DE69232177T2

DE69232177T2 - Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69232177T2
Application number: DE69232177T
Authority: DE
Inventors: Masanobu Asaoka; Yukio Hanyu; Yoshio Hotta; Yasuto Kodera; Makoto Kojima; Tadashi Mihara; Katsutoshi Nakamura; Kenji Onuma; Hideaki Takao; Osamu Taniguchi; Takatsugu Wada
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-12-10
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2012-12-11
Also published as: US5764327A; ATE208054T1; DE69232177D1; EP0703483A1; DE69232178D1; JPH05273537A; US5381256A; EP0703483B1; EP0550846A1; ATE190734T1; ATE208055T1; DE69230786T2; EP0703484B1; JP3100014B2; EP0703484A1; DE69230786D1; DE69232178T2; EP0550846B1; US5835248A

Description

FACHGEBIET DER ERFINDUNG UND VERWANDTER STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung und insbesondere eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die eine Zellenstruktur mit einem verbesserten Ansteuerungsverhalten hat, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Eine Anzeigevorrichtung der Art, durch die die Lichtdurchlässigkeit in Verbindung mit einer Polarisationsvorrichtung unter Ausnutzung der Brechungsindex-Anisotropie von ferroelektrischen Flüssigkristallmolekülen gesteuert wird, ist von Clark und Lagerwall vorgeschlagen worden (US-Patentschrift Nr. 4 367 924 usw.). Der ferroelektrische Flüssigkristall hat im allgemeinen eine chirale smektische C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) mit einer nicht schraubenförmigen Struktur und zeigt in diesem Zustand die Eigenschaft, dass er als Reaktion auf ein elektrisches Feld, das auf den Flüssigkristall einwirkt, entweder einen ersten optisch stabilen Zustand oder einen zweiten optisch stabilen Zustand annimmt und so einen Zustand in Abwesenheit eines elektrischen Feldes beibehält, wobei diese Eigenschaft als Bistabilität bezeichnet wird, und der ferroelektrische Flüssigkristall hat auch eine hohe Ansprechgeschwindigkeit auf eine Änderung des elektrischen Feldes. Daher wird erwartet, dass er bei einer schnell arbeitenden Speicher-Anzeigevorrichtung verwendet wird und insbesondere eine Anzeige mit großer Fläche und hoher Auflösung liefert.
Damit eine optische Modulationsvorrichtung, bei der ein Flüssigkristall mit so einer Bistabilität verwendet wird, ein erwünschtes Ansteuerungsverhalten zeigt, ist es erforderlich, dass sich der zwischen einem Paar Substraten angeordnete Flüssigkristall in einem derartigen Molekülausrichtungszustand befindet, dass eine Umwandlung zwischen den zwei vorstehend erwähnten stabilen Zuständen unabhängig von der Einwirkung eines elektrischen Feldes wirksam eintreten kann.
Ferner ist bei einer Flüssigkristallvorrichtung, bei der die Doppelbrechung eines Flüssigkristalls ausgenutzt wird, der Durchlässigkeitsgrad unter im rechten Winkel gekreuzten Nicols durch die folgende Gleichung gegeben:
I/I&sub0;= sin²4θ·sin²(Δnd/λ)π,
worin I&sub0;: Intensität des einfallenden Lichts,
I: Intensität des durchgelassenen Lichts,
θ: Kippungswinkel
Δn: Brechungsindex-Anisotropie,
d: Dicke der Flüssigkristallschicht,
λ: Wellenlänge des einfallenden Lichts.
Der Kippungswinkel θ bei der vorstehend erwähnten nicht schraubenförmigen Struktur ist als die Hälfte des Winkels zwischen den durchschnittlichen Molekülachsenrichtungen der Flüssigkristallmoleküle in einer verdrillten Ausrichtung in einem ersten Ausrichtungszustand und einem zweiten Ausrichtungszustand definiert. Entsprechend der vorstehenden Gleichung wird gezeigt, dass ein Kippungswinkel θ von 22,5 Grad einen maximalen Durchlässigkeitsgrad liefert, und der Kippungswinkel sollte bei einer nicht schraubenförmigen Struktur zum Verwirklichen von Eistabilität zweckmäßigerweise so nahe wie möglich bei 22,5 Grad liegen.
Ein Verfahren zum Ausrichten eines ferroelektrischen Flüssigkristalls sollte geeigneterweise derart sein, dass Molekülschichten, die jeweils aus einer Vielzahl von Molekülen eines smektischen Flüssigkristalls bestehen, uniaxial entlang ihren Normalen ausgerichtet werden, und es ist erwünscht, dass so ein Ausrichtungszustand durch eine Reibungsbehandlung bewirkt wird, die nur einen einfachen Fertigungsschritt erfordert. Ein Ausrichtungsverfahren für einen ferroelektrischen Flüssigkristall, insbesondere einen chiralen smektischen Flüssigkristall in einer nicht schraubenförmigen Struktur, ist beispielsweise aus der US-Patentschrift Nr. 4 561 726 bekannt.
Es ist jedoch das Problem gefunden worden, dass im Fall der lange dauernden kontinuierlichen Ansteuerung so einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung mit einer Zellenstruktur die Dicke entlang einer Zellenseite nach und nach zunimmt, so dass ein blassgelber Farbton (nachstehend als "Gelbtönung" bezeichnet) gezeigt wird.
Wenn an einer Seite einer Anzeigezelle so eine Gelbtönung auftritt, wird die Anzeigebildqualität beeinträchtigt. Das Auftreten einer Gelbtönung ist nicht auf eine einfarbige Bildanzeige beschränkt, sondern verursacht auch bei einer Farbanzeige eine Abweichung vom Farbgleichgewicht, so dass eine Bildanzeige mit hoher Qualität verhindert wird.
So eine Anzeigevorrichtung ist übrigens zur Multiplexansteuerung eines chiralen smektischen Flüssigkristalls mit einer Elektrodermnatrix versehen, die Abtastelektroden und Datenelektroden umfasst, wobei die Abtastelektrodan sequenziell mit einem Abtastsignal angesteuert werden und die Datenelektroden im Gleichlauf mit dem Abtastsignal mit Datensignalen angesteuert werden.
Ferner ist gemäß unseren Versuchen gefunden worden, dass ein Kippungswinkel θ (ein Winkel, der in der nachstehend beschriebenen Fig. 6 gezeigt ist) bei einem ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer nicht schraubenförmigen Struktur, der durch Ausrichten mit einer herkömmlichen Ausrichtungssteuerungsschicht erhalten wird, im Vergleich zu einem Kippungswinkel Θ (der Winkel Θ ist die Hälfte des Winkels an der Spitze des Kegels, der in der nachstehend beschriebenen Fig. 5 gezeigt ist) bei dem ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer schraubenförmigen Struktur kleiner geworden ist. Im einzelnen wurde gefunden, dass der Kippungswinkel θ bei einem ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer nicht schraubenförmigen Struktur, dar durch Ausrichten mit herkömmlichen Ausrichtungssteuerungsschichten erhalten wird, im allgemeinen in der Größenordnung von 3 bis 8 Grad lag und dass der Durchlässigkeitsgrad in diesem Fall höchstens etwa 3 bis 5% betrug.
Somit sollte der Kippungswinkel bei einem ferroelektrischen Flüssigkristall mit nicht schraubenförmiger Struktur, bei dem Bistabilität verwirklicht ist, gemäß Clark und Lagerwall denselben Wert haben wie der Kippungswinkel bei dem ferroelektrischen Flüssigkristall mit schraubenförmiger Struktur, jedoch ist tatsächlich der Kippungswinkel θ bei einer nicht schraubenförmigen Struktur kleiner als der Kippungswinkel Θ bei einer schraubenförmigen Struktur. Im einzelnen ist gefunden worden, dass der Kippungswinkel θ bei einer nicht schraubenförmigen Struktur wegen einer verdrillten Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen in der nicht schraubenförmigen Struktur kleiner wird als der Kippungswinkel Θ. Somit sind Flüssigkristallmoleküle bei einem ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer nicht schraubenförmigen Struktur mit einer kontinuierlichen Verdrillung von einer Molekülachse, die einem oberen Substrat benachbart ist, bis zu einer Molekülachse, die einem unteren Substrat benachbart ist, in einem bestimmten Verdrillungswinkel ausgerichtet. Dies führt zu der Erscheinung, dass der Kippungswinkel θ bei der nicht schraubenförmigen Struktur kleiner ist als der Kippungswinkel Θ bei der schraubenförmigen Struktur.
Übrigens ist auch eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung vorgeschlagen worden, bei der zur Veränderung eines Ausrichtungszustandes ein elektrisches Wechselfeld einwirken gelassen wird [Japanische Offengelegte Patentanmeldung (JP-A) 62- 161123]. Durch die Einwirkung des Wechselfeldes kann der Kippungswinkel θ bei der nicht schraubenförmigen Struktur vergrößert werden, und die Ausrichtung von C-Direktoren zwischen den Substraten kann von einer verdrillten Ausrichtung zu einer parallelen Ausrichtung (gleichmäßigen Ausrichtung) mit fast identischen C-Direktoren verändert werden. Als Ergebnis kann der Durchlässigkeitsgrad im dunklen Zustand unter gekreuzten Nicols vermindert werden, so dass ein höherer Kontrast erzielt wird.
Zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Ausrichtung, der Haltbarkeit des Flüssigkristallelements und des Kontrastes zwischen einem dunklen Zustand und einem hellen Zustand ist in JP- 890168958 und US-5076671 eine bestimmte Beziehung zwischen der Schichtdicke einer Orientierungssteusrungsschicht und der mittleren Oberflächenrauheit einer darunterliegenden Schicht offenbart. In US-5076671 ist eine Flüssigkristallvorrichtung beschrieben, bei der die mittlere Oberflächenrauheit der Grundschicht 0 bis 100 Å beträgt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zunahme der Zellendicke bei einer Flüssigkristallzelle, bei der ein ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet wird, zu minimieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Auftreten der Gelbtönung durch Reiben der Oberfläche einer Isolationsschicht zu verhindern oder zu verzögern.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Flüssigkristallbewegung in einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung zu unterdrücken, so dass die Gelbtönung, die auf eine Zunahme der Zellendicke oder auf das Auftreten eines leeren Raums zurückzuführen ist, verhindert wird.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bereitzustellen, bei der die Bewegung von Flüssigkristallmolekülen während einer lange dauernden Ansteuerung der Vorrichtung unterdrückt wird, so dass eine verbesserte Zuverlässigkeit des Anzeigeverhaltens wie z. B. ein hoher Kontrast und Freisein von Nachleuchten oder von Nach- bzw. Geisterbildern erzielt wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bereitzustellen, bei der eine örtliche Veränderung der Zellendicke während der Ansteuerung verhindert wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bereitzustellen, die bei der nicht schraubenförmigen Struktur eines chiralen smektischen Flüssigkristalls einen großen Kippungswinkel θ hat und eine Anzeige verwirklichen kann, die ein Bild mit einem hohen Kontrast zeigt, das frei von Nachleuchten ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine ferroslektrische Flüssigkristallvorrichtung mit einer verbesserten Vorrichtungsstruktur bereitzustellen, bei der der Spielraum für die Materialauswahl erweitert ist, so dass ein einfaches Herstellungsverfahren bei niedrigen Temperaturen, das eine gute Produktivität zeigt und einen weiteren Spielraum für die Auswahl anderer Materialien für z. B. Farbfilter hat, erlaubt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung mit einer Zelle, die ein Paar Substrate (1011a, 1011b), auf denen sich jeweils eine lichtdurchlässige Elektrode (1012a, 1012b) für die Ansteuerung eines Flüssigkristalls (1015) befindet und die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei jedes der Substrate (1011a, 1011b) ferner auf der lichtdurchlässigen Elektrode (1012a, 1012b) eine Ausrichtungssteuerungsschicht (1014a, 1014b), die einer Behandlung zur uniaxialen Ausrichtung unterzogen worden ist, hat, und einen ferroelektrischen Flüssigkristall (1015), der zwischen dem Paar einander gegenüberliegend angeordneten Substraten (1011a, 1011b) angeordnet ist, enthält, bereitgestellt, wobei die erwähnte Ausrichtungsschicht eine Dicke d von höchstens 10 nm (100 Å hat und auf einer unebenen Oberfläche gebildet ist, die Oberflächenunebenheiten hat, die einen mittleren Mittenabstand der Unebenheiten von höchstens 100 nm (1000 Å zeigen, wobei die erwähnten Oberflächenunebenheiten außerdem einen mittleren Höhenunterschied von 10 bis 50 in (100 bis 500 Å) zeigen.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei einer Betrachtung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen dar vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1A und iß sind erläuternde Zeichnungen zum Veranschaulichen der Zunahme der Zellendicke entlang einer Zellenseite im Verhältnis zu Flüssigkristall-Bewegungsrichtungen.
Fig. 2 ist eine erläuternde Zeichnung zum Veranschaulichen eines Ausrichtungszustandes, der bei einem im Rahmen der Erfindung verwendeten chiralen smektischen Flüssigkristall auftritt.
Fig. 3A und 3B sind erläuternde Zeichnungen zum Veranschaulichen von Veränderungen der Direktorausrichtung entsprechend verschiedenen Lagen zwischen den Substraten in der C1-Ausrichtung bzw. der C2-Ausrichtung.
Fig. 4 ist eine Draufsicht eines herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigegeräts in dem Fall, dass es lange angesteuert wird, um ein festgelegtes Muster anzuzeigen.
Fig. 5 ist eine perspektivische Zeichnung, die schematisch eine Ausrichtung eines chiralen smektischen Flüssigkristalls mit einer schraubenförmigen Struktur zeigt. Fig. 6 ist eine perspektivische Zeichnung, die schematisch einen Ausrichtungszustand eines chiralen smektischen Flüssigkristalls mit einer nicht schraubenförmigen Struktur zeigt.
Fig. 7, 9, 11, 13, 15 und 16 sind schematische Schnittzeichnungen von Bezugsbeispielen einer Flüssigkristallvorrichtung (Flüssigkristallzelle).
Fig. 8 ist eine schematische Zeichnung eines Grübchens, das in einem Bezugsbeispiel angewandt wird.
Fig. 10A bis 10E sind schematische Schnittzeichnungen zum Veranschaulichen eines Verfahrens zur Bildung einer Isolationsschicht gemäß einem Bezugsbeispiel.
Fig. 12A und 12B sind schematische Zeichnungen eines gebildeten Grübchens.
Fig. 14 ist eine schematische Draufsicht einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung gemäß einem anderen Bezugsbeispiel.
Fig. 17 und 18 sind mikroskopische Bilder, die Ausrichtungszustände zeigen, die durch Anwendung von Substraten, die gemäß einem Vergleichsbeispiel bzw. gemäß Beispiel 1 gebildet worden sind, erhalten werden.
Fig. 19 ist eine schematische Schnittzeichnung, die einen Ausrichtungszustand eines gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerichteten chiralen smektischen Flüssigkristalls zeigt.
Fig. 20 ist eine Veranschaulichung von C-Direktor-Ausrichtungen in einem gleichmäßigen Ausrichtungszustand.
Fig. 21 ist eine Veranschaulichung von C-Direktor-Ausrichtungen in einem schrägen Ausrichtungszustand.
