DE69232947T2

DE69232947T2 - Flüssigkristallzusammensetzung, Flüssigkristallvorrichtung und Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69232947T2
Application number: DE69232947T
Authority: DE
Inventors: Kazuharu Katagiri; Shosei Mori; Masahiro Terada; Syuji Yamada; Masataka Yamashita; Akio Yoshida
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-11-22
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2012-11-21
Also published as: US5305131A; DE69225685D1; ATE233800T1; DE69225685T2; EP0770662A3; EP0548548B1; DE69232947D1; EP0770662B1; ATE166729T1; EP0548548A1; EP0770662A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallzusammensetzung und auf eine Flüssigkristallvorrichtung und ein Anzeigegerät, die diese Zusammensetzung verwenden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine neue Flüssigkristallvorrichtung, die eine neue Flüssigkristallzusammensetzung verwendet, die in Bezug auf die Ansprechfähigkeit auf ein elektrisches Feld verbessert ist. Die Flüssigkristallvorrichtung, die diese Zusammensetzung verwendet, ist geeignet, in einem Flüssigkristallanzeigegerät, einem optischen Flüssigkristallverschluss, einem Anzeigegerät und dergleichen verwendet zu werden.
Bisher wurden Flüssigkristallvorrichtungen als elektrooptische Vorrichtung auf verschiedenen Gebieten eingesetzt. Die meisten Flüssigkristallvorrichtungen, die in die Praxis umgesetzt wurden, verwenden Flüssigkristalle vom TN-Typ (verdrillt nematisch), wie es in "Voltage- Dependent Optical Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal" (Spannungsabhängige optische Aktivität von verdrillt nematischen Flüssigkristallen) von M. Schadt und W. Helfrich, Applied Physics Letters, Band 18, Nr. 4 (15 Februar 1971) S. 127 bis 128 ausgeführt wird.
Diese Vorrichtungen beruhen auf dem dielektrischen Ausrichtungseffekt eines Flüssigkristalls und nutzen einen Effekt aus, der darin besteht, dass die mittlere Richtung der molekularen Achse in eine bestimmte Richtung ausgerichtet ist als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld wegen der dielektrischen Anisotropie der Flüssigkristallmoleküle. Es wird behauptet, dass die Grenze der Ansprechgeschwindigkeit im Bereich von Millisekunden liegt, was zu langsam für viele Anwendungen ist.
Auf der anderen Seite ist ein einfaches Matrixsystem der Ansteuerung am vielversprechendsten zur Anwendung bei einer großflächigen, flachen Anzeige in Hinblick auf Kosten, Produktivität und dergleichen in Kombination. Beim einfachen Matrixsystem werden eine Elektrodenanordnung, bei der Abtastelektroden und Signalelektroden in einer Matrix angeordnet sind, und ein Multiplexansteuerschema zur Ansteuerung eingesetzt, wobei ein Adresssignal sequentiell, periodisch und selektiv an die Abtastelektroden angelegt wird und festgelegte Datensignale selektiv und parallel an die Signalelektroden synchron mit den Adresssignalen angelegt werden.
Wenn der vorstehend genannte Flüssigkristall vom TN-Typ in einer Vorrichtung mit einem solchen Ansteuersystem verwendet wird, wird ein gewisses elektrisches Feld an Bereiche, in denen eine Abtastelektrode ausgewählt ist und die Signalelektroden nicht ausgewählt sind, oder an Bereiche, in denen die Abtastelektroden nicht ausgewählt ist und eine Signalelektrode ausgewählt ist (solche Bereiche sind sogenannte "halb ausgewählte Punkte") angelegt.
Wenn der Unterschied zwischen einer Spannung, die an die ausgewählten Punkte angelegt ist, und einer Spannung, die an die halb ausgewählten Punkte angelegt ist, ausreichend groß ist und eine Spannungsschwellenwert, der erforderlich ist, um es den Flüssigkeitsmolekülen zu ermöglichen, senkrecht zu einem elektrischen Feld ausgerichtet oder orientiert zu werden, auf einen Wert eingestellt wird, der dazwischen liegt, arbeitet die Anzeigevorrichtung normal. Allerdings nimmt tatsächlich, wenn die Anzahl (N) der Abtastleitungen größer wird, eine Zeit (die relative Einschaltdauer), während der ein wirksames elektrisches Feld an einen ausgewählten Punkt angelegt ist, wenn eine gesamte Bildfläche (entsprechend einem Bildrahmen) abgetastet wird, mit dem Verhältnis 1/N ab.
Entsprechend gilt, dass, je größer die Anzahl der Abtastzeilen ist, desto kleiner der Spannungsunterschied eines effektiven Wertes, der an einen ausgewählten Punkt angelegt ist, und eines effektiven Wertes, der an nicht ausgewählte Punkte angelegt ist, ist, wenn das Abtasten wiederholt durchgeführt wird. Das führt zu unvermeidlichen Rückschlägen, die in einer Verringerung des Bildkontrastes oder dem Auftreten von Interferenzen oder Übersprecheffekten bestehen.
Diese Phänomene werden als im wesentlichen unvermeidliche Probleme betrachtet, die auftreten, wenn ein Flüssigkristall ohne Bistabilität (das heißt, die Flüssigkristallmoleküle sind horizontal im Bezug auf die Elektrodenoberfläche ausgerichtet als stabiler Zustand und nur vertikal im Bezug auf die Elektrodenoberfläche ausgerichtet, wenn ein elektrisches Feld wirksam angelegt ist) angesteuert wird (das heißt, wiederholt abgetastet wird), indem ein Zeitremanenzeffekt ausgenutzt wird.
Um diese Rückschläge zu überwinden, wurden bereits das Spannungsmittelungsverfahren, das Zweifrequenzansteuerverfahren, das Mehrfachmatrixverfahren und dergleichen vorgeschlagen. Allerdings ist keine dieser Verfahren geeignet, um die vorstehend genannten Rückschläge zu überwinden. Als Ergebnis ist der momentane Zustand der, dass die Entwicklung großer Bildflächen oder hoher Packungsdichte im Bezug auf die Anzeigeelemente verzögert wird, weil es schwierig ist, die Anzahl der Abtastleitungen ausreichend zu erhöhen.
Um Rückschläge mit solchen Flüssigkristallvorrichtungen nach dem Stand der Technik zu überwinden, wurde die Verwendung von Flüssigkristallvorrichtungen mit Bistabilität von Clark und Lagerwall (zum Beispiel in den offengelegten, japanischen Patentanmeldungen (JP-A) 56- 107216, im US-Patent Nr. 4 367 924 und dergleichen) vorgeschlagen. In diesem Fall werden als Flüssigkristalle mit Bistabilität im allgemeinen ferroelekrische Flüssigkristalle mit chiraler, smektischer C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) verwendet.
Diese Flüssigkristalle zeigen bistabile Zustände, nämlich einen ersten und einen zweiten stabilen Zustand, in Hinblick auf ein daran angelegtes elektrisches Feld. Entsprechend werden im Unterschied zu optischen Modulationsvorrichtungen, in denen die vorstehend genannten Flüssigkristalle von TN-Typ verwendet werden, die bistabilen Flüssigkristallmoleküle in einen ersten und einen zweiten, optisch stabilen Zustand in Hinblick auf den einen beziehungsweise den anderen elektrischen Feldvektor eingestellt. Weiter hat dieser Typ von Flüssigkristallen die Eigenschaft (Bistabilität), einen der beiden stabilen Zustände als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld anzunehmen und den sich ergebenden Zustand in Abwesenheit eines elektrischen Feldes beizubehalten.
Zusätzlich zur vorstehend genannten Eigenschaft, Bistabilität zu zeigen, weisen ferroelektrische Flüssigkristalle eine hervorragende Eigenschaft auf, das heißt, die Ansprechfähigkeit mit hoher Geschwindigkeit. Das liegt daran, dass die spontane Polarisation des ferroelektrischen Flüssigkristalls und das angelegte elektrische Feld direkt miteinander in Wechselwirkung treten und dadurch den Übergang zwischen den Ausrichtungszuständen einleiten. Die sich ergebende Ansprechgeschwindigkeit ist um drei bis vier Größenordnungen schneller als die Ansprechgeschwindigkeit aufgrund der Wechselwirkung zwischen dielektrischer Anisotropie und einem elektrischen Feld.
So weist ein ferrolelektrischer Flüssigkristall potentiell ganz hervorragende Eigenschaften auf, und durch Einsetzen dieser Eigenschaften ist es möglich, wesentliche Verbesserungen im Bezug auf viele der vorstehend genannten Probleme mit dem konventionellen Vorrichtungen von TN-Typ bereitzustellen. Insbesondere wird die Anwendung auf einen optischen Hochgeschwindigkeitsverschluss und eine Anzeige mit hoher Dichte und großem Bild als vorteilhaft betrachtet. Aus diesem Grunde wurden ausgiebige Untersuchungen durchgeführt in Hinblick auf Flüssigkeitsmaterialien, die Ferrolelektrizität zeigen. Allerdings kann von den ferroelektrischen Flüssigkristallmaterialien, die bisher entwickelt wurden, nicht gesagt werden, dass sie ausreichende Eigenschaften, die für eine Flüssigkristallvorrichtung erforderlich sind, zufriedenstellend bereitzustellen, worin die Eigenschaft des Betriebes bei niedrigen Temperaturen, Ansprechverhalten mit großer Geschwindigkeit und dergleichen eingeschlossen ist.
Zwischen einer Ansprechzeit τ, die Größe der spontanen Polarisation Ps und der Viskosität η existiert die folgende Beziehung:
τ = η/(Ps·E)
