DE69005925T2

DE69005925T2 - Flüssigkristallzusammensetzung.

Info

Publication number: DE69005925T2
Application number: DE90306884T
Authority: DE
Inventors: Hideo Hama; Mitsuaki Hirose; Akihiro Mochizuki; Masakatsu Nakatsuka
Original assignee: Fujitsu Ltd; Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc Tokio/tokyo Jp Fujitsu Lt
Priority date: 1989-06-24
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2010-06-23
Also published as: DE69005925D1; US5169556A; KR910000995A; EP0405868A3; EP0405868A2; EP0405868B1; KR930011164B1; JP2768365B2; JPH0326785A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Zusammensetzung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Flüssigkristall-Zusammensetzung, in welcher eine verbesserte Orientierung, ein hoher Kontrast, eine hohe Speicherstabilität und ein Hochgeschwindigkeitsansprechen erzielt werden, indein ein herkömmlicher Flüssigkristall und ein Flüssigkristall mit einer spezifischen Naphthalin-Struktur als Hauptkomponenten verwendet, und indem dieselben in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die die obige Flüssigkristall-Zusammensetzung enthält.
Da ein Flüssigkristall-Anzeigeelement ein Element vom Tafeltypus mit einem geringen Energieverbrauch ist, wird das Flüssigkristall-Anzeigeelement als ein Anzeigeelement eines Wortprozessors, eines Laptop-Computers oder ähnlichem verbreitet verwendet. Insbesondere ein Anzeigeelement mit einem super getwisteten nematischen (STN) Flüssigkristall kann in einer Anzeige mit einer relativ großen Anzeigekapazität, z.B. 640 x 400 Punkte, angewendet werden und wird für Personalcomputer und dergleichen verbreitet verwendet.
Wenn die Anzeigekapazität der Flüssigkristall-Anzeige zunimmt und Anwendungen auf Wortprozessoren oder Personalcomputer mit einer gesteigerten Leistung versucht werden, wird die Anwendung eines herkömmlichen STN schwierig, da er eine unbefriedigende Anzeige-Hintergrundfarbe und einen unbefriedigenden Blickfeldwinkel aufweist.
Als ein Anzeigesystem, welches zum überwinden dieser Fehler der herkömmlichen Flüssigkristallanzeige vorgeschlagen wurde, wurde eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeige (FLCD) vorgeschlagen [N.A. Clark and S.T. Largerwall, J. Applied Physics Letters, 36, 899 (1980)].
Auch die US-A - 4,367,927 (Noel A. Clark) offenbart eine "Chiral Smectic Cor H Liquid Crystal Electro-Optical Device", in der eine elektrooptische Vorrichtung mit einem Flüssigkristall aufweist:
eine Menge eines chiralen Flüssigkristalls mit zumindest einem smektischen C oder smektischen H mit einer Vielzahl von benachbart angeordneten Schichten, die jeweils aus einer Vielzahl von Molekülen zusammengesetzt sind und jedes Molekül eine lange Achse besitzt;
erste und zweite Mittel, die auf diese Schichten senkrecht stehen und diese berühren, zum Ausrichten der langen Achsen dieser Moleküle, die den ersten und zweiten Mitteln benachbart sind, parallel zu den ersten und zweiten Mitteln, welche Moleküle der Schichten in einem Bulk des Flüssigkristalls Helices bilden, mit Achsen, die auf die Schichten senkrecht stehen, wobei der Abstand zwischen den ersten und zweiten Mitteln geringer ist als der Abstand, bei welchem sich die Helices in der Abwesenheit eines elektrischen Feldes bilden, welche ersten und zweiten Mittel die langen Achsen dazu bringen, eine erste oder eine zweite stabile Orientierung anzunehmen;
Mittel zum Anlegen eines elektrischen Feldes an mindestens einem Abschnitt der Schichten, welches elektrische Feld zu den Schichten parallel und auf die ersten und zweiten Mittel senkrecht ist und zum Umkehren der Richtung des elektrischen Feldes, wobei die Stärke des elektrischen Feldes ausreichend ist, um die lange Achse der Moleküle in diesem Abschnitt der Schichten von der ersten Orientierung auf die zweite Orientierung bei Anlegen des elektrischen Feldes in eine Richtung zu verschieben, die umgekehrt zu der Richtung des elektrischen Feldes ist, das früher angelegt wurde; und
Mittel zum Verarbeiten von Licht, welches durch den Flüssigkristall geht, so daß Licht, welches durch Abschnitte des Flüssigkristalls geht, der die erste Orientierung aufweist, von Licht unterschieden werden kann, welches durch Abschnitte des Flüssigkristalls geht, der die zweite Orientierung aufweist.
Eine FLCD zeigt eine spontane Polarisierung, da die Polarisierungen von Flüssigkristallmolekülen in einer Richtung orientiert sind, und da diese spontane Polarisierung umgekehrt wird, wenn die Polarität des angelegten elektrischen Feldes umgekehrt wird, zeigt eine FLCD ferroelektrische Kennwerte. Als das Treibeverfahren wird dementsprechend ein Verfahren angenommen, in welchem die spontanen Polarisierungen von Flüssigkristallmolekülen durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit Impulswellenform und einer negativen Polarität in einer Richtung orientiert werden, die Anzeigeinhalte von der Speicherwirkung des Flüssigkristalls gehalten werden, d.h. die Eigenschaft, wodurch nach der Orientierung der Polarisierungen der ferroelektrische Kennwert, das ist die Richtung der spontanen Polarisierung, nicht geändert wird, und die Richtung der spontanen Polarisierung erstmals durch ein Anlegen eines elektrischen Feldes mit einer Umkehrpolarität geändert wird. Daher muß in einer FLCD die Speicherwirkung stabil gehalten werden, aber in den herkömmlichen ferroelektrischen Flüssigkristallen kann eine zufriedenstellende Speicherwirkung, die für ein stabiles Treiben notwendig ist, nicht erhalten werden, oder falls sie erhalten wird, ist die Ansprechzeit lang und sind die Kennwerte der FLCD nicht voll genützt.
Eine oberflächenstabilisierte, ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeige (SSFLCD) ist anerkannt, große Möglichkeiten hinsichtlich eines hohen Informationsgehaltes, eines weiten Blickwinkels, eines hohen Kontrastverhältnisses und eines schnellen Schaltens aufzuweisen. Um eine SSFLCD mit hoher Leistung zu verwirklichen, ist viel Forschung in die Entwicklung von Flüssigkristall-Materialien, Treibeverfahren und Flüssigkristall-Molekularorientierungen durchgeführt worden.
Nichtsdestotrotz ist die SSFLCD noch in Entwicklung, hauptsächlich deshalb, weil die Schichtstruktur der SSFLCD eine "Chevron"- und nicht eine "Bücherbrett"-Struktur ist, und wegen dieser Struktur zeigt die SSFLCD "Zick-Zack-Fehler" (Y.Ouchi, J. Lee, H. Takazoe, A. Fukuda, K. Kondo, T. Kitamura und A. Mokoh, J.J.A.P. 27 L1993 (1988)), was zu einem schlechten Kontrastverhältnis und einer instabilen Bistabilität führt.
Eine "Bücherbrett"-Struktur, die durch eine Schräbabscheidungstechnik erhalten wird, ist berichtet worden (M. Johno, A. D. L. Chandani, Y. Ouchi, H. Takezoe, A. Fukuda, M. Ichihashi and K. Furukawa, J.J.A.P. 28 L119 (1988)), aber eine Bücherbrett-Struktur mit einer geschliffenen Polymerfilmzelle und geeignet für eine Massenproduktion der SSFLCD ist nicht berichtet worden.
Dementsprechend ist die Entwicklung eines Flüssigkristall- Materials im Stand der Technik wünschenswert, die einen Ansprechkennwert mit hoher Geschwindigkeit, ein Charakteristikum einer FLCD, aufrechterhält, und eine zufriedenstellend stabile Speicherwirkung besitzt.
Ein Gemisch, das hauptsächlich aus einer Esterverbindung und einer Phenylpyrimidinverbindung zusammengesetzt ist, wird für die herkömmliche FLCD hauptsächlich verwendet, jedoch kann eine zufriedenstellend stabile Speicherwirkung durch keine der bekannten Zusammensetzungen dieses Typus erzielt werden. Der Hauptgrund dafür besteht darin, daß, da eine kompatible gegenseitige Coulomb-Wirkung (Wechselwirkung) in der Grenzschicht zwischen jedem Flüssigkristall-Molekül und dem Substrat nicht bewirkt wird, Mikrobereiche gebildet werden, oder, falls eine bestimmte Orientierung erzielt wird, viele Zick-Zack-Fehler erzeugt werden, wie im folgenden beschrieben.