Fig. 22A und 228 sind Draufsichten, die Kippungswinkel θ in einem gleichmäßigen Ausrichtungszustand bzw. in einem schrägen Ausrichtungszustand veranschaulichen.
Fig. 23 ist eine Schnittzeichnung, die eine Ladungsverteilung, die Richtung einer spontanen Polarisation PS und die Richtung eines umgekehrten elektrischen Feldes Vrev zeigt.
Fig. 24 ist eine schematische Draufsicht, die Änderungen des Kippungswinkels θ während und nach dem Einwirken eines elektrischen Feldes veranschaulicht.
Fig. 25 und 26 sind Diagramme, die das optische Ansprechverhalten gemäß einer herkömmlichen Vorrichtung bzw. gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Fig. 27A bis 27C sind Durchlässigkeitsgrad-Kurvendiagramme zum Veranschaulichen des Umschalt- und Speicherverhaltens gemäß Beispielen 1 und 2 und einem Vergleichsbeispiel.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Wir haben die Gelbtönung analysiert, die durch die Zunahme der Zellendicke an der Zellenseite verursacht wird.
Gemäß unserer Untersuchung ist erkannt worden, dass die Zunahme der Zellendicke an der Zellenseite durch eine Druckerhöhung verursacht wird, die ihrerseits durch eine auf die Ansteuerung zurückzuführende Bewegung von Flüssigkristallmolekülen in einer bestimmten Richtung verursacht wird. So eine Kraft, die die Bewegung von Flüssigkristallmolekülen verursacht, kann vermutlich einem elektrodynamischen Effekt zuzuschreiben sein, der durch eine Störung der Dipolmomente von Flüssigkristallmolekülen in einem wechselstromartigen elektrischen Feld (elektrischen Wechselfeld), das durch die Fortdauer von Steuerimpulsen hervorgerufen wird, verursacht wird. Ferner werden gemäß unseren Versuchen die Richtungen 22a und 22b der Flüssigkristallbewegung im Zusammenhang mit der Reibrichtung 20 und der Lage 21a oder 21b der durchschnittlichen Flüssigkristallmolekülachse, wie sie in Fig. 1A gezeigt ist, festgelegt. Da die Bewegungsrichtung von Flüssigkristallmolekülen mit der Reibrichtung zusammenhängt, wird angenommen, dass die vorstehend erwähnte Erscheinung von dem Vor-Kippungszustand an den Substratoberflächen abhängt. Unter Bezugnahme auf Fig. 1A und 1B bezeichnet die Bezugszahl 21a (oder 21b in einem umgekehrten Ausrichtungszustand) die Ausrichtung der durchschnittlichen Molekülachse (des Direktors). Wenn die Flüssigkristallmoleküle (hierin als Moleküle mit einer negativen spontanen Polarisation beschrieben) derart ausgerichtet sind, dass sie die durchschnittliche Molekülachse 21a ergeben, und auf diese Moleküle ein elektrisches Wechselfeld mit einer bestimmten Stärke einwirkt, das keine Umschaltung zu dem Ausrichtungszustand 21b verursacht, bewegen sich die Flüssigkristallmoleküle in dem Fall, dass die Substrate mit Reibachsen versehen sind, die parallel und in der gleichen Richtung 20 gerichtet sind, leicht in der Richtung eines Pfeils 22a. Diese Flüssigkristallbewegungserscheinung hängt vom Ausrichtungszustand in der Zelle ab. Im einzelnen tritt diese Erscheinung bei der C2-Ausrichtung kaum auf, wird jedoch bei der C1-Ausrichtung und bei der gleichmäßigen Ausrichtung, die nachstehend beschrieben werden, in beträchtlichem Maße beobachtet.
Die zwei Ausrichtungszustände C1 und C2 können durch einen Unterschied in der V-Struktur bzw. Sparrenstruktur von smektischen Schichten, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, erläutert werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 bezeichnet eine Bezugszahl 31 eine smektische Schicht, die Ferroelektrizität zeigt, bezeichnet 32 einen C1-Ausrichtungsbereich und bezeichnet 33 einen C2-Ausrichtungsbereich. Ein smektischer Flüssigkristall hat im allgemeinen eine Schichtstruktur und verursacht eine Schrumpfung des Schichtabstands, wenn er von einer SmA-Phase (smektischen A- Phase) in eine SmC-Phase (smektische C-Phase) oder eine SmC*- Phase (chirale smektische C-Phase) umgewandelt wird, was zu einer in Fig. 2 gezeigten Struktur (Sparrenstruktur) führt, die von einem Abknicken von Schichten zwischen dem oberen Substrat 11a und dem unteren Substrat 11b begleitet ist. Das Abknicken der Schichten 31 kann entsprechend der gezeigten C1- und C2- Ausrichtung in zwei Arten verursacht werden. Flüssigkristallmoleküle an den Substratoberflächen sind bekanntlich derart ausgerichtet, dass sie als Folge des Reibens in einer Richtung A einen bestimmten Winkel α (Vor-Kippungswinkel) derart bilden, dass ihre Köpfe (vorderen Enden) in der Reibrichtung von den Substratoberflächen 11a und 11b nach oben (oder weg) gerichtet sind. Die Ausrichtungszustände C1 und C2 sind einander wegen der Vor-Kippung in bezug auf ihre elastische Energie nicht gleichwertig, und bei einer bestimmten Temperatur oder beim Einwirken einer mechanischen Spannung kann ein Übergang zwischen diesen Zuständen verursacht werden. Wenn die in Fig. 2 gezeigte Schichtstruktur in Draufsicht betrachtet wird wie in dem oberen Teil von Fig. 2 gezeigt, sieht eine Grenze 34 des Übergangs von der C1-Ausrichtung (32) zu der C2-Ausrichtung (33) in der Reibrichtung A wie ein Zickzackblitz aus und wird als Blitzdefekt bezeichnet, und eine Grenze 35 des Übergangs von der C2-Ausrichtung (33) zu der C1-Ausrichtung (32) bildet eine breite und mäßige Kurve und wird als Haarnadeldefekt bezeichnet.
Wenn ein FLC (= ferroelektrischer Flüssigkristall) zwischen einem Paar Substraten 11a und 11b angeordnet ist und in einen Ausrichtungszustand gebracht wird, der die folgende Beziehung erfüllt:
Θ < α + δ ... (1),
worin a einen Vor-Kippungswinkel des FLC bezeichnet, Θ einen Rippungswinkel (die Hälfte des Kegelwinkels) bezeichnet und δ einen Neigungswinkel der SmC*-Schicht bezeichnet, gibt es in dem C1-Ausrichtungszustand vier Zustände, die jeweils eine Sparrenstruktur haben. Diese vier C1-Ausrichtungszustände unterscheiden sich von dem bekannten C1-Ausrichtungszustand. Ferner bilden zwei der vier C1-Ausrichtungszustände bistabile Zustände (gleichmäßige Ausrichtung). Hierbei werden von den vier C1-Ausrichtungszuständen zwei Zustände, die in Abwesenheit eines elektrischen Feldes dazwischen einen scheinbaren Kippungswinkel θa ergeben, der die folgende Beziehung erfüllt:
Θ > θa > Θ/2... (2),
zusammen als gleichmäßiger Zustand bezeichnet.
Im Hinblick auf optische Eigenschaften der Direktoren wird angenomten, dass die Direktoren im gleichmäßigen Zustand nicht zwischen den Substraten verdrillt sind. Fig. 3A ist eine schematische Zeichnung, die Lagen von Direktoren zwischen den Substraten in den jeweiligen Zuständen in der C1-Ausrichtung veranschaulicht. Im einzelnen sind bei 51 bis 54 jeweils Veränderungen der Lagen von Direktoren zwischen den Substraten in Form von Projektionen der Direktoren auf Kegelgrundflächen, wie sie von jeder Grundfläche her gesehen werden, gezeigt. Bei 51 und 52 ist ein schräger Zustand gezeigt, und bei 53 und 54 ist eine Anordnung von Direktoren gezeigt, von der angenommen wird, dass sie einen gleichmäßigen Ausrichtungszustand wiedergibt. Wie aus Fig. 3A ersichtlich ist, unterscheidet sich die Moleküllage (Direktor) bei 53 und 54, die einen gleichmäßigen Zustand wiedergeben, von dar Moleküllage in dem schrägen Zustand entweder bei dem oberen Substrat oder bei dem unteren Substrat. Fig. 3B zeigt zwei Zustände in der C2-Ausrichtung, zwischen denen an den Grenzen keine Umschaltung beobachtet wird, jedoch eine innere Umschaltung beobachtet wird. Der gleichmäßige Zustand in der C1-Ausrichtung ergibt einen größeren Kippungswinkel θa und somit eine höhere Leuchtkraft und einen höheren Kontrast als der herkömmlicherweise angewendete bistabile Zustand in der C2- Ausrichtung.
Bei einem ferroelektrischen Flüssigkristall mit einem gleichmäßigen Ausrichtungszustand, der auf der Bedingung "Θ > θa > Θ/2" basiert, tritt jedoch leicht das vorstehend erwähnte Problem der Gelbtönung auf, das auf die Flüssigkristallbewegung zurückzuführen ist.
Bei einer tatsächlichen Flüssigkristallzelle tritt die Flüssigkristallbewegung in der in Fig. 1A gezeigten Weise ein. Wenn beispielsweise die Flüssigkristallmoleküle in der gesamten Zelle in einem Zustand angeordnet sind, der eine durchschnittliche Molekülachsenrichtung 21a ergibt, bewegen sich die in der Zelle enthaltenen Flüssigkristallinoleküle unter Einwirkung eines Wechselfeldes leicht in der Richtung des Pfeils 22a, d. h. in der Figur von rechts nach links. Als Folge nimmt die Zellendicke in einem Bereich 23 nach und nach zu, so dass eine Gelbtönung gezeigt wird. Wenn die Flüssigkristallmoleküle in einem Zustand angeordnet sind, der eine durchschnittliche Molekülachse 21b ergibt, wird unter Einwirkung eines Wechselfeldes eine Flüssigkristallbewegung in der umgekehrten Richtung 22b bewirkt. In beiden Fällen wird die Flüssigkristallbewegung in einer Richtung bewirkt, die senkrecht zu der Reibrichtung verläuft, d. h. in der Richtung, in der sich die smektischen Schichten erstrecken.
Gemäß einem anderen unserer Versuche wird in dem Fall, dass eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle 60, die in einem Zellenbereich, der durch ein Dichtungsmittel 69 abgegrenzt ist, einen ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer nicht schraubenförmigen Struktur in einem Ausrichtungszustand mit einem großen Vor-Kippungswinkel enthält, durch ein Ansteuerelement, das eine Abtastelektroden-Ansteuerschaltung 62 und eine Datenelektroden-Ansteuerschaltung 64 umfasst, angesteuert wird, um kontinuierlich ein festgelegtes weißes (61) oder schwarzes (63) Muster einzuschreiben, wie in Fig. 4 gezeigt ist, bewirkt, dass sich Flüssigkristallmoleküle entsprechend den Moleküllagen für die Anzeige eines weißen Anzeigezustands (Bereich 61) bzw. eines schwarzen Anzeigezustands (Bereich 63) in verschiedenen Richtungen 8 und C parallel zu der Richtung, in der sich die chiralen smektischen SmC*-Schichten erstrecken, und senkrecht zu der Reibrichtung A bewegen. Als Folge wird an den Zielseiten der Flüssigkristallzuolekülbewegung bewirkt, dass die Flüssigkristallschicht eine erhöhte Dicke hat, während der Zellenzwischenraum vergrößert wird, so dass Bereiche 65 erzeugt werden, dis blassgelb gefärbt sind (Gelbtönung). An den in Bezug auf die Flüssigkristallmolekülbewegung entgegengesetzten Seiten werden leere Räume 67 gebildet, die keine Flüssigkristallmoleküle haben. Diese Erscheinungen werden am deutlichsten in der Nachbarschaft des Dichtungsmittels 69 hervorgerufen und breiten sich in Richtung auf die Innenseite der Zelle aus.
Wie vorstehend beschrieben wurde, haben wir gefunden, dass bei einer lange dauernden Ansteuerung eine Flüssigkristallbewegung in einer Richtung bewirkt wird, die eine geringe Veränderung der Zellendicke verursacht, was zu einer Gelbtönung oder Farbabweichung führt, die das Anzeigeverhalten beeinträchtigt.
Im einzelnen besteht die Neigung, dass die Zellendicke an der Zielseite in der Flüssigkristallbewegungsrichtung zunimmt, was zu einem gelblichen Farbton führt. An der entgegengesetzten Seite resultiert ein Zustand mit einer geringeren Flüssigkristallmenge, so dass eine ungeordnete Ausrichtung verursacht wird. Eine Flüssigkristallvorrichtung, die als Folge einer lange dauernden Ansteuerung diese Erscheinungen verursacht, zeigt folglich eine Ungleichmäßigkeit des Anzeigeverhaltens, das viel schlechter ist als im ursprünglichen Zustand, so dass die Vorrichtung von einem Problem in Bezug auf die Zuverlässigkeit begleitet ist.
Die vorstehend erwähnte Veränderung der Zellendicke verursacht weitere Schwierigkeiten, zu denen Veränderungen des Schwellenwertes der Ansteuerungsspannung und nachteilige Wirkungen auf die Haltbarkeit der Flüssigkristallvorrichtung bei einer lange dauernden Ansteuerung gehören.
Als Ergebnis weiterer Untersuchungen haben wir gefunden, dass die Flüssigkristallbewegung in Richtung einer Ebene wirksam unterdrückt wird, indem eine Ausrichtungssteuerungsschicht, die auf einer Elektrodenplatte gebildet wird, mit einer feinen ungleichmäßigen bzw. unebenen Oberflächenstruktur versehen wird, so dass das vorstehend erwähnte Problem der Zunahme der Zellendicke an einer Zellenseite gelöst werden kann.
Wir haben ferner auch gefunden, dass eine besondere ungleichmäßige bzw. unebene Struktur (oder Grübchen, Dellen bzw. Vertiefungen), mit der die Oberfläche der Ausrichtungssteuerungsschicht versehen wird, zu einer homogenen Ausrichtung mit einer beträchtlich unterdrückten Flüssigkristallbewegung führen kann. Mit anderen Worten, wir haben gefunden, dass das Verhalten eines Flüssigkristalls stark von den physikalischen Zuständen der Substratgrenze, d. h. von den Oberflächen der Ausrichtungssteuerungsschichten, abhängt und dass die Flüssigkristallbewegung durch eine zweckmäßige Größe der Ungleichmäßigkeiten bzw. Unebenheiten (nachstehend als Unebenheiten bezeichnet), mit denen die Oberflächen der Ausrichtungssteuerungsschichten versehen werden, beträchtlich unterdrückt wird.
Wie vorstehend erwähnt wurde, ist es wichtig, dass sich der Flüssigkristall, dar zwischen einem Paar Substraten angeordnet ist, in einem derartigen Ausrichtungszustand befindet, dass unabhängig von der Einwirkung eines elektrischen Feldes eine Umwandlung zwischen zwei stabilen Zuständen wirksam eintreten kann, d. h. in einem Zustand mit einer guten uniaxialen Ausrichtung befindet, damit eine optische Modulationsvorrichtung, bei der die Bistabilität ausgenutzt wird, ein erwünschtes Ansteuerungsverhalten zeigt.
Ferner ist es zum Verwirklichen eines Schaltelements mit einer hohen Leuchtdichte und einer hohen Geschwindigkeit notwendig, dass ein ferroelektrischer Flüssigkristall mit einer großen spontanen Polarisation verwendet wird. In dem Fall, dass eine dicke Ausrichtungsschicht und/oder eine hochohmige Isolationsschicht verwendet wird, kann jedoch eine große spontane Polarisation ein umgekehrtes elektrisches Feld verursachen, wodurch das Umschaltverhalten deutlich beeinträchtigt und in einigen Fällen sogar eine Störung beim Betrieb als Anzeigevorrichtung verursacht werden kann, weshalb Vorsicht geübt werden sollte.
Unsere Versuche haben auch gezeigt, dass eine zu starke Verminderung der Dicke der Ausrichtungssteuerungsschicht zum Zweck einer Verringerung des Einflusses des umgekehrten elektrischen Feldes die Homogenität der Ausrichtung des ferroelektrischen Flüssigkristalls beeinträchtigen kann, so dass in einigen Fällen eine Störung der Funktion als Anzeigevorrichtung verursacht wird.
