DE3855962T2

DE3855962T2 - Vorrichtung mit einem ferroelektrischen smektischen Flüssigkristall

Info

Publication number: DE3855962T2
Application number: DE3855962T
Authority: DE
Inventors: Yukio Hanyu; Yutaka Inaba; Junichiro Kanbe; Hideyuki Kawagishi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-09-17
Filing date: 1988-09-19
Publication date: 1998-02-12
Anticipated expiration: 2008-09-20
Also published as: AU606456B2; US4932758A; AU2233888A; EP0307959B1; DE3855962D1; EP0307959A3; EP0724184A1; EP0307959A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallvorrichtung zur Verwendung in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung oder einem optischen Flüssigkristallverschluß etc., insbesondere eine Flüssigkristallvorrichtung unter Verwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls, genauer gesagt eine Flüssigkristallvorrichtung, die in bezug auf die Ausrichtungsgleichmäßigkeit wesentlich verbessert ist, um einen erhöhten Kontrast zwischen Hell- und Dunkelzuständen vorzusehen, und die ferner eine verbesserte Haltbarkeit aufweist.
Eine Anzeigevorrichtung eines Typs, bei dem der Durchgang von Licht in Kombination mit einer Polarisationsvorrichtung unter Ausnutzung der Brechungsindexanisotropie von ferroelektrischen Flüssigkristallmolekülen gesteuert wird, wurde von Clark und Lagerwall (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 107217-1981, US-PS 4 367 924) vorgeschlagen. Das ferroelektrische Flüssigkristall besitzt allgemein eine chirale smektische C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*), in der es in einer Bulkphase eine helikale Struktur annimmt. Wenn das ferroelektrische Flüssigkristall in einer derartigen SmC* - oder SmH* - Phase zwischen einem Paar von Substraten angeordnet wird, die eng angeordnet sind, um die Ausbildung der helikalen Struktur zu unterdrücken, erhält es eine bistabile Orientierung oder einen entsprechenden Ausrichtungszustand, in der bzw. dem die Flüssigkristallmoleküle in Abhängigkeit von einem angelegten elektrischen Feld einen ersten optisch stabilen Zustand oder einen zweiten optisch stabilen Zustand einnehmen. Es weist ferner Memory-Eigenschaften auf, indem es den entstandenen Zustand bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes beibehält, und besitzt ein Ansprechvermögen mit hoher Geschwindigkeit auf eine Änderung des elektrischen Feldes, so daß das ferroelektrische Flüssigkristall in großem Umfang bei einer optischen Modulationsvorrichtung vom Hochgeschwindigkeits- und Memory-Typ Anwendung finden kann.
Um die vorstehend erwähnten Memory-Eigenschaften und das vorstehend erwähnte Ansprechvermögen mit hoher Geschwindigkeit einer optischen Modulationsvorrichtung unter Verwendung eines derartigen ferroelektrischen smektischen Flüssigkristalls, das in einem bistabilen Ausrichtungszustand angeordnet ist, zu erreichen, ist es erforderlich, daß der bistabile Ausrichtungszustand in der Vorrichtung stabil und gleichmäßig beibehalten wird und daß die Vorrichtung eine ausgezeichnete Haltbarkeit besitzt sowie einen hohen Kontrast zwischen dem Dunkel- und Hellzustand aufweist.
Die US-PS 4 639 089 beschreibt die Verwendung eines ferroelektrischen smektischen Flüssigkristalls mit einem Temperaturbereich zum Einnehmen einer cholesterischen Phase bei einer Flüssigkristallvorrichtung, die durch Reiben oder schräges Bedampfen mit einer uniaxialen Orientierungsachse versehen ist, um auf diese Weise eine ferroelektrische smektische Flüssigkristallvorrichtung mit einem einheitlichen bistabilen Ausrichtungszustand zu realisieren.
Eine solche ferroelektrische smektische Flüssigkristallvorrichtung in einem einheitlichen bistabilen Ausrichtungszustand, realisiert durch Reiben oder schräges Bedampfen, besitzt eine geringere Durchlässigkeit im hellen Memory-Zustand als die von N.A. Clark et. al.
Das vorstehend erwähnte ferroelektrische smektische Flüssigkristall in der ferroelektrischen smektischen Flüssigkristallvorrichtung umfaßt Flüssigkristallmoleküle, die auf Grund des einheitlichen Ausrichtungszustandes in einem hohen Ordnungsgrad ausgerichtet sind. Ein derartiger Ausrich tungszustand in einem hohen Ordnungsgrad ist ziemlich empfindlich gegenüber Beanspruchungen von außerhalb der Zelle (Vorrichtung), wie Schlagwirkungen oder Verformungen, und bewirkt eine Störung der Flüssigkristallmolekularausrichtung, typischerweise das Auftreten einer "gesandeten Textur", wenn derartige Beanspruchungen auftreten. Das Auftreten einer "gesandeten Textur" durch Einwirkung von Stoßbelastungen ist in der US-PS 4 674 839 beschrieben.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine chirale smektische Flüssigkristallvorrichtung in einem einheitlichen bistabilen Ausrichtungszustand zu schaffen, die eine hohe Stabilität in bezug auf Stoßbelastungen oder Verformungen aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer chiralen smektischen Flüssigkristallvorrichtung in einem einheitlichen bistabilen Ausrichtungszustand, die für einen großen Kontrast zwischen dem Hell- und Dunkelzustand sorgt.
Durch wiederholte Versuche und mikroskopische Prüfung gelang es den Erfindern, auf stabile Weise einen derartigen Ausrichtungszustand zu schaffen, bei dem die ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle in einem bistabilen Ausrichtungszustand angeordnet sind, der einen hohen Grad von Ausrichtungsordnung zeigt, und zwar durch eine uniaxiale Ausrichtungsbehandlung, wie Reiben oder schräges Bedampfen, und der gegenüber Beanspruchungen von außerhalb der Zelle besonders widerstandsfähig ist.
Genauer gesagt, erfindungsgemäß wird eine chirale smektische Flüssigkristallvorrichtung geschaffen, die umfaßt:
a) ein Paar von Substraten, die jeweils mit einer uniaxialen Ausrichtungsachse in Richtungen, die identisch und im wesentlichen parallel zueinander sind, versehen sind;
b) ein chirales smektisches Flüssigkristall, das in einer chiralen smektischen C-Phase einer nicht-helikalen Struktur, die zwei stabile Orientierungszustände zwischen den Substraten vorsieht, angeordnet ist, wobei das Flüssigkristall einen Bereich eines ersten Ausrichtungszustandes C2 bildet, der gewachsen ist, um einen größeren Flächenabstand von 60% oder mehr der gesamten Fläche der Vorrichtung bei einem Temperaturabfall zu besetzen, und wobei der einen größeren Abschnitt der Fläche der Vorrichtung besetzende Bereich eine Vielzahl von Schichten umfaßt, die jeweils aus einer Vielzahl von Flüssigkristallmolekülen bestehen und von beiden Substraten in einer Richtung weggebogen sind, die mit der Richtung der uniaxialen Ausrichtungsachse identisch ist, und zwar im Gegensatz zu Schichten in einem Bereich im Ordnungszustand C1, die in eine Richtung gebogen sind, die der Richtung der uniaxialen Ausrichtungsachse entgegengesetzt ist, und