Vor diesem Hintergrund schlugen die Erfinder eine FLCD vor, in welcher ein Ansprechkennwert mit hoher Geschwindigkeit und eine stabile Speicherwirkung manifestiert werden kann, indem ein Flüssigkristall vom Naphthalintypus verwendet wird, der einen Naphthalinring im Kerneinheitsabschnitt des Flüssigkristall-Moleküls aufweist (ungeprüftes japanisches Patent Nr. TOKKAIHEI 1- 101389). Der Flüssigkristall vom Naphthalintypus ist ein Material, welches sich von einem herkömmlichen FLC insofern unterscheidet, als die Bildung von Zick-Zack-Fehlern nicht beobachtet wird, und in welchem eine Flüssigkristall-Orientierung mit einer ausgezeichneten Gleichförmigkeit manifestiert werden kann, und ferner besitzt der Flüssigkristall vom Naphthalintypus einen viel besseren Speicherkennwert als jener der herkömmlichen Flüssigkristall-Materialien.
Im allgemeinen weist der Flüssigkristall des Naphthalintypus jedoch eine hohe Viskosität auf, und eine Steigerung der Viskosität ist bei Temperaturen niedriger als 15ºC besonders auffällig, und daher ist der Flüssigkristall vom Naphthalintypus insofern nachteilig, als die Ansprechzeit in einem Bereich niedriger Temperatur (niedriger als 10ºC) abrupt verlängert wird.
Dementsprechend suchten die Erfinder nach einem Flüssigkristall-Material, welches den Kennwert herkömmlicher Flüssigkristalle beibehält, d.h. eine relativ niedrige Viskosität in einem Bereich niedriger Temperatur, und welches die guten Orientierungs- und Speicherkennwerte aufweist, die der Flüssigkristall des Naphthalintypus inhärent besitzt. Zuerst wurde ein Gemisch eines gemischten, herkömmlichen Flüssigkristalls des Phenylpyrimidintypus mit dem Flüssigkristall des Naphthalintypus untersucht, und als ein Ergebnis wurde bestätigt, daß die Kompatibilität zwischen dem Phenylpyrimidin-Flüssigkristall und dem Flüssigkristall des Naphthalintypus allgemein schlecht ist, und daß der Temperaturbereich, der die ferroelektrische Phase zeigt, durch das Mischen verengt wird. Dementsprechend versuchten die Erfinder, einen stabilen Speicherkennwert in einem breiten, die ferroelektrische Phase zeigenden Temperaturbereich durch Mischen verschiedener Flüssigkristalle vom Naphthalintypus in herkömmliche Flüssigkristalle als die Basis zu erzielen, aber es wurde gefunden, daß die Flüssigkristalle vom Naphthalintypus in ihrer Kompatibilität mit den herkömmlichen Flüssigkristallen gemäß dem Unterschied der Molekularstruktur differieren, und daß die beabsichtigten Wirkungen der vorliegenden Erfindung mit einer neuen Flüssigkristall-Zusammensetzung erzielt werden kann, die durch Vereinigen der unten beschriebenen Flüssigkristalle gebildet wird. Die vorliegende Erfindung basiert auf dieser Erkenntnis.
Die Forschungsziele der Erfinder der vorliegenden Erfindung waren wie folgt:
Erstens, die Beziehungen zwischen der Molekularstruktur und der Schichtstruktur des Flüssigkristalls zu klären, und dann eine Bücherbrett-Struktur zu erhalten; zweitens, die Abhängigkeit der Schichtstruktur von den elektrooptischen Eigenschaften davon zu untersuchen; und drittens, ein hohes Kontrastverhältnis und eine stabile Bistabilität mit der Bücherbrett-Schichtstruktur der SSFLCD mit einem geschliffenen Polymerfilm zu erzielen.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Flüssigkristall-Zusammensetzung vorzusehen, in welcher eine Verbesserung der Orientierung der ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeige (Beseitigung von Zick-Zack-Fehlern und Erzielung einer hohen Gleichförmigkeit in der Anzeigeebene), eine Stabilisierung der Speicherwirkung und eine Verbesserung des Kontrastverhältnisses zufriedenstellend erzielt werden.
Um dieses Ziel zu verwirklichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Chevron-Struktur (siehe Fig. 2), welche die Schichtstruktur herkömmlicher Flüssigkristalle ist, zur Bücherbrett-Struktur (siehe Fig. 1) geändert wird.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Flüssigkristall-Zusammensetzung mit einer Bücherbrett- Struktur und zufriedenstellenden Kennwerten vorzusehen, die aus praktischem Gesichtspunkt für solche Flüssigkristall-Materialien erforderlich sind, wie die Treibetemperatur und die Flüssigkristall-Viskosität.
Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Flüssigkristall-Zusammensetzung vorzusehen, die eine zufriedenstellende spontane Polarisierung aufweist, obwohl das vorher genannte erste und zweite Ziel erreicht werden.
Ein viertes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vorzusehen, die die oben erwähnte Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält.
Gemäß einem fundamentalen Aspekt der vorliegenden Erfindung können die oben genannten Ziele mit einer Flüssigkristall- Zusammensetzung erreicht werden, die aufweist:
(1) zu 5 bis 60 Gew.-% mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die allgemeine Formel (I)
steht, in der R&sub1; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen steht und R&sub2; für eine Alkylgruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht, welche mit einer Alkoxygruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen substituiert sein können,
(II) zu 5 bis 60 Gew.-% mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die allgemeine Formel (II)
steht, in der R&sub3; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen steht und R&sub4; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht,
(III) zu 5 bis 60 Gew.-% mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die allgemeine Formel (III)
steht, in der R&sub5; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen steht und R&sub6; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht, und
(IV) zu 5 bis 70 Gew.-% mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die folgenden Formeln (IV-1) bis (IV-5)
stehen, in denen R&sub8; und R&sub9; für eine Alkylgruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen stehen und R&sub7; für eine Alkylgruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht, mit der Maßgabe, daß das an das asymmetrische Kohlenstoffatom gebundene Element ein Halogenatom einschließt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Flüssigkristall-Zusammensetzung vorgesehen, welche ferner (V) zu 5 bis 40 Gew.-% mindestens einen Bestandteil enthält, der aus der Gruppe bestehend aus Verbindungen ausgewählt ist, für die die folgenden Formeln (V-1) und (V-2)
stehen, in denen R&sub1;&sub0; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen steht und R&sub1;&sub1; für eine Alkylgruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht, zusätzlich zu den vorstehenden Verbindungen (I) bis (IV).
Diese Flüssigkristall-Zusammensetzung des zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist basierend auf der Erkenntnis vollendet worden, daß die Verbindung der Gruppe (V) eine starke expandierende Wirkung auf die spontane Polarisierung ausübt, und daß in dieser Flüssigkraistall-Zusammensetzung, durch Aufnehmen der Verbindung der Gruppe (V) in Verbindungen (I) bis (IV) die Ansprechgeschwindigkeit des Flüssigkristalls weiter innerhalb eines Bereiches gesteigert wird1 bei welchem die Viskosität des gesamten Flüssigkristalls nicht erhöht wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vorgesehen mit:
einer Flüssigkristalltafel mit:
einem ersten transparenten Substrat;
einem zweiten transparenten Substrat, welches im wesentlichen parallel zum ersten transparenten Substrat ist;
ersten Transparentelektrodenmitteln, die auf der Innenoberfläche des ersten transparenten Substrates gebildet sind;
zweiten Transparentelektrodenmitteln, die auf der Innenoberfläche des zweiten transparenten Substrates gebildet sind;
einem Abstandhalter zwischen dem ersten und dem zweiten transparenten Substrat, welches erste und zweite transparente Substrat und welcher Abstandhalter einen umschlossenen Raum bilden, welche erste und zweite transparente Elektrode jeweils eine Innenoberfläche besitzen, die dem umschlossenen Raum zugewandt ist;
ersten Flüssigkristall-Orientierungsmitteln, die auf der Innenoberfläche des ersten transparenten Substrates gebildet sind;
zweiten Flüssigkristall-Orientierungsmitteln, die auf der Innenoberfläche des zweiten transparenten Substrates gebildet sind;
einem ferroelektrischen Flüssigkristall, der eine spontane Polarisierung aufweist und eine Bücherbrett-Struktur der smektischen C-Schicht bildet, mit dem der umschlossene Raum beschickt ist; und