Die vorstehend beschriebenen Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden gelöst, indem an der Oberfläche einer Isolationsschicht oder von Elektroden, die eine unterhalb einer Ausrichtungsschicht liegende Schicht bilden, und wahlweise auch an der Oberfläche einer Ausrichtungsschicht Unebenheiten erzeugt werden.
Im einzelnen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung an der Oberfläche einer Isolationsschicht oder von Elektroden und wahlweise auch an der Oberfläche einer Ausrichtungsschicht vorgeschriebene Unebenheiten erzeugt, um die Flüssigkristallbewegung zu verhindern oder einzuschränken, wodurch das Auftreten der Gelbtönung oder das Auftreten von leeren Räumen in einer Zelle, das auf eine Veränderung der Zellendicke zurückzuführen ist, verhindert oder eingeschränkt wird, so dass eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bereitgestellt wird, die einen hohen Kontrast und eine geringe Veränderung des Anzeigeverhaltens mit der Zeit zeigt.
Ferner können im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Unebenheiten bei der Isolationsschicht, bei den Elektroden oder wahlweise bei der Ausrichtungsschicht durch ein Verfahren erzeugt werden, das einfach und auch gut reproduzierbar ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können Unebenheiten erzeugt werden, indem eine Vorläuferschicht einer Ausrichtungsschicht einer Wärmebehandlung unterzogen wird, nachdem seit der Bildung der Vorläuferschicht eine vorgeschriebene Zeit vergangen ist, indem in eine Schicht, die eine Ausrichtungsschicht bildet, feine Teilchen eingebaut werden oder indem die feinen Teilchen durch Reiben entfernt werden, damit in der Ausrichtungsschicht Oberflächenunebenheiten erzeugt werden. Alternativ können Unebenheiten erzeugt werden, indem in eine Schicht, die eine Isolationsschicht bildet, feine Teilchen eingebaut werden und dann auf der Isolationsschicht eine Ausrichtungsschicht gebildet wird oder indem die Ausrichtungsschicht ferner gerieben wird, um die feinen Teilchen aus der Isolationsschicht zu entfernen, so dass an der Oberfläche der Isolationsschicht oder der Ausrichtungsschicht Unebenheiten erzeugt werden. Es ist auch möglich, dass Unebenheiten erzeugt werden, indem zuerst eine Ausrichtungsschicht gebildet wird und die Oberfläche der Ausrichtungsschicht dann mit feinen Teilchen bestrahlt bzw. abgeblasen wird oder die Ausrichtungsschicht mechanisch gestempelt bzw. geprägt wird, um Oberflächenunebenheiten zu bilden. Dies sind bevorzugte Ausführungsformen, die wie gewünscht zweckmäßig kombiniert werden können.
Die in dieser Weise erzeugten Unebenheiten können in Abhängigkeit von Faktoren wie z. B. dem verwendeten Flüssigkristallmaterial, dem Material der Ausrichtungsschicht, den Dicken der Ausrichtungsschicht und der Isolationsschicht, dem Zellenzwischenraum und den Bedingungen für die Ansteuerung der Flüssigkristallvorrichtung bis zu einem gewissen Grade variieren, können jedoch vorzugsweise wie folgt sein.
Die bei der Isolationsschicht oder bei den Elektroden erzeugten Unebenheiten können vorzugsweise eine Breite von 0,1 bis 20 um und einen Höhenunterschied (zwischen einem benachbarten Paar von Ausbuchtung und Vertiefung gebildet) von 100 bis 500 Å haben. In dem Fall, dass die Unebenheiten aus einzelnen Ausbuchtungen bzw. Vorsprüngen oder/und Vertiefungen bestehen, werden die Unebenheiten mit einem Mittenabstand von höchstens 1000 Å und vorzugsweise 100 bis 1000 Å erzeugt, und die Ausbuchtungen bzw. Vorsprünge oder Vertiefungen können vorzugsweise in einer Dichte von mindestens 2500/mm² erzeugt werden.
Wenn der bei der Isolationsschicht oder bei den Elektroden gebildete mittlere Höhenunterschied 500 Å überschreitet, besteht die Neigung, dass die Flüssigkristallausrichtung wegen einer zu großen Unebenheit ungeordnet ist, wobei dies jedoch von der Dicke der darauf gebildeten Ausrichtungsschicht abhängen kann. Wenn der mittlere Höhenunterschied andererseits unter 100 Å liegt, kann seine Wirkung durch eine darauf gebildete Ausrichtungsschicht in einigen Fällen ungenügend sein. Wenn der Mittenabstand der Unebenheiten unter 100 Å liegt, kann die Wirkung in einigen Fällen ungenügend sein. Wenn der Mittenabstand 1000 Å überschreitet, sind die Unebenheiten spärlich verteilt und kann ihre Wirkung in einigen Fällen ungenügend sein.
In dem Fall, dass in die Isolationsschicht feine Teilchen eingebaut werden, können die feinen Teilchen vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße (einen Durchmesser) D haben, der die Beziehung "D < 50 di" und vor allem "D < 2 di" und ferner vorzugsweise "D > di" erfüllt, worin "di" die Dicke der Isolationsschicht bezeichnet, die eine gewünschte Dicke sein kann, jedoch vorzugsweise etwa 30 lt bis 1 um und vor allem 40 bis 2000 Å betragen kann.
Der bei der Isolationsschicht erzeugte Unebenheitsgrad steht mit der Unebenheit der darauf gebildeten Ausrichtungsschicht in einem engen Zusammenhang und ist deshalb ein wichtiger Faktor, jedoch beeinflussen die an der Oberfläche der Ausrichtungsschicht erzeugten Unebenheiten das Betriebsverhalten unmittelbar und sind deshalb noch wichtiger.
Die an der Oberfläche der Ausrichtungsschicht erzeugten Unebenheiten können vorzugsweise einen Höhenunterschied von höchstens 500 Å, insbesondere von 20 bis 500 Å und vor allem von 20 bis 300 Å haben und können vorzugsweise mit einem Mittenabstand von höchstens 1000 Å und insbesondere von 100 bis 1000 Å und in einer Dichte von mindestens 10.000/mm² und insbesondere von 104 bis 2 · 10&sup7;/m² erzeugt werden. Die Unebenheiten können eine beliebige Gestalt haben, können jedoch vorzugsweise Vertiefungen in Form von Grübchen bzw. Dellen oder Ausbuchtungen bzw. Vorsprünge in Form von Punkten bzw. Flecken, Halbkugeln oder Kuppeln umfassen, weil diese Gestalten unter Verwendung von feinen Teilchen leicht erzeugt werden können. Desgleichen werden auch kreisförmige Vertiefungen oder Vorsprünge bevorzugt.
Die Dicke der Ausrichtungsschicht kann derart festgelegt werden, dass sie einen zweckmäßigen Grad der Funktion der Verhinderung oder Unterdrückung der Flüssigkristallbewegung zeigt, während sie eine ausreichende Ausrichtungswirkung zeigt, und sie beträgt höchstens 100 Å.
Die gebildeten Grübchen bzw. Dellen oder Vertiefungen können eine Tiefe Dd haben, die in Bezug auf die Dicke da der Ausrichtungsschicht die Beziehung "da < Dd < 100 da" erfüllt.
Die vorliegende Erfindung ist am wirksamsten, wenn sie auf eine Flüssigkristallvorrichtung angewendet wird, bei der ein ferroelektrischer Flüssigkristall und vor allem ein ferroelektrischer Flüssigkristall, der einen größeren Vor-Kippungswinkel von im einzelnen mindestens 5 Grad, insbesondere mindestens 10 Grad und vor allem mindestens 15 Grad zeigt, verwendet wird.
Die Wirkungsweise eines ferroelektrischen Flüssigkristalls wird unter Bezugnahme auf schematische perspektivische Zeichnungen von Flüssigkristallzellen, die in Fig. 5 und 6 gezeigt sind, erläutert.
Fig. 5 ist eine schematische Veranschaulichung einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle (Flüssigkristallvorrichtung) zur Erläuterung ihres Betriebs. Die Bezugszahlen 521a und 521b bezeichnen Substrate (Glasplatten), auf denen jeweils eine lichtdurchlässige Elektrode aus z. B. In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2; oder ITO (Indiumzinnoxid) usw. angeordnet ist. Ein Flüssigkristall in einer SmC*-Phase (chiralen smektischen C-Phase) oder einer SmH*-Phase (chiralen smektischen H-Phase), in dem Flüssigkristallmolekülschichten 522 senkrecht zu den Oberflächen der Glasplatten ausgerichtet sind, ist dazwischen angeordnet und hermetisch abgeschlossen. Ausgezogene Linie 523 zeigen Flüssigkristallmoleküle. Jedes Flüssigkristallmolekül 523 hat ein Dipolmoment (P1) 524 in einer zu seiner Achse senkrechten Richtung. Die Flüssigkristallmoleküle 523 bilden in der Richtung, in der sich die Substrate erstrecken, kontinuierlich eine schraubenförmige Struktur. Wenn zwischen den auf den Substraten 521a und 521b gebildeten Elektroden eine Spannung angelegt wird, die höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wird eine schraubenförmige Struktur des Flüssigkristallmoleküls 523 gelockert oder abgewickelt, wodurch die Richtung, in der die einzelnen Flüssigkristallmolekille 523 ausgerichtet sind, derart verändert wird, dass alle Dipolmomente (P ) 524 in die Richtung des elektrischen Feldes gerichtet werden. Die Flüssigkristallmoleküle 523 haben eine längliche Gestalt und zeigen Brechungsanisotropie zwischen ihrer langen und ihrer kurzen Achse. Es ist deshalb leicht zu verstehen, dass zum Beispiel dann, wenn auf der oberen und der unteren Oberfläche der Glasplatten Polarisatoren in der Art von gekreuzten Nicols, d. h. derart, dass sich ihre Polarisationsrichtungen kreuzen, angeordnet sind, die auf diese Weise angeordnete Flüssigkristallzelle als optische Flüssigkristall-Modulationsvorrichtung wirkt, deren optische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Polarität einer angelegten Spannung ändern.
Wenn die Flüssigkristallzelle ferner derart hergestellt wird, dass die Flüssigkristallschicht eine ausreichend geringe Dicke (z. B. 0,1 bis 3 Mikrometer) hat, ist die schraubenförmige Struktur der Flüssigkristallmoleküle sogar in Abwesenheit eines elektrischen Feldes abgewickelt, so dass eine nicht schraubenförmige Struktur bereitgestellt wird, wodurch das Dipolmoment einen von zwei Zuständen annimmt, d. h. einen Zustand Pa in einer Richtung 534a nach oben oder einen Zustand Pb in einer Richtung 534b nach unten, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, so dass ein bistabiler Zustand erhalten wird. Wenn auf eine Zelle mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften ein elektrisches Feld Ea oder Eb einwirken gelassen wird, das höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wobei sich Ea und Eb hinsichtlich ihrer Polarität unterscheiden, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, wird das Dipolmoment in Abhängigkeit von dem Vektor des elektrisches Faldes Ea oder Eb entweder in die Richtung 534a nach oben oder in die Richtung 534b nach unten ausgerichtet. Dementsprachand werden die Flüssigkristallmolaküle entweder in einem ersten stabilen Zustand 533a oder in einem zweiten stabilen Zustand 533b ausgerichtet.
Ein erster Vorteil, der durch die Verwendung so einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle erzielt wird, besteht darin, dass die Ansprachgaschwindigkeit sehr hoch ist, und ein zweiter Vorteil ist, dass die Ausrichtung des Flüssigkristalls Bistabilität zeigt. Der zweite Vorteil wird z. B. unter Bezugnahme auf Fig. 6 näher erläutert. Wenn das elektrische Feld Ea auf die Flüssigkristallmoleküla einwirkt, werden sie in den ersten stabilen Zustand 533a ausgerichtet. Dieser Zustand wird selbst dann in stabiler Weise beibehalten, wenn das elektrische Feld beseitigt wird. Andererseits werden die Flüssigkristallmoleküle in den zweiten stabilen Zustand 533b ausgerichtet, wodurch die Richtungen der Moleküle verändert werden, wenn das elektrische Feld Eb, dessen Richtung der Richtung des elektrischen Feldes Ea entgegengesetzt ist, auf die Moleküle einwirkt. Dieser Zustand wird gleichermaßen selbst dann beständig beibehalten, wenn das elektrische Feld beseitigt wird. Ferner befinden sich die Flüssigkristallmolaküla in den jeweiligen Ausrichtungszuständen, solange die Feldstärke des einwirkenden elektrischen Feldes Ea oder Eb einen bestimmten Schwellenwert nicht übarschreitet.
Nachstehend werden einige Ausführungsformen der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 11 ist eine schematische Schnittzeichnung eines Bezugsbeispiels der ferroalaktrischan Flüssigkristallvorrichtung (Zelle).
Unter Bezugnahme auf Fig. 11 enthält die Flüssigkristallzelle ein Substratpaar aus einem oberen Substrat 1211a und einem unteren Substrat 1211b, die parallel zueinander angeordnet sind und mit einer z. B. etwa 400 bis 3000 Å dicken lichtdurchlässigen Elektrode 1212a bzw. 1212b versehen sind. Auf den lichtdurchlässigen Elektroden 1212a und 1212b sind z. B. 100 bis 3000 Å dicke Isolationsschichten 1213a bzw. 1213b und Ausrichtungssteuerungsschichten 1214a bzw. 1214b gebildet. Hierbei kann jede Kombination der Hauelemente 1211a bis 1214a und der Bauelemente 1211b bis 1214b als Elektrodenplatte bezeichnet werden, wobei der Fall eingeschlossen ist, dass einige Bauelemente mit Ausnahme der Elektroden weggelassen sind. Zwischen einer oberen Elektrodenplatte 1210a, die das obere Substrat 1211a einschließt, und einer unteren Elektrodenplatte 1210b, die das untere Substrat 1211b einschließt, ist ein ferroelektrischer smektischar Flüssigkristall 1215 angeordnet, und zwar vorzugsweise in einer nicht schraubenförmigen Struktur, die mindestens zwei stabile Zustände bereitstellt.
Die Isolationsschichten 1213a und 1213b können eine anorganische Oxidschicht umfassen, die durch Nassauftrag und Wärmebehandlung gebildet wird, oder können eine durch Zerstäubung gebildete Schicht umfassen. Jede Isolationsschicht kann eine Laminatstruktur haben, die zwei oder mehr Schichten einschließt.
Die Ausrichtungssteuerungsschichten 1214a und 1214b können eine Dicke haben, die in dem vorstehend beschriebenen Bereich liegt, können jedoch vorzugsweise eine Dicke von 5 bis 10 nm (50 bis 100 Å) haben. Die Ausrichtungssteuerungsschichten können im allgemeinen ein Polymer umfassen, können jedoch zweckmäßigerweise eine Schicht umfassen, die einen großen Vor-Kippungswinkel liefert, z. B. eine Schicht aus einem fluorhaltigen Polyimid.
Mindestens eine der Ausrichtungssteuerungsschichten 1214a und 1214b und vorzugsweise beide sind mit Oberflächenunebenheiten versehen, die Vertiefungen (oder Vorsprünge) einschließen, die einen Durchmesser von 0,1 bis 10 um und vorzugsweise 0,3 bis 4 um und einen Höhenunterschied von 2 bis 30 ml und vorzugsweise 5 bis 15 nm haben und in einer Dichte von mindestens 10&sup4;/m² und vorzugsweise 1 · 10&sup5; bis 2 · 10&sup7;/mm² vorhanden sind. Wenn der Durchmesser weniger als 0,1 um beträgt, kann die erwünschte Wirkung der Unterdrückung der Flüssigkristallbewegung ungenügend sein, und wann der Durchmesser 10 um überschreitet, werden leicht Ausrichtungsfehler verursacht.
Die Gestalt der Unebenheiten (Punkte oder Grübchen bzw. Dellen) kann vorzugsweise im wesentlichen kreisförmig sein, wie vorstehend beschrieben wurde, jedoch können sie auch eine ovale oder unregelmäßige Gestalt haben. Im Fall einer nicht kreisförmigen Gestalt kann der vorstehend erwähnte Durchmesser von 0,1 bis 10 um derart festgelegt werden, dass er sich auf den kürzeren Durchmesser bezieht.