worin E eine angelegte Spannung darstellt. Entsprechend kann eine große Ansprechgeschwindigkeit erhalten werden durch (a) Vergrößern der spontanen Polarisation, (b) Verringern der Viskosität η oder (c) Vergrößern der angelegten Spannung. Allerdings weist die Ansteuerspannung eine bestimmte obere Grenze auf im Hinblick auf die Ansteuerung mit ICs und dergleichen und sollte wünschenswerterweise so klein wie möglich sein. Entsprechend ist es tatsächlich erforderlich, die Viskosität zu erniedrigen oder die spontane Polarisation zu vergrößern.
Ein ferroelektrischer, chiraler, smektischer Flüssigkristall mit einer großen spontanen Polarisation stellt im allgemeinen ein großes internes elektrisches Feld in einer Zelle bereit, das durch die spontane Polarisation bewirkt wird, und belegt die Vorrichtungskonstruktion, die Bistabilität erzeugt, möglicherweise leicht mit Beschränkungen. Weiter wird eine übermäßig große spontane Polarität leicht von einem Ansteigen der Viskosität begleitet, so dass eine bemerkenswerte Vergrößerung der Reaktionsgeschwindigkeit als Ergebnis nicht erhalten werden kann.
Weiter ändert sich, wenn angenommen wird, dass die Betriebstemperatur der tatsächlichen Anzeigevorrichtung zwischen 10 und 40ºC liegt, die Reaktionsgeschwindigkeit um einen Faktor von etwa 10, so dass ein System zur Temperaturkompensation kompliziert wird.
Weiter ist es im Fall eines Anzeigegeräts mit einer großen Anzeigefläche, die leicht von großen Temperaturabweichungen begleitet ist, bisher erforderlich, zum Beispiel eine Einrichtung zum Erhitzen der Anzeigefläche auf eine konstante Temperatur bereitzustellen.
Der Artikel "Spontane Bildung einer Bücherbrett- bzw. bookshelf- Schichtstruktur in neuen ferroelektrischen Flüssigkristallen, die von einem Naphthalinring abgeleitet sind" von kristallen, von Oichi Takanashi et. al., Japanese Journal of Applied Physics 29 (1990) Juni, Nr. 6, Teil 2, Seiten 984-986, berichtet, dass eine quasi bookshelf- Schichtstruktur durch ein herkömmliches Abriebsverfahren in einer FLC-Mischung, die aus Naphthalin abgeleiteten Flüssigkristallen zusammengesetzt ist, erhalten wurde.
Wie vorstehend ausgeführt, ist es für die kommerzielle Verwertung einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung erforderlich, eine chirale smektische Flüssigkristallzusammensetzung zu verwenden, die eine hohe Ansprechgeschwindigkeit aufweist, die auf einer großen spontanen Polarisation und einer geringen Viskosität und einer geringen Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit basiert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Flüssigkristallvorrichtung unter Verwendung einer Flüssigkristallzusammensetzung bereitzustellen, die wirksam ist, die Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit zu nivellieren, und insbesondere eine Flüssigkristallzusammensetzung bereitzustellen, die eine ferroelektrische, chirale, smektische Phase zeigt, um eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung mit gewünschten Betriebseigenschaften zu verwirklichen, wie sie vorstehend beschrieben wurden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Diese und andere Aufgaben, Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden klarer bei Berücksichtigung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Ausrichtungszustand eines chiralen, smektischen Flüssigkristalls zeigt, der eine helikahle Struktur aufweist.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Ausrichtungszustand eines chiralen, smektischen Flüssigkristalls zeigt, der eine nichthelikahle Struktur aufweist.
Fig. 4 ist eine Veranschaulichung von C1- und C2- Ausrichtungszuständen.
Figg. 5A und 5B sind Veranschaulichungen einer Beziehung zwischen einem Kegelwinkel, einem Vorverdrillungswinkel und einem Schichtneigungswinkel in C1-Ausrichtung beziehungsweise C2-Ausrichtung.
Fig. 6 ist ein Wellenformdiagramm, das Ansteuerwellenformen veranschaulicht, die in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet werden.
Fig. 7 ist eine Draufsicht einer Elektrodenmatrix.
Fig. 8 ist eine schematische Schnittansicht einer Chevron- Struktur in der chiralen, smektischen C-Phase. Fig. 9 ist eine schematische Schnittansicht einer molekularen Schicht in der smektischen A-Phase.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm eines Flüssigkristallanzeigegerätes und eines Grafikcontrollers.
Fig. 11 ist ein Zeitdiagramm, dass die Zeitkorrelation für die Bilddatenkommunikation zwischen dem Flüssigkristallanzeigegerät und dem Grafikcontroller darstellt.
Figg. 12 bis 16 sind jeweils grafische Darstellungen, die Temperaturabhängigkeiten von Kegelwinkeln für verschiedene Flüssigkristallzusammensetzungen zeigen.
Fig. 17 ist eine graphische Darstellung, die Temperaturabhängigkeit des Neigungswinkels für verschiedene Flüssigkristallzusammensetzungen zeigt.
Fig. 18 bis 20 sind jeweils graphische Darstellungen, die die Temperaturabhängigkeit des Transmissionsfaktors und das Kontrastverhältnis einer Flüssigkristallvorrichtung zeigen.
Fig. 21A zeigt Einheitsantriebswellenformen, die in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und Fig. 21B zeigt in Abhängigkeit von der Zeitwellenform, die eine Aufeinanderfolge von derartigen Einheitswellenformen umfassen.
Fig. 22 ist eine Veranschaulichung eines Anzeigemusters, das durch einen tatsächlichen Antrieb, der in Fig. 21B gezeigte auf die Zeit bezogene Wellenformen verwendet, erhalten wurde.
Fig. 23 ist ein Diagramm mit V-T-Charakteristik, das eine Änderung des Transmissionsfaktors unter Anwendung von variierenden Antriebsspannungen zeigt.
Fig. 24 ist eine schematische Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung, die eine chirale, smektische Flüssigkristallschicht verwendet, zur Beschreibung einer Struktur der Flüssigkristallvorrichtung, die Ferroelektrizität ausnützt.
Unter Bezug auf Fig. 1 schließt die Flüssigkristallvorrichtung eine chirale, smektische Flüssigkristallschicht 1 ein, die zwischen einem Paar von Glasträgern 2 eingebracht ist, die jeweils auf ihrer Oberfläche eine transparente Elektrode 3 und eine isolierende Ausrichtungssteuerschicht 4 tragen. Anschlussdrähte 6 sind an den Elektroden 3 angeschlossen, um eine Ansteuerspannung an die Flüssigkristallschicht 1 aus einer Energieversorgung 7 anzulegen. Außerhalb der Träger 2 ist ein Paar Polarisatoren 8 angeordnet, um das einfallende Licht I&sub0; aus einer Lichtquelle 9 in Zusammenarbeit mit dem Flüssigkristall 1 zu modulieren, um moduliertes Licht I bereitzustellen.
Jeder der zwei Glasträger 2 ist mit einer transparenten Elektrode 3 beschichtet, die einen Film aus In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2; oder ITO (Indium-Zinn-Oxid) umfasst, wodurch eine Elektrodenplatte gebildet wird. Weiter ist darauf eine isolierende Ausrichtungssteuerschicht 4 gebildet, indem einem Film aus einem Polymer, wie zum Beispiel Polyemid, mit Gaze oder aus Acetatfasern gewebtem Tuch gerieben wird, um so die Flüssigkristallmoleküle in der Reiberichtung auszurichten. Weiter ist es auch möglich, die Ausrichtungssteuerschicht aus zwei Schichten zusammenzusetzen, indem zum Beispiel zuerst eine isolierende Schicht aus einem anorganischen Material, wie zum Beispiel Siliziumnitrid, Siliziumnitrid, das Wasserstoff enthält, Siliziumcarbid, Siliziumcarbid, das Wasserstoff enthält, Siliziumoxid, Bornnitrid, Bornnitrid, das Wasserstoff enthält, Kehroxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid oder Magnesiumfluorid, gebildet wird und dann darauf eine Ausrichtungssteuerschicht aus einem organischen, isolierenden Material, wie zum Beispiel Polyvinylalkohol, Polyemid, Polyemidimid, Polyesterimid, Polypxylol, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyemid, Polystyrol, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz, Acrylharz oder Fotoresistharz, gebildet wird. Alternativ ist es auch möglich, eine einzelne Schicht aus einer anorganischen, isolierenden Ausrichtungssteuerschicht oder einer organischen, isolierenden Ausrichtungssteuerschicht zu verwenden. Eine anorganische, isolierende Ausrichtungssteuerschicht kann durch Dampfabscheidung gebildet werden, während eine organische, isolierende Ausrichtungssteuerschicht gebildet werden kann, indem eine Lösung aus einem organischen, isolierenden Material oder einem Vorläufer davon in einer Konzentration von 0, 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt von 0, 2 bis 10 Gew.-% durch Rotationsbeschichtung, Tauchbeschichtung, Siebdruck, Sprühbeschichtung oder Walzenbeschichtung aufgebracht wird, worauf unter festgelegten Härtungsbedingungen (zum Beispiel durch Erhitzen) gehärtet oder vulkanisiert wird. Die anorganische, isolierende Schicht kann eine Dicke von üblicherweise 30 A bis 1 um, bevorzugt 40 bis 3000 A und weiter bevorzugt 40 bis 1000 A besitzen.