c) Einrichtungen zum optischen Unterscheiden der beiden stabilen Orient ierungs zustände.
Der Ausrichtungszustand bei niedrigerer Temperatur steht in Relation zu den uniaxialen Ausrichtungsachsen, die für ein Paar von Substraten vorgesehen sind.
Somit umfaßt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der einen größeren Anteil der Fläche der Vorrichtung besetzende Bereich das Flüssigkristall in einem ersten Ausrichtungszustand, wobei das Flüssigkristall ein verbundenes Paar eines Haarnadeldefektes und eines Blitzdefektes bildet, so daß der Haarnadeldefekt nach dem Blitzdefekt in Richtung der uniaxialen Ausrichtungsachse gebildet wird.
Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorhegenden Erfindung werden augenscheinlicher durch Studium der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer Flüssigkristallvorrichtung gemäß der Erfindung;
die Figuren 2A - 6A mikroskopische Photographien von Ausrichtungszuständen eines ferroelektrischen Flüssigkristalles, die in Abhängigkeit von der Temperatur variieren, wobei die Figuren 2B -6B Skizzen zur Erläuterung auf der Basis der Figuren 2a - 6A sind;
Figur 7A eine schematische Draufsicht auf einen C1- Ausrichtungsbereich und einen C2-Ausrichtungsbereich,
Figur 7B einen entsprechenden Schnitt in Dickenrichtung;
Figur 7C eine weitere schematische Draufsicht eines C1-Ausrichtungsbereiches und eines C2-Ausrichtungsbereiches und
Figur 7D eine entsprechende Schnittansicht in Dickenrichtung;
Figur 8A eine schematische Darstellung einer C1-Ausrichtung und
Figur 8B eine Ansicht einer Projektion von dieser ent sprechenden C-Direktoren;
Figur 9A eine schematische Ansicht einer C2-Ausrichtung und
Figur 9B eine Ansicht, die Projektionen von dieser entsprechenden C-Direktoren zeigt;
Figur 10A eine schematische Ansicht eines Ausrichtungszustandes in einer herkömmlichen Vorrichtung und die Figuren 10B und 10C Ansichten, die Projektionen von dieser entsprechenden C-Direktoren zeigen;
die Figuren 11a - 14A mikroskopische Photographien von C1- und C2- Ausrichtungsbereichen und die Figuren 11b - 14B Erläuterungsskizzen auf der Basis der Figuren 11A- 14A;
Figur 15 eine schematische perspektivische Ansicht zur Darstellung der Funktionsweise einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung und Figur 16 eine schematische perspektivische Ansicht zur Darstellung der Funktionsweise einer oberflächenstabilisierten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung in einem bistabilen Ausrichtungszustand; und
Figur 17 eine schematische Schnittansicht in Dickenrichtung einer Zelle, die einen gebogenen Ausrichtungszustand in der smektischen A- Phase zeigt.
Figur 1 ist eine schematische Teilschnittansicht einer ferroelektrischen smektischen Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Flüssigkristallvorrichtung umfaßt Substrate (Glasplatten) 11a und 11b, die mit transparenten Elektroden 12a und 12b aus In&sub2;O&sub3;, ITO (Indiumzinnoxid) etc. beschichtet sind, ferner mit Isolationsfilmen 13a und 13b, bei denen es sich beispielsweise um 200Å bis 1000Å dicke Filme aus SiO&sub2;, TiO&sub2;, Ta&sub2;O&sub5; etc. handeln kann, beschichtet sind und dann mit Ausrichtungssteuerfilmen 14a und 14b beschichtet sind, bei denen es sich beispielsweise um 50Å - 1000 Å dicke Filme aus Polyimid, Polyamid, Polyester etc. handeln kann. Die Ausrichtungssteuerfilme 14a und 14b sind in Richtungen der Pfeile A, die parallel zueinander und richtungsidentisch sind, einem Reibvorgang ausgesetzt worden. Ein ferroelektrisches smektisches Flüssigkristall 15 ist zwischen den Substraten 11a und 11b angeordnet, die einen Abstand (beispielsweise 0,1 - 3 µm) voneinander aufweisen, der ausreichend klein ist, um die Ausbildung der helikalen Struktur des ferroelektrischen smektischen Flüssigkristalles 15 zu unterdrücken, so daß das ferroelektrische smektische Flüssigkristall 15 in einem bistabilen Ausrichtungszustand, der zwei stabile Orientierungszustände bildet, angeordnet ist. Der ausreichend kleine Abstand kann von Abstandswulsten 16 (aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid etc.) eingehalten werden.
Die auf diese Weise ausgebildete Zellenstruktur ist zwischen einem Paar von Polarisatoren 17a und 17b angeordnet, die in gekreuzten Nicoll'schen Prismen vorgesehen sind, um die beiden stabilen Orientierungszustände der Flüssigkristallmoleküle optisch zu unterscheiden.
Aufgrund der Untersuchungen der Erfinder, die nachfolgend anhand von Beispielen erläutert werden, wurde festgestellt, daß es möglich ist, durch Auswahl eines Flüssigkristallmateriales, von Ausrichtungssteuerfilmen und der Richtung der uniaxialen Ausrichtungsachsen, die das Paar von Substraten aufweist, unterschiedliche bistabile Ausrichtungszustände auf der Seite einer höheren Temperatur und auf der Seite einer niedrigen Temperatur im Temperaturbereich der chiralen smektischen C-Phase vorzusehen, von denen der bistabile Ausrichtungszustand auf der Seite der niedrigeren Temperatur sehr widerstandsfähig ist gegenüber Stoßbelastungen oder Verformungen und einen großen Kontrast zwischen den Schwarz- und Dunkelzuständen vorsieht. Im bistabilen Ausrichtungszustand niedrigerer Temperatur besitzt das ferroelektrische smektische Flüssigkristall die Neigung zur Ausbildung eines verbundenen Paares aus einem Blitzdefekt und einem Haarnadeldefekt, wobei der Blitzdefekt nach dem Haarnadeldefekt in Reibrichtung, die üblicherweise am Paar der Substrate vorgesehen ist, kommt. Im Gegensatz hierzu besitzt im bistabilen Ausrichtungszustand höherer Temperatur das ferroelektrische smektische Flüssigkristall die Neigung zur Ausbildung eines verbundenen Paares aus einem Blitzdefekt und einem Haarnadeldefekt, wobei der Haarnadeldefekt in Reibrichtung nach dem Blitzdefekt kommt. Aus Zweckmäßigkeitsgründen wird im chiralen smektischen C-Phasen-Temperaturbereich der vorstehend erwähnte Ausrichtungszustand höherer Temperatur als C1-Ausrichtung oder C1-Unterphase und der Ausrichtungszustand niedrigerer Temperatur als C2-Ausrichtungszustand oder C2-Unterphase bezeichnet.
