DE3587459T2

DE3587459T2 - Ferroelektrische Flüssigkristall-Zelle.

Info

Publication number: DE3587459T2
Application number: DE85105290T
Authority: DE
Inventors: Susumu Era; Kishiro Iwasaki; Akio Mukoh; Tadao Nakata; Hisao Yokokura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-05-01
Filing date: 1985-04-30
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2005-05-01
Also published as: EP0160302A2; DE3587459D1; EP0160302A3; US4634228A; EP0160302B1

Description

Die Erfindung betrifft eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle, wie sie in Anspruch 1 beansprucht wird.
Meyer et al. haben festgestellt, daß einige smektische Flüssigkristalle (SmC*, SmH*) Ferroelektrizität zeigen (vgl. J. de Phys., Bd. 36 (1975), S. L69). Clark et al. haben eine Anwendung des ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung beschrieben und berichtet, daß diese Flüssigkristalle ein schnelles Ansprechen von 1 ms oder darunter zeigen (vgl. Appl. Phys. Lett. Bd. 36 (1980), S. 800 und US-Patent 4 367 924). Vom technischen Standpunkt aus ist es von größter Bedeutung, daß diese Elemente ferroelektrische Flüssigkristallmoleküle in einer bevorzugten Richtung weitgehend parallel zum Träger ausrichten. Gemäß US-Patent 4 367 924 wird die vorstehend erwähnte Ausrichtung durch Anwendung eines starken magnetischen Feldes oder einer Scherspannung erzielt. Eine einheitliche Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle ist jedoch bei einer Zelle, die Flüssigkristallschichten von einigen um Dicke oder weniger umfaßt, selbst durch Anwendung sehr starker magnetischer Felder kaum zu erreichen. Selbst wenn eine Ausrichtung möglich ist, ist dieses Verfahren zur Massenproduktion nicht geeignet. Das gleiche gilt für die Anwendung einer Scherspannung.
Die europäische Patentanmeldung 91 661 beschreibt eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bei der ein geriebener Orientierungskontrollfilm aus einem organischen Polymeren (PIQ, Polyimidoisoindolchinazolindion, ein Produkt der Firma Hitachi Chemical Co., Ltd.) zur Erzielung einer einheitlichen Ausrichtung eingesetzt wird. Das Ausrichtungsverfahren umfaßt die Umwandlung des ferroelektrischen Flüssigkristalls in eine isotrope Phase und die langsame Abkühlung, während ein starkes elektrisches Feld angewandt wird, so daß das Verfahren zur Massenproduktion nicht bevorzugt wird.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle mit einem Orientierungskontrollfilm für Flüssigkristallmoleküle bereitzustellen, die insbesondere zur Massenproduktion geeignet ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle mit einem Orientierungskontrollfilm für Flüssigkristallmoleküle bereitzustellen, die ein hohes Kontrastverhältnis bei gleichzeitiger hoher Ansprechempfindlichkeit gegenüber einem angewandten elektrischen Feld aufweist, die den ferroelektrischen Flüssigkristallmaterialien inhärent ist.
Die erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallzelle umfaßt ein Paar von Trägern, ein Paar von Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes, wobei jede der Elektroden auf dem entsprechenden Träger angebracht ist, eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht, die sich zwischen dem Paar von Trägern befindet und dort eingeschlossen ist, und ein Paar von Orientierungskontrollfilmen, die auf den entsprechenden Trägern auf der an die ferroelektrische Flüssigkristallschicht angrenzenden Seite aufgebracht sind, um die Moleküle davon einheitlich auszurichten.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfaßt der Orientierungskontrollfilm ein Polyimid-Polymermaterial mit der Struktureinheit der allgemeinen Formel