Die zwei Glasträger 2 mit den transparenten Elektroden 3 (die gemeinsam hier als "Elektrodenplatten" bezeichnet werden können) und weiter mit den isolierenden Ausrichtungssteuerschichten 4 werden mit Hilfe eines Abstandhalters 5 auf einem festgelegten (aber beliebigen) Abstand voneinander gehalten. Zum Beispiel kann eine solche Zellenstruktur mit einem festgelegten Abstand gebildet werden, indem Abstandshalter aus Siliziumdioxidperlen oder Aluminiumoxidperlen mit festgelegtem Durchmesser zwischen zwei Glasplatten eingebracht werden und dann der Rand der Glasplatten mit zum Beispiel einem Exoxidklebstoff abgedichtet wird. Alternativ können auch ein Polymerfilm oder Glasfasern als Abstandshalter verwendet werden. Zwischen den beiden Glasplatten wird ein chiraler, smektischer Flüssigkristall dicht eingeschossen, um eine ferroelektrische Flüssigkristallschicht mit einer Dicke im allgemeinen von 0, 5 bis 20 um und bevorzugt von 1 bis 5 um bereitzustellen.
Es ist wünschenswert, dass die Flüssigkristallschicht 1 eine SmC*-Phase (chirale, smektische C-Phase) in einem breiten Temperaturbereich aufweist, der Raumtemperatur einschließt und insbesondere auf der Seite der niedrigen Temperaturen breit ist, und eine Vorrichtung bereitstellt, die eine breiten Ansteuerspannungsspielraum (bzw. -spanne) und einen breiten Ansteuertemperaturspielraum (bzw. -spanne) zeigt.
Weiter ist es, um einen Monodomänenzustand mit guter Ausrichtungscharakteristik in einer Vorrichtung zeigen, bevorzugt, dass der Flüssigkristall die folgende Phasenübergangsserie zeigt:
Isotrop - Ch (cholesterisch) - SmA-Phase (smektische A-Phase) - SmC*-Phase (chirale, smektische C-Phase)
Die transparenten Elektroden 3 werden durch die Anschlussdrähte 6 an die externe Energieversorgung 7 angeschlossen. Weiter werden außerhalb der Glasträger 2 die Polarisatoren 8 bereitgestellt. Die Vorrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, ist vom Transmissionstyp.
Die Fig. 2 ist eine schematische Veranschaulichung einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle (Vorrichtung) zur Erläuterung ihrer Betriebsweise. Die Bezugszahlen 21a und 21b bezeichnen Träger (Glasplatten), auf denen jeweils eine transparente Elektrode aus zum Beispiel In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, ITO (Indium-Zinn-Oxid) und dergleichen abgeschieden ist. Ein Flüssigkristall mit einer SmC*-Phase (chirale, smektische C-Phase), in der molekulare Flüssigkristallschichten 22 senkrecht zur Oberfläche der Glasplatten ausgerichtet sind, ist hermetisch dazwischen eingebracht. Durchgezogene Linien 23 zeigen Flüssigkristallmoleküle. Jedes Flüssigkristallmolekül 23 hat ein Dipolmoment (P ) 24 in einer Richtung senkrecht zu seiner Achse. Die Flüssigkristallmoleküle 23 bilden kontinuierlich eine Helixstruktur in der Richtung der Ausdehnung der Träger. Wenn eine Spannung, die höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, zwischen Elektroden, die auf den Trägern 21a und 21b gebildet worden sind, angelegt wird, wird eine Helixtruktur des Flüssigkristallmoleküls 23 abgewickelt oder aufgegeben, wodurch sich die Ausrichtungsrichtung der jeweiligen Flüssigkristallmoleküle 23 so ändert, dass die Dipolmomente (P ) 24 alle in die Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet sind. Die Flüssigkristallmoleküle 23 haben eine längliche Gestalt und zeigen eine Ahnisotropie des Brechungsindexes zwischen ihrer langen Achse und ihrer kurzen Achse. Entsprechend ist leicht zu verstehen, dass, wenn zum Beispiel Polarisatoren, die in einer Beziehung gekreuzter Nicol'scher Prismen angeordnet sind, dass heißt, so angeordnet sind, dass sich ihre Polarisationsrichtungen kreuzen, auf der oberen und der unteren Oberfläche der Glasplatten angeordnet werden, die so angeordnete Flüssigkristallzelle als Flüssigkristallvorrichtung zur optischen Modulation wirkt, deren optische Eigenschaften schwanken abhängig von der Polarität einer angelegten Spannung.
Weiter gilt, wenn die Flüssigkristallzelle ausreichend dünn gemacht wird (zum Beispiel weniger als 10 um), dass die helikale Struktur der Flüssigkristallmoleküle abgewickelt wird, wodurch eine nichthelikale Struktur selbst in der Abwesenheit eines elektrischen Feldes bereitgestellt wird, wodurch das Dipolmoment einen von zwei Zuständen annimmt, das heißt, Pa in einer Richtung 34a nach oben oder Pb in einer Richtung 34b nach unten, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, wodurch eine bistabile Bedingung bereitgestellt wird. Werden elektrische Felder Ea oder Eb, die stärker als ein bestimmter Schwellenwert sind und die sich voneinander in der Polarität unterscheiden, wie es in Fig. 3 dargestellt ist an eine Zelle angelegt, die die vorstehend genannten Eigenschaften besitzt, wird das Dipolmoment entweder in die obere Richtung 34a oder in die untere Richtung 34b gerichtet, abhängig vom Vektor des elektrischen Feldes Ea oder Eb. Korrespondierend dazu werden die Flüssigkristallmoleküle entweder in einen ersten stabilen Zustand 33a oder einen zweiten stabilen Zustand 33b ausgerichtet.
Ein erster Vorteil, der erhalten wird, wenn eine solche ferroelektrische Flüssigkristallzelle verwendet wird, besteht darin, dass die Ansprechgeschwindigkeit ziemlich hoch ist, und ein zweiter Vorteil besteht darin, dass die Ausrichtung des Flüssigkristalls Bistabilität aufweist. Der zweite Vorteil wird weiter erläutert, zum Beispiel unter Bezug auf Fig. 3. Wenn das elektrische Feld Ea an die Flüssigkristallmoleküle angelegt wird, werden sie in den ersten stabilen Zustand 33a ausgerichtet. Dieser Zustand wird stabil beibehalten, selbst wenn das elektrische Feld entfernt wird. Wenn auf der anderen Seite das elektrische Feld Eb, dessen Richtung der des elektrischen Feldes Ea entgegen gerichtet ist, daran angelegt wird, werden die Flüssigkristallmoleküle in den zweiten stabilen Zustand 33b ausgerichtet, wodurch die Richtungen der Moleküle geändert werden. Dieser Zustand wird ähnlich stabil beibehalten, selbst wenn das elektrische Feld entfernt wird. Weiter werden, solange die Größe des angelegten elektrischen Feldes Ea oder Eb nicht über einen bestimmten Schwellenwert liegt, die Flüssigkristallmoleküle in die entsprechenden Ausrichtungszustände verbracht.
Ein Flüssigkristallanzeigegerät kann aufgebaut werden, indem die Flüssigkristallvorrichtung für ein Anzeigefeld verwendet wird und eine Anordnung und ein Datenformat angenommen werden, das Bilddaten umfasst, die von Abtastleitungsadressdaten begleitet werden, und auch ein Kommunikationssynchronisationsschema unter Verwendung eines SYNC-Signals angenommen wird, wie es in Figg. 10 und 11 dargestellt ist.
Die Bilddaten werden in einem Grafikcontroller 102 in einem Gerätekörper erzeugt und auf das Anzeigefeld 103 (das mit einer Hintergrundbeleuchtung (nicht dargestellt) beleuchtet ist) durch eine Signalübertragungseinrichtung übertragen, die in Figg. 10 und 11 dargestellt ist. Der Grafikcontroller 102 umfasst grundsätzlich eine CPU (oder GCPU, zentrale Verarbeitungseinheit) 112 und ein VRAM (Video-RAM, Bilddatenablagespeicher) 114 und ist mit der Verwaltung und Übertragung der Bilddaten zwischen einer Haupt-CPU 113 und dem Flüssigkristallanzeigegerät (FLCD) 101 befasst. Die Steuerung der erfindungsgemäßen Bildanzeige wird grundsätzlich durch den Grafikcontroller 102 bewerkstelligt. Im übrigen ist eine Lichtquelle auf der Rückseite des Anzeigefeldes angebracht.
Ein smektischer Flüssigkristall besitzt im allgemeinen eine Schichtstruktur und nimmt aufgrund eines Schrumpfens des Abstandes zwischen den Schichten, wenn er einen Übergang von der smektischen A-Phase (SmA) zur chiralen, smektischen C-Phase (SmC*) verursacht, eine Chevron-Struktur ein, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, in der die Schichten 41 an einem Mittelpunkt zwischen einem Paar Trägern 44a und 44b gebogen sind.
Es gibt zwei Ausrichtungszustände, abhängig von den Biegungsrichtungen, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, die einen C1-Ausrichtungszustand 42, der sofort nach dem Übergang von einer Phase höherer Temperatur auf die SmC*- Phase auftritt, und einen C2-Ausrichtungszustand 43, der in Mischung mit dem C2-Ausrichtungszustand bei weiterem Abkühlen erscheint, einschließen. Im rahmen der Erfindung wurde weiter festgestellt, (1) dass der Übergang C1 → C2, der vorstehend beschrieben wurde, nicht bereitwillig auftritt, wenn eine spezifische Kombination aus einem Ausrichtungsfilm, der einen hohen Vorverdrillungswinkel α bereitstellt, und einem Flüssigkristall verwendet wird, und dass der C2-Ausrichtungszustand überhaupt nicht auftritt, wenn ein spezifischer Flüssigkristall verwendet wird, und (2) dass im C1-Ausrichtungszustand zwei stabile Zustände, die einen hohen Kontrast bereitstellen (im folgenden gemeinsam "einheitlicher Zustand" genannt) gebildet werden zusätzlich zu den bisher aufgefundenen zwei stabilen Zuständen, die niedrigen Kontrast bereitstellen (im folgenden gemeinsam "Spreizzustand" genannt), bei denen die Flüssigkristalldirektoren zwischen den Trägern verdrillt sind.