Die Figuren 2A- - 6A sind mikroskopische Photographien (Vergrößerung von 100) von Ausrichtungszuständen einer ferroelektrischen smektischen Flüssigkristalltestzelle von 1 cm x 1 cm bei verschiedenen Temperaturen, beobachtet über rechtwinklig gekreuzte Nicoll'sche Prismen, die so angeordnet sind, daß sie den dunkelsten Zustand des Dunkelzustandes (d. h. Löschposition) wiedergeben. Die Figuren 2B - 6B sind Skizzen auf der Basis der Figuren 2A - 6A.
Von den Figuren 2B - 6B zeigen Figur 2B einen C1-Ausrichtungszustand, Figur 6B einen C2-Ausrichtungszustand und die Figuren 3B - 5B Zustände, bei denen 1 C1-Ausrichtungszustand und C2-Ausrichtungszustand gemischt auftreten (hiernach als "C1/C2-Mischausrichtung" bezeichnet). Nach den Beobachtungen der Erfinder besetzte ein in den Figuren 2 - 5 gezeigter C1-Bereich sogar makroskopisch (d. h. Beobachtung mit bloßem Auge) eine beträchtliche Fläche.
Zur Herstellung der Zelle wurde ein ferroelektrisches smektisches Flüssigkristall "CS-1014" (Marke, erhältlich von der Firma Chisso K.K.) verwendet. Der Ausrichtungsfilm wurde hergestellt, indem eine alizyklische Polyimidfilmerzeugungsflüssigkeit "SUN-EVER 150" (Marke, erhältlich von der Firma Nissan Kagaku Kogyo K.K.) verwendet wurde. Das Paar der Substrate wurde mit Reibachsen versehen, die parallel zueinander verliefen und eine identische Richtung besaßen (die Einzelheiten in bezug auf die Herstellung der Zelle sind die gleichen wie im nachfolgenden Beispiel 1, mit Ausnahme der Zellengröße und des Fehlens von Abstandswulsten). Das Flüssigkristall in der Zelle wies die folgenden Phasenübergangseigenschaften auf (die auf den Pfeilen angegebenen Zahlen geben die Phasenübergangstemperaturen in ºC wieder):
Iso: Isorope Phase,
Ch: Cholesterische Phase,
SmA: smektische A-Phase,
Sm*C1: chirale smektische C-Phase, die eine C1-Unterphase wiedergibt
Sm*C1/C2: chirale smektische C-Phase, die ein Gemisch aus C1- und C2-Unterphasen wiedergibt
Sm*C2: chirale smektische C-Phase, die eine C2-Unterphase wiedergibt
Cry: Kristallphase.
Die Iso-Ch-Phasenübergangstemperatur, Ch-SmA-Phasenübergangstemperatur, SmA-, Sm*C1-Phasenübergangstemperatur und sm*C2-Cry-Phasenübergangstemperatur wurden über ein Temperatursteuergerät "FP800" (Marke, erhältlich von der Firma Mettler Instrument AG, Schweiz) gemessen. Die Sm* C1-Sm*C1/C2-Phasenübergangstemperatur und die Sm* C1/C2 - Sm*C2 - Phasenübergangstemperatur wurden durch mikroskopische Beobachtung bei Temperaturabfall ermittelt.
Figur 2 (Figur 2A oder 2B) zeigt den Löschungszustand (den durch die Löschungsposition von rechtwinklig gekreuzten Nicoll'schen Prismen vorgegebenen Zustand, der den dunkelsten Zustand des Dunkelzustandes wiedergibt) eines C1-Ausrichtungsbereiches 20 bei 52,0ºC, der bläulich ist und einen blauen hellen Zustand 21 sowie einen blauen dunklen Zustand 22 einschließt. Figur 6 (Figur 6A oder 6B) zeigt einen schwärzlichen Löschungszustand eines C2-Ausrichtungsbereiches 30 bei 25ºC, der einen weißen hellen Zustand 31 und einen schwarzen hellen Zustand 32 einschließt. Die Figuren 3 - 5 zeigen einen Mischbereich 40, der einen bläulichen Löschungszustand eines C1-Ausrichtungsbereiches 20 und einen schwärzlichen Löschungszustand eines C2-Ausrichtungsbereiches 30 bei 51.3 ºC, 51,2ºC und 51,1ºC einschließt. Der C1-Ausrichtungsbereich 20, der C2-Ausrichtungsbereich und der C1/C2-Mischbereich wurden jeweils mit einem Impuls von 50µsec und +30V beaufschlagt, während sie ihre Zustände beibehielten und in bezug auf ihre Löschzustände beobachtet wurden. Es ergab sich hierbei, daß der C1-Ausrichtungsbereich 20 einen blauen Löschzustand und der C2-Ausrichtungsbereich einen schwarzen Löschzustand vorsahen. Des weiteren wurden der C1-Ausrichtungszustand 20, der C2-Ausrichtungszustand 30 und der C1/C2-Mischbereich 40 danach mit einem Inversionsimpuls von 50µsec und -30V beauf schlagt und dann in bezug auf ihre Löschzustände beobachtet. Es ergab sich hierbei, daß der C1-Ausrichtungsbereich 20 wiederum einen blauen Löschzustand und der C2-Ausrichtungsbereich 30 einen schwarzen Löschzustand vorsahen.
Wie vorstehend beschrieben, sah die Zelle einen C1-Ausrichtungsbereich oder eine Unterphase 20 und einen C2-Ausrichtungsbereich oder eine Unterphase 30 im Temperaturbereich der chiralen smektischen C-Phase vor, die voneinander verschieden sind. Bei Absenkung der Temperatur wuchs der C2- Ausrichtungsbereich 30 allmählich, um einen größeren Flächenanteil zu besetzen (60% oder mehr, vorzugsweise 90% oder mehr), während der C1-Ausrichtungsbereich 20 entsprechend schrumpfte, um einen kleineren Flächenanteil zu besetzen (40% oder weniger, vorzugsweise 10% oder weniger), bis er makroskopisch oder im wesentlichen vernachlässigbar war, mit Ausnahme eines kleineren Abschnittes in der Nach barschaft des Zellenumfanges, wie in den Figuren 3 - 5 gezeigt. Die Figuren 3 - 6 zeigen des weiteren, daß der C2- Ausrichtungsbereich 30 von dem in Figur 2 gezeigten C1- Ausrichtungsbereich 20 aus und durch die C1/C2-Mischausrichtungsbereiche 40 gewachsen war, wie in den Figuren 3- 5 gezeigt. Wie durch die nachfolgenden Beispiele verdeutlicht wird, wurde festgestellt, daß eine ferroelektrische smektische Flüssigkristallvorrichtung, die in einem solchen C2- Unterphasen- oder Ausrichtungszustand bei niedrigerer Temperatur, der im wesentlichen vom C2-Ausrichtungsbereich 30 besetzt ist, in einen bistabilen Ausrichtungszustand gebracht wurde, gegenüber äußeren Stoßbelastungen oder Verformungen wesentlich resistenter ist und einen größeren Kontrast zwischen dem Dunkel- und Hellzustand vorsieht als eine Vorrichtung, die in eine C1-Unterphase höherer Temperatur gebracht wurde, und eine Vorrichtung, die in einen herkömmlichen bistabilen Ausrichtungszustand gebracht wurde, indem ein Paar von Substraten mit Reibachsen, die parallel zueinander verlaufen, jedoch umgekehrte Richtungen besitzen, vorgesehen wurde.
Die Eigenschaften der C1- und C2-Unterphasen oder Bereiche werden nunmehr in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Die Figuren 7A und 7B sind eine teilweise schematische Draufsicht und eine entsprechende Schnittansicht, die einen Haarnadeldefekt und einen Blitzdefekt zeigen, die in einem allgemein C1-Ausrichtungsbereich erzeugt wurden. Die Figuren 7C und 7D sind eine teilweise schematische Draufsicht und eine entsprechende Schnittansicht, die einen Haarnadeldefekt und einen Blitzdefekt zeigen, welche in einem allgemein C2-Ausrichtungsbereich erzeugt wurden.
