l, m
und n jeweils ganze Zahlen von 0 bis 4 sind). Wenn die flüssigkristalline
Verbindung eine Mehrzahl von aromatischen Ringen der vorstehend genannten
Typen aufweist, können
die aromatischen Ringe vom gleichen Typ sein oder aus verschiedenen Typen
bestehen und entweder direkt oder mit einer Verbindungsgruppe mit
einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung oder einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindung
miteinander oder aneinander ver- bzw. gebunden sein. Aromatische
Ringe mit einem 6π-Elektronensystem
umfassen z.B. einen Benzolring, einen Pyridinring, einen Pyrimidinring,
einen Pyridazinring, einen Pyrazinring und einen Tropolonring. Aromatische
Ringe mit einem 10π-Elektronensystem
umfassen z.B. einen Naphthalinring, einen Azulenring, einen Benzofuranring,
einen Indolring, einen Indazolring, einen Benzothiazolring, einen
Benzoxazolring, einen Benzoimidazolring, einen Chinolinring, einen
Isochino linring, einen Chinazolinring und einen Chinoxalinring.
Aromatische Ringe mit einem 14π-Elektronensystem
umfassen z.B. einen Phenanthrenring und einen Anthracenring. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist die flüssigkristalline Verbindung in
ihrem Kern ein Biphenyl, ein Benzothiazol, ein t-Thiophen oder ein
2-Phenylnaphthalin
auf. Unter anderem ist eine flüssigkristalline
Verbindung bevorzugt, die eine stabartige Molekülstruktur derart aufweist,
dass ein 2-Phenylnaphthalinring im Kern vorliegt und der Benzolring
und der Naphthalinring jeweils eine gegebenenfalls substituierte
Alkyl-, Alkoxy- oder eine andere Gruppe als Seitenkette aufweisen.
Mehr bevorzugt weist die flüssigkristalline
Verbindung einen chiralen Abschnitt in einer ihrer Seitenketten
auf und kann eine Ferroelektrizität entwickeln.
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Das
ferroelektrische Ladungstransportmaterial kann ein Polymerflüssigkristall
sein, der die ferroelektrische flüssigkristalline Verbindung
in dessen Hauptkette und/oder Seitenkette enthält. Im Fall eines Polymerflüssigkristalls
ist die molekulare Ausrichtung in vielen Fällen im geschmolzenen Zustand so
wie bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts fixiert, was
zu dem Vorteil führt,
dass die Formbarkeit und die Schichtbildungseigenschaften bereitgestellt
werden können,
während
eine hohe Photoleitfähigkeit
beibehalten wird. Ein Vergleich einer SmC*-Phase mit einer SmA-Phase
wurde bezüglich
der Ladungstransporteigenschaften des erfindungsgemäßen ferroelektrischen
Flüssigkristalls durchgeführt. Die 14 ist
ein Graph, der eine nichtstationäre
Photostromwellenform der SmC*-Phase zeigt. Die 15 ist
ein Graph, der 1/τt für positive
Träger
der SmC*-Phase und der SmA-Phase zeigt, wobei τt die Durchgangszeit eines Trägers als
Funktion von V/d2 zeigt, wobei V für die angelegte
Spannung und d für
die Zellendicke steht. Wie es aus der 15 ersichtlich
ist, ist V/d2 zu 1/τt proportional, was zeigt, dass
die Beweglichkeit nicht von der angelegten Spannung abhängt. Die
gleichen Ergebnisse wurden für
negative Träger
erhalten (nicht gezeigt). Ferner wird angenommen, dass die Helix
der SmC*-Phase durch die angelegte Spannung verlorengegangen ist.
Die Beweglichkeit der SmC*-Phase, die im Wesentlichen mit der Beweglichkeit
der SmA-Phase identisch ist, legt nahe, dass zwischen der SmC-Phase
(SmC*-Phase) und der SmA-Phase kein Unterschied bei den Ladungstransporteigenschaften
besteht. D.h., die vorstehend genannte Tatsache legt nahe, dass
ein guter Ladungstransport ohne Einfluss des Unterschieds bei der
molekularen Ausrichtung zwischen der SmC-Phase und der SmA-Phase in der smektischen
Phase auf den Mechanismus der Hopping-Leitung bei Trägermolekülen realisiert
werden kann.