worin R eine zweiwertige Gruppe darstellt, die unter
ausgewählt ist.
Polyimidpolymere werden mit Imidbindungen gebildet. Sie sind im allgemeinen unlöslich in Lösungsmitteln, und zwar aufgrund der Imidbindungen. Daher ist es günstig, den Träger mit dem Polyimidpolymeren durch Auflösen der Polyamidsäure in einem Lösungsmittel, wie es nachstehend beschrieben wird, Aufbringen der erhaltenen Lösung auf den Träger in einer Weise, wie sie nachstehend beschrieben wird, und anschließenden Ringschluß durch Erwärmen und dabei erfolgender Dehydratisierung unter Bildung der Imidbindungen zu beschichten.
Die vorstehende Polyamidsäure, bei der es sich um eine Vorstufe des Polyimids handelt, wird durch Kondensieren eines Tetracarbonsäureanhydrids mit einem Diamin synthetisiert. Die Kondensation wird unter absoluten Bedingungen bei einer Temperatur von 50ºC oder darunter durchgeführt.
Ein bevorzugtes Tetracarbonsäureanhydrid ist das 3,3',4,4'- Diphenyltetracarbonsäureanhydrid der folgenden Formel:
Bevorzugte Diamine umfassen p-Phenylendiamin:
4,4'-Diaminodiphenylether:
4,4'-Diaminodiphenylmethan:
m-Phenylendiamin:
4,4'-Diaminodiphenyl-(benzidin):
und 4,4'-Diaminoterphenyl:
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt der Orientierungskontrollfilm ein Polyimidpolymermaterial mit einer Struktureinheit der folgenden allgemeinen Formel:
worin R eine zweiwertige Gruppe darstellt, die unter
ausgewählt ist.
Die Polyimidpolymeren der Formel [II] werden in einem Lösungsmittel durch Ringschluß bei Erwärmen und Dehydratisierung einer Polyamidsäure, wobei es sich um eine Vorstufe des Polyimids handelt, in ähnlicher Weise wie die Polyimidpolymeren der Formel [I] gebildet.
Die vorstehend genannte Polyamidsäure, bei der es sich um eine Vorstufe des Polyimids handelt, wird durch Kondensation eines Tetracarbonsäureanhydrids mit einem Diamin synthetisiert. Die Kondensation wird unter absoluten Bedingungen bei einer Temperatur von 50ºC oder darunter durchgeführt.
Ein bevorzugtes Tetracarbonsäureanhydrid ist das Pyromellitsäuredianhydrid der folgenden Formel:
Bevorzugte Diamine umfassen p-Phenylendiamin:
Benzidin:
und 4,4'-Diaminoterphenyl:
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt der Orientierungskontrollfilm ein Polyimidpolymermaterial mit der Struktureinheit der folgenden allgemeinen Formel:
worin Ar eine vierwertige Gruppe darstellt, die unter
ausgewählt ist.
R stellt eine zweiwertige Gruppe dar, die unter
ausgewählt ist, wobei R&sub1;-R&sub5; niedrige Alkylgruppen darstellen.
Um die Polyamidsäure auf das Substrat aufzubringen, wird die Polyamidsäure in einem Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid oder N-Methyl-2-pyrrolidon unter Bildung einer Lösung mit einer Konzentration von 0,1 bis 30 Gew.-% und vorzugsweise mit einer Konzentration von 1 bis 10 Gew.-% gelöst. Die auf diese Weise erhaltene Lösung wird anschließend auf das Substrat in einer geeigneten Weise, wie Streichen, Eintauchen, Abschleudern ("spinning"), Aufsprühen oder Drucken, unter Bildung eines Films auf den Träger aufgebracht. Nach dem Aufbringen wird der Träger auf 100 bis 450ºC und vorzugsweise auf 200 bis 350ºC erwärmt, um dabei den Ringschluß durch Dehydratisierung zu bewirken und auf diese Weise einen Polyimidpolymerüberzug zu bilden. Anschließend wird die beschichtete Oberfläche des Trägers mit einem Tuch in einer Richtung gerieben, um dabei einen Orientierungskontrollfilm mit einer elektrisch isolierenden Eigenschaft zu bilden.