Wie aus den Figuren 7B und 7D hervorgeht, ist in einem Spalt zwischen einem Paar von Ausrichtungssteuerfilmen 14a und 14b, die jeweils mit einer gemeinsamen Reibrichtung A versehen sind, eine Vielzahl von Flüssigkristallmolekularschichten 71 ausgebildet, die jeweils aus einer Vielzahl von Flüssigkristallmolekülen in einer chiralen smektischen C-Phase bestehen. Die Flüssigkristallmolekularschichten 71 bilden Bereiche von unterschiedlichen Ausrichtungszuständen einschließlich eines C1-Ausrichtungsbereiches 73 und eines C2-Ausrichtungsbereiches.
Wie in den Figuren 7B und 7D gezeigt, ist eine einen C1- Ausrichtungsbereich 73 bildende Molekularschicht 71 geneigt und bildet einen spitzen Winkel θA in bezug auf den oberen und unteren Ausrichtungssteuerfilm 14a und 14b in der Nachbarschaft dieser Filme. Andererseits ist eine einen C2-Ausrichtungsbereich 74 bildende Molekularschicht 71 so geneigt, daß sie einen stumpfen Winkel bildet.
Ein Blitzdefekt 75 und ein Haarnadeldefekt 76 in einer großen Größe sind an der Grenze zwischen einem C1-Ausrichtungsbereich 73 und einem C2-Ausrichtungsbereich 74 ausgebildet.
Wenn eine einen C1-Ausrichtungsbereich 20 enthaltende Zelle, die in Figur 2 gezeigt ist, einer Verformung ausgesetzt ist, wird am verformten Abschnitt ein C2-Ausrichtungsbereich festgestellt, der die Grenze zwischen einem C2-Ausrichtungsbereich und einem C1-Ausrichtungsbereich bildet, so daß ein Haarnadeldefekt und ein Blitzdefekt auftreten.
Figur 8A ist eine vergrößerte Ansicht, die eine Molekular schicht 71 und ein Flüssigkristallmolekül 80 zeigt, welches an einem helikalen Konus 82 mit einer Basis 83 in einem C1- Ausrichtungszustand angeordnet ist. Figur 88 zeigt ein typisches Paar einer verdrehten Anordnung eines C-Direktors 81 (Projektion einer langen Molekülachse 80 auf eine hypothetische Ebene (entsprechend der Basis 83), die senkrecht zu einer Normalen auf die Molekularschicht 71 verläuft), welcher in einem C1-Ausrichtungszustand zwischen den Ausrichtungssteuerfilmen 14a und 14b orientiert ist. Figur 9A ist eine vergrößerte Ansicht, die eine Molekularschicht 71 und ein Flüssigkristallmolekül 80 in einem C2-Ausrichtungszustand zeigt. Figur 9B zeigt ein typisches Paar von verdrehten Anordnungen des C-Direktors 81, welche in einem C2-Ausrichtungszustand orientiert sind. Die langen Molekülachsen 80 einer Molekularschicht 71 ändern ihre Positio nen auf den Basen 83 (Kreisen) von Kegeln 82 zwischen der Grenzfläche mit dem oberen Ausrichtungssteuerfilm 14a und der Grenzfläche mit dem unteren Ausrichtungssteuerfilm 14b. Die Anordnung der rechten Hälfte und die Anordnung der linken Hälfte der Figuren 8B und 9B entsprechen Orientierungszuständen nach dem Anlegen eines Impulses positiver (oder negativer) Polarität und eines Impulses negativer (oder positiver) Polarität.
Die Figuren 10A- 10C zeigen einen Ausrichtungszustand, der zwischen einem Paar von Ausrichtungszuständen 14a und 14b, welche Reibachsen A aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind, jedoch eine umgekehrte Richtung besitzen, ausgebildet ist. Genauer gesagt, Figur 10A zeigt eine Vielzahl von Flüssigkristallmolekularschichten 71, die jeweils aus einer Vielzahl von Flüssigkristallmolekülen in einer chiralen smektischen C-Phase bestehen. Die Flüssigkristallmolekularschichten 71 bilden Bereiche von unterschiedlichen Ausrichtungszuständen. Im in Figur 10A gezeigten Ausrichtungszustand sind relativ zur Reibrichtung A, die für den oberen Ausrichtungssteuerfilm 14a vorgesehen ist, auf der rechten Seite gezeigte Molekularschichten 71 R zur Ausbildung eines spitzen Winkels θx geneigt, während auf der linken Seite gezeigte Molekularschichten 71 L zur Ausbildung eines stumpfen Winkels θy in der Nachbarschaft des Ausrichtungssteuerfilmes 14a geneigt sind. In bezug auf die Reibrichtung A des unteren Ausrichtungssteuerfilmes 14b sind die Molekularschichten 71 R auf der rechten Seite so geneigt, daß sie einen stumpfen Winkel θy bilden, während die Molekularschichten 71 L auf der linken Seite so geneigt sind, daß sie einen spitzen Winkel θx in der Nachbarschaft des unteren Ausrichtungssteuerfilmes 14b bilden. Mit anderen Worten, jede der Molekularschichten 71 R und 71 L bildet eine Neigung unter einem spitzen Winkel θx und einem stumpfen Winkel θy in der Nachbarschaft des oberen und un teren Ausrichtungsfilmes. Verdrehte Anordnungen von C-Direktoren in diesen Ausrichtungszuständen sind in den Figuren 10B und 10C gezeigt. Figur 10B zeigt das Verdrehen von C-Direktoren 81 in einer Molekularschicht 71 L , wobei die rechte und linke Anordnung Orientierungszuständen entsprechen, die nach der Aufbringung eines Impulses mit positiver (oder negativer) Polarität und eines Impulses mit negativer (oder positiver) Polarität ausgebildet werden. Des weiteren zeigt Figur 10C das Verdrehen von C-Direktoren 81 in einer Molekularschicht 71 R, wobei die rechte und linke Anordnung Orientierungszuständen entsprechen, die nach Aufbringung eines Impulses positiver (oder negativer) Polarität und eines Impulses negativer (oder positiver) Polarität ausgebildet werden.
Im Gegensatz hierzu bildet gemäß Figur 7 eine Molekularschicht 71 einen spitzen Neigungswinkel θA sowohl auf dem oberen als auch auf dem unteren Ausrichtungssteuerfilm im C1-Ausrichtungsbereich 73 und einen stumpfen Winkel θB sowohl auf dem oberen als auch auf dem unteren Ausrichtungssteuerfilm im C2-Ausrichtungsbereich 74.
Des weiteren sind die C-Direktor-Anordnung, die dem C1-Ausrichtungszustand (gezeigt in Figur 8B) entspricht, und die C-Direktor-Anordnung, die dem C2 -Ausrichtungs zustand (gezeigt in Figur 9B) entspricht, nicht zueinander symmetrisch. Im Gegensatz hierzu sind die in den Figuren 10B und 10C gezeigten C-Direktor-Anordnungen, die den Molekularschichten 71 R und 71 L entsprechen, welche in Figur 10 C gezeigt sind, optisch äquivalent und symmetrisch zueinander.
Figur 11a ist eine mikroskopische Photographie (x50) eines Ausrichtungszustandes, vollständig in den dunklen Zustand entsprechend Figur 7A geschaltet, einer ferroelektrischen smektischen Flüssigkristallzelle (im nachfolgenden Beispiel 1 beschrieben), der durch rechtwinklig gekreuzte Nicoll'sche Prismen, angeordnet in der Löschposition (bei 51,3ºC), beobachtet wurde, während Figur 11b eine auf Figur 11a basierende Skizze ist. Die Figuren 12A und 13A sind mikroskopische Photographien (x200), die vergrößerte Ansichten der Bereiche I und II darstellen, wie in Figur 11b angedeutet, beobachtet durch rechtwinklig gekreuzte Nicoll'sche Prismen, die in einer Position angeordnet sind, die geringfügig von der Löschposition abweicht, um eine allgemeine schwärzliche Ansicht zu bieten. Die Figuren 12B und 13B sind hierauf basierende Skizzen. Figur 14A ist eine mikroskopische Photographie (x200) eines C1-Ausrichtungsbereiches, der in der gleichen Zelle wie in Figur 11a ausgebildet ist, bei der ein C2-Ausrichtungsbereich durch Ver zerrung erzeugt wurde, beobachtet durch rechtwinklig gekreuzte Nicoll'sche Prismen in einer Position, die geringfügig von der Löschposition abweicht. Figur 14B ist eine auf Figur 14A basierende Skizze.