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Das
ferroelektrische flüssigkristalline
Ladungstransportmaterial ist für
verschiedene Anwendungen geeignet, einschließlich Photosensoren, Elektrolumineszenzvorrichtungen,
TFT- Vorrichtungen,
Schaltvorrichtungen, Photoleiter, Bildanzeigevorrichtungen, Raummodulationsvorrichtungen, Dünnschichttransistoren
und lichtbrechende Vorrichtungen.
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Das
erfindungsgemäße ferroelektrische
flüssigkristalline
Ladungstransportmaterial weist eine hohe Trägerbeweglichkeit auf und kann
die Bildung struktureller Fallen hemmen. Daher können als wichtigste Anwendung
des erfindungsgemäßen ferroelektrischen
flüssigkristallinen
Ladungstransportmaterials Photosensoren mit eine sehr schnellen
Reaktion genannt werden. Insbesondere da das ferroelektrische flüssigkristalline
Ladungstransportmaterial polarisierende Eigenschaften aufweist,
wird dessen Anwendung auf Photosensoren mit einer sehr schnellen Reaktion
in Betracht gezogen, die eine Ein-Aus-Steuerung durch polarisiertes
Licht realisieren können.
Ferner kann das ferroelektrische flüssigkristalline Ladungstransportmaterial
aufgrund der hervorragenden Ladungstransporteigenschaften als Ladungstransportschicht
in Elektrolumineszenzvorrichtungen verwendet werden. Da das ferroelektrische
flüssigkristalline
Ladungstransportmaterial ferner Selbstausrichtungseigenschaften
aufweist, ist die Lichtemission derart, dass die Emissionsintensität von einer
Richtung zur anderen variiert und das emittierte Licht entsprechend
polarisiertes Licht ist. Die Richtung der Emission kann durch Variieren
der Polarität
des elektrischen Felds variiert werden. Daher kann das ferroelektrische
flüssigkristalline
Ladungstransportmaterial als optischer Schalter wirken. Da ferner
die Ausrichtung des elektrischen Felds und die Photoleitfähigkeit
gleichzeitig geschaltet werden können,
kann das ferroelektrische flüssigkristalline
Ladungstransportmaterial in Bildanzeigevorrichtungen verwendet werden.
Dies führt
zur Anwendung des ferroelektrischen flüssigkristallinen Ladungstransportmaterials
auf neue Verbundvorrichtungen, welche diese Funktionen in einer
Vorrichtung aufweisen. Insbesondere können durch die Nutzung von
zwei oder mehr stabilen Ausrichtungszuständen in dem ferroelektrischen
flüssigkristallinen
Material, die in dem Ausrichtungsmodus und der Wellenform der angelegten
Spannung auftreten, die folgenden Anwendungen des erfindungsgemäßen ferroelektrischen flüssigkristallinen
Ladungstransportmaterials realisiert werden.
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1. Photosensoren
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Für jeden
der stabilen Ausrichtungszustände kann
dann, wenn ein Vergleich auf der Basis der gleichmäßigen Stärke des
angelegten elektrischen Felds vorgenommen wird, ein deutliches Photostromsignal
erhalten werden, wenn die Richtung der Lichtabsorptionsachse von
flüssigkristallinen
Molekülen
mit der Richtung der Polarisationsebene von Licht zusammenfällt, die
zur Verleihung einer Photoleitfähigkeit
eingesetzt wird. D.h., es können
Photosensoren realisiert werden, welche die Polarisationsebene eines
zu erfassenden optischen Signals durch die Nutzung der Polarität der Wellenform
der Spannung auswählen
können,
die an die Vorrichtung angelegt wird.
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2. Lichtemittierende
Vorrichtungen zum Schalten der Polarisationsebene
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Da
die Richtung der Ausrichtung des ferroelektrischen Flüssigkristalls
durch die Polarität
der Wellenform der angelegten Spannung stabil gesteuert werden kann,
kann die Polarisationsebene im Gebrauch als lichtemittierende Vorrichtung
selektiv gesteuert werden.