Diese Zustände können von einem in den anderen umgewandelt werden, indem ein bestimmtes elektrisches Feld angelegt wird. Genauer gesagt, wird der Übergang zwischen den zwei Spreizzuständen verursacht durch Anlegen von schwachen positiven beziehungsweise negativen, impulsförmigen elektrischen Feldern, und der Übergang zwischen den zwei einheitlichen Zuständen wird verursacht durch Anlegen von starken positiven beziehungsweise negativen, impulsförmigen elektrischen Feldern. Unter der Verwendung der zwei einheitlichen Zustände ist es möglich, eine Anzeigevorrichtung zu verwirklichen, die heller ist und einen höheren Kontrast zeigt, als die konventionellen Vorrichtungen. Entsprechend wird erwartet, dass eine Anzeige mit höherer Qualität verwirklicht werden kann unter Verwendung einer Anzeigevorrichtung, in der die komplette Anzeigefläche im C1-Ausrichtungszustand gebildet wird und die zwei Zustände mit hohen Kontrast im C1- Ausrichtungszustand als die zwei Zustände verwendet werden, die weiße und schwarze Anzeigezustände darstellen.
Um den C1-Ausrichtungszustand zu verwirklichen, ohne den C2-Ausrichtungszustand zu erhalten, wie es vorstehend beschrieben wurde, sind die folgenden Bedingungen erforderlich.
Unter Bezug auf Figg. 5A und 5B werden die Richtungen in der Nachbarschaft der Träger in C1-Ausrichtung und C2- Ausrichtung auf Kegel 51 aufgebracht, wie sie in Figg. 5A und 5B dargestellt sind. Es ist bekannt, dass als Ergebnis des Reibens Flüssigkristallmoleküle, die die Trägeroberfläche berühren, einen Vorverdrillungswinkel α bilden, dessen Richtung so liegt, dass die Flüssigkristallmoleküle 52 das vordere Ende nach oben richten (das heißt, mit Abstand von der Trägeroberfläche) in der Richtung des Reibens, die durch den Pfeil A dargestellt ist (wie es auch in Fig. 4 dargestellt ist). Aus den vorstehenden Darstellungen geht hervor, dass es erforderlich ist, die folgenden Beziehungen zwischen dem Kegelwinkel Θ, dem Vorverdrillungswinkel α und dem Schichtneigungswinkel δ zu erfüllen:
Θ + δ > α in C1-Ausrichtung
und
Θ - δ > α in C2-Ausrichtung
Entsprechend lautet die Bedingung zur Verhinderung der Bildung der C2-Ausrichtung, aber zum Zulassen der C1- Ausrichtung wie folgt:
Θ - δ < α, das heißt,
Q < α + δ (I)
Weiter geht aus der einfachen Berücksichtigung eines Drehmomentes, das auf ein Flüssigkristallmolekül an einer Grenzfläche beim Umschalten von einer Position in die andere Position unter Anlegen eines elektrischen Feldes wirkt, hervor, dass die Beziehung
α < δ (II)
als Bedingung gegeben ist für ein leichtes Umschalten eines solchen Flüssigkristallmoleküls an der Grenzfläche.
Entsprechend ist es, um die C1-Ausrichtung zuverlässiger zu bilden, wirksam, die Bedingung (II) zusätzlich zur Bedingung (I) zu erfüllen.
Aus weiteren Experimenten unter den Bedingungen (I) und (II) geht hervor, dass der scheinbare Verdrillungswinkel θa von 3 bis 8º, die erhalten werden, wenn die Bedingungen (I) und (II) nicht erfüllt werden, auf 8 bis 16º ansteigt, wenn die Bedingungen (I) und (II) gemäß der Erfindung erfüllt werden, und es wurde auch eine empirische Beziehung
Θ > θa > Θ/2 (III)
gefunden.
Wie vorstehend beschrieben, wurde klargelegt, dass die Erfüllung der Bedingungen (I), (II) und (III) eine Anzeigevorrichtung bereitstellt, die in der Lage ist, ein Bild mit hohem Kontrast anzuzeigen.
Um den C1-Ausrichtungszustand zuverlässig zu bilden und auch eine gute Ausrichtungseigenschaft bereitzustellen, ist es auch sehr wirksam, ein überkreuztes Reiben durchzuführen, das heißt, das Reiben eines Paares von Trägern in Richtungen, die einander in einem Winkel von 2º bis 25º schneiden, während die Richtungen A in Fig. 4 im allgemeinen parallel dargestellt sind. Alternativ ist es auch möglich, die Richtungen A im allgemeinen gegeneinander laufen zu lassen.
Im übrigen kann ein Anzeigegerät, das einen chiralen, smektischen Flüssigkristall verwendet, einen großen Bildschirm und eine hohe Auflösung verwirklichen, die bei weitem solche überschreiten können, die durch konventionelle CRTs und Flüssigkristallanzeigen vom TN-Typ erreicht werden. Allerdings sinkt mit dem Ansteigen der Bildschirmgröße und der Auflösung die Bildwechselfrequenz (die Frequenz, die ein Bild ausmacht). Das führt zu einem Problem, dass darin besteht, dass die Bildwiederholgeschwindigkeit langsam wird und die Anzeige bewegter Bilder langsam wird, zum Beispiel in Fällen mit weichem Bildlauf und Cursorbewegungen auf einem grafischen Bildschirm. Eine Lösung für dieses Problem ist zum Beispiel in JP-A 60-31120 und JP-A 1-140198 gegeben.
Genauer gesagt, wurde ein Anzeigegerät offenbart, das ein Anzeigefeld einschließt, das Abtastelektroden und Datenelektroden, die in einer Matrix angeordnet sind, eine Ganzflächenschreibeeinrichtung zum Auswählen aller oder eines festgelegten Teils der Abtastelektroden zum Schreiben und eine Teilflächenschreibeeinrichtung zum Auswählen eines Teils der vorstehend genannten Gesamtmenge oder eines festgelegten Teils der Abtastelektroden umfasst. Als Ergebnis kann die Anzeige eines bewegten Teilbildes durch die Betriebsart mit teilweisem Schreiben mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, und das teilweise Schreiben und das Ganzflächenschreiben können verträglich zueinander durchgeführt werden.
Wie vorstehend beschrieben, wurde klar, dass es möglich ist, eine Anzeige mit großer Fläche und hoher Auflösung zu verwirklichen, die Bilder mit hohem Kontrast mit hoher Geschwindigkeit anzeigen kann, indem eine Flüssigkristallvorrichtung, die die Bedingungen (I), (II) und (III) erfüllt, in das vorstehend genannte Anzeigegerät eingebaut wird, das in der Lage ist, ein Teilbildschreiben durchzuführen.
Es ist allgemein bekannt, dass der Kegelwinkel Θ bei einer Phasenübergangstemperatur Tc zwischen der smektischen A- Phase und einer chiralen, smektischen C-Phase 0º beträgt und eine abrupte Änderung sofort unterhalb von Tc zeigt und einen anwachsenden Wert beim Absenken der Temperatur von der Phasenübergangstemperatur Tc weg. Das heißt, der Kegelwinkel Θ zeigt einen größeren Wert bei einer niedrigeren Temperatur.
Auf der anderen Seite neigt die Ansprechgeschwindigkeit dazu, bei einem größeren Kegelwinkel Θ langsamer zu sein, und die Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit wird größer mit einer größeren Temperaturabhängigkeit des Kegelwinkels Θ.
Gemäß den Untersuchungen im Rahmen der Erfindung wurde gefunden, dass zwei ähnliche Flüssigkristallzusammensetzungen, die Verbindungen enthalten, die zu einander identisch sind mit der Ausnahme eines geringen Unterschiedes in ihrer Kettenlänge, deutlich unterschiedliche Temperaturabhängigkeiten zeigen können insbesondere auf der Seite niedriger Temperaturen, selbst wenn ihre Viskositäten und spontanen Polarisationen sich nicht wesentlich voneinander unterscheiden. Es wurde auch gefunden, dass das vorstehend genannte Phänomen dem Unterschied in der Temperaturabhängigkeit des Kegelwinkels Θ zuzurechnen ist. Entsprechend gilt, dass, wenn eine bestimmte Flüssigkristallzusammensetzung die Neigung zeigt, ihren Kegelwinkel Θ als Reaktion auf ein Absenken der Temperatur, insbesondere im Bereich niedriger Temperaturen, zu verkleinern und die Neigung zeigt, im allgemeinen eine größere Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit zu verursachen im Unterschied zu einer konventionellen Zusammensetzung, die ein monotones Anwachsen des Kegelwinkels Θ bei Absenken der Temperatur zeigt, die Flüssigkristallzusammensetzung eine wesentlich verbesserte Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit aufweist.
Wie vorstehend kurz beschrieben, wurde im Rahmen der Erfindung festegestellt, dass das Abnehmen der Temperaturabhängigkeit des Kegelwinkels Θ einer Flüssigkristallzusammensetzung durch Faktoren beeinflusst wird, wie zum Beispiel Spezies, Grundgerüste und Seitenkettenlängen der Flüssigkristallverbindungen, die darin enthalten sind, und Kombination und Zusammensetzungsverhältnis solcher Flüssigkristallverbindungen. Allerdings wurden keine absoluten Regeln gefunden, was ein Verringern der Temperaturabhängigkeit betrifft. Wie auch immer, es wurden unter einer großen Anzahl von Flüssigkristallzusammensetzungen, die hergestellt wurden durch Mischen von Flüssigkristallverbindungen in verschiedener Weise, einige Flüssigkristallzusammensetzungen gefunden, die eine verringerte Temperaturabhängigkeit des Kegelwinkels Θ zeigten, indem ein Typ von Flüssigkristallzusammensetzungen ausgewählt wurde, der einen Temperaturbereich der chiralen, smektischen C-Phase besitzt, der folgendes einschließt: Einen ersten Temperaturbereich, in dem die Flüssigkristallzusammensetzung einen Kegelwinkel in der chiralen, smektischen C-Phase zeigt, der sich mit dem Absenken der Temperatur auf eine mittlere Temperatur erhöht, und einen zweiten Temperaturbereich, der unter dem ersten Temperaturbereich liegt und in dem die Flüssigkristallzusammensetzung einen Kegelwinkel in der chiralen, smektischen C-Phase zeigt, der bei weiterem Absenken der Temperatur unter die mittlere Temperatur abnimmt. Weiter wurde auch eine Tendenz gefunden, dass ein Typ der Flüssigkristallzusammensetzung, der eine wachsende Menge einer Verbindung enthält, die dazu neigt, einen breiteren Temperaturbereich den smektischen A-Phase bereitzustellen, einen