Bei dem in Figur 11 (11a oder 11b) gezeigten Ausrichtungszustand sind ein C1-Ausrichtungsbereich 73 und ein C2-Ausrichtungsbereich 74 zusammen vorhanden. An ihren Grenzen treten ein Blitzdefekt 75 und ein Haarnadeldefekt 76 auf. Wenn, wie in Figur 11b gezeigt, ein C2-Ausrichtungsbereich 74 ausgebildet ist, der von einem C1-Ausrichtungsbereich 73 umgeben wird, tritt ein Blitzdefekt 75 an einer Grenze auf, die sich vom C1-Ausrichtungsbereich 73 zum C2- Ausrichtungsbereich 74 in Reibrichtung A ändert, und ein Haarnadeldefekt 76 tritt an einer Grenze auf, die sich vom C2-Ausrichtungsbereich 74 bis zum C1-Ausrichtungsbereich 73 in Reibrichtung A ändert.
Erfindungsgemäß kann, wie in den Figuren 2 - 6 gezeigt, ein C2-Ausrichtungsbereich 74 im Verlauf des Temperaturabfalles durch geeignete Auswahl eines Flüssigkristallmateriales, von Ausrichtungssteuerfilmen und hierbei Anwendung findenden Reibrichtungen so ausgewählt werden, daß er einen nahezu vollständigen Bereich besetzt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein C1-Aus richtungsbereich 73 nur an Zellumfangsabschnitten (d. h. in der Nachbarschaft eines Abdichtungselementes zum Abdichten der Zelle) und ein C2-Ausrichtungsbereich in einem mittleren Hauptabschnitt, der von den Umfangsabschnitten umgeben ist, ausgebildet werden.
Figur 12 (12A und 12B) zeigt verbundene Paare eines kleinen Haarnadeldefektes 121 und eines kleinen Blitzdefektes 122, die durch das Vorhandensein von Abstandswulsten (aus Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 1,5µm) in einem C1-Ausrichtungsbereich 73 und einem C2-Ausrichtungsbereich 74, zwischen denen an der Grenze ein Haarnadeldefekt 76 ausgebildet ist, erzeugt wurden. Wie in Figur 12 gezeigt, ist im C2-Ausrichtungsbereich 74 ein verbundenes Paar aus einem Haarnadeldefekt 121 und einem Blitzdefekt 122 so erzeugt wurden, daß der Haarnadeldefekt 121 in Reibrichtung A nach dem Blitzdefekt 122 kommt. Im Gegensatz hierzu kommt im C1-Ausrichtungsbereich 73 ein Blitzdefekt 122 nach einem Haarnadeldefekt bei einem verbundenen Paar in Reibrichtung A.
Figur 13 (Figur 13A oder 13B) zeigt verbundene Paare eines Haarnadeldefektes 121 und eines Blitzdefektes 122, die in einem C1-Ausrichtungsbereich 73 und einem C2-Ausrichtungsbereich 74, zwischen denen an der Grenze ein Blitzdefekt 75 ausgebildet wurde, erzeugt worden sind. Aus Figur 13 kann man entnehmen, daß die verbundenen Paare in der gleichen Erzeugungs- oder Anordnungsreihenfolge in den C1- und C2- Ausrichtungsbereichen 73 und 74 wie in Verbindung mit Figur 12 erläutert erzeugt worden sind.
Figur 14 (Figur 14A oder 14B) zeigt einen C2-Ausrichtungsbereich 74, der durch Verzerrung in einem C1-Ausrichtungsbereich 73 erzeugt wurde. In diesem Fall ist ein Paar aus einem Haarnadeldefekt 141 und einem Blitzdefekt 142 derart um den C2-Ausrichtungsbereich ausgebildet, daß der Blitzdefekt 142 nach dem Haarnadeldefekt 141 kommt.
Nach den Beobachtungen der Erfinder wurde ein Haarnadelfekt in einer Breite von einigen µm erzeugt, während ein Blitzdefekt zickzackförmig mit einer Linienbreite von unter 1µm erzeugt wurde.
Wie sich des weiteren aus den Untersuchungen der Erfinder ergeben hat, wird, wenn ein C1-Ausrichtungsbereich 73 mit einer Verzerrung beaufschlagt wird, ein C2-Ausrichtungsbereich 74 im C1-Ausrichtungsbereich 73 gebildet, wie in Figur 14 gezeigt, wobei der auf diese Weise ausgebildete C2- Ausrichtungsbereich über eine lange Zeitdauer stabil bleibt. Wenn im Gegensatz hierzu ein C2-Ausrichtungsbereich mit einer Verzerrung beauf schlagt wird, wird ein C1-Ausrichtungsbereich 73 im C2-Ausrichtungsbereich 74 erzeugt, wobei jedoch der C1-Ausrichtungsbereich 73 augenblicklich verschwindet. Hieraus geht hervor, daß ein C2-Ausrichtungsbereich beständiger ist als C1-Ausrichtungsbereich und die Eigenschaft besitzt, daß er augenblicklich wieder in den ursprünglichen Ausrichtungszustand gebracht wird, selbst wenn er äußeren Beanspruchungen ausgesetzt ist. Im Gegensatz hierzu ist ein C1-Ausrichtungszustand 73 durch äußere Beanspruchungen vernichtbar. Wie aus Figur 11a hervorgeht, sorgt darüber hinaus ein C2-Ausrichtungsbereich 74 für eine Durchlässigkeit, die beträchtlich geringer ist als die eines C1-Ausrichtungsbereiches 73 in der Löschposition.
Erfindungsgemäß ist es möglich, einen C2-Ausrichtungsbereich auszubilden, bei dem ein Haarnadeldefekt nach einem Blitzdefekt in einem verbundenen Paar in Richtung der uniaxialen Ausrichtungsachse angeordnet ist, so daß der C2- Ausrichtungsbereich einen Hauptabschnitt (60% oder mehr, vorzugsweise 90% oder mehr ) des gesamten Bereiches der Zelle besetzt, bis der C1-Ausrichtungsbereich mit Ausnahme des Umfangsabschnittes der Zelle im wesentlichen oder makroskopisch vernachlässigbar wird. Das ferroelektrische smektische Flüssigkristall, das erfindungsgemäß verwendet wird, ist als solches keinen besonderen Beschränkungen un terworfen, ist jedoch durch die Korrelation in bezug auf einen Ausrichtungssteuerfilm insofern beschränkt, als daß eine bevorzugte Kombination aus einem ferroelektrischen smektischen Flüssigkristall und einem Ausrichtungssteuerfilm ausgewählt werden sollte. Bei einer bevorzugten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein chirales smektisches Flüssigkristall zu verwenden, das Temperaturbereiche zum Annehmen einer cholesterischen Phase und einer smektischen A-Phase im Verlauf des Temperaturabfalles aufweist.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der Temperaturbereich zum Vorsehen eines C1-Ausrichtungszustandes, bei dem ein Blitzdefekt nach einem Haarnadeldefekt erzeugt wird, auf 1/5 oder weniger, vorzugsweise 1/10 oder weniger, besonders bevorzugt 1/20 oder weniger, des Temperaturbereiches zum Vorsehen eines C2-Ausrichtungszustandes, bei dem ein Haarnadeldefekt nach einem Blitzdefekt ausgebildet wird, in Richtung einer uniaxialen Ausrichtungsachse beschränkt werden. Die untere Temperaturgrenze im Verlaufe des Temperaturabfalles, damit der C1-Ausrichtungszustand oder Bereich in einem wesentlichen Anteil (40% oder mehr, vorzugsweise 10% oder mehr) vorhanden sein kann, sollte 30ºC oder mehr, vorzugsweise 40ºC oder mehr, betragen.