Wenn der Höhenunterschied des Unebenheitsmusters weniger als 20 Å beträgt, kann die erwünschte Wirkung der Unterdrückung der Flüssigkristallbewegung ungenügend sein, und wenn er 300 k überschreitet, können dadurch Ausrichtungsfehler verursacht werden.
Die Punkte oder Grübchen bzw. Dellen, die die Unebenheiten bilden, können vorzugsweise in einer Dichte von mindestens 104/mm² und vor allem von 1 · 10&sup5; bis 2 · 10&sup7;/mm² vorhanden sein, damit eine erwünschte Wirkung der Unterdrückung der Flüssigkristallbewegung erhalten wird. Ihre Gestalt kann auch kompliziert sein, und zwar derart, dass in einzelnen Punkten oder Grübchen bzw. Dellen feinere Punkte oder Grübchen bzw. Dellen enthalten sind. In dem Fall, dass die Punkte oder Grübchen bzw. Dellen, die die Unebenheiten bilden, in einer hohen Dichte und "auf den ersten Blick" kontinuierlich vorhanden sind, können der Durchmesser und der Höhenunterschied, die vorstehend erwähnt wurden, durch einzelne Vertiefungen (Grübchen bzw. Dellen) oder Vorsprünge (Punkte) erfüllt werden.
Wenn das Unebenheitsmuster auch in der Ausrichtungssteuerungsschicht gebildet wird, kann dies in verschiedener Weise, z. B. durch die folgenden Verfahren 1) bis 4), durchgeführt werden.
1) Eine Lösung für die Bereitstellung einer Ausrichtungssteuerungsschicht, die eine Lösungsmittelmischung aus einem Hauptlösungsmittel und einem Hilfslösungsmittel, das einen höheren Siedepunkt als das Hauptlösungsmittel hat, enthält, wird auf eine Elektrodenplatte aufgetragen und einer Wärmebehandlung unterzogen, um eine Ausrichtungssteuerungsschicht mit einem Unebenheitsmuster zu bilden.
In diesem Fall kann das Hauptlösungsmittel ein gutes Lösungsmittel sein, das ein gutes Auflösungsvermögen für das Harz, das die Ausrichtungssteuerungsschicht bildet, (oder für seinen Vorläufer) zeigt und einen Siedepunkt im Bereich von vorzugsweise 140 bis 210ºC hat, und es kann mindestens eine Art umfassen, die aus z. B. N-Methylpyrrolidon, n-Butylcellosolve, Dimethylacetamid, Dimethylformamid und Dimethylsulfoxid ausgewählt ist. Andererseits kann das Hilfslösungsmittel vorzugsweise ein Lösungsmittel sein, das einen Siedepunkt hat, der um 20 bis 40ºC höher liegt als der Siedepunkt des Hauptlösungsmittels und um 20 bis 40ºC unter der Wärmebehandlungstemperatur für die Bildung der Ausrichtungssteuerungsschicht (z. B. 200 bis 270ºC) liegt, und ein gutes Auflösungsvermögen für das Harz, das die Ausrichtungssteuerungsschicht bildet, und eine gute Mischbarkeit mit dem Hauptlösungsmittel zeigt. Das Hilfslösungsmittel kann vorzugsweise mindestens eine Art umfassen, die aus z. B. n-Butylcarbitol, n-Propylcarbitol und Cresol ausgewählt ist.
Das Hilfslösungsmittel kann vorzugsweise in einer Menge verwendet werden, die 10 bis 70 Masse% und vor allem 20 bis 60 Masse% des gesamten Lösungsmittels bildet. Das Harz, das die Ausrichtungssteuerungsschicht bildet, (oder sein Vorläufer) kann vorzugsweise in einer verhältnismäßig niedrigen Konzentration von z. B. 1 bis 10 Masse% und vor allem 2 bis 6 Masse% gelöst werden, damit eine gleichmäßig dünne Schicht erhalten wird.
Nachdem die so gebildete Lösung des Harzes, das die Ausrichtungssteuerungsschicht bildet, auf eine Elektrodenplatte aufgetragen worden ist, wird sie mindestens 30 min lang und vorzugsweise mindestens 60 min lang bei einer Temperatur um Raumtemperatur (z. B. 20 bis 30ºC) gealtert und dann einer Wärmebehandlung bei z. B. 200 bis 270ºC unterzogen, um eine Ausrichtungssteuerungsschicht zu bilden. Während der Wärmebehandlung oder während der Temperaturerhöhung für die Wärmebehandlung wird das gewünschte Unebenheitsmuster hauptsächlich durch Varflüchtigung des Hilfslösungsmittels gebildet.
Alternativ kann ein Unebenheitsmuster an der Oberfläche der Isolationsschicht gebildet werden, indem eine Lösung des Harzes, das die Isolationsschicht bildet, aufgetragen wird, wobei die Lösung mindestens zwei Lösungsmittel mit verschiedenen Siedepunkten enthält, die vorzugsweise ein Hauptlösungsmittel und ein schlechtes Lösungsmittel, das einen höheren Siedepunkt als das Hauptlösungsmittel hat, einschließen. Besondere Beispiele für das Hauptlösungsmittel können Toluol; mehrwertige Alkohole oder ihre Derivate wie z. B. Diethylcellosolve, Methylcellosolve, Diacetonalkohol, Methoxymethoxyethanol, Butylcellosolve, Diethylcarbitol, Dibutylcellosolve, Methylcarbitol, Ethylcarbitol, Dibutylcarbitol, Butylcarbitol, n-Butylacetat und Ethoxypropanol einschließen. Beispiele für das schlechte Lösungsmittel können n-Methylpyrrolidon und γ-Butyrolacton einschließen.
2) Eine Ausrichtungssteuerungsschicht wird einmal gebildet und dann durch Bestrahlen bzw. Abblasen mit feinen Teilchen mit einem Oberflächenunebenbeitsmuster versehen.
Die feinen Teilchen, die dafür verwendet werden, können vorzugsweise feine gleichmäßige Eisteilchen umfassen, die z. B. hergestellt werden, indem reines Wasser durch eine Sprühdüse zu feinen Teilchen versprüht wird und die Teilchen dann mit flüssigem Stickstoff rasch abgekühlt werden. Andere Beispiele für die feinen Teilchen können feine Teilchen mit einem gleichmäßigen Durchmesser aus anorganischen Oxiden wie z. B. Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Cerit und Zirkoniumdioxid einschließen. Die feinen Teilchen können vorzugsweise einen mittleren Durchmesser im Bereich von 5 bis 50 um haben.
3) Eine Ausrichtungssteuerungsschicht wird einmal gebildet und dann mit einem Oberflächenunebenheitsmuster versehen, indem sie zur Übertragung des Oberflächenunebenheitsmusters einer Prägeplatte gestempelt bzw. geprägt wird.
In diesem Fall kann der Höhenunterschied des Unebenheitsmusters durch Veränderung das Prägedruckes beliebig eingestellt werden. Die Unebenheiten können in verschiedenen Mustern erhalten werden, indem das Oberflächenunebenheitsmuster der Prägeplatte verändert wird.
4) Eine zur Bildung einer Ausrichtungssteuerungsschicht dienende Lösung, die feine Teilchen mit einem Durchmesser enthält, der mit dem Zwischenraum, der zwischen einem Paar Elektrodenplatten gebildet wird, identisch oder kleiner ist, wird auf eine Elektrodenplatte aufgetragen und dann erhitzt, um eine Schicht zu bilden, aus der die feinen Teilchen im Verlauf der Bildung der Ausrichtungssteuerungsschicht entfernt werden, damit ein Oberflächenunebenheitsmuster erhalten wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, können die feinen Teilchen vorzugsweise eine Teilchengröße haben, die mit dem Zwischenraum, der zwischen dem Paar Elektrodenplatten zu bilden ist, identisch oder kleiner ist. Die Untergrenze der Teilchengröße kann vorzugsweise mindestens das 15-fache der Dicke der Ausrichtungssteuerungsschicht betragen, damit die feinen Teilchen leicht entfernt werden können.
Die feinen Teilchen können vorzugsweise eine Hitzebeständigkeit von mindestens 200ºC und vor allem mindestens 300ºC haben, damit sie bei der Wärmebehandlung für die Bildung der Ausrichtungssteuerungsschicht haltbar sind.
Die Entfernung der feinen Teilchen kann vorzugsweise während des als Behandlung zur uniaxialen Ausrichtung dienenden Reibens nach der Bildung der Ausrichtungssteuerungsschicht durch Wärmebehandlung durchgeführt werden. Die Entfernung der feinen Teilchen kann auch durch Ultraschallreinigung der Elektrodenplatte in einer Flüssigkeit, die organisches Lösungsmittel und/oder Wasser enthält, erfolgen. Die Ultraschallreinigung der Elektrodenplatte kann auch als Nachbehandlung nach der Behandlung zur uniaxialen Ausrichtung durchgeführt werden.
Bei den vorstehend erwähnten Verfahren 1) bis 3) wird es im allgemeinen bevorzugt, dass die Behandlung zur uniaxialen Ausrichtung nach der Ausbildung des Unebenheitsmusters durchgeführt wird. Bei den Verfahren 2) und 3) kann das Unebenheitsmuster jedoch auch nach der Behandlung zur uniaxialen Ausrichtung ausgebildet werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der ferroelektrische Flüssigkristall in einer chiralen smektischen Phase, im einzelnen in einer chiralen smektischen C-Phase (SmC*), H-Phase (SmH*), I-Phase (SmI*), K-Phase (SmK*), G-Phase (SmG*) oder F- Phase (SmF*), angewendet werden.
Einzelheiten von ferroelektrischen Flüssigkristallen werden z. B. in Journal De Physique Letters 36 (L-69), 1975, "Ferroelectric Liquid Crystals"; Applied Physics Letters 36 (11), 1980, "Submicro Second Bistable Electrooptic Switching in Liquid Crystals"; Solid State Physics (Kotai Butsuri) 16 (141), 1981, "Liquid Crystal"; US-Patentschriften Nr. 4 561 726, 4 589 996, 4 592 858, 4 596 676, 4 613 209, 4 614 609 und 4 62 165 beschrieben. Ferroelektrische Flüssigkristalle, die in diesen Schrifttumsstellen offenbart sind, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Eine besonders bevorzugte Gruppe von ferroelektrischen Flüssigkristallen kann die einschließen, die im höheren Temperaturbereich eine cholesterische Phase zeigen und die beispielsweise eine Flüssigkristallmischung auf Pyrimidinbasis einschließen können, die die folgende Phasenumwandlungsreihe zeigt.
Die in Fig. 11 gezeigte ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung kann erhalten werden, indem auf der Ausrichtungssteuerungsschicht von einer des Paares von Elektrodenplatten 1210a und 1210b Abstandshalterperlen 1216 aus z. B. Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid verteilt werden, die Elektrodenplatten dann derart vereinigt werden, dass die uniaxialen Ausrichtungsrichtungen A, mit denen die Ausrichtungssteuerungsschichten 1214a und 1214b versehen worden sind, im wesentlichen parallel sind und in derselben Richtung verlaufen wie gezeigt (oder im wesentlichen parallel sind und in entgegengesetzten Richtungen verlaufen), und die Elektrodenplatten mit einem wahlfreien teilchenförmigen Klebstoff, der in Kombination mit den Abstandshalterperlen 1216 und mit einem Epoxyklebstoff verwendet wird, verbunden werden, um den Umfang abzudichten und eine Leerzelle mit einer Einspritzöffnung zu bilden. Die Zelle wird dann mit einem Flüssigkristall 1215, wie er vorstehend beschrieben wurde, der auf eine Temperatur erhitzt worden ist, die vorzugsweise die cholesterische Phase oder eine bei höherer Temperatur auftretende Phase ergibt, gefüllt und nach Abdichtung der Einspritzöffnung auf eine Temperatur abgekühlt, die die chirale smektische Phase ergibt. Dann wird die Zelle zwischen einem Paar Polarisatoren 1217a und 1217b angeordnet, die in der Lagebeziehung gekreuzter Nicols angeordnet sind.
Nachstehend wird eine Flüssigkristallvorrichtung beschrieben, bei der eine Isolationsschicht angewendet wird, die feine Teilchen enthält. Fig. 16 ist eine, schematische Schnittzeichnung so einer Vorrichtung. Unter Bezugnahme auf Fig. 16 umfasst die Vorrichtung Substrate (Glasplatten) 2211a und 2211b, die mit lichtdurchlässigen Elektroden 2212a bzw. 2212b sus z. B. In&sub2;O&sub3; oder ITO (Indiumzinnoxid) und dann mit 50 bis 2000 k dicken Isolationsschichten 2213a bzw. 2213b (aus z. B. Ti/51) und mit 50 bis 1000 Å dicken Ausrichtungsschichten 2214a bzw. 2214b beschichtet sind. Bei dieser Vorrichtung enthalten die Isolationsschichten 2213a und 2213b feine Teilchen 2218 aus z. B. Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid. Die Ausrichtungsschichten 2214a und 2214b sind in Richtungen A, die parallel und gleich gerichtet sind, gerieben worden. Zwischen den Substraten 2211a und 2211b ist ein ferroelektrischer chiraler smektischer Flüssigkristall 2215 angeordnet. Der Abstand zwischen den Substraten 2211a und 2211b wird auf einen kleinen Wert (z. B. 0,1 bis 3 um) eingestellt, der ausreicht, um die Bildung einer schraubenförmigen Struktur des chiralen smektischen Flüssigkristalls zu unterdrücken, so dass der chirale smektische Flüssigkristall 2215 in einem bistabilen Ausrichtungszustand angeordnet wird. Der ausreichend kleine Abstand für den Flüssigkristall 2215 wird durch Abstandshalterparlen 2216 (aus z. B. Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid) aufrechterhalten, die zwischen den Ausrichtungsschichten 2214a und 2214b angeordnet sind. Die gesamte Zelle ist zwischen Polarisatoren 2217a und 2217b angeordnet.
Für die Ausrichtungsschichten, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewendet werden, gibt es keine besondere Einschränkung, jedoch können sie vorzugsweise ein Polyimid oder ein Polyamid umfassen, wie es z. B. durch die folgende Formel (1) bzw. (2) wiedergegeben wird:
worin A eine vierwertige organische Restgruppe bezeichnet und R&sub1; und R&sub2; eine Alkyl- oder Fluoralkylgruppe mit jeweils 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bezeichnen, wobei vorausgesetzt ist, dass R&sub1; und R&sub2; gleich oder verschieden sein können,
worin B eine zweiwertige organische Restgruppe bezeichnet und R&sub3; und R&sub4; eine Alkyl- oder Fluoralkylgruppe mit jeweils 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bezeichnen, wobei vorausgesetzt ist, dass R&sub3; und R&sub4; gleich oder verschieden sein können.
Zur Bildung der Isolationsschicht wird unter Verwendung eines Lösungsmittels wie z. B. Hexylenglykol, n-Butylcellosolve und Isopropylalkohol eine Lösung mit einer Konzentration von 0,01 bis 40 Masse% gebildet und durch ein Verfahren wie z. B. Schleuderbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Walzenauftrag auf ein Substrat aufgetragen. In diesem Fall werden feine Teilchen im voraus durch Behandlung mit einer Kugelmühle oder mit einem Ultraschalldispergiergerät in der Lösung dispergiert. Die auf das Substrat aufgetragene Lösung kann zum Abdampfen des Lösungsmittels etwa 10 min lang bei 60 bis 150ºC thermisch vorbehandelt werden, mit Ultraviolettstrahlen bestrahlt werden und dann etwa 1 Stunde lang bei 250 bis 350ºC wärmebehandelt werden. Die Isolationsschicht kann eine Dicke in der Größenordnung von 30 Å bis 1 um und vorzugsweise von 50 bis 2000 Å haben.
Die auf diese Weise gebildete Isolationsschicht wird mit sehr feinen Unebenheiten, die wie Säulen, die durch Schrägbedampfung gebildet werden, wirken können, ausgestattet, um entlang schrägliegenden Seiten davon Flüssigkristallmoleküle auszurichten. Dies kann der Grund dafür sein, dass dadurch eine Ausrichtung mit hohem Kontrast erzielt wird.