Bei den erfindungsgemäß verwendeten ferroelektrischen Flüssigkristallmaterialien handelt es sich um Flüssigkristalle vom Typ der Schiffschen Base, wie sie nachstehend gezeigt sind, und Gemische davon:
p-Hexyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutyl-cinnamat (HOBAMBC)
p-Octyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutyl-cinnamat (OOBAMBC)
p-Decyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutyl-cinnamat (DOBAMBC)
p-Dodecyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutyl-cinnamat (DDOBAMBC)
p-Tetradecyloxybenzyliden-p'-amino-2-methylbutyl-cinnamat (TDOBAMBC)
Weitere Beispiele der erfindungsgemäß verwendeten ferroelektrischen Flüssigkristallmaterialien, die allein oder als Gemische davon verwendet werden können, sind nachfolgend angegeben:
4-(4-octyloxybenzoyloxy)-benzoesäure-2-methylbutylester
4-(4-octyloxyphenyl)-benzoesäure-2-methylbutylester
p-n-Decyloxybenzyliden-p'-(2-methylbutyloxycarbonyl)-anilin
4-(4-Heptyloxybenzyloxy)-4'-(1-methylheptyloxycarbonyl)-biphenyl
4-(2-Methylbutyloxy)-phenyl-4-octyloxybenzoat
4-Heptyloxyphenyl-4-(3-methylhexyl)-oxybenzoat
4-Decyloxybiphenylcarbonsäure-4',4-(2-methylbutyloxycarbonyl)-phenylester.
Die nachstehend erläuterte ferroelektrische Flüssigkristallzelle wird für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet, aber die erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallzelle kann auch für eine optische Flüssigkristall-Modulationsvorrichtung verwendet werden.
Ferner nutzt der Anzeigemodus der folgenden Ausführungsform den Doppelbrechungseffekt des Flüssigkristallmaterials; der Anzeigemodus, der die Gast-Wirt-Wirkung des Flüssigkristallmaterials nutzt, ist aber ebenfalls auf die erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallzelle anwendbar.
Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung.
Die Fig. 2(A), 2(B) und 2(C) sind vergrößerte schematische Diagramme, die die Bewegung der Moleküle des ferroelektrischen Flüssigkristalls bei Anlegen eines elektrischen Feldes mit entgegengesetzten Polaritäten und bei Nichtanlegen eines elektrischen Feldes veranschaulichen, und zwar, wenn sie, ausgehend von Fig. 1, von oben betrachtet werden.
Fig. 3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Kontrastverhältnis und der an die Elektroden der ferroelektrischen Flüssigkristallzellen der Beispiele für die Erfindung und der Vergleichsbeispiele angelegten Spannung zeigt.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallzelle. D.h., Fig. 1 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform eines Flüssigkristall-Anzeigeelements, das einen ferroelektrischen Flüssigkristall umfaßt, wobei 1 den ferroelektrischen Flüssigkristall darstellt, 2 die Glasträger darstellt, 3 die durchsichtigen Elektroden darstellt, 4 die Orientierungskontrollfilme aus dem Polyimidpolymeren darstellt, dessen Einzelheiten nachstehend erklärt werden, 5 einen Abstandshalter darstellt, 6 einen Bleidraht darstellt, 7 eine elektrische Quelle darstellt, 8 Polarisatoren darstellt, 9 eine Lichtquelle darstellt, Io einen einfallenden