Durch die Untersuchungen der Erfinder wurde des weiteren festgestellt, daß dann, wenn eine ferroelektrische smektische Flüssigkristallzelle in einem bistabilen Ausrichtungszustand durch allmähliches Abkühlen durch die smektische A- Phase in einer Zelle, die einer uniaxialen Ausrichtungsbehandlung, wie einem Reibvorgang, unterzogen wurde, erzeugt wird, eine solche durch die smektische A-Phase mit einem Vorneigungswinkel von 2º oder mehr, vorzugsweise 3º oder mehr, erhaltene ferroelektrische smektische Flüssigkristallzelle einen verbesserten Kontrast liefert. Es wurde ferner festgestellt, daß ein verbesserter Kontrast erhalten wird, wenn die Flüssigkristallmoleküle in der smektischen A-Phase in einem gebogenen Ausrichtungszustand ausgerichtet sind.
Figur 17 ist eine schematische Schnittansicht durch die Dicke einer Zelle, die den vorstehend erwähnten gebogenen Ausrichtungszustand in der smektischen A-Phase zeigt. Die Zelle umfaßt eine Vielzahl von Molekularschichten 171, die jeweils aus einer Vielzahl von Flüssigkristallmolekülen 172 in der smektischen A-Phase bestehen. Jede Molekularschicht in der smektischen A-Phase befindet sich in einem verzogenen oder gebogenen Zustand, wobei ein Flüssigkristallmolekül so ausgerichtet ist, daß es einen Vorneigungswinkel θpr von 2º oder mehr, vorzugsweise 3º oder mehr, bildet. Der Vorneigungswinkel θpr kann über ein Verfahren gemessen werden, das in G. Baur, V. Wittwer und D.W. Berreman, "Physical Letter", Nr. 56a, Seite 142 (1976) beschrieben ist.
Bei den vorstehenden Erläuterungen wurde allgemein auf Ausführungsformen Bezug genommen, bei denen die uniaxiale Ausrichtungsbehandlung durch Reiben erfolgte. Bei der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, eine uniaxiale Ausrichtungsachse zu verwenden, die durch schiefes Bedampfen erhalten wurde. In diesem Fall wird die Axialrichtung des schiefen Bedampfens durch Korrelation mit der der Reibachse, die die gleiche Richtung eines Vorneigungswinkels θpr in der smektischen A-Phase liefert, wie in Figur 17 gezeigt, bestimmt. Genauer gesagt, die Richtung der uniaxialen Ausrichtungsachse kann als Richtung der Projektion auf ein Substrat angesehen werden, das von der ansteigenden Neigungsrichtung der langen Achse eines Flüssigkristallmoleküles, welche einen Vorneigungswinkel in bezug auf das Substrat bildet, betroffen ist.
Es wird nunmehr die Erläuterung des Funktionsprinzipes einer ferroelektrischen smektischen Flüssigkristallzelle bis zu einem gewissen Grad ergänzt. Figur 15 zeigt schematisch ein Beispiel einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle zu Erläuterungszwecken. Substrate (Glasplatten) 151a und 151b sind mit transparenten Elektroden aus In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2; oder ITO (Indiumzinnoxid) etc. beschichtet, und ein Flüssigkristall aus SmC* (chirale smektische C-Phase) oder SmH* (chirale smektische H-Phase) ist zwischen diesen hermetisch abgeschlossen angeordnet, so daß eine Vielzahl von Flüssigkristallmolekularschichten 152 senkrecht zu den Glassubstraten ausgerichtet ist. Die durchgezogenen Linien 153 geben Flüssigkristallmoleküle wieder, die jeweils ein Dipolmoment (P ) 154 besitzen. Wenn eine Spannung über einem bestimmten Schwellenwert zwischen die Elektroden auf den Substraten 151a und 151b gelegt wird, wird die helikale Struktur der Flüssigkristallmoleküle 153 abgewickelt oder freigegeben, so daß die Flüssigkristallmoleküle 153 so orientiert werden, daß sämtliche Dipolmomente (P ) 154 in der Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet werden können. Die Flüssigkristallmoleküle 153 besitzen eine längliche Form und weisen zwischen ihrer langen Achse und ihrer kurzen Achse Brechungsanisotropie auf. Es ist daher leicht verständlich, daß dann, wenn beispielsweise Polarisatoren mit gekreuzten Nicoll'schen Prismen, d. h. mit gekreuzten Polarisationsrichtungen, auf der oberen und unteren Fläche der Glasplatten angeordnet sind, die auf diese Weise angeordnete Flüssigkristallzelle als optische Flüssigkristall- Modulationsvorrichtung wirkt, deren optische Eigenschaften in Abhängigkeit von der Polarität einer angelegten Spannung variieren.
Eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle vom oberflächenstabilisierten Typ in einem bistabilen Ausrichtungszustand, die in der Flüssigkristallvorrichtung der vorliegenden Erfindung Verwendung findet, kann ausreichend dünn ausgebildet sein. Da die Flüssigkristallschicht ausreichend dünn ist (d. h. 0,1 - 3µm), wird die helikale Struktur der Flüssigkristallmoleküle selbst dann, wenn kein elektrisches Feld angelegt wird, abgewickelt und in eine in Figur 16 gezeigte nicht-helikale Struktur umgewandelt, so daß ihr Dipolmoment entweder nach oben (Pa) (164a) oder nach unten (Pb) (164b) gerichtet ist und ein bistabiler Zustand ausgebildet wird. Wenn ein elektrisches Feld Ea oder Eb mit un terschiedlicher Polarität, das einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, an eine derartige Zelle gemäß Figur 16 gelegt wird, ändert das Dipolmoment seine Richtung nach oben 164a oder nach unten 164b entsprechend dem Vektor des elektrischen Feldes Ea oder Eb, wodurch die Flüssigkristallmoleküle entweder den ersten stabilen Orientierungszustand 163a oder den zweiten stabilen Orientierungszustand 163b einnehmen.
Die Verwendung eines derartigen ferroelektrischen Flüssigkristalles als optische Modulationsvorrichtung führt in erster Linie zu zwei Vorteilen Als erstes ist die Ansprechgeschwindigkeit extrem schnell, und als zweites be- Sitzt die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle Bistabilität. Es wird nunmehr der zweite Punkt in Verbindung mit beispielsweise Figur 16 beschrieben. Das Anlegen eines elektrischen Feldes Ea führt die Flüssigkristallmoleküle in den ersten stabilen Orientierungszustand 163a, der auf stabile Weise beibehalten wird, selbst wenn das elektrische Feld entfernt wird. Wenn andererseits ein elektrisches Feld Eb in der entgegengesetzten Richtung angelegt wird, nehmen die Flüssigkristallmoleküle den zweiten stabilen Orientierungszustand 163b ein, wobei sich die Richtungen der Moleküle ändern. Auch dieser Zustand wird selbst bei Entfernung des elektrischen Feldes stabil beibehalten. Wenn die elektrischen Felder Ea oder Eb einen bestimmten Schwellenwert nicht übersteigen, werden die entsprechenden Ausrichtungszustände ebenfalls aufrechterhalten.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben.