Mitteln, um den Flüssigkristall an ausgewählten Abschnitten der Tafel dazu zu bringen, eine Polarisierung der Flüssigkristallmoleküle anzunehmen, die in einer Richtung orientiert sind, und um den Flüssigkristall an anderen Abschnitten der Tafel dazu zu bringen, eine Polarisierung der Flüssigkristalle anzunehmen, die in einer umgekehrten Richtung dazu orientiert sind, mit Mitteln zum Anlegen eines elektrischen Feldes mit Impulswellenform, alternierend zu der positiven und negativen Seite durch Anlegen einer impulswellenförmigen elektrischen Spannung über die erste und die zweite Elektrode, worin der ferroelektrische Flüssigkristall eine chirale smektische C- Flüssigkristall-Zusammensetzung ist, die enthält:
(1) zu 5 bis 60 Gew.-% mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die allgemeine Formel (I)
steht, in der R&sub1; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen steht und R&sub2; für eine Alkylgruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht, welche mit einer Alkoxygruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen substituiert sein können,
(II) zu 5 bis 60 Gew.-% mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die allgemeine Formel (II)
steht, in der R&sub3; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen steht und R&sub4; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht,
(III) zu 5 bis 60 Gew.-% mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die allgemeine Formel (III)
steht, in der R&sub5; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen steht und R&sub6; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht, und
(IV) zu 5 bis 70 Gew.-% mindesten einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die folgenden Formeln (IV-1) bis (IV-5)
stehen, in denen R&sub8; und R&sub9; für eine Alkylgruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen stehen und R&sub7; für eine Alkylgruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht, mit der Maßgabe, daß das an das asymmetrische Kohlenstoffatom gebundene Element ein Halogenatom einschließt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vorgesehen welche ferner (V) zu 5 bis 40 Gew.-% mindestens einen Bestandteil enthält, der aus der Gruppe bestehend aus Verbindungen ausgewählt ist, für die die folgenden Formeln (V-1) und (V-2)
stehen, in denen R&sub1;&sub0; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen steht und R&sub1;&sub1; für eine Alkylgruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht,
zusätzlich zu den Verbindungen (I) bis (IV).
In der vorliegenden ferroelektrischen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung ist die oben erwähnte Bücherbrett-Struktur der smektischen C-Schicht normal auf das erste und auf das zweite Substrat.
Auch in der vorliegenden ferroelektrischen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung umfassen die oben erwähnten ersten und zweiten Flüssigkristall-Orientierungsmittel einen Polymerfilm, der der Schleifbehandlung unterworfen wurde.
Ferner wird in der oben erwähnten ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der oben erwähnte Polymerfilm aus Polyvinylalkohol (PVA), Polyimid oder Polyamid gebildet.
Für ein besseres Verstehen der Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe bewirkt werden kann, wird nun beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, in welchen:
Figur 1 eine Flüssigkristallschicht mit einer Bücherbrett- Struktur darstellt,
Fig. 2 eine Flüssigkristallschicht mit einer Chevron- Struktur darstellt;
Fig. 3 ein Röntgenbeugungsmuster eines herkömmlichen Flüssigkristalls darstellt;
Fig. 4 ein Röntgenbeugungsmuster der Flüssigkristall- Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen einem Schicht-Tiltwinkel und einer Temperatur der vorliegenden Flüssigkristall-Zusammensetzung zeigt;
Fig. 6 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen einem Schicht-Tiltwinkel und einer Temperatur der vorliegenden Flüssigkristall-Zusammensetzung zeigt;
Fig. 7 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen einem Tiltwinkel und einer Temperatur der vorliegenden Flüssigkristall-Zusammensetzung zeigt;
Fig. 8 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der Ansprechzeit und der angelegten Spannung zeigt; und
Fig. 9 ein Graph ist, der die Beziehung zwischen der Speicherstabilität und dem Schicht-Tiltwinkel zeigt.
Die ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthält Verbindungen der Gruppen (I) bis (IV), die oben erwähnt sind, und kann ferner eine Verbindung der Gruppe (V) enthalten.
Die Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die Schichtstruktur beschrieben, die vom Flüssigkristall gebildet wird.
Es ist zu beachten, daß in allen der Verbindungen der Gruppen (I) bis (V) die Gruppen R&sub1; bis R&sub1;&sub1; linear oder verzweigt sein können.
Allgemein ist in einer Anzeige, die einen ferroelektrischen Flüssigkristall verwendet, die Schichtstruktur, die vom Flüssigkristall gebildet wird, idealerweise vertikal auf das Substrat, wie von Clark et al. berichtet wurde (siehe Fig. 1, in der die Bezugsziffer 1 das Substrat bezeichnet und die Bezugsziffer 2 die Schichtstruktur bezeichnet). Diese Struktur wird eine "Bücherbrett-Struktur" genannt. In der Anzeige, die einen Flüssigkristall mit dieser Struktur verwendet, ist die Orientierung verbessert, wird ein hoher Kontrast erzielt, ist die Speicherstabilität verbessert und wird eine Hochansprechungscharakteristik erzielt.
Im herkömmlichen ferroelektrischen Flüssigkristall ist jedoch bekannt, daß die Schicht in der Praxis in einer < -geformten Form gebogen ist, wie in Fig. 2 gezeigt (in der die Bezugsziffer 1 das Substrat bezeichnet und die Bezugsziffer 2 die Schichtstruktur bezeichnet). In der < -geformten gebogenen Struktur (Chevron-Struktur) tritt das inhärente elektrooptische Schalten des ferroelektrischen Flüssigkristalls nicht auf, und die Schichtstruktur per se ist instabil, und dementsprechend ist eine praktische Anwendung des Flüssigkristalls für eine Anzeigevorrichtung schwierig. Da in der Chevron-Struktur die Schicht gebogen ist, löschen sich die Polarisierungen der jeweiligen Flüssigkristallmoleküle gegenseitig, mit dem Ergebnis, daß die spontane Makropolarisierung verringert und das Ansprechen verzögert werden. Da außerdem die Richtungen der jeweiligen Moleküle voneinander differieren, wird die Polarisierung im Speicherzustand instabil, und der Speicherkennwert ist schlecht. Wo die gebogenen Abschnitte von < -geformten Schichten einander berühren (siehe Fig. 2), wird eine Bereichswand gebildet, die als ein Disklinationsabschnitt bezeichnet wird, weil der Fortschreitungszustand des Lichtes an der Grenze der Orientierungen der Flüssigkristallmoleküle geändert wird. Dieser Disklinationsabschnitt erscheint als ein Anzeigefehler (Zick- Zack-Fehler), welcher eine Verringerung des Kontrastes verursacht.
Dementsprechend ist die Struktur, in welcher die Schicht vertikal auf das Substrat steht (Bücherbrett-Struktur) für ein Verwirklichen der inhärenten Anzeige des ferroelektrischen Flüssigkristalls unabdingbar. Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Flüssigkristallmaterial, in welchem die Bücherbrett- Struktur aufgebaut werden kann.
Die Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Gemisch mit Verbindungen der Gruppen (I) bis (IV), wie oben erwähnt.
Die Verbindung der Gruppe (I) ist ein Flüssigkristall, der für den Aufbau der Bücherbrett-Struktur von essentieller Bedeutung ist.
Die Verbindung der Gruppe (II) ist ebenfalls ein Flüssigkristall, der für den Aufbau der Bücherbrett-Struktur von essentieller Bedeutung ist, und dieser Flüssigkristall ist dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallphasen-Übergangstemperatur auf der Seite höherer Temperaturen relativ breit ist.
Ferner ist die Verbindung der Gruppe (III) ein Flüssigkristall, der für den Aufbau der Bücherbrett-Struktur von essentieller Bedeutung ist, und dieser Flüssigkristall ist dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität relativ niedrig ist.