Strahl darstellt und 1 einen durchgelassenen Strahl darstellt. Eine durchsichtige Elektrode 3, die als ITO-Schicht bezeichnet wird (eine dünne, Indiumoxid und Zinnoxid umfassende Schicht), wird auf jedem Glasträger gebildet. Die über den durchsichtigen Elektroden 3 aus den Polyimidpolymeren gebildeten isolierenden Orientierungskontrollfilme 4 werden mit einem Tuch, wie Gaze, gerieben, um die langen Molekülachsen der Flüssigkristallmoleküle in der Reiberichtung auszurichten. Diese beiden Glasträger werden in einem geeigneten Abstand voneinander durch Einfügen eines Abstandshalters 5 angeordnet, und der ferroelektrische Flüssigkristall 1 wird darin eingeschlossen. Die durchsichtigen Elektroden 3 werden an eine äußere elektrische Quelle 7 mit einem Bleidraht 6 angeschlossen. Ein Polarisator 8 haftet auf der äußeren Oberfläche jedes der Glasträger 2. Eine Lichtquelle 9 wird eingesetzt, da die in Fig. 1 gezeigte Zelle vom Transmissionstyp ist. Der einfallende Strahl Io von der Lichtquelle 9 passiert das Flüssigkristallelement, und der durchgelassene Strahl I wird vom Beobachter wahrgenommen.
Fig. 2 zeigt die Bewegung eines Flüssigkristallmoleküls, wenn elektrische Felder mit entgegengesetzten Polaritäten über das in Fig. 1 gezeigte Paar von Elektroden 3 angelegt werden, wobei 10 das Flüssigkristallmolekül darstellt, 12 die Richtung des Reibens für den Orientierungskontrollfilm darstellt, 81 die Richtung der Polarisationsachse des oberen Polarisators 8 darstellt, 101 die lange Molekülachse des Flüssigkristalls darstellt, e den Neigungswinkel darstellt, der dem ferroelektrischen Flüssigkristallmaterial inhärent ist, und E ein angelegtes elektrisches Feld darstellt.
Wenn an die Flüssigkristalle 1 ein elektrisches Feld über die Elektroden 3 angelegt wird, dann werden die Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet, wie es in den Fig. 2(A) oder 2(B) gezeigt ist, und zwar abhängig von der Richtung des elektrischen Feldes. Wenn die Flüssigkristallmoleküle, wie in Fig. 2(A) gezeigt, ausgerichtet sind, dann fällt die Richtung der langen Molekülachse 101 des Flüssigkristallmoleküls 10 mit der Polarisationsachse 81 des Polarisators 8 zusammen. Wenn andererseits die langen Molekülachsen 101 der Flüssigkristallmoleküle, wie in Fig. 2(B) gezeigt, ausgerichtet sind, dann weichen die langen Molekülachsen 101 von der Polarisationsachse 81 ab. Aufgrund des Zusammenfallens der langen Molekülachse 101 mit der Polarisationsachse 81, wie es in Fig. 2A gezeigt ist, nimmt ein Beobachter den durchgelassenen Strahl 1 als schwach und dunkel wahr. Andererseits weicht die lange Molekülachse 101 von der Polarisationsachse 81 um einen Winkel 2R ab, wie es in Fig. 2(B) gezeigt ist, so daß ein Beobachter den durchgelassenen Strahl 1 als intensiv und hell wahrnimmt. Auf diese Weise wird eine Anzeige durch Änderung der Richtung des elektrischen Feldes, mit anderen Worten durch Änderung der an die Elektroden angelegten Spannung, bewirkt.
Fig. 2(C) zeigt die Anordnung der Flüssigkristallmoleküle, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist. Die Moleküle bilden Lamellen senkrecht zum Träger, was smektischen Flüssigkristallmaterialien inhärent ist, und ferner wird beobachtet, daß die Moleküle Positionen unter Bildung von Helices entlang der Lamellen, deren Achsen parallel zu der Reiberichtung 12 des Orientierungskontrollfilms orientiert sind, annehmen.