Beispiel 1

Es wurden 1,1 mm dicke Glasplatten vorgesehen, die jeweils mit einem 1000 Å dicken ITO Film beschichtet waren. Jede Glasplatte wurde des weiteren mit einer 3Gew.%-igen Lösung zur Ausbildung eines alizyklischen Polyimidf ilmes ("SUN- EVER 150" (Marke, erhältlich von der Firma Nissan Kagaku Kogyo K.K.)) in einem 3/1 (Gew.%) Gemisch von N- Methylpyrrolidon/n-Butylcellosolve beschichtet, und zwar mit Hilfe eines Schleuderbeschichters, der sich mit 3000 UpM 30 sec. lang drehte. Hiernach wurde 1h lang auf 250ºC zum Aushärten erhitzt, um einen 500 Å dicken Film vorzusehen. Der Beschichtungsfilm wurde in einer Richtung mit einem textilen Acetatfasermaterial gerieben und dann mit Isopropylalkohol gewaschen, wonach bei 120ºC 20 Minuten lang getrocknet wurde. Auf eine der beiden so behandelten Glasplatten wurden Aluminiumoxidwulste mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 1,5 µm dispergiert. Hierauf wurde die andere Glasplatte angeordnet, so daß die beiden Reibachsen der Glasplatten parallel zueinander verliefen und die Reibrichtungen identisch waren. Hierdurch wurde eine Leerzelle geschaffen.
In die Zelle wurde ein ferroelektrisches smektisches Flüssigkristall "CS-1014" (Marke, erhältlich von der Firma Chisso K.K.) injiziert. Nach dem Abdichten wurde durch Abkühlen aus der isotropen Phase auf 30ºC mit einer Geschwindigkeit von 0,5ºC/h ausgerichtet.
Das Flüssigkristall "CS-1014" wies die folgenden Phasenübergangsreihen in der in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Zelle auf:
Somit wurde in der Zelle ein C2-Ausrichtungsbereich auf stabile Weise in einem Temperaturbereich von etwa 50ºC bis -20ºC mit guten Monobereichsausbildungseigenschaften ausgebildet.
Die entsprechenden Untersuchungen wurden danach bei 25ºC durchgeführt.
Die auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellte Flüssigkristallzelle wurde zwischen ein Paar von rechtwinkhg gekreuzten Nicoll'schen Polarisatoren gelegt und dann mit einem Impuls von 50µ sec und 30V beaufschlagt. Dann wurden die rechtwinklig gekreuzten Nicoll'schen Prismen in die Löschungsposition gebracht (um den dunkelsten Zustand zu erreichen), und die Durchlässigkeit der Zelle zu diesem Zeitpunkt wurde über einen Photovervielfacher gemessen. Dann wurde ein Impuls von 50µ sec und -30V an die Zelle gelegt, um einen hellen Zustand zu erreichen, und die Durchlässigkeit zu diesem Zeitpunkt wurde in der gleichen Weise gemessen. Es wurde hierbei festgestellt, daß die Durchlässigkeit im dunkelsten Zustand 1.0% und im hellsten Zustand 8,0% betrug, so daß ein Kontrast von 8 erhalten wurde.
Die obige Flüssigkristallzelle wurde dann einem Aufprallhaltbarkeitstest mit Hilfe eines Fallhaltbarkeitstestsgerätes ("DT-50" (Marke, hergestellt von der Firma Yoshida Seiki K.K.)) unterzogen. In dem Test wurde der Aufprall nacheinander von einem Minimalwert von 20G (G: Gravitationsbeschleunigung (= 9,8 m/sec²)) um einen Wert von 10G erhöht. Dabei wurde festgestellt, daß die vor stehend beschriebene Flüssigkristallzelle dieses Beispieles selbst nach einem Aufprall von 80G keinen Ausrichtungsfehler aufwies und eine entsprechende Schaltcharakteristik wie vorher zeigte, als sie mit den gleichen Antriebsimpulsen wie vorher beaufschlagt wurde.

Beispiele 2 - 6

Es wurden ferroelektrische smektische Flüssigkristallzellen in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Ausrichtungssteuerfilmmaterialien und Flüssigkristallmaterialien der nachfolgenden Tabelle verwendet wurden.
Die entsprechenden Zellen wurden den gleichen Tests unterzogen wie in Beispiel 1, wobei die in Tabelle 2 gezeigten Kontrast- und Haltbarkeitsdaten erhalten wurden. Tabelle 1
* FLC in der Tabelle kennzeichnet ein ferroelektrisches smektisches Flüssigkristall Tabelle 2 (bei 25ºC
*: Es wurde keine Verschlechterung der Ausrichtung beobachtet, selbst nach einem Aufprall von 80G im Falltest.
Die Phasenübergangsreihen der entsprechenden Zellen wurden untersucht, wobei die in der folgenden Tabelle 3 aufgeführten Ergebnisse erhalten wurden. Tabelle 3 (die Daten der Tabelle sind in ºC angegeben)
Die Daten in Tabelle 3 zeigen, daß die Sm*C1 - Sm*C1/C2- Phasenübergangstemperatur und die Sm*C1C2 - Sm* C2-Phasenübergangstemperatur für die entsprechenden Zellen geringfügig variieren, selbst wenn das gleiche Flüssigkristall verwendet wird.
Die obigen Zellen der Beispiele 1- 6 wurden dann entsprechend mit einem Impuls von 50µ sec und 30 V beaufschlagt, wonach die rechtwinkling gekreuzten Nicoll'schen Prismen in die Löschposition gebracht wurden, woraufhin jede Zelle einen dunklen Zustand vorsah. Dann wurden die entsprechen den Zellen mit einem Impuls von 50µ sec und -30V beaufschlagt, wonach wiederum die rechtwinklig gekreuzten Nicoll'schen Prismen in die Löschposition gebracht wurden, so daß jede Zelle wieder einen dunklen Zustand vorsah. Alle Messungen wurden bei 25ºC durchgeführt.

Vergleichsbeispiele 1 -5

Es wurden ferroelektrische smektische Flüssigkristallzellen in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die in der folgenden Tabelle 4 angegebenen Ausrichtungssteuerfilmmaterialien und Flüssigkristallmaterialien verwendet wurden.
Mit den entsprechenden Zellen wurden die gleichen Tests wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei die Kontrast- und Haltbarkeitsdaten der Tabelle 5 erhalten wurden. Tabelle 4 Tabelle 5 (bei 25ºC)
* Es trat ein beträchtlicher Ausrichtungsfehler auf, als die angegebene Aufprallgröße im Falltest hinzutrat.
Die Phasenübergangsreihen der entsprechenden Zellen wurden untersucht, wobei die in der nachfolgenden Tabelle 6 angegebenen Ergebnisse erhalten wurden. Tabelle 6 (die Daten in der Tabelle sind in ºC angegeben)
Wie in Tabelle 6 gezeigt, wies keine Vergleichsbeispielzelle einen Temperaturbereich zum Erhalt einer Cm* C2-Unterphase auf, bis die Temperatur einen Wert unter 0ºC erreichte.
Die obigen Zellen der Vergleichsbeispiele 1 - 5 wurden dann jeweils mit einem Impuls von 50µ sec und 30V beaufschlagt, wonach die rechtwinklig gekreuzten Nicoll'schen Prismen in die Löschposition gebracht wurden, wobei jede Zelle einen blauen Zustand vorsah. Dann wurden die entsprechenden Zellen mit einem Impuls von 50µ sec und -30 V beaufschlagt, wonach die rechtwinklig gekreuzten Nicoll'schen Prismen wiederum in die Löschposition gebracht wurden. Wieder sah jede Zelle einen blauen Zustand vor. Somit besaßen alle diese Vergleichszellen gegenüber den Zellen der Beispiele 1 - 6 in den beiden Löschzuständen unterschiedliche Erscheinungsformen, womit Unterschiede im Ausrichtungszustand angezeigt wurden. Alle Messungen wurden bei 25ºC durchgeführt.