solchen ersten und zweiten Temperaturbereich bereitstellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine Flüssigkristallvorrichtung, die eine bemerkenswert verringerte Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit zeigt, verwirklicht werden, indem eine Flüssigkristallzusammensetzung verwendet wird, die eine solche mittlere Temperatur in einem Temperaturbereich von (Tc-10)ºC bis 10ºC, bevorzugt (Tc-10)ºC bis 20ºC und besonders bevorzugt (Tc-10)ºC bis 30ºC zeigt, wobei Tc eine Phasenübergangstemperatur von der smektischen A-Phase auf die chirale, smektische C-Phase bezeichnet. Die Temperatur Tc sollte bevorzugt eine Temperatur von wenigstens 60ºC und weiter bevorzugt von wenigstens 65ºC sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Anzeige für Bilder mit hohem Kontrast verwirklicht, indem eine Flüssigkristallvorrichtung verwendet wird, in der eine Flüssigkristallzusammensetzung in einen Ausrichtungszustand einer chiralen, smektischen C-Phase versetzt wird, und zwar so, dass die Flüssigkristallmoleküle in einen beliebigen von mindestens zwei optisch stabilen Zuständen ausgerichtet sind, die in Abwesenheit eines elektrischen Feldes einen Winkel von 2θa zwischen sich bilden (θa, Verdrillungswinkel); dass die Flüssigkristallmoleküle so angeordnet sind, dass sie eine Vielzahl von Flüssigkristallmolekülschichten der chiralen, smektischen Phase bilden, die jeweils eine Vielzahl von Moleküle umfassen und um einen Neigungswinkel δ in Bezug auf eine Normale auf die Träger geneigt sind; und dass die Flüssigkristallmoleküle in einem Vorverdrillungswinkel α in Bezug auf die Träger ausgerichtet sind, wobei die Winkel θa, Θ, δ und α folgende Beziehungen genügen:
a) Θ < α + δ
b) δ < α und
c) Θ > θa > Θ/2
Weiter ist es bevorzugt, dass der Kegelwinkel Θ der Gleichung
7º < Θ < 27º
genügt und ein maximales Θmax und ein minimales Θmin bereitstellt, die ein Verhältnis Θmax/Θmin < 1,5 im Temperaturbereich von 10 bis 50ºC einhalten.
Gemäß weiteren Untersuchungen im Rahmen der Erfindung wurde gefunden, dass zwei ähnlich Flüssigkristallzusammensetzungen, die Verbindungen enthalten, die zu einander identisch sind mit der Ausnahme eines geringen Unterschiedes in ihrer Kettenlänge, deutlich unterschiedliche Temperaturabhängigkeiten zeigen können insbesondere auf der Seite niedriger Temperaturen, selbst wenn ihre Viskositäten und spontanen Polarisationen sich nicht wesentlich voneinander unterscheiden. Es wurde auch gefunden, dass das vorstehend genannte Phänomen dem Unterschied in der Temperaturabhängigkeit des Schichtneigungswinkels δ zuzurechnen ist. Entsprechend gilt, dass, wenn eine bestimmte Flüssigkristallzusammensetzung die Neigung zeigt, ihren Schichtneigungswinkel δ als Reaktion auf ein Absenken der Temperatur, insbesondere im Bereich niedriger Temperaturen, zu verkleinern und die Neigung zeigt, im allgemeinen eine größere Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit zu verursachen im Unterschied zu einer konventionellen Zusammensetzung, die ein monotones Anwachsen des Schichtneigungswinkels δ bei Absenken der Temperatur zeigt, die Flüssigkristallzusammensetzung eine wesentlich verbesserte Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit aufweist.
Wie vorstehend kurz beschrieben, wurde im Rahmen der Erfindung festgestellt, dass das Abnehmen der Temperaturabhängigkeit des Schichtneigungswinkels δ einer Flüssigkristallzusammensetzung durch Faktoren beeinflusst wird, wie zum Beispiel Spezies, Grundgerüste und Seitenkettenlängen der Flüssigkristallverbindungen, die darin enthalten sind, und Kombination und Zusammensetzungsverhältnis solcher Flüssigkristallverbindungen. Allerdings wurden keine absoluten Regeln gefunden, was ein Verringern der Temperaturabhängigkeit betrifft. Wie auch immer, es wurden unter einer großen Anzahl von Flüssigkristallzusammensetzungen, die hergestellt wurden durch Mischen von Flüssigkristallverbindungen in verschiedener Weise, einige Flüssigkristallzusammensetzungen gefunden, die eine verringerte Temperaturabhängigkeit des Schichtneigungswinkels δ zeigten, indem ein Typ von Flüssigkristallzusammensetzungen ausgewählt wurde, der einen Temperaturbereich der chiralen, smektischen C-Phase besitzt, der folgendes einschließt: Einen ersten Temperaturbereich, in dem die Flüssigkristallzusammensetzung einen Schichtneigungswinkel δ in der chiralen, smektischen C-Phase zeigt, der bei weiterem Absenken der Temperatur unter die mittlere Temperatur abnimmt. Weiter wurde auch eine Tendenz gefunden, dass ein Typ der Flüssigkristallzusammensetzung, der eine wachsende Menge einer Verbindung enthält, die dazu neigt, einen breiten Temperaturbereich der smektischen A- Phase bereitzustellen, einen solchen ersten und zweiten Temperaturbereich bereitstellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Flüssigkristallvorrichtung, die eine bemerkenswert verringerte Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit zeigt, realisiert werden, indem eine Flüssigkristallzusammensetzung verwendet wird, die eine derartige mittlere Temperatur bei einer Temperatur von wenigstens 10ºC vorzugsweise bei wenigstens 25ºC als eine δmax ergebende Temperatur zeigt (d. h. ein Maximum des Schichtneigungswinkels δ).
Es ist bevorzugt, dass δmax höchstens 20ºC, weiter bevorzugt höchstens 15ºC beträgt, um so die Bildwiederbeschreibungsgeschwindigkeit (Bildfrequenz) einer Anzeigevorrichtung zu erhöhen.
Als andere Eigenschaft einer Flüssigkristallzusammensetzung zur Verbesserung der vorstehend genannten Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit ist es bevorzugt, dass die Größe der spontanen Polarisation Ps bei absinken der Temperatur ansteigt und keine Neigung zeigt, kleiner zu werden, selbst unter der Temperatur, die das δmax festlegt.
Fig. 8 veranschaulicht einen Ausrichtungszustand einer molekularen Flüssigkristallschicht 82 in chiraler, smektischer C-Phase, die zwischen einem Paar von Trägern 81a und 81b angeordnet ist, die jeweils mit einer Reibungsachse A versehen sind, wobei die Molekularschicht 82, die aus einer Vielzahl von Flüssigkristallmolekülen 83 besteht, gebogen ist oder nicht planaar und geneigt ist im Bezug auf die Träger um einen Neigungswinkel δ, wodurch eine Chevron-Struktur gebildet wird. Fig. 9 veranschaulicht einen Ausrichtungszustand in smektischer A-Phase, worin jede molekulare Schicht 84, die aus einer Vielzahl von Flüssigkristallmolekularen 85 besteht, in einer Gestalt ausgerichtet ist, die sich von der Molekularschicht 81 in chiraler, smektischer C-Phase, die in Fig. 8 dargestellt ist, unterscheidet. Der Deformationsgrad der Molekularschichten von der smektischen A-Phase (Schicht 84) zur chiralen, smektischen C-Phase (Schicht 82) ändert sich im allgemeinen entsprechend der vorstehend genannten Änderung im Neigungswinkel δ.
Es wurde vorstehend beschrieben, dass eine Anzeige, die Bilder mit hohem Kontrast bereitstellt, verwirklicht werden kann, indem eine Flüssigkristallvorrichtung verwendet wird, die einheitliche C1-Ausrichtung einsetzt unter Erfüllen der vorstehend genannten Bedingungen (I), (II) und (III). Es wurde allerdings gefunden, dass eine solche Flüssigkristallvorrichtung, die die Bedingungen erfüllt, in einigen Fällen eine bemerkenswert lange Remanenzzeit aufweist, so dass ein vorhergehendes Bildmuster 10 s lang oder länger erkannt werden kann. Dieses Phänomen tritt besonders verstärkt auf bei einer Temperatur unterhalb der Raumtemperatur. Der Mechanismus der Remanenz oder des Nachbildes wurde bisher nicht geklärt, kann aber den folgenden Phänomenen zugeschrieben werden.
In dem Fall, in dem eine Flüssigkristallvorrichtung, die einen chiralen, smektischen Flüssigkristall verwendet, tatsächlich als Anzeigefeld verwendet wird, werden isolierende Filme gebildet, die einen Ausrichtungsfilm aus zum Beispiel Polyemid und einen isolierenden Film zur Verhinderung von Kurzschlüssen einschließen, die zwischen der Flüssigkristallschicht und den Matrixelektroden angeordnet sind, die auf einen Paar Trägern gebildet wurden. Wegen solcher isolierender Filme wird, wenn der Flüssigkristall mit einer Spannung der einer Polarität beaufschlagt wird, um von einem ersten optisch stabilen Zustand (zum Beispiel einem weißen Anzeigezustand) in einen zweiten optisch stabilen Zustand (zum Beispiel einem schwarzen Anzeigezustand) umzuschalten, und dann die Spannung der einen Polarität entfernt wird, die ferroelektrische Flüssigkristallschicht mit einem umgekehrten elektrischen Feld Vrev der entgegengesetzten Polarität beaufschlagt. Das umgekehrte elektrische Feld Vrev verursacht die zwei folgenden Phänomene, die zu der Remanenz während der Anzeige führen. (Die Erzeugung des vorstehend genannten, umgekehrten elektrischen Feldes wurde berichtet in "Switching Characteristic of SSFLC" (Schalteigenschaften von SSFLC) von Aktio Yoshida, "Preprint for Liquid Crystal Forum October 1987" (Vorausdruck für das Flüssigkristallforum Oktober 1987), Seite 142 bis 143)