Die Verbindung der Gruppe (IV) wird in Kombination mit den Verbindungen der Gruppen (I), (II) und (III) verwendet, und die Hauptfunktion dieser Verbindung besteht darin, den Temperaturbereich der ferroelektrischen Flüssigkristallphase zu erweitern (Treibetemperaturbereich).
Um nämlich die beabsichtigten Wirkungen des Aufbauens der Bücherbrett-Struktur zu erzielen und einen hohen Kontrast und einen stabilen Speicherkennwert zu erhalten, sind die Flüssigkristallverbindungen der Gruppen (I), (II) und (III) unabdingbar.
In die Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung muß die Flüssigkristallverbindung der Gruppe (IV) in die Flüssigkristallverbindungen der Gruppen (I), (II) und (III) eingebracht sein, um die Kennwerte des Flüssigkristalls auf praktisch zufriedenstellenden Niveaus zu halten. Obwohl nämlich eine größte Stabilisierungswirkung für die Bücherbrett-Struktur erhalten wird, wenn die Zusammensetzung lediglich aus den Flüssigkristallverbindungen der Gruppen (I), (II) und (III) aufgebaut ist, wird die Verbindung der Gruppe (IV) eingebracht, um einen praktisch zufriedenstellenden Treibetemperaturbereich und eine Flüssigkristallviskosität zu realisieren und um eine zufriedenstellende Leistung einer Flüssigkristallanzeige zu verleihen.
Allgemein kann die Bücherbrett-Struktur am leichtesten in der Verbindung der Gruppe (I) aufgebaut werden. Daher ist im Prinzip eine Verwendung der Verbindung der Gruppe (I) in einer großen Menge bevorzugt. Nichtsdestoweniger, da die Viskosität des Flüssigkristalls des Naphthalintypus hoch ist, wird eine praktisch anwendbare Zusammensetzung durch die Aufnahme der Verbindung der Gruppe (IV) gebildet. Die Verbindung der Gruppe (II) ist ein Flüssigkristall, welcher zum Erweitern des Treibetemperaturbereichs gegen die Seite hoher Temperaturen besonders wirksam ist. Unter den Flüssigkristallen des Naphthalintypus besitzt die Verbindung der Gruppe (III) eine niedrige Viskosität und wird wirksam angewendet, wenn eine äußerst große Verringerung der Viskosität erwünscht ist. Da die Viskosität zu einem bestimmten Ausmaß durch Mischen der Verbindungen der Gruppen (I), (II) und (III) verringert werden kann, ist es in der Praxis möglich, alle oder Teile der Verbindungen der Gruppen (I), (IT), (III) und (IV) zu mischen und das Gemisch zu verwenden.
Vorzugsweise werden die Flüssigkristallverbindungen der Gruppen (I), (II) und (III) in Mengen so groß wie möglich verwendet, solange die Viskosität und der Treibetemperaturbereich praktisch zufriedenstellend sind. Jede der Verbindungen der Gruppen (I), (II) und (III) wird nämlich in einer Menge von 5 bis 60 Gew.-% verwendet, wobei der Rest die Verbindung der Gruppe (IV) ist. Da jede der Verbindungen der Gruppen (I), (II) und (III) eine hohe Viskosität besitzt, wird, falls die Menge irgendeines der Verbindungen der Gruppen (I), (II) und (III) 60 Gew.-% überschreitet, die Ansprechzeit zu lang, und die Flüssigkristall-Zusammensetzung kann nicht praktisch verwendet werden. Falls die Menge irgendeiner der Verbindungen der Gruppen (I), (II) und (III) kleiner als 5 Gew.-% ist, ist die Aufbauwirkung der Bücherbrett-Struktur nicht zufriedenstellend.
In der Verbindung der Gruppe (I), die die Flüssigkristall- Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung aufbaut, ist R&sub1; eine Alkyl-Gruppe mit sechs bis sechzehn Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxy-Gruppe mit sechs bis sechzehn Kohlenstoffatomen und vorzugsweise eine Alkyl-Gruppe mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxy-Gruppe mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen. R&sub2; ist eine Alkyl-Gruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und 4 bis 13 Kohlenstoffatomen, insbesondere 5 bis 9 Kohlenstoffatomen, welche mit einer Alkoxy-Gruppe substituiert sein kann, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome aufweist.
In der Verbindung der Gruppe (II) ist R&sub3; eine Alkyl-Gruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxy-Gruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise eine Alkyl-Gruppe mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxy-Gruppe mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen. R&sub4; ist eine Alkyl- oder Alkoxy-Gruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und 4 bis 13 Kohlenstoffatomen, insbesondere 5 bis 9 Kohlenstoffatomen.
In der Verbindung der Gruppe (III) ist R&sub5; eine Alkyl-Gruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxy-Gruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise eine Alkyl-Gruppe mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxy-Gruppe mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen. R&sub6; ist eine Alkyl- oder Alkoxy-Gruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und 4 bis 13 Kohlenstoffatomen, insbesondere 5 bis 9 Kohlenstoffatomen.
In der Verbindung der Gruppe (IV) stehen R&sub8; und R&sub9; für eine Alkyl-Gruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 8 bis 12 Kohlenstoffatomen. R&sub7; steht für eine Alkyl-Gruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und 4 bis 13 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 5 bis 9 Kohlenstoffatomen.
Es ist zu beachten, daß das Halogenatom, als das Element, das an das asymmetrische Kohlenstoffatom gebunden sein soll, zum Beispiel Chlor oder Brom ist.
In der Verbindung der Gruppe (V) ist R&sub1;&sub0; eine Alkyl-Gruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxy-Gruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen und vorzugsweise eine Alkyl-Gruppe mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxy-Gruppe mit 8 bis 14 Kohlenstoffatomen. R&sub1;&sub1; steht für eine Alkyl-Gruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 5 bis 9 Kohlenstoffatomen.
Bevorzugte Mengen der Verbindungen der Gruppen (I) bis (V) werden nun beschrieben. Die bevorzugte Menge der Verbindung der Gruppe (I) ist 10 bis 50 Gew.-%, die bevorzugte Menge der Verbindung der Gruppe (II) ist 10 bis 30 Gew.-%, die bevorzugte Menge der Verbindung der Gruppe (III) ist 5 bis 30 Gew.-%, die bevorzugte Menge der Verbindung der Gruppe (IV) ist 10 bis 60 Gew.-% und die bevorzugte Menge der Verbindung der Gruppe (V) ist 20 bis 40 Gew.-%.
Der Flüssigkristall der Gruppe (IV) wird in Kombination mit den Flüssigkristallen der Gruppen (I) bis (III) oder mit den Flüssigkristallen der Gruppen (I) bis (III) und (V) verwendet und übt eine Expandierungsfunktion auf den Temperaturbereich der ferroelektrischen Flüssigkristallphase aus. Dementsprechend wird das Mischungsverhältnis des Flüssigkristalls der Gruppe (IV) gemäß dem erwünschten Temperaturbereich der ferroelektrischen Flüssigkristallphase geändert. Da allgemein ein Temperaturbereich von etwa -10ºC bis etwa +60ºC erforderlich ist, sollte die Menge, die dem Flüssigkristall der Gruppe (IV) zugegeben wird, auf 5 bis 70 Gew.-% gemäß den Kennwerten des Flüssigkristall-Gemisches der Flüssigkristalle der Gruppen (I) bis (III) oder (I) bis (ITII) und (V) eingestellt werden. Falls die Menge des Flüssigkristalls der Gruppe (IV) kleiner als 5 Gew.-% ist, ist die Expandierungswirkung auf den Temperaturbereich der Flüssigkristallphase insbesondere auf der Seite tiefer Temperaturen schlecht, und falls die Menge des Flüssigkristalls der Gruppe (IV) größer als 70 Gew.-% ist, wird es unmöglich, die Bücherbrett-Struktur aufrechtzuerhalten.
Der Flüssigkristall der Gruppe (V) wird in einer Menge von 5 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-%, verwendet, hauptsächlich, um eine ausreichende Spontanpolarisierung zu erzielen. Falls die Menge des Flüssigkristalls der Gruppe (V) kleiner als 5 Gew.-% ist, kann eine zufriedenstellende Steigerungswirkung auf die spontane Polarisierung nicht erzielt werden, und falls die Menge des Flüssigkristalls der Gruppe (V) größer als 40 Gew.-% ist, wird die Viskosität der Flüssigkri-Stall-Zusammensetzung zu hoch, und es ist schwierig, die Bücherbrett-Struktur aufrechtzuerhalten.
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die folgenden bevorzugten Beispiele im Detail beschrieben, die keinesfalls den Umfang der Erfindung beschränken.