Vergleichsbeispiel 6

Eine ferroelektrische smektische Flüssigkristallzelle wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein Paar von Substraten, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 behandelt worden waren, aneinander fixiert wurden, so daß die Reibachsen der beiden Substrate parallel zueinander verliefen und eine umgekehrte Richtung besaßen. Mit der Flüssigkristallzelle wurden die gleichen Tests wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei die in der folgenden Tabelle 7 aufgeführten Ergebnisse erhalten wurden. Tabelle 7 (bei 25ºC)
* Bei einem Aufprall von 20G im Falltest trat ein beträchtlicher Ausrichtungsfehler auf.
Die obige Zelle des Vergleichsbeispieles 6 wurde mit einem Impuls von 50µ sec und 30V beaufschlagt, wonach die rechtwinklig gekreuzten Nicoll'schen Prismen in die Löschposition gebracht wurden, so daß die Zelle einen schwarzen Zustand zeigte. Dann wurde die Zelle mit einem Impuls von 50µ sec und -30V beaufschlagt, wonach die rechtwinklig gekreuzten Nicoll'schen Prismen wiederum in die Löschposition gebracht wurden. Zu diesem Zeitpunkt zeigte die Zelle einen blauen Zustand (bei 25ºC). Somit besaß die Zelle in den beiden Löschzuständen eine gegenüber den Zellen der Beispiele 1- 6 unterschiedliche Erscheinungsform, was auf einen Unterschied im Ausrichtungszustand hindeutete.
Die meisten der Ausrichtungsfehler, die in den Zellen der Vergleichsbeispiele 1 - 6 auftraten, traten in einer "gesandeten" Textur auf. Die Flüssigkristallzellen bewirkten danach bei Anlegung von Impulsen von 50µ sec und 30V oder -30 V keine Umschaltung. Des weiteren wurde bei den Zellen der Beispiele 1 und 2 der Vorneigungswinkel θpr in der smektischen A-Phase gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 8 aufgeführt. Tabelle 8
Aus den obigen Beispielen und Vergleichsbeispielen geht hervor, daß die vorliegende Erfindung eine ferroelektrische smektische Flüssigkristallvorrichtung mit einer verbesser ten Aufprallstabilität und einem verbesserten Anzeigekontrast vorsieht.

Claims

1. Chirale smektische Flüssigkristallvorrichtung mit

a) einem Paar von Substraten, die jeweils mit einer uniaxialen Ausrichtungsachse in Richtungen, die iden tisch und im wesentlichen parallel zueinander sind, versehen sind;

b) einem chiralen smektischen Flüssigkristall, das in einer chiralen smektischen O-Phase einer nicht-helikalen Struktur, die zwei stabile Orientierungszustände zwischen den Substraten vorsieht, angeordnet ist, wobei das Flüssigkristall einen Bereich eines ersten Ausrichtungszustandes C2 bildet, der gewachsen ist, um einen größeren Flächenabschnitt von 60 % oder mehr der gesamten Fläche der Vorrichtung bei einem Temperatur abfall zu besetzen, und wobei der einen größeren Abschnitt der Fläche der Vorrichtung besetzende Bereich eine Vielzahl von Schichten umfaßt, die jeweils aus einer Vielzahl von Flüssigkristallmolekülen bestehen und von beiden Substraten in einer Richtung weggebogen sind, die mit der Richtung der uniaxialen Ausrichtungsachse identisch ist, und zwar in Kontrast zu Schichten in einem Bereich im Ordnungszustand C1, die in einer Richtung gebogen sind, die der Richtung der uniaxialen Ausrichtungsachse entgegengesetzt ist, und

c) Einrichtungen zum optischen Unterscheiden der beiden stabilen Orientierungszustände.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der einen größeren Anteil der Fläche der Vorrichtung besetzende Bereich das Flüssigkristall in einem ersten Ausrichtungszustand umfaßt, wobei das Flüssigkristall ein verbundenes Paar eines Haarnadeldefektes und eines Blitzdefektes bildet, so daß der Haarnadeldefekt nach dem Blitzdefekt in Richtung der uniaxialen Ausrichtungsachse gebildet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der ein Temperaturbereich, in dem der Bereich im anderen Ausrichtungszustand nicht einen kleineren Anteil besetzt, im Verlauf des Temperaturabfalls 1/5 oder weniger eines Temperaturbereiches beträgt, in dem der Bereich im anderen Ausrichtungszustand einen kleineren Anteil besetzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der ein Temperaturbereich, in dem der Bereich im anderen Ausrichtungszustand nicht einen kleineren Anteil besetzt, im Verlauf des Temperaturabfalls 1/10 oder weniger eines Temperaturbereiches beträgt, in dem der Bereich im anderen Ausrichtungszustand einen kleineren Anteil besetzt.

5. Vorrichtungnach Anspruch 2, bei der ein Temperaturbereich, in dem der Bereich im anderen Ausrichtungszustand nicht einen kleineren Anteil besetzt, im Verlauf des Temperaturabfalls 1/20 oder weniger eines Temperaturbereiches beträgt, in dem der Bereich im anderen Ausrichtungszustand einen kleineren Anteil besetzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die untere Grenze eines Temperaturbereiches, in dem der Bereich im anderen Ausrichtungszustand nicht einen kleineren Anteil besetzt, im Verlauf des Temperaturabfalls 30ºC oder darüber beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die untere Grenze eines Temperaturbereiches, in dem der Bereich im anderen Ausrichtungszustand nicht einen kleineren Anteil besetzt, im Verlauf des Temperaturabfalls 40ºC oder darüber beträgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Bereich im anderen Ausrichtungszustand im Nachbarschaftsbereich eines Abdichtungselementes in einer Zelle vorhanden ist und der Bereich im ersten Ausrichtungszustand innerhalb des Nachbarschaftsbereiches vorhanden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der andere Ausrichtungszustand ein verbundenes Paar eines Haarnadeldefektes und eines Blitzdefektes umfaßt, wobei der Blitzdefekt nach dem Haarnadeldefekt geformt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die beiden stabilen Orientierungszustände im Bereich im ersten Ausrichtungszustand in der Löschposition optisch äquivalent sind.

11. Vorrichtungnach Anspruch 2, bei der die uniaxiale Ausrichtungsachse einem auf einem Substrat ausgebildeten Ausrichtungssteuerfilm verliehen worden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Ausrichtungssteuerfilm einen Polyimidfilm, einen Polyamidfilm oder einen Polyesterfilm umfaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Ausrichtungssteuerfilm einen Polyimidfilm umfaßt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Ausrichtungssteuerfilm auf dem Substrat über das Medium eines Isolationsfilmes ausgebildet wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die uniaxiale Ausrichtungsachse eine Reibachse ist.

16. Chirale smektische Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Flüssigkristallmoleküle so ausgerichtet sind, daß sie einen Vorneigungswinkel von 2º oder mehr in bezug auf eine Substratfläche im Temperaturbereich der smektischen A-Phase bilden, wobei das chirale smektische Flüssigkristall durch die smektische A-Phase bei Temperaturabfall gebildet worden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der der Vorneigungswinkel 3º oder mehr beträgt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die uniaxiale Ausrichtungsachse einem auf einem Substrat ausgebildeten Ausrichtungssteuerfilm verliehen worden ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der der Ausrichtungssteuerfilm einen Polyimidfilm umfaßt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der der Ausrichtungssteuerfilm über das Medium eines Isolationsfilmes auf dem Substrat ausgebildet wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die uniaxiale Ausrichtungsachse eine Reibachse ist.