Beispiel 1

Ein Polyimidpolymerüberzug, der sowohl als Isolierschicht als auch als Orientierungskontrollschicht wirkte, wurde auf folgende Weise gebildet. 3,3',4,4 '-Diphenyltetracarbonsäureanhydrid und p-Phenylendiamin wurden in einem molaren Verhältnis von 1 : 1 unter Bildung einer Polyamidsäure kondensiert, die anschließend mit N-Methyl-2-pyrrolidon auf eine Konzentration von 3,5 Gew.-% verdünnt wurde. Die erhaltene Lösung wurde auf den durchsichtigen Glasträger, der mit einer durchsichtigen leitfähigen Indiumoxidschicht (ITO-Überzug) auf einer Oberfläche als Elektrode beschichtet war, durch Abschleudern bei 3500 U/min für 40 Sekunden aufgebracht. Nach dem Aufbringen wurde der Träger 1 Stunde auf 250ºC erwärmt, wobei man einen Überzug von ungefähr 80 nm (800 Å) Dicke erhielt.
Die beschichtete Oberfläche jedes Trägers wurde mit einem Tuch gerieben, und die Träger wurden gegenüber voneinander angeordnet, wobei die Richtungen des Reibens parallel zueinander waren. Eine Glasfaserplatte von 10 um Dicke wurde zwischen den beiden Substraten als Abstandshalter eingesetzt, wobei man eine Flüssigkristallzelle erhielt, in die der Flüssigkristall unter Vakuum eingeschlossen wurde. Das vorstehend erwähnte DOBAMBC wurde als Flüssigkristallmaterial eingesetzt. Nach dem Verschließen wurde die Zelle auf die Temperatur der isotropen Flüssigkristallphase erwärmt und anschließend langsam mit einer Geschwindigkeit von 0,5ºC/min auf die Temperatur der chiralen smektischen C-Phase abgekühlt, um auf diese Weise die ferroelektrische Flüssigkristallzelle zu erhalten.
Spannungen (Gleichstrom) wurden an die Elektroden des auf diese Weise erhaltenen Elements angelegt, um das Kontrastverhältnis (CR) zwischen entgegengesetzten elektrischen Feldern zu bestimmen. Die Kurve 51 in Fig. 3 ist das resultierende Kontrastverhältnis. Das Kontrastverhältnis bei einer angelegten Spannung von 20 Volt betrug ungefähr 18. Der hohe Kontrast deutet darauf hin, daß die Flüssigkristallmoleküle einheitlich parallel in Richtung des Reibens ausgerichtet wurden und daß der CR-Wert mit einer ansteigenden Spannung anstieg.
Die Durchschlagfestigkeit dieses Überzugs betrug 4·10&sup6; V/cm, was fast gleich dem von Isolierfilmen ist, die in herkömmlichen nematischen Flüssigkristallzellen verwendet werden, und die praktischen Anforderungen erfüllt. Die Ansprechzeit, in der die Intensität des durchgelassenen Strahls auf die Hälfte der Intensitätsdifferenz zwischen dem zu Anfang und dem zu Ende durchgelassenen Strahl abfiel, betrug etwa 80 us bei 10 V.

Beispiel 2

Ein Polyimidpolymerüberzug, der sowohl als Isolierschicht als auch als Orientierungskontrollschicht wirkte, wurde auf folgende Weise gebildet. 3,3',4,4'-Diphenyltetracarbonsäureanhydrid und 4,4'-Diaminodiphenyl wurden in einem molaren Verhältnis von 1 : 1 unter Bildung einer Polyamidsäure kondensiert, die anschließend mit N-Methyl-2-pyrrolidon auf eine Konzentration von 3,5 Gew.-% verdünnt wurde. Die erhaltene Lösung wurde in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, behandelt, wobei man eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle erhielt. Der Film dieser Zelle wies eine Dicke von 80 nm und eine Durchschlagsfestigkeit von 4·10&sup6; V/cm auf. Der resultierende CR-Wert, der in gleicher Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmt wurde, ist als Kurve 52 in Fig. 3 gezeigt. Der CR-Wert bei einer angelegten Spannung von 20 V betrug etwa 20. Der hohe Kontrast deutet darauf hin, daß die Flüssigkristallmoleküle einheitlich parallel in Richtung des Reibens ausgerichtet waren und daß der CR-Wert mit ansteigender Spannung anstieg. Die Ansprechzeit, die in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmt wurde, betrug ungefähr 70 us.