Zur Bildung der Ausrichtungsschicht wird unter Verwendung eines Lösungsmittels wie z. B. Dimethylformamid, Dimethylacetazuid, Dimethylsulfoxid und N-Methyl-2-pyrrolidon eine Lösung mit einer Konzentration von 0,01 bis 40 Masse% gebildet und durch ein Verfahren wie z. B. Schleuderbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Walzenauftrag auf ein Substrat aufgetragen, worauf Erhitzen bei 100 bis 300ºC und vorzugsweise bei 150 bis 250ºC folgt, um eine Ausrichtungsschicht zu bilden. Die Ausrichtungsschicht wird dann gerieben, z. B. mit einem Gewebe bzw. Tuch.
Fig. 19 ist eine schematische Schnittzeichnung, die einen durch Anwendung einer Polyamidkomplex-Ausrichtungsschicht bei der Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erzielten Ausrichtungszustand von Flüssigkristallmolekülen zeigt, und Fig. 20 ist eine Zeichnung, die die Ausrichtung entsprechender C-Direktoren zeigt.
Die Bezugszahlen 2551a und 2551b in Fig. 19 bezeichnen ein oberes bzw. ein unteres Substrat. Die Bezugszahl 2550 bezeichnet eine Molekülschicht, die aus Flüssigkristallmolekülen 2552 besteht, und die Flüssigkristallmoleküle 2552 sind derart ausgerichtet, dass sie ihre Lagen entlang der Grundfläche 2554 (kreisförmig) eines Kegels 2553 ändern. Fig. 20 zeigt im einzelnen eine Änderung bei C-Direktoren. Unter Bezugnahme auf Fig. 20 sind bei U&sub1; C-Direktoren 2581 in einem stabilen Ausrichtungszustand gezeigt (wobei jeder Direktor eine Projektion einer langen Molekülachse auf eine imaginäre Ebene ist, die sich senkrecht zu der Normalen einer Molekülschicht 2550 erstreckt) und bei U&sub2; C-Direktoren 2581 in dem anderen stabilen Ausrichtungszustand gezeigt.
Andererseits kann ein Ausrichtungszustand, der mittels einer herkömmlichen durch Reibung behandelten Polyimidschicht erzielt wird, durch das C-Direktor-Diagramm von Fig. 21 dargestellt werden, die einen Ausrichtungszustand zeigt, bei dem die Molekülachsen von dem oberen Substrat 2551a bis zu dem unteren Substrat 2551b in hohem Maße verdrillt sind, so dass ein kleinerer Kippungswinkel θ erhalten wird.
Fig. 22A ist eine schematische Draufsicht, die einen Kippungswinkel θ bei einem Ausrichtungszustand veranschaulicht, bei dem die C-Direktoren 2581 einen in Fig. 20 gezeigten Zustand annehmen (als "gleichmäßiger Ausrichtungszustand" bezeichnet), und Fig. 22B ist eine schematische Draufsicht, die einen Kippungswinkel θ bei einem Ausrichtungszustand veranschaulicht, bei dem die C-Direktoren 2581 einen in Fig. 21 gezeigten Zustand annehmen (als "schräger Ausrichtungszustand" bezeichnet). In diesen Figuren bezeichnet die Bezugszahl 2560 eine Reibachse, die der vorstehend erwähnten fluorhaltigen Polyimidschicht gegeben wird, bezeichnet die Bezugszahl 2561a eine durchschnittliche Molekülachse im Ausrichtungszustand U&sub1;, bezeichnet die Bezugszahl 2561b eine durchschnittliche Molekülachse im Ausrichtungszustand U&sub2;, bezeichnet die Bezugszahl 2562a eine durchschnittliche Molekülachse im Ausrichtungszustand 51 und bezeichnet die Bezugszahl 2562b eine durchschnittliche Molekülachse im Ausrichtungszustand 52. Die durchschnittlichen Molekülachsen 2561a und 2561b können aufeinander umgeschaltet werden, indem Spannungen mit einander entgegengesetzten Polaritäten angelegt werden. Eine ähnliche Umschaltung wird zwischen den durchschnittlichen Molekülachsen 2562a und 2562b verursacht.
Im Folgenden wird die Wirksamkeit des gleichmäßigen Ausrichtungszustandes in Bezug auf eine Verzögerung des optischen Ansprechens (Nachbild), die auf ein umgekehrtes elektrisches Feld Vrev zurückzuführen ist, erläutert.
Wenn die Kapazität einer Isolationsschicht, die einen Teil einer Flüssigkristallzelle bildet, mit Ci bezeichnet wird, die Kapazität einer Flüssigkristallschicht mit CLC bezeichnet wird und die spontane Polarisation des Flüssigkristalls mit PS bezeichnet wird, wird Vrev, wodurch das Nachbild verursacht wird, durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
Vrev = 2 PS/(Ci + CLC).
Fig. 23 ist eine schematische Schnittzeichnung, die Änderungen der Ladungsverteilungsrichtung von PS und die Richtung des umgekehrten elektrischen Feldes bei einer Flüssigkristallzelle veranschaulicht. In Fig. 23(a) ist eine Verteilung positiver und negativer Ladungen in einem Speicherzustand vor der Einwirkung eines elektrischen Impulsfeldes gezeigt, bei dem die spontane Polarisation von positiven Ladungen zu negativen Ladungen gerichtet ist. In Fig. 23(b) ist ein Zustand unmittelbar nach der Beseitigung eines elektrischen Impulsfeldes gezeigt, wenn die Richtung der spontanen Polarisation PS der in Fig. 23(a) gezeigten entgegengesetzt ist (d. h., dass die Flüssigkristallmoleküle von einem stabilen Ausrichtungszustand zu dem anderen stabilen Ausrichtungszustand umgekehrt sind), jedoch die Verteilung der positiven und negativen Ladungen der in Fig. 23(a) gezeigten ähnlich ist, so dass ein umgekehrtes elektrisches Feld Vrev erzeugt wird, das in Fig. 23(b) durch einen Pfeil gezeigt ist. Das umgekehrte elektrische Feld Vrev verschwindet nach einer kurzen Zeit, so dass eine Verteilung positiver und negativer Ladungen erhalten wird, wie sie in Fig. 23(c) gezeigt ist.
Fig. 24 ist eine Draufsicht, die eine Änderung des optischen Ansprechens bei einem schrägen Ausrichtungszustand, der durch eine herkömmliche Polyimid-Ausrichtungsschicht erzielt wird, in Form einer Änderung des Kippungswinkels θ zeigt. Unter Bezugnahme auf Fig. 24 ändert sich die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zum Zeitpunkt der Einwirkung eines elektrischen Impulsfeldes und geht von einer durchschnittlichen Molekülachse S(A) in einem schrägen Ausrichtungszustand entlang einem Weg, der durch einen Pfeil X&sub1; bezeichnet ist, in eine durchschnittliche Molekülachse U&sub2; in einem gleichmäßigen Ausrichtungszustand über, der in der Nähe des Ausrichtungszustandes liegt, der einen maximalen Kippungswinkel Θ liefert, und die Ausrichtung ändert sich unmittelbar nach der Beseitigung des elektrischen Impulsfeldes entlang einem Weg, der durch einen Pfeil X&sub2; bezeichnet ist, zu einer durchschnittlichen Molekülachse S(B) in einem schrägen Ausrichtungszustand, der wegen der Wirkung des umgekehrten elektrischen Feldes Vrev, das in Fig. 23(b) gezeigt ist, einen verminderten Kippungswinkel θ liefert. Wenn das umgekehrte elektrische Feld Vrev abgeschwächt ist, wie es in Fig. 23(c) gezeigt ist, ändert sich die Ausrichtung dann entlang einem Weg, der durch einen Pfeil X&sub3; bezeichnet ist, zu einer durchschnittlichen Molekülachse S(C) in einem schrägen Ausrichtungszustand, der einen stabilen Ausrichtungszustand mit einem etwas erhöhten Kippungswinkel θ liefert. Das resultierende optische Ansprechen in diesem Fall ist in Fig. 25 gezeigt.
Bei dem Ausrichtungszustand, der durch die Anwendung der gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Naphthalintetracarbonsäure erhaltenen Polyimidschicht erzielt wird, werden die in Fig. 24 gezeigten durchschnittlichen Molekülachsen S(A), S(B) und S(C) in dem schrägen Ausrichtungszustand nicht verursacht, sondern es ist möglich, einen Ausrichtungszustand mit einer durchschnittlichen Molekülachse zu bilden, die einen in der Nähe des maximalen Kippungswinkels Θ liegenden Kippungswinkel θ liefert. Das optische Ansprechen gemäß der vorliegenden Erfindung zu dieser Zeit ist in Fig. 26 gezeigt. Fig. 26 zeigt, dass eine Verzögerung des optischen Ansprechens, die ein Nachbild verursacht, vermieden und ein hoher Kontrast bei Speicherzuständen verursacht wird.
Die vorstehend erwähnte Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird besser gelöst, wenn ferner bewirkt wird, dass die Ausrichtungsschicht, die mit Oberflächenunebenheiten versehen ist, einen gesteuerten Kohlenstoffatomgehalt hat. So eine Vorrichtung kann auch unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschrieben werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 11 enthält die Vorrichtung somit Substrate (Glasplatten) 1211a und 1211b, die mit lichtdurchlässigen Elektroden 1212a und 1212b, die jeweils z. B. aus In&sub2;O&sub3; oder ITO (Indiumzinnoxid) bestehen, und dann mit 50 bis 2000 k dicken Isolationsschichten 1213a und 1213b (aus z. B. SiO&sub2;, TiO&sub2; oder Ta&sub2;O&sub5;) und mit 50 bis 1000 Å dicken Ausrichtungsschichten 1214a und 1214b, die jeweils aus einem Polyimid bestehen, wie es vorstehend beschrieben wurde, beschichtet worden sind. Die Ausrichtungsschichten 1214a und 1214b sind in Richtungen A, die parallel und gleich gerichtet sind, gerieben worden. Zwischen den Substraten 1211a und 1211b ist ein ferroelektrischer chiraler smektischer Flüssigkristall 1215 angeordnet. Der Abstand zwischen den Substraten 1211a und 1211b ist auf einen kleinen Wert (z. B. 0,1 bis 3 um) eingestellt, der ausreichend klein ist, um die Bildung einer schraubenförmigen Struktur des chiralen smektischen Flüssigkristalls zu unterdrücken, so dass der chirale smektische Flüssigkristall 1215 in einen bistabilen Ausrichtungszustand gebracht wird. Der ausreichend kleine Abstand für den Flüssigkristall 1215 wird durch Abstandshalterperlen 1216 (aus z. B. Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid), die zwischen den Ausrichtungsschichten 1214a und 1214b angeordnet sind, aufrechterhalten. Die gesamte Zelle ist zwischen Polarisatoren 1217a und 1217b angeordnet.
Die Polyimid-Ausrichtungsschichten 1214a und 1214b sind mit sehr kleinen Oberflächenunebenheiten oder -vorsprüngen versehen und können vorzugsweise einen Kohlenstoffatomanteil haben, der einen von der chemischen Struktur des Polyimids [d. h. von dem Verhältnis der Zahl der Kohlenstoffatome zu der Zahl der Atome einer anderen Spezies wie z. B. O (Sauerstoff) in der Struktureinheit] abgeleiteten theoretischen Wert überschreitet. Wir haben herausgefunden, dass dadurch eine verbesserte Wirkung der Unterdrückung der Flüssigkristallbewegung erzielt wird. Dies kann einer erhöhten Wirkung der Unterdrückung der Flüssigkristallmolekülbewegung wegen eines geeigneten Grades der Wechselwirkung mit Flüssigkristallmolekülen durch eine kohlenstoffreiche Oberfläche zusätzlich zu der physikalischen Unterdrückungswirkung, die durch die Oberflächenunebenheiten erzielt wird, zuzuschreiben sein.
Die vorstehend erwähnte Polyimid-Ausrichtungsschicht kann durch (1) ein Verfahren, bei dem eine Auftragsflüssigkeit verwendet wird, die zwei oder mehr Lösungsmittel mit verschiedenen Siedepunkten und Auflösungsvermögen enthält, (2) ein Verfahren, bei dem eine Auftragsflüssigkeit, die feine Teilchen enthält, die darin dispergiert sind, aufgetragen wird, worauf Trocknen folgt, oder (3) ein Verfahren, bei dem eine flache bzw. ebene Auftragsschicht, die durch ein gewöhnliches Verfahren gebildet worden ist, chemisch oder physikalisch geätzt wird, gebildet werden. Das Verfahren (1) wird wegen seiner Einfachheit bevorzugt.
Die Polyimid-Ausrichtungsschicht kann vorzugsweise Oberflächenunebenheiten oder -vorsprünge mit einer Größe von etwa 500 bis 10.000 Å und einem Höhenunterschied von etwa 10 bis 500 Å haben und auch einen Kohlenstoffatomanteil an der Oberfläche haben, der um etwa 0,5 (= Zahl der zusätzlichen Kohlenstoffatome pro Struktureinheit) größer ist als derjenige, der von der chemischen Struktur des Polyimids abgeleitet wird. Hierbei kann so eine Zunahme des Kohlenstoffgehalts der Bindung von Kohlenstoffatomen aus einem kohlenstoffhaltigen Lösungsmittel während der Wärmebehandlung für die Bildung der Ausrichtungsschicht zuzuschreiben sein.
Die vorstehend erwähnte Polyimid-Ausrichtungsschicht kann auf einem Substrat gebildet werden, indem eine Polyamidsäure als Polyimid-Vorläufer in einem Lösungsmittelsystem, das für die Steuerung des Oberflächenzustandes geeignet ist, in einer Konzentration von 0,01 bis 40 Masse% gelöst wird, die Lösung durch Schleuderbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Walzenauftrag aufgetragen wird und die aufgetragene Schicht bei einer Temperatur von 100 bis 350ºC und vorzugsweise 200 bis 300ºC erhitzt wird, um eine Dehydrocyclisierung zu bewirken, so dass eine Polyimidschicht gebildet wird, die dann mit z. B. Tuch bzw. Gewebe gerieben wird. Es ist möglich, dass die Isolationsschicht 1213a und/oder 1213b weggelassen wird oder dass die Polyimid- Ausrichtungsschicht auf so einer Isolationsschicht 1213a und 1213b gebildet wird.
Die vorstehend beschriebene Polyimid-Ausrichtungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung unterdrückt während einer lange dauernden Ansteuerung einer Vorrichtung wirksam die Bewegung von Flüssigkristallmolekülen, wobei die Unterdrückung dieser Bewegung sowohl auf eine physikalische Wirkung der Oberflächengestalt als auch auf eine chemische Wechselwirkung mit den Flüssigkristallmolekülen zurückzuführen ist, so dass eine verbesserte Zuverlässigkeit eines gleichmäßigen Anzeigeverhaltens erzielt wird.
Die Kohlanstoffatomkonzentration der Ausrichtungsschicht, auf die hierin Bezug genommen wird, basiert auf der Messung einer Winkeländerung durch ESCA bzw. XPS (Röntgen-Photoelektronen- Spektroskopie).
Die Ausrichtungsschicht ist im Rahmen dar vorliegenden Erfindung nicht auf eine bestimmte Struktur eingeschränkt, wenn die vorstehend angegebene Bedingung erfüllt ist, sondern sie kann als bevorzugte Beispiele Polyimide umfassen, die folgendermaßen hergestellt werden.
Beispiele für die Tetracarbonsäurekomponente zur Bildung des Polyimids können Pyromellithsäuredianbydrid, Biphenyltetracarbonsäuredianhydrid, Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid und Cyclobutantetracarbonsäuredianhydrid einschließen.
Beispiele für die Diaminkomponente können Bis[-(aminophenoxy)- phenyl]-Verbindungen einschließen, die durch die folgende Formel (I) wiedergegeben werden:
worin R&sub1; und R&sub2; Fluoralkylkettengruppen bezeichnen, die durch CF&sub3;(CF&sub2;)m(CH&sub2;)L-(L ≥ 0, m ≥ 0) wiedergegeben werden, wobei vorausgesetzt ist, dass R&sub1; und R&sub2; gleich oder verschieden sein können.
Das Flüssigkristallmaterial, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann vorzugsweise eines sein, das im Verlauf der Temperatursenkung eine Phasenumwandlung von der isotropen Phase über die cholesterische Phase und die smektische A-Phase in die chirale smektische C-Phase zeigt, vor allem ein chiraler smektischer Flüssigkristall, der in der cholesterischen Phase eine Schraubenganghöhe von 0,8 Mikrometern oder mehr zeigt (bei einer mittleren Temperatur im cholesterischen Bereich gemessen). Bevorzugte Beispiele für so ein Flüssigkristallmaterial können die nachstahanden Flüssigkristallmaterialien (1) bis (5) einschließen, die die folgenden Flüssigkristalle "LC-1", "80B" und "80SI*" in angegebenen Masseanteilen enthalten. LC-1 80B 80SI*