Beispiel 1

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung (im folgenden als "Zusammensetzung 1" bezeichnet) wurde durch Mischen der folgenden Verbindungen aus den Gruppen (I) bis (IV) in den unten beschriebenen Mengen erhalten. Zusammensetzung 1 Gruppe Gew.-% von Gruppe Gew.-% von

Beispiel 2

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung (im folgenden als "Zusammensetzung 2" bezeichnet) wurde durch Mischen der folgenden Verbindungen aus den Gruppen (I) bis (IV) in den unten beschriebenen Mengen erhalten. Zusammensetzung 2 Gruppe Gew.-% von Gruppe Gew.-% von

Beispiel 3

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung (im folgenden als "Zusammensetzung 3" bezeichnet) wurde durch Mischen der folgenden Verbindungen aus den Gruppen (I) bis (IV) in den unten beschriebenen Mengen erhalten. Zusammensetzung 3 Gruppe Gew.-% von Gruppe Gew.-% von

Beispiel 4

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung (im folgenden als "Zusammensetzung 4" bezeichnet) wurde durch Mischen der folgenden Verbindungen aus den Gruppen (I) bis (V) in den unten beschriebenen Mengen erhalten. Zusammensetzung 4 Gruppe Gew.-% von Gruppe Gew.-% von

Beispiel 5

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung (im folgenden als "Zusammensetzung 5" bezeichnet) wurde durch Mischen der folgenden Verbindungen aus den Gruppen (I) bis (V) in den unten beschriebenen Mengen erhalten. Zusammensetzung 5 Gruppe Gew.-% von

Beispiel 6

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung (im folgenden als "Zusammensetzung 6" bezeichnet) wurde durch Mischen der folgenden Verbindungen aus den Gruppen (I) bis (V) in den unten beschriebenen Mengen erhalten. Zusammensetzung 6 Gruppe Gew.-% von

Beispiel 7

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung (im folgenden als "Zusammensetzung 7" bezeichnet) wurde durch Mischen der folgenden Verbindungen aus den Gruppen (I) bis (V) in den unten beschriebenen Mengen erhalten. Zusammensetzung 7 Gruppe Gew.-% von
In den folgenden Vergleichsbeispielen wurden Flüssigkristall-Zusammensetzungen hergestellt, denen es an einer oder mehreren der unerläßlichen Komponenten der Flüssigkristall- Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung mangelte.

Vergleichsbeispiel 1

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung (im folgenden als "Zusammensetzung 8" bezeichnet) wurde gemäß dem folgenden Rezept hergestellt, ohne daß die Verbindung der Gruppe (II) verwendet wurde. Zusammensetzung 8 Gruppe Gew.-% von

Vergleichsbeispiel 2

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung (im folgenden als "Zusammensetzung 9" bezeichnet) wurde gemäß dem folgenden Rezept hergestellt, ohne daß die Verbindungen der Gruppen (II) und (III) verwendet wurden. Zusammensetzung 9 Gruppe Gew.-% von

Vergleichsbeispiel 3

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung (im folgenden als "Zusammensetzung 10" bezeichnet) wurde gemäß dem folgenden Rezept hergestellt, ohne daß die Verbindungen der Gruppen (II) bis (IV) verwendet wurden. Zusammensetzung 10 Gruppe Gew.-% von

Vergleichsbeispiel 4

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung (im folgenden als "Zusammensetzung 11" bezeichnet) wurde hergestellt, indem nur die Verbindungen der Gruppe (I) verwendet wurden, ohne daß die Verbindungen der Gruppen (II) bis (IV) verwendet wurden. Zusammensetzung 11 Gruppe Gew.-% von Gruppe Gew.-% von

Beispiel 8

Auswertungstafel

Hinsichtlich jeder der Flüssigkristall-Zusammensetzungen, die in den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen erhalten wurden, wurden die Anzeigekennwerte durch Verwenden der folgenden Auswertungstafel ausgewertet. Es wurde ein transparentes Glassubstrat mit angebrachter Elektrode und einer Größe von 50 mm x 60 mm und einer Dicke von 1,1 mm verwendet, und PVA (Polyvinylalkohol) wurde als Film zur Orientierung des Flüssigkristalls verwendet. Der PVA-Film war einer Schleifbehandlung unterzogen worden, und der Tafelspalt wurde auf 2,0 um eingestellt. Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung, die in Tabelle 1 gezeigt ist, wurde in diese Tafel abgedichtet, und die elektrooptischen Ansprechungskennwerte davon wurden ausgewertet.
Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird wie folgt konstruiert. Eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in den umschlossenen Raum gegeben, der zwischen dem ersten und dem zweiten transparenten Substrat, die im wesentlichen zueinander parallel sind, und einem Abstandhalter gebildet wird, der zwischen die Substrate eingeschoben ist.
Transparente Elektroden sind auf der Innenoberfläche des Substrats räumlich und in der Linie gebildet, und jede transparente Elektrode, die auf jedem Substrat gebildet ist, wird senkrecht auf die andere ausgerichtet, um dadurch matrixadressierte Anzeigepunkte zu bilden.
Jeder der Anschlüsse der ersten Schaltungsmittel ist elektrisch mit einer der ersten transparenten Elektroden verbunden, und jeder der Anschlüsse der zweiten Schaltungsmittel ist elektrisch mit einer der zweiten transparenten Elektroden verbunden. Der Anschluß der ersten Schaltungsmittel und der Anschluß der zweiten Schaltungsmittel sind mit entgegengesetzten Anschlüssen einer Spannungsquelle verbunden. Die ersten zweiten Schaltungsmittel sind z.B. Mittel zum Anlegen der Spannung von der Spannungsguelle quer über jede der ersten transparenten Elektroden und jede der zweiten transparenten Elektroden.