Beispiel 3

Ein Polyimidpolymerüberzug, der sowohl als Isolierschicht als auch als Orientierungskontrollschicht wirkte, wurde auf folgende Weise gebildet. 3,3',4,4'-Diphenyltetracarbonsäureanhydrid und 4,4'-Diaminoterphenyl wurden in einem molaren Verhältnis von 1 : 1 unter Bildung einer Polyamidsäure kondensiert, die anschließend mit N-Methyl-2-pyrrolidon auf eine Konzentration von 3,5 Gew.-% verdünnt wurde. Die erhaltene Lösung wurde in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, behandelt, wobei man eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle erhielt. Der Film dieser Zelle wies eine Dicke von ungefähr 70 nm und eine Durchschlagsfestigkeit von etwa 4·10&sup6; V/cm auf. Der resultierende CR-Wert, der in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmt wurde, ist in Fig. 3 als Kurve 53 gezeigt. Der CR-Wert unter einer angelegten Spannung von 20 V betrug ungefähr 23. Dieser hohe Kontrast deutet darauf hin, daß die Flüssigkristallmoleküle einheitlich parallel in Richtung des Reibens ausgerichtet waren. Die Ansprechzeit, die in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmt wurde, betrug ungefähr 65 us.

Beispiel 4

Ein Polyimidpolymerüberzug, der sowohl als Isolierschicht als auch als Orientierungskontrollschicht wirkte, wurde auf folgende Weise gebildet. 3,3',4,4'-Diphenyltetracarbonsäureanhydrid wurde mit m-Phenylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylether und 4,4'-Diaminodiphenylmethan jeweils in einem molaren Verhältnis von 1 : 1 unter Bildung von drei Arten von Polyamidsäuren kondensiert. Jede der Polyamidsäuren wurde anschließend mit N-Methyl-2-pyrrolidon auf eine Konzentration von 3,5 Gew.-% verdünnt. Die auf diese Weise erhaltenen Lösungen wurden in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, behandelt, wobei drei ferroelektrische Flüssigkristallzellen gebildet wurden.
Die Dicken der Filme, die Durchschlagsfestigkeiten, die CR- Werte und die Ansprechzeiten dieser Elemente wurden in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmt. Sie waren ähnlich den in Beispiel 1 bestimmten Werten, was darauf hindeutet, daß die entsprechenden Überzüge die Flüssigkristallmoleküle parallel in Richtung des Reibens einheitlich ausrichteten und hervorragende Isoliereigenschaften zeigten.

Beispiel 5

Ein Polyimidpolymerüberzug, der sowohl als Isolierschicht als auch als Ausrichtungskontrollschicht wirkte, wurde auf folgende Weise gebildet. Pyromellitsäuredianhydrid und p-Phenylendiamin wurden in einem molaren Verhältnis von 1 : 1 unter Bildung einer Polyamidsäure kondensiert, die anschließend mit N-Methyl-2-pyrrolidon auf eine Konzentration von 3,5 Gew.-% verdünnt wurde. Die erhaltene Lösung wurde auf einen durchsichtigen Glasträger, der auf einer Seite mit einem durchsichtigen leitfähigen Indiumoxid (ITO-Überzug) überzogen war, durch Abschleudern bei 3500 U/min für 40 Sekunden aufgebracht. Nach dem Aufbringen wurde der Träger 1 Stunde auf 250ºC erwärmt, um einen Überzug von ungefähr 800 Å (80 nm) Dicke zu bilden.
Die beschichteten Oberflächen jedes Trägers wurden mit einem Tuch gerieben und einander gegenüber angeordnet, wobei die Richtungen des Reibens parallel zueinander waren. Eine Glasfaserplatte von 10 um Dicke wurde zwischen die beiden Substrate als Abstandshalter eingesetzt, wobei man eine Flüssigkristallzelle erhielt, in die der Flüssigkristall unter Vakuum eingeschlossen wurde. Das vorstehende DOBAMBC wurde als Flüssigkristallmaterial eingesetzt. Nach dem Verschließen wurde die Zelle auf die Temperatur der isotropen Flüssigkristallphase erwärmt und anschließend langsam mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 0,5ºC/min auf die Temperatur der chiralen smektischen C-Phase abgekühlt, wobei man eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle erzielt.
Spannungen (Gleichstrom) wurden an die Elektroden der auf diese Weise erhaltenen Zelle angelegt, um das Kontrastverhältnis (CR) zwischen entgegengesetzten elektrischen Feldern zu bestimmen. Der resultierende CR-Wert ist als Kurve 55 in Fig. 3 gezeigt. Das Kontrastverhältnis bei einer angelegten Spannung von 20 V betrug etwa 18. Das Kontrastverhältnis stieg mit ansteigender Spannung an. Als Ergebnis zeigt sich, daß die Flüssigkristallmoleküle einheitlich parallel in Richtung des Reibens ausgerichtet waren. Die Durchschlagsfestigkeit dieses Überzugs betrug 4·10&sup6; V/cm. Die Ansprechzeit, in der die Intensität des durchgelassenen Strahls auf die Hälfte der Intensitätsdifferenz zwischen dem am Anfang und dem an Ende durchgelassenen Strahl abfiel, betrug ungefähr 80 us bei 10 V.