Flüssigkristallmaterial

(1) (LC-1)90/(80B)10
(2) (LC-1)80/(808)20
(3) (LC-1)70/(80B)30
(4) (LC-1)60/(808)0
(5) (80SI*)100
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf einige besondere Beispiele beschrieben.

Bezugsbeispiel 1 (kein Beispiel dar Erfindung)

Fig. 7 ist eine schematische Schnittzeichnung eines Bezugsbeispiels einer Flüssigkristallzelle.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 umfasst die Flüssigkristallzelle ein Substratpaar aus einem oberen Substrat 711a und einem unteren Substrat 711b, die parallel zueinander angeordnet und mit z. B. etwa 400 bis 2000 Å dicken lichtdurchlässigen Elektroden 712a und 712b versehen sind. Zwischen dem oberen Substrat 711a und dem unteren Substrat 711b ist ein ferroelektrischer Flüssigkristall 716 angeordnet, und zwar vorzugsweise ein ferroelektrischer smektischer Flüssigkristall, der in einer nicht schraubenförmigen Struktur angeordnet ist, die mindestens zwei stabile Zustände liefert.
Auf den lichtdurchlässigen Elektroden 712a und 712b sind z. B. 100 bis 2000 di dicke Isolationsschichten 717a bzw. 717b angeordnet. In einem besonderen Beispiel wurden die Isolationsschichten 717a und 717b jeweils in einer Dicke von 1000 di gebildet, indem eine gemischte Lösung einer organischen Titanverbindung und einer organischen Siliciumverbindung durch Drucken aufgetragen und die erhaltene Schicht 1 Stunde lang bei 300ºC wärmebehandelt wurde. Auf den Isolationsschichten 717a und 717b sind ferner z. B. 150 bis 4000 di dicke Ausrichtungssteuerungsschichten 713a bzw. 713b angeordnet. In einem besonderen Beispiel wurde eine zur Bildung einer Ausrichtungsschicht dienende Lösung hergestellt, indem ein Polyimid-Vorläufer ["LQ1802" (Handelsname), hergest. durch Hitachi Kasei K. K.] in einer Konzentration von 3,8 Masse% in einer Lösungsmittelmischung aus n-Butylcarbitol und NMP (N-Methylpyrrolidon) gelöst wurde. Die Lösung enthielt 34 Masse% n-Butylcarbitol. Die Lösung wurde durch Drucken auf die vorstehend erwähnten Isolationsschichten 717a und 717b aufgetragen, 30 min lang in einer Umgebung mit 22ºC und 48% rel. F. stehengelassen und 1 Stunde lang bei 270ºC wärmebehandelt, um 200 Å dicke Ausrichtungssteuerungsschichten 713a und 713b zu bilden, die dann jeweils in einer Richtung gerieben wurden. Dann wurden auf einem der Substrate Silicumdioxidperlen 714 mit einem mittleren Durchmesser von 1,5 um verteilt, und das andere Substrat wurde derart aufgebracht, dass die Reibrichtungen, die den Substraten des Substratpaares erteilt worden waren, parallel und gleich gerichtet waren, wodurch eine Zelle gebildet wurde, die dann mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall gefüllt wurde, um eine Flüssigkristallvorrichtung zu bilden. An die Vorrichtung wurden dann kontinuierlich Impulse angelegt, um die Änderung der Zellendicke vor und nach dem Anlegen der Impulse zu bewerten.
Der ferroelektrische Flüssigkristall, der bei der Prüfung in diesem Beispiel (und auch in anderen Beispielen, wenn nichts anderes angegeben ist) angewendet wurde, war eine Flüssigkristallmischung auf Pyrimidinbasis, die die folgende Phasenumwandlungsreihe zeigte:
Kippungswinkel Θ = 14 Grad
Schichtneigungswinkel δ = 11 Grad
scheinbarer Kippungswinkal θa = 11 Grad.
Die in der Zelle gebildete Ausrichtungssteuerungsschicht zeigte einen Vor-Kippungswinkel α von 17 Grad. Die in diesem Beispiel gebildete Zelle erfüllte somit die Beziehungen (1) und (2), und die vorstehend erwähnte gleichmäßige C1-Ausrichtung wurde stabil entwickelt.
Dann wurde die gesamte Zelle in einen Ausrichtungszustand gebracht, der die in Fig. 1A gezeigte durchschnittliche Molekülachsenrichtung 21 lieferte, und dann wurde sie 7 Stunden lang mit Rechteckwellensignalen angesteuert, die eine Impulsdauer (Δt) von 25 us, eine Spannungsamplitude (Spitze-Spitze-Wert Vpp) von 40 Volt und ein Tastverhältnis von 1/2 hatten. Danach wurde die Zellendicke in dem in Figur iß gezeigten Bereich 23 gemessen, wobei gefunden wurde, dass sie im Vergleich zu dem anfänglichen Wert nur eine Zunahme von etwa 10% zeigte.
Zum Vergleich wurde eine Vergleichsvorrichtung in derselben Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Bezugsbeispiel 1 hergestellt, außer dass die zur Bildung einer Ausrichtungsschicht dienende Lösung nach dem Druckvorgang nur 20 min lang stehengelassen wurde, und die Vergleichsvorrichtung wurde einer Messung der Zellendicke in dem in Figur iß gezeigten Bereich 23 unterzogen. Die Zunahme betrug im Vergleich zu dem anfänglichen Wert etwa 30%.
Die Oberfläche der in dem vorstehend beschriebenen Bezugsbeispiel gebildeten Ausrichtungsschicht wurde separat durch ein Mikroskop betrachtet, wobei Grübchen bzw. Dellen wie das in Fig. 8 mit der Bezugszahl 718 bezeichnete Grübchen beobachtet wurden, die einen Durchmesser von 0,3 bis 0,4 um hatten und in einer Dichte von etwa 0,5/um² vorhanden waren.
Im Gegensatz dazu wurden bei der in dem Vergleichsbeispiel gebildeten Ausrichtungsschicht Grübchen bzw. Dellen beobachtet, die zwar eine ähnliche Gestalt hatten, jedoch einen Durchmessar von 0,1 bis 0,2 um hatten und in einer Dichte von etwa 0,4 um² vorhanden waren.
Aus dem vorstehend beschriebenen Bezugsbeispiel 1 ist somit ersichtlich, dass durch das 30-minütige Stehenlassen eine Zunahme des Durchmessers der Grübchen bzw. Dellen 718 verursacht wurde, wodurch die Flüssigkristallbewegung vermindert und die Änderung der Zellendicke unterdrückt wurde. Da bei diesem Beispiel in die Bildung der Unebenheiten in der Ausrichtungsschicht keine direkte Oberflächenbehandlung einbezogen ist, ist es möglich, eine stabile Ausrichtung beizubehalten.

Bezugsbeispiel 2

Fig. 9 ist eine schematische Schnittzeichnung eines Bezugsbeispiels einer Flüssigkristallzelle.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9 umfasst die Flüssigkristallzelle ein Substratpaar aus einem oberen Substrat 1011a und einem unteren Substrat 1011b, die parallel zueinander angeordnet sind und mit z. B. etwa 400 bis 3000 Å dicken lichtdurchlässigen Elektroden 1012a und 1012b versehen sind. Zwischen dem oberen Substrat 1011a und dem unteren Substrat 1011b ist ein ferroelektrischer Flüssigkristall 1015 angeordnet, und zwar vorzugsweise ein ferroelektrischer smektischer Flüssigkristall, der in einer nicht schraubenförmigen Struktur angeordnet ist, die mindestens zwei stabile Zustände liefert.
Auf den lichtdurchlässigen Elektroden 1012a und 1012b sind z. B. 100 bis 3000 k dicke Isolationsschichten 1013a bzw. 1013b angeordnet. Ferner sind auf den Isolationsschichten 1013a und 1013b Ausrichtungssteuerungsschichten 1014a bzw. 1014b angeordnet. Die Ausrichtungssteuerungsschichten können im allgemeinen aus einem Polymer bestehen, können jedoch vorzugsweise aus einem bestehen, das einen großen Vor-Kippungswinkel liefert, z. B. aus einem, das ein fluorhaltiges Polyimid umfasst.
Bei diesem besonderen Beispiel wurde die Flüssigkristallzelle hergestellt, indem auf Glassubstraten 1011a und 1011b lichtdurchlässige ITO-Elektroden 1012a und 1012b gebildet wurden und ferner darauf durch Nassauftrag und Wärmebehandlung Isolationsschichten gebildet wurden, die gebildet wurden, indem Siliciumdioxidperlen (erhältlich von Ube Nitto Kasei K. K.) mit einem Durchmesser von 2000 Å in einer gemischten Lösung einer organischen Titanverbindung und einer organischen Siliciumverbindung dispergiert wurden, um eine Beschichtungsflüssigkeit zu bilden, und die Beschichtungsflüssigkeit dann mit einer Auftragvorrichtung für die Bildung sehr dünner Schichten ("Angströmer") in einer Dicke von 1000 Å auf die lichtdurchlässigen Elektroden aufgebracht wurde, worauf Wärmebehandlung bei 300ºC folgte. Es ist übrigens auch möglich, dass unterhalb der vorstehend erwähnten Isolationsschicht durch Zerstäubung ein Tantaloxid angeordnet wird, um einen zweischichtigen Aufbau zu erhalten. Darauf wurde mit einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung eine 1%ige NMP-Lösung (NMP = N-Methylpyrrolidon) eines Polyimid-Vorläufers ("LQ-1802", hergest. durch Hitachi Kasei K. K.) aufgebracht und eine Stunde lang bei 270ºC wärmebehandelt, worauf Reiben folgte. Zwei in dieser Weise behandelte Substrate wurden derart aufeinander aufgebracht, dass dazwischen ein Zwischenraum von 1,5 um gehalten wurde und ihre Reibrichtungen parallel und gleich gerichtet waren, um eine Zelle zu bilden. Die Zelle wurde dann mit demselben Flüssigkristall auf Pyrimidinbasis wie in Bezugsbeispiel 1 verwendet gefüllt, wobei eine C1-Ausrichtung erhalten wurde, wie sie vorstehend erwähnt wurde.
Dann wurde die gesamte Zelle in einen Ausrichtungszustand gebracht, der die in Fig. 1A gezeigte durchschnittliche Molekülachsenrichtung 21 lieferte, und dann wurde sie 7 Stunden lang mit Rechteckwellensignalen angesteuert, die eine Impulsdauer (Δt) von 25 us, eine Spannungsamplitude (Spitze-Spitze-Wert Vpp) von 40 Volt und ein Tastverhältnis von 1/2 hatten. Danach wurde die Zellendicke in dem in Fig. 1B gezeigten Bereich 23 gemessen, wobei gefunden wurde, dass sie im Vergleich zu dem anfänglichen Wert nur eine Zunahme von etwa 10% zeigte.

Vergleichsbeispiel

Zum Vergleich mit Bezugsbeispiel 2 wurde eine Flüssigkristallzelle in derselben Weise hergestellt, außer dass bei der Herstellung der Isolationsschichten keine feinen Teilchen eingemischt wurden, und derselben Bewertung unterzogen, wobei die Zunahme der Zellendicke in dem in Fig. 1B gezeigten Bereich 23 im Vergleich zur anfänglichen Dicke etwa 30% betrug.

Bezugsbeispiel 3

Eine Flüssigkristallzelle wurde in einem Verfahren hergestellt, das in Fig. 10A bis Fig. 10E veranschaulicht ist.
Wie in Fig. 10A gezeigt ist, wurden auf einem Substrat 1114 lichtdurchlässige ITO-Elektroden 1101 gebildet und dann mit einer 600 Å dicken ersten Isolationsschicht 1102 aus Tantaloxid (TaOx) beschichtet (Fig. 10B).
Dann wurden auf der ersten Isolationsschicht 1102 echt kugelförmige Perlen 1103 aus SiO&sub2; in einer Dichte von 2 · 10&sup6;/mm² verteilt (Fig. 10C).
Dann wurde darauf durch Aufdampfung (Zerstäubung) eine 600 Å dicke zweite Isolationsschicht 1104 aus Tantaloxid (TaOx) gebildet (Fig. 10D).
Dann wurde das Substrat zur vollständigen Entfernung der Perlen 1103 einer Ultraschallreinigung unterzogen, so dass Grübchen bzw. Dellen 1105 mit einem Durchmesser von 2 bis 3 um und einer Tiefe von 600 Å zurückblieben (Fig. 10E).
Danach wurde darauf eine Ausrichtungsschicht gebildet und einer Reibbehandlung unterzogen.
Zwei in der vorstehend beschriebenen Weise behandelte Substrate 1114 wurden angewendet, um eine Zelle zusammenzubauen, die dann mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall gefüllt wurde, wobei eine homogene, gleichmäßige Ausrichtung erhalten wurde.
Als Haltbarkeitsprüfung wurde die Flüssigkristallzelle dann 500 Stunden lang angesteuert, indem eine Betriebs- bzw. Steuerspannung Vop von 20 Volt angelegt wurde. Als Ergebnis wurde sogar nach 500 Stunden keine auf Flüssigkristallbewegung zurückzuführende Gelbtönung beobachtet.