Auswertungspunkte

(1) Jede Auswertungstafel wurde im Kreuz-Nicol-Zustand mit einem Mikroskop beobachtet, um die Gleichförmigkeit der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle zu überprüfen. Es wurden nämlich das Vorhandensein oder das Fehlen von Zick-Zack-Fehlern und die Änderung der Lichttransmission nach dem Ort geprüft. Die Änderung der Lichttransmission nach dem Ort ist in Tabelle 1 als die Gleichförmigkeit in der Ebene gezeigt. Die Gleichförmigkeit in der Ebene wurde nach den folgenden Verfahren ausgewertet.
Die Anzeigeebene (transparente Elektrodenmatrix) wurde nämlich in 5 x 5 (=25) Flecken geteilt. Die Lichttransmission bei jedem Fleck wurde mit dem Mittelwert der Lichttransmissionen an den jeweiligen Flecken verglichen, und das Verhältnis (%) der Differenz zwischen der Lichttransmission bei jedem Fleck und dem Mittelwert zum Mittelwert wurde berechnet.
Die Speicherstabilität (Speicherrückhalteverhältnis) wurde nach den folgenden Verfahren bewertet.
Impulswellen mit einer Länge von 400 us und einer Wellenhöhe von 15 V wurden an jede Tafel angelegt, und nach 0,5 Sekunden wurde die Lichttransmission mit der Lichttransmission zur Zeit der Anlegung des Tmpulses verglichen und das Verhältnis (%) der Lichttransmission nach 0,5 Sekunden zur Lichttransmission zur Zeit der Anlegung des Tmpulses wurde berechnet. Je höher die Lichttransmission nach 0,5 Sekunden, desto größer die Speicherstabilität.
Ferner wurde das Kontrastverhältnis, basierend auf dem Verhältnis der Lichttransmission im "EIN"-Zustand und der Lichttransmission im "AUS-Zustand zur Speicherzeit, d.h. nach 0,5 Sekunden, ausgewertet.

(2) Auswertung des Treibetemperaturbereichs eines ferroelektrischen Flüssigkristalls

Die ferroelektrische Flüssigkristallanzeige ist von der "STN"-Flüssigkristallanzeige insofern verschieden, als nicht nur der Temperaturbereich, der den Flüssigkristallzustand zeigt, sondern auch der Temperaturbereich, wo in einer Umkehrung der Polarisierung möglich ist, wichtig ist. Falls nämlich die Umkehrung der spontanen Polarisierung nicht ausreichend ist, sind der Kontrast und die Speicherwirkung nicht zufriedenstellend, und die Kennwerte des Flüssigkristalls als das Anzeigeelement sind schlecht.
Dementsprechend ist der praktische Treibetemperaturbereich des ferroelektrischen Flüssigkristalls ein wichtiger Faktor in der Auswertung der Flüssigkristall-Zusammensetzung. Im vorliegenden Beispiel wurde der Treibetemperaturbereich nach den folgenden Bedingungen bestimmt.
PVA wurde auf ein Glassubstrat überzogen, an welchem ein transparenter elektroleitender Film angebracht war und welches eine Größe von 60 mm x 50 mm und eine Dicke von 1,1 mm aufwies, die Schleifbehandlung wurde ausgeführt, und jede Flüssigkristall-Zusammensetzung wurde in eine Zelle abgedichtet, welche das Substrat unter Verwendung einer SiO&sub2;-Kugel mit einem Durchschnittsdurchmesser von 1,6 um als den Abstandhalter sandwichartig umgab, um dadurch eine Tafel zu fertigen. Der Tafelspalt betrug 2,0 bis 2,2 um.
Die Tafel wurde in einen thermostatisierten Tank mit konstanter Temperatur gegeben, und die elektrooptischen Kennwerte wurden gemessen, wobei ein He-Ne-Laser als die Lichtquelle verwendet wurde. Das Antreiben wurde bewirkt, indem Impulswellen mit einer Länge von 400 us mit Intervallen von 0,5 Sekunden der positiven und negativen Seite alternierend angelegt wurden. Die Wellenhöhe betrug 15 V (±15 V). Der Temperaturbereich, in dem das Kontrastverhältnis des elektrooptischen Ansprechens mindestenes 5/1 zum Zeitpunkt des Treibens war, wurde als der Treibetemperaturbereich bestimmt.
Die Viskosität wurde bei 25ºC mittels des Dreieckwellen- Verfahrens gemessen.
Die Ergebnisse der Messungen der jeweiligen Punkte sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Zusammensetzung Nr. Zick-Zack-Fehler Gleichförmigkeit in der Ebene (%) Kontrastverhältnis Speicherrückhalteverhältnis (%) Treibetemperaturbereich (ºC) Viskosität (mPa.s, 25ºC) herkömmlicher Flüssigkristall* nicht gefunden gefunden Anmerkung: * gemischter Flüssigkristall des Phenylpyrimidin-Typus
Es ist zu beachten, daß die Viskosität der Flüssigkristall Zusammensetzung (Zusammensetzung 9) von Vergleichsbeispiel 2 niedrig ist. Dies ist deshalb, da der Treibetemperaturbereich eng ist, und die Meßtemperatur von 25ºC ist nahe der Temperatur, die die smektische Phase zeigt, die Viskosität ist niedrig. Vom praktischen Standpunkt her ist der Treibetemperaturbereich vorzugsweise mindestens von 10 bis 40ºC und die Viskosität bei 25ºC von 400 bis 500 mPa.s.
Jede der Zusammensetzungen der Beispiele 1, 2, 4, 6 und 7 erfüllt diese Anforderungen.
Aus den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß die Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung den Vergleichs-Flüssigkristall-Zusammensetzungen sowohl im Kontrastverhältnis, dem Speicherrückhalteverhältnis als auch dem Treibetemperaturbereich überlegen ist.