Beispiel 6

Ein Polyimidpolymerüberzug, der sowohl als Isolierschicht als auch als Orientierungskontrollschicht wirkte, wurde auf folgende Weise gebildet. Pyromellitsäuredianhydrid und Benzidin wurden in einem molaren Verhältnis von 1 : 1 unter Bildung einer Polyamidsäure kondensiert, die anschließend mit N-Methyl-2-pyrrolidon auf eine Konzentration von 3,5 Gew.-% verdünnt wurde. Die erhaltene Lösung wurde in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, behandelt, wobei eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle erhalten wurde. Der Film dieser Zelle wies eine Dicke von ungefähr 80 nm und eine Durchschlagsfestigkeit von 4·10&sup6; V/cm auf. Der in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmte CR-Wert ist in Fig. 3 als Kurve 56 gezeigt. Der CR-Wert bei einer angelegten Spannung von 20 V betrug ungefähr 23. Der CR-Wert stieg mit ansteigender Spannung an. Als Ergebnis zeigt sich, daß die Flüssigkristallmoleküle einheitlich parallel in Richtung des Reibens ausgerichtet waren. Die in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmte Ansprechzeit betrug ungefähr 75 us.

Beispiel 7

Ein Polyimidpolymerüberzug, der sowohl als Isolierschicht als auch als Orientierungskontrollschicht wirkte, wurde auf folgende Weise gebildet. Pyromellitsäuredianhydrid und 4,4'-Diaminoterphenyl wurden in einem molaren Verhältnis von 1 : 1 unter Bildung einer Polyamidsäure kondensiert, die anschließend mit N-Methyl-2-pyrrolidon auf eine Konzentration von 3,5 Gew.-% verdünnt wurde. Die erhaltene Lösung wurde in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, behandelt, wobei man eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle erhielt. Der Film dieser Zelle wies eine Dicke von ungefähr 70 nm und eine Durchschlagsfestigkeit von 4·10&sup6; V/cm auf. Der in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmte CR- Wert ist in Fig. 3 als Kurve 57 gezeigt. Der CR-Wert bei einer angelegten Spannung von 20 V betrug ungefähr 25. Der CR-Wert stieg mit ansteigender Spannung an. Als Ergebnis zeigt sich, daß die Flüssigkristallmoleküle einheitlich parallel in Richtung des Reibens ausgerichtet waren. Die in gleicher Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmte Ansprechzeit betrug ungefähr 70 us.