(1) Anwesenheit einer noch nicht umgekehrten, winzigen Region

In einer chiralen, smektischen Flüssigkristallanzeige werden im allgemeinen winzige Erhebungen an Bildpunkten gebildet, die Abstandshalterperlen zum Aufrechterhalten des Zellenspaltes, stufenförmige Unterschiede zwischen Bildpunkten und stufenförmige Unterschiede aufgrund von Metalldrähten zum Verringern des Elektrodenwiderstandes einschließen. An solchen Erhebungen an einem Bildpunkt verbleiben winzige Regionen, die keine vollständige Umkehr verursachen, und in der engeren Umgebung dieser winzigen Regionen ist in einigen Fällen das Umschalten zum Beispiel von weiß auf schwarz verzögert im Vergleich zu den anderen Regionen, die frei von solchen Erhebungen sind, wodurch eine zeitliche Verzögerung verursacht wird, bevor der stabile Zustand erreicht wird, was wahrscheinlich einer Zeit zum Abklingen des erzeugten, umgekehrten elektrischen Feldes zugeschrieben werden kann.

(2) Gegenwart einer Zeit zum Stabilisieren des scheinbaren Verdrillungswinkels während der Ansteuerung

Verglichen mit einem Bildpunkt, der ununterbrochen in einem Anzeigezustand verharrt, ist ein Bildpunkt sofort nach dem Umschalten von einem anderen Anzeigezustand in diesen einen Anzeigezustand begleitet von einer geringfügigen Abweichung der mittleren Flüssigkristallmolekülposition nur Normalen auf die Flüssigkristallmolekularschicht, das heißt, von einem geringfügig kleineren scheinbaren Verdrillungswinkel. Dies wird als eine Verzögerungszeit festgestellt, bis ein stabiler optischer Pegel erreicht wird, wenn das optische Ansprechen überwacht wird. Es wird angenommen, dass auch diese Verzögerungszeit der Zeit zum Abklingen des umgekehrten elektrischen Feldes zuzuschreiben ist.
Aufgrund dieser zwei vorstehend genannter Phänomene wird ein Bildpunkt gleich nach dem Umschalten von zum Beispiel weiß auf schwarz dazu gebracht, einen geringfügig anderen Helligkeitspegel zu besitzen im Vergleich zu einem Bildpunkt, der bereits seit langer Zeit im schwarzen Zustand verharrt. Das heißt, der Bildpunkt wird zuerst als etwas blasser schwarz erkannt, und es wird dann erkannt, dass er mit der Zeit einen einheitlichen schwarzen Pegel aufweist. In einigen Fällen kann die Remanenz für mehrere bis mehrere zig Sekunden lang beobachtet werden.
Diese Phänomene treten deutlicher auf in einem Bereich mit niedrigerer Temperatur, der eine längere Zeit zum Abklingen des erzeugten, umgekehrten elektrischen Feldes erfordert.
Als Ergebnis weiterer Untersuchungen im Rahmen der Erfindung und Experimenten zur Lösung des Problems der Remanenz, die immer noch bei niedrigen Temperaturen in einer Flüssigkristallvorrichtung auftritt, die die vorstehend genannten Bedingungen (I), (II) und (III) erfüllt, wurde das Vorhandensein einer Korrelation mit dem Schichtneigungswinkel einer Flüssigkristallzusammensetzung festgestellt. So wurde festgestellt, dass es möglich ist, bei angemessener Auswahl einer Flüssigkristallzusammensetzung abhängig von der Temperaturabhängigkeit der Schichtneigung eine Flüssigkristallvorrichtung aufzubauen, die frei von Verschlechterung der Remanenz bei niedrigen Temperaturen ist und nur von einer geringen Temperaturabhängigkeit der Ansteuerbedingungen begleitet wird.
Genauer gesagt, kann eine Flüssigkristallvorrichtung mit geringer Remanenz und verbesserten Anzeigeeigenschaften bei niedrigen Temperaturen verwirklicht werden, indem eine Flüssigkristallzusammensetzung verwendet wird, die einen Schichtneigungswinkel δ in smektischer Phase zeigt, der bei Temperaturabsenkung ansteigt und dann unter einer bestimmten mittleren Temperatur bei weiterer Temperaturabsenkung abfällt im Vergleich zu einer Flüssigkristallvorrichtung, die eine Flüssigkristallzusammensetzung verwendet, die keine solche Temperaturcharakteristik aufweist.
Der Schichtneigungswinkel δ ist im allgemeinen 0 bei der Phasenübergangstemperatur des Übergangs SmA → SmC* und wächst an bei weiterer Temperaturabsenkung. Ein größerer Schichtneigungswinkel δ stellt eine kleinere Netzkomponente des Direktors der spontanen Polarisation in Richtung einer Normalen auf die Träger bereit und ergibt deshalb eine Verringerung der Wechselwirkung mit einem externen elektrischen Feld, was so die Schaltgeschwindigkeit nachteilig beeinflusst und zu einer im allgemeinen schlechteren Ansteuercharakteristik führt, wie zum Beispiel Fluktuation eines Moleküls auf einem Kegel unter Anlegen einer nichtselektiven Signalwellenform (Wechselspannungssignale mit kleiner Amplitude unterhalb des Schwellenwertes) während des tatsächlichen Ansteuerns. Wenn eine Flüssigkristallzusammensetzung einen Schichtneigungswinkel δ zeigt, der mit Temperaturabsenkung kleiner wird auf der Seite der niedrigen Temperaturen, bei denen der Remanenzgrad und die Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit dazu neigt, groß zu sein, kann die Flüssigkristallzusammensetzung bemerkenswerte Verbesserungen in Bezug auf die Remanenz und die Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit bei niedrigen Temperaturen bereitstellen im Vergleich zu einer konventionellen Flüssigkristallzusammensetzung, die ein monotones Anwachsen des Neigungswinkels mit dem Ansteigen der Temperatur zeigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung wird nun unter Bezug auf Fig. 23 beschrieben, die eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung darstellt. Unter Bezug auf Fig. 23 schließt die Vorrichtung ein Paar Träger (Glasplatten) 11a und 11b ein, die jeweils mit transparenten Elektroden 12a und 12b aus In&sub2;O&sub3;, ITO (Indium-Zinn-Oxid) und dergleichen beschichtet sind, dann jeweils mit 200 bis 3000 Å dicken, isolierenden Filmen 13a und 13b aus SiO&sub2;, TiO&sub2;, Ta&sub2;O&sub5; and dergleichen beschichtet sind und weiter mit 50 bis 1000 Å dicken Polyemidausrichtungsfilmen 14a und 14b beschichtet sind, die zum Beispiel durch Aufbringen und Templern einer Polygamsäure gebildet werden, die durch die folgende Formel dargestellt ist:
worin n eine Zahl von mindestens 3 darstellt, was ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 10&sup4; bis 10&sup6; bereitstellt, gemessen durch Gelpermeationschromatografie entsprechend dem Standardpolystyrol. Die Ausrichtungsfilme 14a und 14b werden mit unaxialen Ausrichtungsachsen durch Reiben in Richtungen (dargestellt durch die Pfeile A in Fig. 23) bereitgestellt, die im allgemeinen parallel zueinander sind und in dieselbe Richtung weisen, die sich aber unter einem Winkel von 0 bis 20º im. Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn schneiden. Die Richtung im Uhrzeigersinn (oder gegen den Uhrzeigersinn) des Schnittwinkels wird hierbei bestimmt durch die Drehrichtung der Ausrichtungsachse, die dem oberen Ausrichtungsfilm 14a gegeben wurde, von der Ausrichtungsachse weg, die dem unteren Ausrichtungsfilm 14b gegeben wurde, gesehen vom oberen Träger 11a aus.
Zwischen den Trägern 11a und 11b ist ein Flüssigkristall 15 mit chiraler, smektischer C-Phase eingebracht, und der Abstand zwischen den Trägern 11a und 11b ist auf einen Wert festgesetzt (zum Beispiel 0,1 bis 3 um), der ausreichend klein ist, um die Bildung einer helikahlen Struktur des Flüssigkristalls 15 mit der chiralen, smektischen C-Phase zu unterdrücken, wodurch sich bistabile Ausrichtungszustände des Flüssigkristalls 15 ergeben. Der kleine Abstand wird durch Abstandsperlen 16 aus zum Beispiel Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid aufrechterhalten, die zwischen den Trägern verteilt sind. Die so gebildete Zellenstruktur ist zwischen einem Paar Polarisatoren 17a und 17b eingeschlossen, um eine Flüssigkristallvorrichtung bereitzustellen.
Ein Anzeigegerät vom einfachen Matrixtyp, das eine Flüssigkristallvorrichtung verwendet, die einen ferroelektrische Flüssigkristall umfasst, der zwischen einem Paar Träger eingebracht ist, wie es vorstehend beschrieben ist, kann angesteuert werden durch Ansteuerverfahren, wie sie zum Beispiel offenbart sind in JP-A 59-193426, JP-A 59-193427, JP-A 60-156046 und JP-A 60- 156047.
Fig. 6 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Beispielsatz von Ansteuerwellenformen zeigt, die in einem solchen Ansteuerverfahren verwendet werden.
Fig. 7 ist eine Draufsicht, die eine Elektrodenmatrix darstellt, die in einem ferroelektrischen Flüssigkristallfeld 71 vom einfachen Matrixtyp eingesetzt wird. Das Flüssigkristallfeld 71, das in Fig. 7 dargestellt ist, schließt Abtastelektroden 72 und Datenelektroden 73 ein, die einander schneiden, so dass sie an jedem Schnittpunkt zusammen mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall, der zwischen den Abtastelektroden 72 und den Datenelektroden 73 eingebracht ist, ein Bildpunkt bilden.
Figg. 21A und 21B veranschaulichen einen anderen Beispielsatz von Ansteuerspannungswellenformen.
Unter Bezug auf Fig. 21A wird bei SS eine auswählende Abtastsignalwellenform dargestellt, die an eine ausgewählte Abtastleitung angelegt wird, bei SN eine nicht auswählende Abtastsignalwellenform, die an eine nicht ausgewählte Abtastleitung angelegt ist, bei IS ist eine auswählende Datenleitungswellenform (die einen schwarzen Anzeigezustand bereitstellt) dargestellt, die an eine ausgewählte Datenleitung angelegt wird, und bei IN ist eine nicht ausgewählte Datenleitung angelegt ist. Weiter sind bei (IS-SS) und (IN-SS) in der Zeichnung Spannungswellenformen dargestellt, die an Bildpunkte an einer ausgewählten Abtastleitung angelegt sind, wodurch ein Bildpunkt, der mit der Spannung (IS-SS) beaufschlagt wird, einen schwarzen Anzeigezustand annimmt und ein Bildpunkt, der mit einer Spannung (IN-SS) beaufschlagt wird, einen weißen Anzeigezustand annimmt.
Fig. 21B zeigt einen zeitlich aufeinanderfolgenden Wellenformsatz, der verwendet wird zur Bereitstellung eines Anzeigezustandes, wie er in Fig. 22 dargestellt ist.
In der Ansteuerausführungsform, die in Figg. 21A und 21B dargestellt ist, entspricht die minimale Zeitdauer Δt einer Spannung einer einzelnen Polarität, die auf einer ausgewählten Abtastleitung an einen Bildpunkt angelegt wird, der Zeitdauer einer Schreibphase t&sub2;, und die Zeitdauer einer Einzeilenlöschphase t&sub1;, ist auf 2Δt festgelegt.
Die Parameter VS, VI und Δt in den Ansteuerwellenformen, die in Figg. 21A und 21B dargestellt sind, werden bestimmt abhängig von den Schalteigenschaften eines verwendeten, ferroelektrischen Flüssigkristallmaterials.
Fig. 23 zeigt eine V-T-Charakteristik, das heißt, eine Änderung der Durchlässigkeit T, wenn eine Ansteuerspannung, die durch (VS + VI) bezeichnet ist, geändert wird, während ein Vorspannungsverhältnis, wie es im folgenden erwähnt ist, konstant gehalten wird. In dieser Ausführungsform sind die Parameter auf konstante Werte von Δt = 50 us und ein Vorspannungsverhältnis VI/(VI + VS) = 1/3 festgelegt. Auf der rechten Seite von Fig. 23 ist ein Ergebnis dargestellt, wenn die Spannung (IN - SS), die in Fig. 21 dargestellt ist, an einen betrachteten Bildpunkt angelegt ist, und auf der linken Seite von Fig. 23 ist das Ergebnis dargestellt, wenn die Spannung (IS - SS) an einen betrachteten Bildpunkt angelegt ist, während jeweils die Spannung (VS + VI) angehoben wird. Auf beiden Seiten der Abszisse wird der Absolutwert der Spannung (VS + VI) getrennt angezeigt. Hierin bedeutet eine Spannung V&sub1; den absoluten Wert von (VS + VI), der erforderlich ist, um vom weißen Zustand in den schwarzen Zustand umzuschalten, indem ein Spannungssignal VB² angelegt wird, das in Fig. 21A dargestellt ist, bedeutet eine Spannung V&sub2; den absoluten Wert von (VS + VI), der erforderlich ist, um einen schwarzen Zustand in einen weißen Zustand umzuschalten (zurückzusetzen), indem eine Spannung VR an (IN - SS) angelegt wird, und eine Spannung V&sub3; ist der Wert von (VS + VI) unterhalb dem ein betrachteter Bildpunkt, der auf weiß eingestellt ist, unerwartet in einen schwarzen Zustand umgeschaltet wird, indem eine Spannung VB' bei (IN - SS) in Fig. 21A angelegt wird. In diesem Fall gilt die Beziehung
V&sub2; < V&sub1; < V&sub3;.
Die Spannung V&sub1; kann als Schwellenspannung bei der tatsächlichen Ansteuerung und die Spannung V&sub3; kann als Übersprechspannung bezeichnet werden. Eine solche Übersprechspannung V&sub3; ist im allgemeinen bei der tatsächlichen Matrixansteuerung einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung anwesend. Bei der tatsächlichen Ansteuerung stellt ΔV = (V&sub3; - V&sub1;) einen Bereich VS + VI bereit, der eine Matrixansteuerung erlaubt und als (Ansteuer-) Spannungsspielraum bezeichnet werden kann, der bevorzugt groß genug ist. Es ist natürlich möglich, den Wert von V&sub3; und damit den Wert ΔV = (V&sub3; - V&sub1;) durch Erhöhen des Vorspannungsverhältnisses zu vergrößern (das heißt, indem man das Vorspannungsverhältnis dem Einheitswert annähert). Allerdings entspricht ein großes Vorspannungsverhältnis einer großen Amplitude des Datensignals und führt zu einem Anwachsen des Flackerns und zu einem niedrigen Kontrast, was unerwünscht ist im Hinblick auf die Bildqualität. Gemäß den Untersuchungen im Rahmen der Erfindung war ein Vorspannungsverhältnis von etwa 1/3 bis 1/4 praktisch verwertbar. Auf der anderen Seite hängt, wenn das Vorspannungsverhältnis festgelegt ist, der Spannungsspielraum ΔV stark von den Schalteigenschaften eines verwendeten Flüssigkristallmaterials ab, und es ist nicht erforderlich, darauf hinzuweisen, dass ein Flüssigkristallmaterial, das ein großes ΔV bereitstellt, sehr vorteilhaft für die Matrixansteuerung ist.
Die obere und die untere Grenze für das Anlegen von Spannungen und der Unterschied dazwischen (Ansteuerspannungsspielraum ΔV), durch den bei konstanter Temperatur ausgewählte Bildpunkte auf die zwei Zustände "schwarz" und "weiß" eingestellt werden können und nicht ausgewählte Bildpunkte die bereits eingestellten Zustände "schwarz" und "weiß" beibehalten können, wie vorstehen beschrieben wurde, schwanken abhängig von einem speziellen verwendeten Flüssigkristallmaterial und stellen eine intrinsische Eigenschaft desselben dar. Weiter wird der Ansteuerspielraum verschoben gemäß einer Veränderung der Umgebungstemperatur, so dass optimale Ansteuerspannungen in einem tatsächlichen Anzeigegerät gemäß einem verwendeten Flüssigkristallmaterial und einer Umgebungstemperatur eingestellt werden sollten.
Bei der praktischen Verwendung allerdings wachsen, wenn die Bildfläche des Matrixanzeigegerätes vergrößert wird, die Unterschiede der Umgebungsbedingungen (wie zum Beispiel der Temperatur und des Zellenspalts zwischen einander gegenüberliegenden Elektroden) naturgemäß an, so dass es unmöglich wird, eine gute Bildqualität über die gesamte Anzeigefläche unter Verwendung eines Flüssigkristallmaterials mit kleinem Ansteuerspannungsspielraum zu erhalten.
Die Werte des Kegelwinkels Θ, des Neigungswinkels δ der Flüssigkristallschicht, des Vorverdrillungswinkel α und des scheinbaren Verdrillungswinkel θa, auf die sich hier bezogen wird, beruhen auf Werten, die gemäß den folgenden Verfahren gemessen werden.