Beispiel 9

Im vorliegenden Beispiel wurde bestimmt, ob die Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung tatsächlich die Bücherbrett-Struktur hatte oder nicht.
Allgemein wird der Schichtabstand in der Schichtstruktur eines ferroelektrischen Flüssigkristalls in Å, typischerweise in dreißig Å, angegeben, und daher kann die Struktur mittels eines herkömmlichen Röntgendiffraktometer bestätigt werden. Da ein Röntgenpeak, der dem Schichtabstand entspricht, durch die Transmissions-Röntgenbeugung erhalten wird, wird in der in Fig. 1 gezeigten Bücherbrett-Struktur ein Peak nur dann erhalten, wenn ein Röntgenstrahl unter einem Winkel einfällt, der dem Bragg schen Winkel (2dsinθ=nλ) entspricht. Daher wird im Fall der Bücherbrett-Struktur ein einzelner Peak erhalten.
Tm Gegensatz dazu werden im Falle der in Fig. 2 gezeigten Chevron-Struktur Peaks bei Bragg'schen Winkeln erhalten, die sowohl "/" als auch "\" in der Schicht entsprechen, die in der < -geformten Form gebogen ist; d.h. Doppelpeaks werden beobachtet.
Es ist zu beachten, daß Doppelpeaks in herkömmlichen Flüssigkristallen beobachtet werden, wie in Yukio Ouchi et al., Japanese Journal of Applied Physics, 27, 11, L1993 L1995 gezeigt. (Ein Beispiel, das in dieser Referenzliteratur gelehrt wird, ist in Fig. 3 gezeigt.)
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird in der Flüssigkristall-Zusammensetzung (Zusammensetzung 1) der vorliegenden Erfindung ein einzelner Peak im Röntgenbeugungsmuster erhalten, und dementsprechend ist bestätigt, daß die Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung die Bücherbrett- Struktur aufweist.
Es ist zu beachten, daß in den Fig. 3 und 4 α den Drehungs-Winkel der Flüssigkristallzelle zur Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung angibt, welcher dem Neigungswinkel der Flüssigkristallschicht zum Substrat entspricht.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Flüssigkristall-Zusammensetzung gebildet, indem eine vorbestimmte Menge eines ferroelektrischen Flüssigkristalls, der eine spezifische Struktur besitzt, herkömmlichen Flüssigkristallen zugegeben wird, so daß die Flüssigkristall-Zusammensetzung die Bücherbrett-Struktur aufweist. Dementsprechend ist in der Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung die Viskosität sogar in einem Bereich niedriger Temperatur relativ niedrig, und ein Treiben ist in diesem Niedrigtemperaturbereich möglich. Ferner besitzt die Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung eine sehr gute Orientierungsgleichförmigkeit als der Flüssigkristall und besitzt ferner eine gute Speicherstabilität.
Die Erfinder verwendeten eine Flüssigkristall-Molekularorientierung unter Verwendung eines Gemisches eines ferroelektrischen Flüssigkristalls des Naphthalinsystems:
welcher ein hohes Ausmaß an Flachheit in der Kernstruktur des Flüssigkristallmoleküls zeigte, und erhielten eine von Zick- Zack-Fehlern freie Ausrichtung mit einer geschliffenen Polyvinylalkoholzelle mit einem 2 um-Spalt. Die Erfinder verwendeten auch eine Flüssigkristall-Molekülorientierung unter Verwendung eines Gemisches von ferroelektrischen Flüssigkristallen des Naphthalinsystems und des Phenylpyrimidinsystems und erhielten eine von Zick-Zack-Fehlern freie Ausrichtung mit dem gleichen Zellentypus.
Die Erfinder untersuchten die Temperaturabhängigkeit der Struktur der smektischen Schicht dieser Zellen mittels des Röntgenbeugungsexperimentes, und die Ergebnisse sind in den Figuren 5 und 6 gezeigt. Diese Ergebnisse sind von den früher berichteten Ergebnissen über Röntgenbeugungsexperimente gänzlich verschieden (T. P. Rieker, N. A. Clark, G. S. Smith, D. S. Parmer, E. B. Sirota und C. R. Safinya, Phys. Rev. Lett. 59 2658 (1987)).
Figur 5 zeigt eine Chevron-Struktur, aber anders als die gewöhnlichen smektischen Flüssigkristalle nimmt der Schicht- Tiltwinkel nahe der SA zu SC*-Übergangstemperatur zu und nimmt dann mit einem Abnehmen der Temperatur ab. Diese Temperaturabhängigkeit des Schicht-Tiltwinkels stimmt mit der Temperaturabhängigkeit des in Figur 7 gezeigten Molekular-Tiltwinkels nicht überein, und dieser Mangel an Übereinstimmung legt nahe, daß die Wechselwirkung zwischen dem Flüssigkristallmolekül des Naphthalinsystems und der Substratoberfläche stark genug ist, um das Flüssigkristallmolekül nahe dem Substrat mit einem sehr geringen Vortilt zu verankern. Dieses stark verankerte Flüssigkristallmolekül könnte den Schichttilt der Chevron-Struktur möglicherweise verringern, um eine Bücherbrett-Struktur zu bilden.
Eine weitere Möglichkeit ist insofern vorhanden, als die Molekularachsen des Flüssigkristalls des Naphthalinsystems nicht geradlinig sind, was die molekulare Drehung des Flüssigkristalls des Naphthalinsystems von der herkömmlichen molekularen Drehung von Flüssigkristallen verschieden macht. Auch diese Drehungsdifferenz könnte eine Bücherbrett-Struktur induzieren.
Figur 6 zeigt eine Bücherbrett-Struktur. Wie in der Fig. gezeigt ist, ist die smektische Schicht beinahe senkrecht auf die Substrate. Diese Schichtstrukturen machten es möglich, die Beziehung zwischen den elektrooptischen Eigenschaften und der Struktur der smektischen Schicht zu klären. Figur 8 zeigt, daß die optische Schaltungszeit proportional zur Stärke des angelegten elektrischen Feldes in dem Bereich ist, wo der Tiltwinkel der smektischen Schicht klein ist. Wenn der Schichttilt groß ist, d.h. eine Chevron-Struktur, ist die optische Schaltzeit der angelegten Spannung nicht proportional. Daher gibt ein Vergleich der Figuren 7 und 8 an, daß die erhaltene Bücherbrett-Struktur beinahe jener des Clark und Lagerwall'schen Modells identisch ist.
Der Bistabilität des SSFLCD ist ebenso offensichtlich auf die Schichtstruktur bezogen, wie in Figur 9 gezeigt. In Figur 9 bedeutet "Speicherstabilität" das Verhältnis zwischen der Lichtdurchlässigkeit 0,5 Sekunden nach Entfernen der Treibespannung und der Durchlässigkeit, wenn die Treibespannung angelegt ist. Figur 9 zeigt, daß ein kleinerer Tiltwinkel eine stabilere Speicherwirkung erzeugt.
Im Verlauf dieser Untersuchungen haben die Erfinder geklärt, daß die Bücherbrett-Struktur überlegene optische Schalt- und Speichereigenschaften besitzt, und haben ferner geklärt, daß das Material des Naphthalinsystems eine Bücherbrettschichtstruktur mit einer geschliffenen Polymerfilmzelle ergibt.
Im Jahre 1980 berichteten Clark und Lagerwal von einigen Vorteilen der oberflächenstabilisierten ferroelektrischen Flüssigkristallzellen mit dem Bücherbrett-Strukturmodell der smektischen Schicht und seit diesem Zeitpunkt ist viel Forschung durchgeführt worden. Nichtsdestoweniger ist die Bücherbrett- Struktur, die von Clark und Lagerwal mit geschliffenen Polymerzellen vorgeschlagen wurde, nie berichtet worden, und das Material des Naphthalinsystems ist der erste ferroelektrische Flüssigkristall, der die Bücherbrett-Struktur mit geschliffenen Polymerzellen realisiert.
Auf Grund der Verwirklichung einer Bücherbrett-Struktur und einer Chevron-Struktur mit geringem Tilt durch Flüssigkristalle des Naphthalinsystems erzielten die Erfinder die folgenden vier effektiven Punkte.
(1) Es kann eine Untersuchung der detailliierten Beziehung zwischen der Struktur der smektischen Schicht und den elektrooptischen Eigenschaften vorgenommen werden.
(2) Es kann auch eine Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der Bücherbrett-Schichtstruktur vorgenommen werden.
(3) Die von Zick-Zack-Fehlern freie Ausrichtung der SC*- Flüssigkristallzellen kann eine Schwarz- und Weißanzeige mit hohem Kontrast vorsehen.
(4) Es wird eine smektische Schicht mit Bücherbrett- Struktur mit einer geschliffenen Polymerzelle erhalten, und diese ist für eine Massenproduktion geeignet.