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Die 1, 2, 3A und 3B sind erläuternde
Ansichten repräsentativer
Ausführungsformen
der Anwendung des erfindungsgemäßen ferroelektrischen
flüssigkristallinen
Ladungstransportmaterials auf Photosensoren. Die Photosensoren umfassen
jeweils (eine) Elektrode(n) 13, 13' und eine Ladungstransportschicht 14,
die aus dem erfindungsgemäßen ferroelektrischen
flüssigkristallinen
Ladungstransportmaterial ausgebildet ist. Wie es in der 3B gezeigt
ist, kann der Photosensor eine Schutzschicht 17 aufweisen.
Eine Änderung
der Stromwerte beim Einstrahlen von Licht kann für Anwendungen des ferroelektrischen
flüssigkristallinen Ladungstransportmaterials
auf Photosensoren genutzt werden.
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Die 4 ist
ein schematisches Diagramm, das eine repräsentative Ausführungsform
der Anwendung des ferroelektrischen flüssigkristallinen Ladungstransportmaterials
auf eine Bildanzeigevorrichtung veranschaulicht. Die Bildanzeigevorrichtung umfasst:
Ein transparentes Substrat 15 aus Glas oder dergleichen
und eine transparente Elektrode 13 aus ITO (Indiumzinnoxid)
oder dergleichen, eine Ladungserzeugungsschicht 14', die als Reaktion
auf eine Belichtung Träger
erzeugen kann, eine Ladungstransportschicht 14, die aus
dem erfindungsgemäßen ferroelektrischen
flüssigkristallinen
Ladungstransportmaterial ausgebildet ist, und eine Gegenelektrode
(eine Goldelektrode oder dergleichen) 13', die auf dem transparenten Substrat 15 in
dieser Reihenfolge bereitgestellt sind. Bei der bildmäßigen Belichtung
(Eingabe eines Bilds) durch den Boden der Vorrichtung, der in der
Zeichnung gezeigt ist, wird das ferroelektrische flüssigkristalline
Ladungstransportmaterial als Reaktion auf die Belichtung ausgerichtet,
wodurch Träger
durch die Gegenelektrode (Goldelektrode) fließen können. Das eingegebene Bild
kann durch optisches Auslesen der Ausrichtung der Flüssigkristalle
wiedergegeben werden.
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Die 5 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform der Anwendung des
erfindungsgemäßen ferroelektrischen
flüssigkristallinen Ladungstransportmaterials
auf eine Ladungstransportschicht in einer Bildaufzeichnungsvorrichtung veranschaulicht.
Wie es in der 5 gezeigt ist, wird in der Zeichnung
von der Oberseite der Vorrichtung her eine Mus terbelichtung durchgeführt, während an die
obere und die untere Elektrode 13, 13' eine Spannung
angelegt wird. In einer Ladungserzeugungsschicht 14' werden Träger in einer
Musterform erzeugt. Die von einer Ladungstransportschicht 14 transportierten
Träger
werden in einen Raum 19 abgegeben und erreichen die Oberfläche einer
Bildaufzeichnungsschicht 11.
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Die
Bildaufzeichnungsschicht kann z.B. eine flüssigkristalline Polymer-Verbundschicht
sein, die aus einem Verbund ausgebildet ist, der einen ferroelektrischen
Flüssigkristall
und ein Polymer umfasst. Der Flüssigkristall
wird in einem elektrischen Feld durch gespeicherte Ladungen in einer
Musterform ausgerichtet und gespeichert und kann optisch ausgelesen
werden.
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Die 6 ist
ein schematisches Diagramm, das eine weitere Ausführungsform
der Anwendung des ferroelektrischen flüssigkristallinen Ladungstransportmaterials
auf eine Bildanzeigevorrichtung veranschaulicht. Wie bei der in
der 5 gezeigten Ausführungsform wird die Belichtung
in der in der 6 gezeigten Ausführungsform
durchgeführt, während eine
Spannung angelegt wird. Die erzeugten Ladungen (Bild) werden auf
der oberen Fläche
einer dielektrischen Schicht 20 gespeichert und können optisch
ausgelesen werden.
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Die 7 bis 10 sind
Diagramme, die repräsentative
Ausführungsformen
der Anwendung des erfindungsgemäßen ferroelektrischen
flüssigkristallinen
Ladungstransportmaterials auf Elektrolumineszenzvorrichtungen zeigt.