Messung des Kegelwinkels Θ

Eine FLC-Vorrichtung (ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung) wurde zwischen im rechten Winkel gekreuzten Nicol'schen Polarisatoren eingeschlossen und horizontal relativ zu den Polarisatoren unter Anlegen einer Wechselspannung von ± 30 V bis ± 50 V und 100 Hz zwischen oberem und unterem Träger der Vorrichtung mit einem Fotomultipler (erhältlich vom Hamamatsu Photonics K. K.) gemessen wurde, um eine erste Extinktionsposition (eine Position, die die niedrigste Durchlässigkeit bereitstellt) und eine zweite Extinktionsposition zu finden. Der Kegelwinkel Θ wurde gemessen als Hälfte zwischen der ersten und der zweiten Extinktionsposition.

Messung des scheinbaren Verdrillungswinkel θa

Eine FLC-Vorrichtung, die zwischen im rechten Winkel gekreuzten Nicol'schen Polarisatoren angeordnet war, wurde mit einem Einzelimpuls einer Polarität beaufschlagt, der die Schwellenspannung des ferroelektrischen Flüssigkristalls überschritt, und dann ohne elektrisches Feld horizontal relativ zu den Polarisatoren gedreht, um eine erste Extinktionsposition zu finden. Dann wurde die FLC-Vorrichtung mit einem Einzelimpuls der entgegengesetzten Polarität beaufschlagt, der die Schwellenspannung des ferroelektrischen Flüssigkristalls überschritt, und dann ohne elektrisches Feld relativ zu den Polarisatoren gedreht, um eine zweite Extinktionsposition zu finden. Ein scheinbarer Verdrillungswinkel θa wurde gemessen als Hälfte des Winkels zwischen der ersten und der zweiten Extinktionsposition.

Messung des Vorverdrillungswinkels α

Die Messung wurden durchgeführt gemäß dem Kristallrotationsverfahren, wie es in Jpn. J. Appl. Phys. Band 19 (1980), Nr. 10, Kurzmitteilung 2013, beschrieben ist.
Insbesondere wurde ein Paar träger, das in parallelen, aber entgegengesetzten Richtungen gerieben worden war, aufeinander aufgebracht, so dass es eine Zelle mit einem Zellenspalt von 20 um bildete, der dann mit einer Flüssigkristallmischung gefüllt wurde, die eine SmA-Phase im Temperaturbereich von 10 bis 55ºC annahm und erhalten wurde, indem 80 Gew.-% eines ferroelektrischen Flüssigkristalls ("CS-1014", hergestellt von Chisso K.K.) mit 20 Gew.- % einer Verbindung gemischt: wurden, die durch die folgende Formel dargestellt ist:
Zur Messung wurde die Flüssigkristallzelle in einer Ebene senkrecht zum Trägerpaar und unter Einschluss der Ausrichtungsbehandlungsachse gedreht, und während der Drehung wurde die Zelle mit einem Helium-Neon-Laserstrahl beleuchtet, der eine Polarisationsebene hatte, die einen Winkel von 45º mit der Rotationsebene in einer Richtung normal zur Rotationsebene einschloss, wodurch die Intensität des durchgelassenen Lichtes mit einer Fotodiode von der entgegengesetzten Seite durch einen Polarisator hindurch gemessen wurde, der eine Transmissionsachse parallel zu Polaristionsebene aufwies.
Ein Winkel φx zwischen der Normalen auf die Zelle und der Richtung des einfallenden Strahles zur Bereitstellung des Zentralpunktes einer Familie von Hyperbolischen Kurven in der so erhaltenden Interferenzfigur wurde in die folgende Gleichung eingesetzt, um einen Vorverdrillungswinkel α&sub0; zu finden:
worin n&sub0; den Brechungsindex des ordentlichen Strahles bedeutet und ne den Brechungsindex des außerordentlichen Strahles bedeutet.
Im folgenden wird die Erfindung genauer unter Bezug auf Beispiele beschrieben, auf die die Erfindung zu begrenzen aber nicht beabsichtigt ist. In den Beispielen bedeuten alle "Teile", die zur Beschreibung der Zusammensetzungen verwendet werden, "Gewichtsteile".

Beispiel 1

Die folgenden Flüssigkristallzusammensetzungen 1-B und 1-A wurden hergestellt.
Die Phasenübergangstemperaturen (ºC) der so erhaltenen Flüssigkristallzusammensetzungen 1-A und 1-B sind jeweils in der folgenden Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Phasenübergangstemperatur (ºC)
Die Kegelwinkel Θ der Zusammensetzungen, die bei verschiedenen Temperaturen gemäß im Verfahren gemessen wurden, das im folgenden beschrieben wird, sind im folgenden und in Fig. 12 dargestellt. Tabelle 2 Kegelwinkel Θ (º)
Dann wurden die jeweiligen Zusammensetzungen zur Herstellung von Flüssigkristallvorrichtungen wie folgt verwendet.
Zwei 0,7 mm dicke Glasplatten wurden bereitgestellt und jeweils mit einem ITO- Film beschichtet, um eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung zu bilden, und dieser Film wurde dann weiter mit einer isolierenden Schicht aus durch Dampfabscheidung aufgebrachtes SiO&sub2; beschichtet. Die isolierende Schicht wurde weiter mit einer 0,2%igen Isopropylalkohollösung eines Silankupplungsmittels ("KBH-602", erhältlich von Shin Etsu Kagaku K.K.) durch Rotationsbeschichtung bei 2000 U/min 15 s lang beschichtet, worauf bei 120ºC 20 min lang getrocknet wurde. Die so behandelte Glasplatte wurde weiter mit einer 1,5%igen Lösung eines Polyimidharzvorläufers (SP-510, erhältlich von Toray K.K.) in Dimethylacetamid mit Hilfe einer Rotationsbeschichtungsvorrichtung bei 2000 U/min 15 s lang beschichtet. Danach wurde der Beschichtungsfilm in der Wärme bei 300ºC 60 min lang gehärtet, wodurch ein etwa 250 A dicker Film erhalten wurde.
Der Beschichtungsfilm wurde mit einem aus Acetatfasern gewebten Tuch gerieben. Dann wurden die zwei so behandelten Glasplatten mit Isopropylalkohol gewaschen. Nachdem Siliciumdioxidperlen mit einer mittleren Teilchengröße von 2,0 um auf einer der Glasplatten verteilt worden waren, wurden die zwei Glasplatten mit einem klebenden Dichtmittel ("Lixon Bond", erhältlich von Chisso K.K.) so aufeinander aufgeklebt, daß ihre geriebenen Richtungen parallel zueinander waren, und 60 min lang auf 100ºC erwärmt, wodurch eine leere Zelle gebildet wurde. Es wurde gefunden, daß der Zellenspalt etwa 2,0 um betrug, wie mit einem Berek-Kompensator gemessen wurde.
Dann wurde jede der gemäß vorstehender Beschreibung hergestellten Flüssigkristallzusammensetzungen 1-A und 1-B zu einer isotropen Flüssigkeit erhitzt und in die gemäß vorstehender Beschreibung hergestellte Zelle unter Vakuum eingespritzt und nach luftdichtem Abdichten mit einer Geschwindigkeit von 20ºC/h allmählich auf 25ºC abgekühlt, wodurch eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung hergestellt wurde.
Die zwei so hergestellten, ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen wurden jeweils der Messung einer Ansprechzeit unterworfen, indem eine von Spitze zu Spitze gemessene Spannung Vpp, von 20 VSS angelegt wurde, um eine Zelt te/ec vom Zeitpunkt des Anlegens der Spannung bis zum Peak des Umkehrstroms (Stromansprechzeit, die im allgemeinen der optischen Ansprechzeit entspricht) zu messen. Die Ergebnisse sind im folgenden dargestellt. Tabelle 3 Ansprecheigenschaften
Der Temperaturfaktor f10/40 bedeutet ein Verhältnis von (Ansprechzeit bei 10ºC)/(Ansprechzeit bei 40ºC).
Aus den vorstehend genannten Ergebnissen geht klar hervor, daß die Flüssigkristallzusammensetzung 1-A mit einem Maximum des Kegelwinkels Θ bei Temperaturänderung eine eindeutig kleinere Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit zeigte als die Grundzusammensetzung 1-B, die nicht ein solches Maximum des Kegelwinkels Θ zeigte.