Claims

1. Flüssigkristall-Zusammensetzung, enthaltend:

(I) zu 5 bis 60 Gew.-% mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die allgemeine Formel (I)

steht, in der R&sub1; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen steht und R&sub2; für eine Alkylgruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht, welche mit einer Alkoxygruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen substituiert sein können,

(II) zu 5 bis 60 Gew.-% mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die allgemeine Formel (II)

steht, in der R&sub3; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen steht und R&sub4; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht,

(III) zu 5 bis 60 Gew.-% mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die allgemeine Formel (III)

steht, in der R&sub5; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen steht und R&sub6; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht, und

(IV) zu 5 bis 70 Gew.-% mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die folgenden Formeln (IV-1) bis (IV-5)

stehen, in denen R&sub8; und R&sub9; für eine Alkylgruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen stehen und R&sub7; für eine Alkylgruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht, mit der Maßgabe, daß das an das asymmetrische Kohlenstoffatom gebundene Element ein Halogenatom einschließt.

2. Flüssigkristall-Zusammensetzung, wie in Anspruch 1 ausgeführt, welche ferner (V) zu 5 bis 40 Gew.-% mindestens einen Bestandteil enthält, der aus der Gruppe bestehend aus Verbindungen ausgewählt ist, für die die folgenden Formeln (V-1) und (V-2)

stehen, in denen R&sub1;&sub0; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen steht und R&sub1;&sub1; für eine Alkylgruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht, zusätzlich zu den Verbindungen (I) bis (IV).

3. Flüssigkristall-Zusammensetzung, wie in Anspruch 1 ausgeführt, in der der Gehalt an der Verbindung der Gruppe (I) 10 bis 50 Gew.-% ist.

4. Flüssigkristall-Zusammensetzung, wie in Anspruch 1 ausgeführt, in der der Gehalt an der Verbindung der Gruppe (II) 10 bis 30 Gew.-% ist.

5. Flüssigkristall-Zusammensetzung, wie in Anspruch 1 ausgeführt, in der der Gehalt an der Verbindung der Gruppe (III) 5 bis 30 Gew.-% ist.

6. Flüssigkristall-Zusammensetzung, wie in Anspruch 1 ausgeführt, in der der Gehalt an der Verbindung der Gruppe (IV) 10 bis 60 Gew.-% ist.

7. Flüssigkristall-Zusammensetzung, wie in Anspruch 1 ausgeführt, in der der Gehalt an der Verbindung der Gruppe (I) 10 bis 50 Gew.-%, der Gehalt an der Verbindung der Gruppe (II) 10 bis 30 Gew.-%, der Gehalt an der Verbindung der Gruppe (III) 5 bis 30 Gew.-% und der Gehalt an der Verbindung der Gruppe (IV) 10 bis 60 Gew.-% ist.

8. Flüssigkristall-Zusammensetzung, wie in Anspruch 2 ausgeführt, in der der Gehalt an der Verbindung der Gruppe (V) 20 bis 40 Gew.-% ist.

9. Flüssigkristall-Zusammensetzung, wie in Anspruch 2 ausgeführt, in der der Gehalt der Verbindung der Gruppe (I) 10 bis 50 Gew.-%, der Gehalt an der Verbindung der Gruppe (II) 10 bis 30 Gew.-%, der Gehalt an der Verbindung der Gruppe (III) 5 bis 30 Gew.-%, der Gehalt an der Verbindung der Gruppe (IV) 10 bis 60 Gew.-% und der Gehalt an der Verbindung der Gruppe (V) 20 bis 40 Gew.-% ist.

10. Ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit: einer Flüssigkristalltafel mit:

einem ersten transparenten Substrat;

einem zweiten transparenten Substrat, welches im wesentlichen parallel zum ersten transparenten Substrat ist;

ersten Transparentelektrodenmitteln, die auf der Innenoberfläche des ersten transparenten Substrates gebildet sind;

zweiten Transparentelektrodenmitteln, die auf der Innenoberfläche des zweiten transparenten Substrates gebildet sind;

einem Abstandhalter zwischen dem ersten und dem zweiten transparenten Substrat, welches erste und zweite transparente Substrat und welcher Abstandhalter einen umschlossenen Raum bilden, welche erste und zweite transparente Elektrode jeweils eine Innenoberfläche besitzen, die dem umschlossenen Raum zugewandt ist;

ersten Flüssigkristall-Orientierungsmitteln, die auf der Innenoberfläche des ersten transparenten Substrates gebildet sind;

zweiten Flüssigkristall-Orientierungsmitteln, die auf der Innenoberfläche des zweiten transparenten Substrates gebildet sind;

einem ferroelektrischen Flüssigkristall, der eine spontane Polarisierung aufweist und eine Bücherbrett-Struktur der smektischen C-Schicht bildet, mit dem der umschlossene Raum beschickt ist; und

Mitteln, um den Flüssigkristall an ausgewählten Abschnitten der Tafel dazu zu bringen, eine Polarisierung der Flüssigkristallmoleküle anzunehmen, die in einer Richtung orientiert sind, und um den Flüssigkristall an einem anderen Abschnitt der Tafel dazu zu bringen, eine Polarisierung der Flüssigkristallmoleküle anzunehmen, die in einer Richtung orientiert sind, und um den Flüssigkristall an anderen Abschnitten der Tafel dazu zu bringen, eine Polarisierung der Flüssigkristalle anzunehmen, die in einer umgekehrten Richtung dazu orientiert sind, mit Mitteln zum Anlegen eines elektrischen Feldes mit Impulswellenform, alternierend zu der positiven und negativen Seite durch Anlegen einer impulswellenförmigen elektrischen Spannung über die erste und die zweite Elektrode, worin der ferroelektrische Flüssigkristall eine chirale smektische C- Flüssigkristall-Zusammensetzung ist, die enthält:

(II) zu 5 bis 60 Gew.-% inindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die allgemeine Formel (II)

(IV) zu 5 bis 70 Gew.-% mindesten einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Verbindungen besteht, für die die folgenden Formeln (IV-1) bis (IV-5)

11. Ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, wie in Anspruch 10 ausgeführt, welche ferner (V) zu 5 bis 40 Gew.-% mindestens einen Bestandteil enthält, der aus der Gruppe bestehend aus Verbindungen ausgewählt ist, für die die folgenden Formeln (V-1) und (V-2)

stehen, in denen R&sub1;&sub0; für eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 6 bis 16 Kohlenstoffatomen steht und R&sub1;&sub1; für eine Alkylgruppe mit mindestens einem asymmetrischen Kohlenstoffatom und mit 4 bis 13 Kohlenstoffatomen steht,

zusätzlich zu den Verbindungen (I) bis (IV).

12. Ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, wie in Anspruch 10 oder 11 ausgeführt, in der die Bücherbrett-Struktur der smektischen C-Schicht senkrecht auf das erste und das zweite Substrat steht.

13. Ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, wie in Anspruch 10 oder 11 ausgeführt, in der

die ersten und zweiten Flüssigkristall-Orientierungsmittel einen Polymerfilm umfassen, der einer Schleifbehandlung unterzogen ist.

14. Ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, wie in Anspruch 13 ausgeführt, in der der Polymerfilm Polyvinylalkohol (PVA), Polyimid oder Polyamid ist.