Die einfachste Struktur der Elektrolumineszenzvorrichtung ist in
der 7 gezeigt. In dieser Ausführungsform dient eine lichtemittierende
Schicht 16 auch als Ladungstransportschicht 14 und
ist sandwichartig zwischen einer Kathode und einer Anode angeordnet.
In diesem Fall weist das Kathodenmaterial, das zur Injektion von Elektronen
wirkt, vorzugsweise eine geringe Austrittsarbeit auf, während das
Anodenmaterial eine Austrittsarbeit aufweist, die gleich der Austrittsarbeit des
Kathodenmaterials oder größer als
diese ist, um eine intensive Lichtemission bereitzustellen.
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Hier
verwendbare Anodenmaterialien umfassen z.B. ITO, Indiumoxid, Zinnoxid
(mit Antimon, Arsen oder Fluor dotiert), Cd2SnO4, Zinkoxid oder Kupferiodid. Hier verwendbare
Kathodenmaterialien umfassen z.B. Alkalimetalle und Erdalkalimetalle,
wie z.B. Natrium, Kalium, Magnesium und Lithium, Natrium-Kalium-Legierungen,
Magnesium-Indium-Legierungen, Magnesium-Silber-Legierungen, Aluminium, Gold,
Silber, Gallium, Indium und Kupfer, und darüber hinaus die vorstehend im
Zusammenhang mit dem Anodenmaterial beschriebenen Materialien.
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Das
Material, das in der lichtemittierenden Schicht und der Ladungstransportschicht
verwendet wird, umfasst das erfindungsgemäße flüssigkristalline Ladungstransportmaterial
und ein lichtemittierendes Material. Vorzugsweise ist das füssigkristalline Ladungstransportmaterial
ein Material, das sowohl ein Elektron als auch ein Loch transportieren
kann, oder ein Gemisch aus einem Elektronentransportmaterial mit
einem Lochtransportmaterial. Die Verwendung eines Materials, das
entweder Elektronen oder Löcher
transportieren kann, ist jedoch zur Nutzung der Lichtemission an
der Elektrodengrenzfläche
ausreichend. Wenn der Flüssigkristall
per se fluoreszierend ist, ist das lichtemittierende Material nicht
speziell erforderlich. Viele Fälle,
bei denen der Kern des Flüssigkristalls
eine organische Farbstoffverbindung umfasst, die in einem festen
Zustand eine intensive Fluoreszenz aufweist, erfüllen die vorstehend genannten
Anforderungen.
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Farbstoffmaterialien
mit einer hohen Fluoreszenzquanteneffizienz können als lichtemittierendes
Material verwendet werden, und Beispiele dafür umfassen Laseroszillationsfarbstoffe,
wie z.B. Diphenylethylenderivate, Triphenylaminderivate, Diaminocarbazolderivate,
Bistyrylderivate, Benzothiazolderivate, Benzoxazolderivate, aromatische
Diaminderivate, Chinacridonverbindungen, Perylenverbindungen, Oxadiazolderivate,
Cumarinverbindungen, Anthrachinonderivate und DCM-1. Das lichtemittierende Material
wird in einer Menge zugesetzt, die derart ist, dass die Flüssigkristallinität des erfindungsgemäßen ferroelektrischen
flüssigkristallinen
Ladungstransportmaterials nicht zerstört wird, vorzugsweise in einer
Menge von etwa 0,01 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das erfindungsgemäße ferroelektrische
flüssigkristalline
Ladungstransportmaterial.
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Im
Fall des in den 9 und 10 gezeigten
Schichtaufbaus ist die Dicke der lichtemittierenden Schicht 16 derart,
dass der Elektronen- oder Löchertransport
nicht gehemmt wird. Die Dicke der lichtemittierenden Schicht beträgt vorzugsweise
0,2 bis 15 μm.
Die Schichtdicke kann durch Einbringen von Abstandshalterteilchen
in das Material oder durch ein Abdichtungsmittel reguliert werden,
das um die Zelle bereitgestellt wird.