Bezugsbeispiel 4

Fig. 13 ist eine schematische Schnittzeichnung eines anderen Bezugsbeispiels einer Flüssigkristallzelle.
Unter Bezugnahme auf Fig. 13 enthält die Flüssigkristallzelle ein Paar Substrate mit einem oberen Substrat 1711a und einem unteren Substrat 1711b, die parallel zueinander angeordnet sind und mit z. B. etwa 400 bis 2000 k dicken lichtdurchlässigen Elektroden 1712a und 1712b versehen sind. Zwischen dem oberen Substrat 1711a und dem unteren Substrat 1711b ist ein ferroelektrischer Flüssigkristall 1717 angeordnet, und zwar vorzugsweise ein ferroelektrischer smektischer Flüssigkristall, der in einer nicht schraubenförmigen Struktur angeordnet ist, die mindestens zwei stabile Zustände liefert. Auf den lichtdurchlässigen Elektroden 1712a und 1712b sind z. B. 100 bis 2000 Å dicke Isolationsschichten 1718a bzw. 1718b angeordnet.
Die Isolationsschichten 1718a und 1718b können vorzugsweise durch ein Isolationsmaterial gebildet werden, das nass aufgetragen und wärmebehandelt wird. Im einzelnen ist es möglich, dass eine gemischte Lösung einer organischen Titanverbindung und einer organischen Siliciumverbindung verwendet wird. Die gemischte Lösung kann durch Drucken aufgebracht werden, beispielsweise mit einer Ångströmer-Auftragvorrichtung usw., bei etwa 150ºC getrocknet werden und bei 300ºC wärmebehandelt werden, um eine Isolationsschicht zu bilden.
Die Isolationsschichten 1718a und 1718b sind mit fast oder ziemlich flachen (halb)zylindrischen Grübchen bzw. Dellen oder Vertiefungen 1701 versehen, deren Draufsicht in Fig. 12A schematisch gezeigt ist, und Fig. 12B ist eine entsprechende Schnittzeichnung entlang der Linie A-A in Fig. 12A. Die Grübchen bzw. Dellen 1701 können nach dem Trocknen und vor der Wärmebehandlung der Isolationsschichten 1718a und 1718b, z. B. durch Stempeln bzw. Prägen, erzeugt werden. Die Grübchen bzw. Dellen 1701 können einen Durchmesser von z. B. 0,1 bis 1,0 um haben und können in einer Dichte von 0,1 bis 10/um² gebildet werden. Die Tiefe D der Grübchen bzw. Dellen kann vorzugsweise in einem Bereich von "da < D < 100 da", wobei "da" die Dicke der auf den Isolationsschichten gebildeten Ausrichtungssteuerungsschichten 1713a und 1713b bezeichnet, und insbesondere z. B. in dem Bereich von 1 nm bis 50 nm eingestellt werden. Die Grübchen bzw. Dellen 1701 können eine von einem hohlen Halbzylinder verschiedene Vertiefungs- oder Vorsprungsgestalt haben, solange sie eine ähnliche Größe oder einen ähnlichen Grad der Unebenheiten bereitstellen können.
Zur Erhöhung der Isolation zwischen dem Paar Substraten ist es möglich, dass zwischen der Isolationsschicht 1718a (und/oder 1718b) und der lichtdurchlässigen Elektrode 1712a (und/oder 1712b) z. B. durch Zerstäubung eine zusätzliche Isolationsschicht aus anorganischem Oxid mit einer Dicke von z. B. 200 bis 3000 k eingefügt wird.
Nach der Wärmebehandlung der Isolationsschichten 1718a und 1718b können darauf die Ausrichtungssteuerungsschichten 1713a und 1713b z. B. als Schicht aus einem organischen Polymer wie z. B. einem Polyimid gebildet werden. Die Ausrichtungssteuerungsschichten 1713a und 1713b können in Richtungen gerieben werden, die fast parallel und gleich gerichtet sind.
Der Zwischenraum zwischen den Substraten kann z. B. durch Siliciumdioxidperlen 1714 mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 1,5 um (im allgemeinen von 0,1 bis 3,5 um) und einen teilchenförmigen Klebstoff 1715 aufrechterhalten werden. Der Umfang der Zelle wird mit einem Dichtungsmittel 1716 abgedichtet.
Bei einem besonderen Bezugsbeispiel wurde eine Flüssigkristallzelle in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt. Dann wurde die gesamte Zelle in einen Ausrichtungszustand gebracht, der die in Fig. 1A gezeigte durchschnittliche Molekülachsenrichtung 21 lieferte, und dann wurde sie 7 Stunden lang mit Rechteckwellensignalen angesteuert, die eine Impulsdauer (Δt) von 25 us, eine Spannungsamplitude (Vpp) von 40 Volt und ein Tastverhältnis von 1/2 hatten. Danach wurde die Zellendicke (der Zellenzwischenraum) in dem in Fig. 1B gezeigten Bereich 23 gemessen, wobei gefunden wurde, dass sie (er) im Vergleich zu dem anfänglichen Wert nur eine Zunahme von etwa 10% zeigte.
Zum Vergleich wurde eine Vergleichsvorrichtung in derselben Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Bezugsbeispiel 4 hergestellt, außer dass die Grübchen bzw. Dellen 1701 in der Isolationsschicht 1718a oder 1718b nicht gebildet wurden, und die Vergleichsvorrichtung wurde einer Messung der Zellendicke in dem in Figur iß gezeigten Bereich 23 unterzogen. Die Zunahme betrug im Vergleich zu dem anfänglichen Wert etwa 30%.

Bezugsbeispiel 5

Fig. 14 ist eine Draufsicht eines anderen Bezugsbeispiels einer Flüssigkristallvorrichtung (Zelle), und Fig. 15 ist eine entsprechende Schnittzeichnung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 14 und 15 hat die Flüssigkristallvorrichtung eine Zellenstruktur, die ein Paar 111 nun dicke Glassubstrate 2011a und 2011b, die einander gegenüberliegend angeordnet sind und zwischen denen ein Abstand von 0,1 bis 3 um vorhanden ist, der durch Abstandshalterperlen 2016 aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid usw. gehalten wird, und auch ein Dichtungsmittel 2017 mit hoher Klebkraft, das die Substrate miteinander verklebt bzw. verbindet, umfasst. Auf dem Substrat 2011a ist eine Vielzahl von lichtdurchlässigen Streifenelektroden 2012a (die z. B. als zu den Matrixelektroden gehörende Gruppe von Elektroden zum Anlegen eines Abtastsignals angewendet werden) angeordnet. Auf dem Substrat 2011b ist eine Vielzahl von lichtdurchlässigen Streifenelektroden 2012b (die z. B. als zu den Matrixelektroden gehörende Gruppe von Elektroden zum Anlegen von Datensignalen angewendet werden) derart angeordnet, dass sie die lichtdurchlässigen Streifenelektroden 2012a kreuzt. Die lichtdurchlässigen Streifenelektroden 2012a und 2012b, die auf den Substraten 2011a bzw. 2011b angeordnet sind, sind ferner mit zur Verhinderung von Kurzschluss dienenden Isolationsschichten 2013a bzw. 2013b und dann mit Ausrichtungssteuerungsschichten 2014a bzw. 2014b beschichtet worden. Zwischen den Substraten 2011a und 2011b ist ein ferroelektrischer smektischer Flüssigkristall 2015 angeordnet.
Die lichtdurchlässigen Elektroden 2012a und 2012b können z. B. aus In&sub2;O&sub3; oder ITO bestehen und eine Dicke in der Größenordnung von 1500 Å haben.
Die zur Verhinderung von Kurzschluss dienenden Isolationsschichten 2013a und 2013b können eine Dicke im Bereich von 200 bis 3000 k haben und können als Schicht aus einer anorganischen isolierenden Substanz wie z. B. SiO&sub2;, TiO&sub2; oder Ta&sub2;O&sub5; z. B. durch Zerstäubung gebildet werden. Die Isolationsschichten 2013a und 2013b können alternativ als anorganische Isolationsschicht gebildet werden, indem eine Lösung einer organischen Metallverbindung, die mindestens eines von Metallen wie z. B. Si, Ti, Ta, Zr und A1 enthält, aufgetragen wird, worauf Wärmebehandlung folgt.
Die anorganischen Isolationsschichten, die als Isolationsschichten 2013a und 2013b dienen, werden nach der Bildung in einer Richtung gerieben, um die Isolationsschichten mit Oberflächenunebenheiten zu erhalten. Dies ist ein Hauptkennzeichen dieser Ausführungsform. Die Reibmaterialien können Glaswolle, Stahlwolle oder ein Reibtuch bzw. -gewebe, das ein Florgarn aus Polyamid, Celluloseacetat oder Polyester enthält, umfassen. Von diesen können harte Reibmaterialien wie z. B. Glaswolle oder Stahlwolle bevorzugt werden, damit eine ausreichende Wirkung erzielt wird.
Die Ausrichtungssteuerungsschichten 2014a und 2014b können eine Dicke von 50 bis 1000 Å haben und können eine Schicht aus einer organischen isolierenden Substanz wie z. B. Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz oder Acrylharz umfassen.
Die Ausrichtungssteuerungsschichten 2014a und 2014b können gebildet werden, indem die Oberfläche einer Schicht aus so einer organischen isolierenden Substanz in einer Richtung gerieben wird, damit ihr eine uniaxiale Ausrichtungsachse erteilt wird, die sich im wesentlichen in derselben Richtung wie die Reibrichtung erstreckt.
In einem besonderen Beispiel wurden mehrere Paare von 1,1 mm dicken Glassubstraten jeweils mit ITO-Streifenelektroden versehen und zur Verhinderung von Kurzschluss zwischen den Substraten durch Zerstäubung mit einer 1000 Å dicken Isolationsschicht aus SiO bedeckt. Dann wurden die jeweiligen Paare von Isolationsschichten mit einem harten Material in Form von Glaswolle oder Stahlwolle oder mit einem weichen Material in Form eines Reibtuches, das Florgarn aus Polyamid, Celluloseacetat oder Polyester enthielt, gerieben oder (als Vergleichsversuch) nicht gerieben. Die jeweiligen Paare von Isolationsschichten wurden dann durch eine Schleuderbeschichtungsvorrichtung mit einer zur Bildung von Polyimid dienenden Lösung ("LQ 1802", hergest durch Hitachi Kasei K. K.) beschichtet, worauf Erhitzen folgte, um Polyimid-Ausrichtungsschichten mit einer Dicke von höchstens 200 Å zu bilden.
Dann wurden alle Substratpaare an den Polyimidschichten mit einem Polyamid-Reibtuch gerieben. Dann wurden Siliciumdioxidperlen mit einem mittleren Durchmesser von etwa 1,5 um auf einem Substrat angeordnet; auf das andere Substrat wurde durch Siebdruck ein Epoxyharz-Klebstoff aufgetragen, und die Substrate des Substratpaares wurden derart aufeinander aufgebracht, dass sich ihre Elektroden kreuzten, um eine Zelle (Anzeigefeld) zu bilden, die dann durch eine Einspritzöffnung mit dem in Bezugsbeispiel 1 verwendeten ferroelektrischen Flüssigkristall auf Pyrimidinbasis gefüllt und nach und nach bis zu einer Temperatur, bei der eine chirale smektische Phase vorhanden ist, abgekühlt wurde, um den ferroelektrischen Flüssigkristall auszurichten.
Auf diese Weise wurden mehrere Flüssigkristallzellen hergestellt. Bei jeder Zelle wurde die gesamte Zelle in einen optisch stabilen Ausrichtungszustand gebracht, und dann wurden an jede Zelle etwa 16 Stunden lang Rechteckimpulse mit einer Impulsdauer von 25 us, einer Spannungsamplitude von 40 Volt und einem Tastverhältnis von 1/2 angelegt. Dann wurde entlang den Zellenseiten die örtliche Zellendicke gemessen.
Die maximale Zunahme der Zellendicke bei den jeweiligen Zellen (Bezugsbeispiele und Vergleichsbeispiel) ist in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2
*zum Reiben der Isolationsschicht angewandt
Aus den vorstehenden Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Flüssigkristallbewegung durch Reiben der Isolationsschichten unterdrückt wurde, und eine tiefere Dicke, die durch ein härteres Reibmaterial erzielt wird, zeigte eine stärkere Wirkung der Unterdrückung der Flüssigkristallbewegung.

Beispiel 1

Ein Glassubstrat wurde mit 1500 Å dicken lichtdurchlässigen ITO-Elektroden versehen, die als Ergebnis der Betrachtung mit einem Raster-Tunnelmikroskop (RTM) eine unebene Oberfläche mit einem mittleren Höhenunterschied von 150 Å und einem mittleren Mittenabstand der Unebenheiten von 200 Å zeigten. Das Glassubstrat wurde dann durch 20 s dauernde Schleuderbeschichtung bei 2700 U/min mit einer 0,4%igen (Masse%) Lösung zur Bildung einer organischen Ausrichtungssteuerungsschicht, die durch Verdünnen eines Ausrichtungsmittels ("Semicofine Lp 64", hergest. von Toray K. K.) mit einer Lösungsmittelmischung aus N-Methylpyrrolidon/n- Butylcellosolve (= 2/1) erhalten worden war, beschichtet, wobei eine Ausrichtungsschicht mit einer Dicke von 30 Å (mit einem "Elipso meter" gemessen) gebildet wurde. Die Ausrichtungsschicht wurde unter den Bedingungen eines Pressrandes von 0,4 in, einer Drehzahl von 1000 U/min und einer Substratbewegungsgeschwindigkeit von 12 mm/s mit einem Polyamidtuch gerieben, wobei eine uniaxiale Ausrichtungsachse erhalten wurde.
Zwei auf diese Weise behandelte Substrate wurden dann aufeinander aufgebracht, um eine Leerzelle zu bilden, wobei zwischen den Substraten Abstandshalterperlen mit einem Durchmesser von 1,5 um verteilt waren. Die Leerzelle wurde unter Vakuum durch Kapillarwirkung mit unter Bildung einer Flüssigkeit erhitztem FLC1, das die folgenden Eigenschaften hat, gefüllt, um eine Flüssigkristallzelle zu bilden.
Eigenschaften von FLC1 (bei 25ºC):
Θ = 27 Grad, Ps = 90 nC/cm², Phasenumwandlungsreihe (ºC)
Die Flüssigkristallzelle wurde dann unter Anlegen von Rechteckwellenspannungen von ±10 Volt und 10 Hz nach und nach von 80ºC auf 25ºC abgekühlt, wodurch eine homogene Streifenausrichtung entwickelt wurde, die einen scheinbaren Kippungswinkel von 25,5 Grad zeigte. Dann wurden an die Zelle in diesem Zustand bipolare Impulsspannungen von ±10 Volt mit ΔT = 40 us angelegt, wodurch ein gutes Umschalt- und Speicherverhalten erhalten wurde, wie es in Fig. 27A in Form einer Durchlässigkeitsgrad-Kurve gezeigt ist.
Der bei der vorstehend beschriebenen Flüssigkristallzelle erhaltene homogene Ausrichtungszustand ist in Fig. 18 (einer mit einem Polarisationsmikroskop angefertigten Aufnahme) im Vergleich mit Fig. 17 gezeigt, die eine ungeordnete Ausrichtung zeigt, die bei einer Flüssigkristallzelle erhalten wird, die unter Anwendung von 200 Å dicken ITO-Elektroden mit einem geringeren Grad von Unebenheiten hergestellt wurde, wie nachstehend beschrieben wird.