Vergleichsbeispiel 1

Ein Polyimidpolymerüberzug, der sowohl als Isolierschicht als auch als Ausrichtungskontrollschicht wirkt, wurde auf folgende Weise gebildet. Die Polyamidsäure, die eine Vorstufe des Polyimidoisoindolchinazolindions (PIQ; ein Produkt der Firma Hitachi Chemical Co. Ltd.) ist, wurde mit N-Methyl-2- pyrrolidon auf eine Konzentration von 3,5 Gew.-% verdünnt. Die auf diese Weise erhaltene Lösung wurde in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, behandelt, wobei man eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle erhielt. Der Film dieser Zelle wies eine Dicke von ungefähr 80 nm und eine Durchschlagsfestigkeit von 4·10&sup6; V/cm auf. Die resultierende CR-Wert, der in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, bestimmt wurde, ist in Fig. 3 als Kurve 58 gezeigt. Der CR-Wert betrug ungefähr 2, unabhängig von der angelegten Spannung. Als Ergebnis zeigt sich, daß die Flüssigkristallmoleküle insgesamt statistisch unabhängig von der Richtung des Reibens ausgerichtet waren.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle bereitgestellt, in der ferroelektrische Flüssigkristallmoleküle einheitlich und parallel durch einen speziellen, geriebenen Orientierungskontrollfilm ohne Anwendung eines hohen elektrischen Feldes während der Herstellung ausgerichtet werden, so daß sich ein höheres Kontrastverhältnis bei gleichzeitig höherem Ansprechverhalten des ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials ergibt.

Claims

1. Ferroelektrische Flüssigkristall-Zelle mit einem Paar von Trägern (2), von denen zumindest einer durchsichtig ist, einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Schicht (1), welche sich zwischen den Trägern (2) eingeschlossen ist, einem Paar Elektroden (3), welche an den genannten Trägern (2) angebracht sind, um ein elektrisches Feld an die ferroelektrische Flüssigkristall-Schicht (1) anzulegen, und einem Paar geriebener Orientierungs-Kontrollfilme (4), welche auf der an die ferroelektrische Flüssigkristall-Schicht (1) angrenzenden Seite der Träger (2) gebildet werden, um deren Moleküle einheitlich auszurichten, dadurch gekennzeichnet, daß der Orientierungs-Kontrollfilm (4) ausgewählt wird unter einem Polyimid-Polymermaterial mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel

worin R eine zweiwertige Gruppe, ausgewählt unter

darstellt;

einem Polyimid-Polymermaterial mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel

worin R eine zweiwertige Gruppe, ausgewählt unter

darstellt; und

worin Ar eine vierwertige Gruppe, ausgewählt unter

darstellt,

worin R eine zweiwertige Gruppe, ausgewählt unter

darstellt,

worin R&sub1;-R&sub5; niedere Alkylgruppen darstellen.

2. Ferroelektrische Flüssigkristall-Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Orientierungs-Kontrollfilm (4), welcher ein Polyimid- Polymermaterial mit Struktureinheiten der allgemeinen Formel (I) ist, hergestellt wird durch Ringschluß infolge von Erhitzen und Dehydratisierung einer Polyaminsäure, welche durch Kondensation von 3,3',4,4'-Diphenyltetracarbonsäureanhydrid mit einem Diamin, welches ausgewählt ist unter

p-Phenylendiamin:

4,4'-Diaminodiphenylether:

4,4'-Diaminodiphenylmethan:

m-Phenylendiamin:

4,4'-Diaminidiphenyl/Benzidin:

4,4'-Diaminoterphenyl:

synthetisiert wird.

3. Ferroelektrische Flüssigkristall-Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Orientierungs-Kontrollfilm ein Polyimid-Polymermaterial mit Struktureinheiten der allgemeinen Formel (II) ist, welches hergestellt wird durch Ringschluß infolge von Erhitzen und Dehydratisierung einer Polyaminsäure, welche durch Kondensation von Pyromellitdianhydrid mit einem Diamin, welches ausgewählt ist unter

p-Phenylendiamin:

Benzidin:

4,4'-Diaminoterphenyl:

synthetisiert ist.