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Ferner
kann das erfindungsgemäße ferroelektrische
flüssigkristalline
Ladungstransportmaterial in einer Raumlichtmodulationsvorrichtung
verwendet werden, die schematisch in der 11 gezeigt
ist. Ferner kann das erfindungsgemäße ferroelektrische flüssigkristalline
Ladungstransportmaterial auch als aktive Schicht in einem Dünnschichttransistor
verwendet werden. Beispielsweise kann das flüssigkristalline Material auf
einem Substrat angeordnet werden, auf dem sich eine Source-, eine
Drain- und eine Gate-Elektrode befinden, wie es in den 12 und 13 gezeigt
ist.
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Die
nachstehenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung
weiter, sind jedoch nicht beschränkend
aufzufassen.
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Beispiel 1
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Glassubstrate,
die jeweils eine ITO-Elektrode aufwiesen (spezifischer Widerstand
der Oberfläche:
100 bis 200 Ω/⎕),
die durch Vakuumschichtbildung ausgebildet worden ist, wurden derart übereinander
angeordnet, dass die ITO-Elektroden aufeinander zu ausgerichtet
waren, während
unter Verwendung von Abstandshalterteilchen ein Spalt dazwischen
bereitgestellt wurde, wodurch eine Zelle hergestellt wurde. Ein
Flüssigkristall
aus einer chiralen Naphthalinverbindung (2-[(S)-4-(6-Methyloctyloxy)phenyl]-6-decylnaphthalin,
Kristall-54°C-SmX-83°C-SmC*-102°C-SmA-112°C-Iso., Peak
des Absorptionsspektrums in einer CH2Cl2-Lösung: 262
nm, 295 nm, helikale Steigung 3,6 μm, spontane Polarisation Ps
= 0,6 nC/cm2) wurde bei 120°C in die
Zelle gegossen.
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Eine
Time-of-Flight-Untersuchung in der SmX-Phase, der SmC*-Phase und
der SmA-Phase wurde unter Verwendung eines Stickstofflaserstrahls bei
einer Wellenlänge
von 337 nm als Lichtquelle durchgeführt. Als Ergebnis konnte sowohl
für die
Löcher
als auch für
die Elektronen eine klare, nicht-dispersive Wellenform erhalten
werden und das Auftreten eines Photostroms konnte bestätigt werden.
In diesem Fall betrug die Beweglichkeit bezüglich der SmX-Phase sowohl für die Löcher als
auch für
die Elektronen 1,1 × 10–3 cm2/Vs, bezüglich
der SmC*-Phase betrug die Beweglichkeit 2,5 × 10–4 cm2/Vs für
die Löcher
und 2,4 × 10–4 cm2/Vs für
die Elektronen und bezüglich
der SmA-Phase betrug die Beweglichkeit 2,7 × 10–4 cm2/Vs für
die Löcher
und 2,6 × 10–4 cm2/Vs für
die Elektronen.
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Der
vorstehend beschriebene Flüssigkristall aus
einer chiralen Naphthalinverbindung wurde mit 1 mol-% eines Fluoreszenzfarbstoffs
((3-(2-Benzothiazolyl)-7-(diethylamino)-2H-1-benzopyran-2-on (von Nihon
Kanko Shikiso Kenkyusho K.K. hergestellt), Schwingungswellenlängenbereich
507–585
nm) gemischt. Das Gemisch wurde bei 100°C in die gleiche Zelle gegossen,
wie sie vorstehend beschrieben worden ist (Zellenspalt: etwa 2 μm). An einem
dunklen Ort wurde an die Zelle ein elektrisches Gleichspannungsfeld
von 120 V angelegt. Als Ergebnis wurde eine Lichtemission beobachtet,
die von der Fluoreszenzwellenlänge
des Lumineszenzfarbstoffs abgeleitet war.
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Beispiel 2
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Eine
Zelle wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt.
Ein Flüssigkristall
aus einer chiralen Naphthalinverbindung (2-(4'-Heptyloxyphenyl)-6-(6-methyl-1-octyloxy)naphthalin,
Kristall-74°C-SmX-113°C-SmC*-138°C-SmA-142°C-Iso.) wurde
bei 150°C
in die Zelle gegossen.
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Die
Time-of-Flight-Untersuchung wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel
1 durchgeführt. Als
Ergebnis betrug die Beweglichkeit der Löcher bezüglich der SmA-Phase und der
SmC*-Phase 3 × 10–4 cm2/Vs und bezüglich der SmX-Phase betrug
die Beweglichkeit der Löcher
2 × 10–3 cm2/Vs.