Beispiel 2

In einer 1,5%igen (Masse%) Lösung von Acetylacetonatozinn(II) in Butanol wurden Siliciumdioxidperlen mit einem mittleren Durchmesser von 500 Å in einem Anteil von 0,1 Masse% dispergiert und einem Ultraschall-Dispergiervorgang unterzogen. Die erhaltene Dispersion wurde durch 30 s dauernde Schleuderbeschichtung bei 3000 U/min auf ein mit 700 Å dicken ITO-Elektroden versehenes Glassubstrat aufgetragen, worauf 1-stündige Wärmebehandlung bei 300ºC folgte, um eine 300 Å dicke Zinnoxidschicht zu bilden. Die Schicht zeigte Oberflächenunebenheiten mit einem mittleren Höhenunterschied von 200 Å und einem mittleren Mittenabstand der Unebenheiten von 1000 Å.
Zum Vergleich wurde auf der vorstehend erwähnten Zinnoxidschicht (jedoch separat gebildet) im Vakuum Aluminium abgeschieden, um eine Elektrode von 1 cm² für die Messung des Widerstandes mit einem Impedanzmesser ("4192A LF", erhältlich von Yokogawa Hewlett-Packard K. K.) zu bilden, wodurch bei 20 kHz ein Wert von 8 Ohm erhalten wurde.
Dann wurde die Zinnoxidschicht durch 20 s dauernde Schleuderbeschichtung bei 2700 U/min mit einer 1,0%igen (Masse%) Lösung zur Bildung einer organischen Ausrichtungssteuerungsschicht, die durch Verdünnen eines Ausrichtungsmittels ("Semicofine Lp 64" hergest. durch Toray K. K.) mit einer Lösungsmittelmischung aus N-Methylpyrrolidon/n-Butylcellosolve (= 2/1) erhalten worden war, beschichtet, wobei eine Ausrichtungsschicht mit einer Dicke von 90 Å gebildet wurde. Die Ausrichtungsschicht wurde unter den Bedingungen eines Pressrandes bzw. -spielraums von 0,4 nun, einer Drehzahl von 1000 U/min und einer Substratbewegungsgeschwindigkeit von 12 mm/s mit einem Polyamidtuch gerieben, wobei eine uniaxiale Ausrichtungsachse erhalten wurde.
Zwei auf diese Weise behandelte Substrate wurden dann aufeinander aufgebracht, um eine Leerzelle zu bilden, wobei zwischen den Substraten Abstandshalterperlen mit einem Durchmesser von 1,5 um verteilt waren. Die Leerzelle wurde mit demselben FLC1 wie in Beispiel 1 verwendet gefüllt und in derselben Weise wie in Beispiel 1 unter Anwendung von Wechselstrom abgekühlt, wodurch eine homogene Streifenausrichtung entwickelt wurde. Dann wurden an die Zelle in diesem Zustand bipolare Impulsspannungen von ±10 Volt mit ΔT = 40 us angelegt, wodurch ein gutes Umschalt- und Speicherverhalten erhalten wurde, wie es in Fig. 27B in Form einer Durchlässigkeitsgrad-Kurve gezeigt ist.

Beispiel 3

Ein Glassubstrat, das mit 1500 Å dicken lichtdurchlässigen ITO- Elektroden versehen und mit dem in Beispiel 1 angewandten identisch war, wurde durch 20 s dauernde Schleuderbeschichtung bei 2700 U/min mit einer 0,4%igen (Masse%) Lösung zur Bildung einer organischen Ausrichtungssteuerungsschicht, die durch Verdünnen eines Ausrichtungsmittels ("Sunever SE100", hergest. durch Nissan Kagaku K. K.) mit einer Lösungsmittelmischung aus N-Methylpyrrolidonln-Butylcellosolve (= 1/1) erhalten worden war, beschichtet, wobei eine Ausrichtungsschicht mit einer Dicke von 30 Å gebildet wurde. Die Ausrichtungsschicht wurde unter den Bedingungen eines Pressrandes bzw. -spielraums von 0,4 mm, einer Drehzahl von 1000 U/min und einer Substratbewagungsgeschwindigkeit von 12 min/s mit einem Polyamidtuch gerieben, wobei eine uniaxiale Ausrichtungsachse erhalten wurde.
Zwei auf diese Weise behandelte Substrate wurden dann aufeinander aufgebracht, um eine Leerzelle zu bilden, wobei zwischen den Substraten Abstandshalterperlen mit einem Durchmesser von 1,5 um verteilt waren. Die Leerzelle wurde unter Vakuum durch Kapillarwirkung mit unter Bildung einer Flüssigkeit erhitztem FLC2, das die folgenden Eigenschaften hat, gefüllt, um eine Flüssigkristallzelle zu bilden.
Eigenschaften von FLC2 (bei 25ºC):
Θ = 23 Grad, Ps = 28 nC/cm², Phasenumwandlungsreihe (ºC)
Die Flüssigkristallzelle wurde dann unter Anlegen von Rechteckwallanspannungen von ±25 Volt und 10 Hz nach und nach von der flüssigen Phase auf die Sc*-Phase (25ºC) abgekühlt, wodurch eine homogene Streifenausrichtung entwickelt wurde. Die auf diese Weise erhaltene Zelle zeigte auch ein gutes Umschalt- und Speicherverhalten.

Vergleichsbeispiel (i)

Eine Flüssigkristallzelle wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass eine 150 Å dicke Ausrichtungsschicht gebildet wurde, indem die zur Bildung einer Ausrichtungsschicht dienende Lösung durch 20 s dauernde Schleuderbeschichtung bei 2000 U/mm, jedoch mit einer Konzentration von 1,0 Masse% aufgetragen wurde. Die Flüssigkristallzelle lieferte eine homogene Streifenausrichtung, zeigte jedoch ein schlechtes Umschalt- und Speicherverhalten, wie in Fig. 27C gezeigt ist, und war somit nicht imstande, ein 100%iges Umschalt- und Speicherverhalten zu zeigen.

Vergleichsbeispiel (ii)

Eine Flüssigkristallzelle wurde in derselben Weise hergestellt, außer dass die Glassubstrate mit 200 Å dicken ITO-Elektroden versehen waren. Die Flüssigkristallzelle zeigte im allgemeinen eine Streifenausrichtung, jedoch schwankte ihre Neigung von Ort zu Ort, so dass sie eine Unordnung bzw. Fehlordnung im axialen Ausrichtungsverhalten zeigte (Fig. 17). In diesem Zustand konnte kein gutes Umschalt- und Speicherverhalten erzielt werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durch Verbesserung des physikalischen und des chemischen Oberflächenzustands der Ausrichtungsschichten für ein Anzeigeverhalten mit gutem Kontrast sorgen und die Erscheinung der Flüssigkristallznolekülbewegung, die bei einer lange dauernden Ansteuerung eintritt, unterdrücken, so dass sie für lange Zeit ein gutes und gleichmäßiges Anzeigeverhalten aufrechterhalten kann.
Ferner ist es durch Anwendung einer Ausrichtungssteuerungsschicht, die bestimmte Größen von Vertiefungen (Grübchen bzw. Dellen) oder Vorsprüngen bzw. Ausbuchtungen (Punkten) in einer bestimmten Dichte hat, möglich, eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bereitzustellen, die die Flüssigkristallmuolekülbewegung, die während einer lange dauernden Ansteuerung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls leicht eine Dickenänderung entlang einer Zellenseite verursacht, wirksam unterdrücken und somit ein stabiles Ansteuerungsverhalten zeigen kann.
Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Flüssigkristallmolekülbewegung während der Ansteuerung zu unterdrücken, indem an der Oberfläche der Isolationsschicht Unebenheiten erzeugt werden, so dass eine Farbveränderung, die auf eine Zunahme der Zellendicke entlang einer Zellenseite zurückzuführen ist, deutlich vermindert wird und während einer lange dauernden Ansteuerung ein beständiger Ausrichtungszustand aufrechterhalten wird.
Des weiteren ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Flüssigkristallbewegung innerhalb einer Zelle zu vermindern und die Anzeigequalität zu verbessern, indem in die Isolationsschicht oder an ihrer Oberfläche feine Teilchen eingebaut werden.
Ferner sind gemäß der vorliegenden Erfindung an der Oberfläche einer Isolationsschicht vorgeschriebene Grübchen bzw. Dellen oder feine sphärische (kugelförmige) Teilchen angeordnet, wodurch die Flüssigkristallbewegung vermindert wird und die Zunahme der Zellendicke entlang einer Zellenseite vermindert wird, so dass eine Gelbtönung verhindert wird, während ein gutes Ausrichtungsverhalten aufrechterhalten wird.
Ferner werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung an der Oberfläche einer Isolationsschicht, die unterhalb der Ausrichtungssteuerungsschicht angeordnet ist, Unebenheiten bereitgestellt, so dass die Flüssigkristallbewegung unterdrückt werden kann, während ein gutes Ausrichtungsverhalten aufrechterhalten wird, ohne dass die Ausrichtung des Flüssigkristalls wesentlich beeinträchtigt wird.
Ferner können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf einer ersten Isolationsschicht feine anorganische Teilchen verteilt werden und kann dann durch Vakuumaufdampfung eine zweite Isolationsschicht gebildet werden, so dass die Abschattungswirkung der feinen anorganischen Teilchen wirksam zur Bildung von Vertiefungen bzw. Dellen ausgenutzt werden kann. Es ist auf diese Weise möglich, die Wirkung der Unterdrückung der Gelbtönung und des Auftretens von leeren Räumen, die auf eine Verminderung der Flüssigkristallbewegung zurückzuführen ist, zu optimieren.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Flüssigkristallbewegung unterdrückt, und eine Schwankung der Zellendicke ist weniger wahrscheinlich, so dass eine Gelbtönung entlang einer Zellenseite verhindert und ein Bildanzeigegerät oder Aufzeichnungsgerät von hoher Qualität bereitgestellt werden kann. Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine beständige gleichmäßige C1-Ausrichtung zu verwirklichen, so dass eine Bildanzeige verwirklicht werden kann, die eine höhere Leuchtkraft und einen höheren Kontrast zeigt als die, die durch Ausnutzung bistabiler Zustände bei einer herkömmlichen C2-Ausrichtung erzielt werden.
Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen Arbeitsablauf anzuwenden, bei dem auf ein Substrat, das bereits mit Elektroden versehen ist, eine zur Bildung einer Ausrichtungsschicht dienende Lösung, die feine Teilchen mit einer Größe enthält, die gleich dem Zellenzwischenraum oder kleiner ist, aufgetragen wird, die aufgetragene Lösung erhitzt wird, um eine Ausrichtungsschicht zu bilden, und die Teilchen entfernt werden, damit an dar Oberfläche der Ausrichtungsschicht Unebenheiten erzeugt werden, die für eine Verminderung der Flüssigkristallbewegung wirksam sind. Als Folge können solche Unebenheiten stabil und zuverlässig erzeugt werden, indem die Größe und die Menge der einzubauenden feinen Teilchen eingestellt werden. Die Flüssigkristallbewegung kann somit zuverlässig gesteuert bzw. eingeschränkt werden.
Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, durch Bildung einer Ausrichtungsschicht in einer Dicke, die höchstens einen vorgeschriebenen Wert hat, auf einer unebenen Oberfläche mit optimierten Unebenheiten eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bereitzustellen, die eine homogene Ausrichtung und ein gutes Umschalt- und Speicherverhalten zeigt.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Spielraum für die Auswahl des Ausrichtungsschichtmaterials erweitert, so dass auch ein Material wie z. B. Polyamid, das keine Behandlung bei höherer Temperatur erfordert, verwendet und die Produktivität verbessert werden kann. Ferner liefert die resultierende Flüssigkristallvorrichtung eine Anzeige von hoher Qualität, die sich durch einen hohen Kontrast zwischen einem hellen und einem dunklen Zustand, vor allem einen sehr hohen Kontrast während einer Multiplexansteuerung, und Freisein von einem unschönen Nachbild oder von Nachleuchten auszeichnet.
Die Teilchen, die in eine zur Bildung einer Ausrichtungsschicht dienende Lösung einzumischen oder in eine Isolationsschicht einzubauen oder an ihrer Oberfläche anzuordnen sind, müssen Übrigens nicht Siliciumdioxidperlen sein, sondern können Teilchen aus irgendwelchen Materialien umfassen, die gegen die Temperatur bei der Wärmebehandlung wie z. B. 300ºC beständig sind.
Ferner können die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die vorstehend dargelegt wurden, bereitgestellt oder miteinander kombiniert werden.

Claims

1. Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung mit einer Zelle, die ein Paar Substrate (1011a, 1011b), auf denen sich jeweils eine lichtdurchlässige Elektrode (1012a, 1012b) für die Ansteuerung eines Flüssigkristalls (1015) befindet und die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei jedes der Substrate (1011a, 1011b) ferner auf der lichtdurchlässigen Elektrode (1012a, 1012b) eine Ausrichtungssteuerungsschicht (1014a, 1014b), die einer Behandlung zur uniaxialen Ausrichtung unterzogen worden ist, hat, und einen ferroelektrischen Flüssigkristall (1015), der zwischen dem Paar einander gegenüberliegend angeordneten Substraten (1011a, 1011b) angeordnet ist, enthält, wobei die erwähnte Ausrichtungsschicht eine Dicke d von höchstens 10 mm (100 Å) hat und auf einer unebenen Oberfläche gebildet ist, die Oberflächenunebenheiten hat, die einen mittleren Mittenabstand der Unebenheiten von höchstens 100 nm (1000 Å) zeigen, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnten Oberflächenunebenheiten außerdem einen mittleren Höhenunterschied von 10 bis 50 nm (100 bis 500 Å) zeigen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erwähnte unebene Oberfläche durch die lichtdurchlässige Elektrode bereitgestellt wird und der Höhenunterschied durch Einstellung der Dicke der lichtdurchlässigen Elektrode erhalten wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erwähnte unebene Oberfläche durch eine zur Verhinderung von Kurzschlussdienende Schicht mit niedrigem spezifischem Widerstand bereitgestellt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erwähnte zur Verhinderung von Kurzschluss dienende Schicht mit niedrigem spezifischem Widerstand durch feine Teilchen mit den Oberflächenunebenheiten versehen ist.

3. Vorrichtung nach dem einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erwähnte ferroelektrische Flüssigkristall in einen Ausrichtungszustand gebracht ist, der einen erhöhten scheinbaren Kippungswinkel Θa zeigt und durch Einwirkung eines elektrischen Wechselfeldes gebildet wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erwähnten Oberflächenunebenheiten einen mittleren Mittenabstand der Unebenheiten von 10 bis 100 nm (100 bis 1000 Å) zeigen.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Unebenheiten an der Oberfläche der erwähnten Ausrichtungssteuerungsschicht eingeführt sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich der erwähnte ferroelektrische Flüssigkristall in einem Ausrichtungszustand befindet, der die Beziehung "Θ < α + δ" erfüllt, worin α einen Vor-Kippungswinkel bezeichnet, Θ einen Kippungswinkel bezeichnet und δ einen Neigungswinkel der chiralen smektischen C-Phase bezeichnet.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich der erwähnte ferroelektrische Flüssigkristall in einem Ausrichtungszustand befindet, der mindestens zwei stabile Zustände optischer Achsen bereitstellt, zwischen denen ein Winkel 2Θa gebildet wird, der die Beziehung "Θ > Θa > Θ/2" erfüllt, worin Θ einen Kippungswinkel des ferroelektrischen Flüssigkristalls bezeichnet.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erwähnte Ausrichtungsschicht ein Polyimid umfasst, das durch die folgende Formel (1) wiedergegeben wird:

worin A eine vierwertige organische Restgruppe bezeichnet und R&sub1; und R&sub2; eine Alkyl- oder Fluoralkylgruppe mit jeweils 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bezeichnen, wobei vorausgesetzt ist, dass R&sub1; und R&sub2; gleich oder verschieden sein können.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erwähnte Ausrichtungsschicht ein Polyamid umfasst, das durch die folgende Formel (2) wiedergegeben wird:

worin B eine zweiwertige organische Restgruppe bezeichnet und R&sub3; und R&sub4; eine Alkyl- oder Fluoralkylgruppe mit jeweils 1 bis 20 Kohlenstoffatomen bezeichnen, wobei vorausgesetzt ist, dass R&sub3; und R&sub4; gleich oder verschieden sein können.