Beispiele 2 bis 3 und Vergleichsbeispiele 2 bis 3

Die Zusammensetzungen 2-A, 2-B und 3-A bis 3-E mit verschiedenen Kegelwinkeleigenschaften wurden hergestellt, indem die Verbindungen eingemischt wurden, die in der folgenden Tabelle A aufgeführt sind, worin R&sub1; bis R&sub1;&sub2; jeweils eine n-Alkylgruppe bedeuten, die in der Lage ist, verschiedene Mengen von Kohlenstoffatomen zu haben, und die Zahlen, die durch "/" verbunden sind, ein Paar Angaben über Mengen von Kohlenstoffatomen darstellen, die in einer Verbindung enthalten sind. Zum Beispiel steht 8/10 (für W&sub1;/R&sub2;), das in der Spalte der Zusammensetzung 2-A erscheint und zum Aufbau der Zusammensetzung 2-A verwendet wird, für folgende Verbindung: Tabelle A Tabelle A (Fortsetzung)

Beispiel 2

Die Flüssigkristallzusammensetzung 2-A zeigte die Phasenübergangstemperaturen (TPT) und eine spontane Polarisation bei 30ºC (Ps (30ºC)), die im folgenden angegeben sind. Tabelle 4
Die Zusammensetzung 2-A zeigte eine Temperaturabhängigkeit des Kegelwinkels Θ, wie sie im folgenden und in Fig. 13 dargestellt ist. Tabelle 5 Kegelwinkel (º)
Eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung, die hergestellt wurde unter Verwendung der Zusammensetzung 2-A und ansonsten in der gleichen Weise wie in Beispiel 1, zeigte die folgenden Ansprecheigenschaften. Tabelle 6

Vergleichsbeispiel 2

Die Flüssigkristallzusammensetzung 2-B zeigte die Phasenübergangstemperaturen (TPT) und eine spontane Polarisation bei 30ºC (Ps (30ºC)), die im folgenden angegeben sind. Tabelle 7
Die Zusammensetzung 2-B zeigte eine Temperaturabhängigkeit des Kegelwinkels Θ, wie sie im folgenden und in Fig. 13 dargestellt ist. Tabelle 8 Kegelwinkel (º)
Eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung, die hergestellt wurde unter Verwendung der Zusammensetzung 2-B und ansonsten in der gleichen Weise wie in Beispiel 1, zeigte die folgenden Ansprecheigenschaften. Tabelle 9
Wie aus dem Vergleich von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 hervorgeht, zeigte die Flüssigkristallzusammensetzung 2-A, die eine mittlere Temperatur im Hinblick auf den Kegelwinkel Θ zeigte, eine bemerkenswert kleinere Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit als die Flüssigkristallzusammensetzung 2-B, die keine solche mittlere Temperatur zeigte.

Beispiel 3

Die vorstehend genannten Flüssigkristallzusammensetzungen 3-A, 3-B und 3-C zeigten die folgenden Phasenübergangstemperaturen (TPT) und spontanen Polarisationen bei 30ºC (Ps (30ºC)). Tabelle 10
Die Zusammensetzungen 3-A, 3-B und 3-C zeigten eine Temperaturabhängigkeit des Kegelwinkels Θ, wie sie im folgenden und in Fig. 14 dargestellt ist. Tabelle 11 Kegelwinkel (º)
Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzungen, die hergestellt wurden unter Verwendung der Zusammensetzungen 3-A, 3-B und 3-C und ansonsten in der gleichen Weise wie in Beispiel 71, zeigten die folgenden Ansprecheigenschaften. Tabelle 12

Vergleichsbeispiel 3

Die vorstehend genannten Flüssigkristallzusammensetzungen 3-D und 3-E zeigten die folgenden Phasenübergangstemperaturen (TPT) und spontanen Polarisationen bei 30ºC (Ps (30ºC)). Tabelle 13
Die Zusammensetzungen 3-D und 3-E zeigten eine Temperaturabhängigkeit des Kegelwinkels Θ, wie sie im folgenden und in Fig. 15 dargestellt ist. Tabelle 14 Kegelwinkel (º)
Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzungen, die hergestellt wurde unter Verwendung der Zusammensetzungen 3-D und 3-E und ansonsten in der gleichen Weise wie in Beispiel 1, zeigten die folgenden Ansprecheigenschaften. Tabelle 15
Wie aus dem Vergleich des vorstehend genannten Beispiels 3 und des vorstehend genannten Vergleichsbeispiels 3 hervorgeht, zeigten die Flüssigkristallzusammensetzungen 3-A, 3-B und 3-C, die eine mittlere Temperatur im Hinblick auf den Kegelwinkel Θ zeigten, eine bemerkenswert kleinere Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit als die Flüssigkristallzusammensetzungen 3-D und 3-E, die keine solche mittlere Temperatur zeigten.
Weiter geht aus Beispiel 3 hervor, daß die Zusammensetzungen 3-A und 3-B mit den mittleren Temperaturen, die einen maximalen Kegelwinkel bei höheren Temperaturen ergeben, eine kleinere Temperaturabhängigkeit zeigten, als die Zusammensetzung 3-C mit einer niedrigeren mittleren Temperatur.

Beispiel 4

Die Flüssigkristallzusammensetzung 2-A, die eine mittlere Temperatur (die einen maximalen Kegelwinkel ergibt) bei etwa 35ºC zeigt, und die Flüssigkristallzusammensetzung 2-B, die eine mittlere Temperatur bei unter 10ºC zeigt, wurden in Gewichtsverhältnissen gemischt, die in der folgenden Tabelle 16 dargestellt sind, um Flüssigkristallzusammensetzungen 4-AB-1 und 4-AB-2 herzustellen. Tabelle 16
Die Flüssigkristallzusammensetzungen 4-AB-1 und 4-AB-2 zeigten die folgenden Phasenübergangstemperaturen (TPT) und spontanen Polarisationen bei 30ºC (Ps (30ºC)). Tabelle 17
Die Zusammensetzungen 4-AB und 4-AB-2 zeigten eine Temperaturabhängigkeit des Kegelwinkels Θ, wie sie im folgenden und in Fig. 16 dargestellt ist (dargestellt gemeinsam mit den Zusammensetzungen 2-A und 2-B). Tabelle 18 Kegelwinkel (º)
Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzungen, die hergestellt wurde unter Verwendung der Zusammensetzungen 4-AB-1 und 4-AB-2 und ansonsten in der gleichen Weise wie in Beispiel 1, zeigten die folgenden Ansprecheigenschaften (dargestellt gemeinsam mit den Ergebnissen, die von den Zusammensetzungen 2-A und 2-B erhalten wurden, die in Beispiel 2 beschrieben wurden). Tabelle 19
Wie aus den vorstehend beschriebenen Ergebnissen hervorgeht, wird eine Flüssigkristallzusammensetzung mit einem temperaturabhängigen Maximum des Kegelwinkels hergestellt, indem eine Flüssigkristallzusammensetzung 2-B, die kein Maximum des Kegelwinkels besitzt (die also einen mit dem Absinken der Temperatur monoton kleiner werdenden Kegelwinkel besitzt), mit einer Flüssigkristallzusammensetzung 2-A, die ein solches Maximum des Kegelwinkels besitzt, gemischt wird. Als Seiteneffekt der Mischung wurde der Temperatur(-abhängigkeits)faktor f10/40 in der Reihenfolge 4,10 → 3,73 → 3,10 → 2,57 verkleinert, was anzeigt, daß die Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit bemerkenswert abgemildert wurde.
Weiter geht daraus hervor, daß, wenn die Zusammensetzung 4-AB-1, die eine Temperatur des maximalen Kegelwinkels von etwa 20ºC zeigte, und die Zusammensetzung 2-A, die eine Temperatur des maximalen Kegelwinkels von etwa 35ºC zeigte, verglichen werden, die Zusammensetzung 2-A, die eine höhere Temperatur des maximalen Kegelwinkels zeigte, eine kleinere Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit zeigte.

Beispiel 5

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 11-A wurde unter Verwendung einer kommerziell erhältlichen ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung ("CS-1017" hergestellt durch Chisso K.K.) hergestellt, die eine gewöhnliche Temperaturabhängigkeit des Schichtneigungswinkels δ der smektischen Schicht zeigt (d. h. die einen monoton abnehmenden Schichtneigungswinkel bei Abnahme der Temperatur zeigt) wie folgt hergestellt: 11-A
Die Zusammensetzungen CS-1017 und 11-A zeigten die Phasenübergangstemperaturen (TPT) und spontane Polaristation bei 33ºC (Ps (30ºC)) wie folgt. Tabelle 20
Die Zusammensetzungen Cs-1017 und 11-A zeigten die Temperaturabhängigkeit des Schichtneigungswinkels δ (Grad) wie durch die vorstehend erwähnte Röntgenstrahldiffraktionsanalyse gemessen, wie folgt: Tabelle 21: Schichtneigungswinkel δ (Grad)
Zwei 0,7 min dicke Glasplatten wurden bereitgestellt und jeweils mit ITO-Film beschichtet, um eine Elektrode für Spannungsanwendung zu bilden, welche ferner mit einer Isolierungsschicht aus Dampf abgeschiedenen SiO&sub2; beschichtet wurde. Die Isolierungsschicht wurde ferner mit einer 0,2 prozentigen Isopropylalkohollösung aus Silanhaftungsmittel ("KBH-602" erhältlich von Shin Etsu Kagaku K.K.) durch Spin-Beschichtung bei 2000 U/min für 15 Sekunden beschichtet, gefolgt von Trocknen bei 120ºC für 20 Minuten. Die so behandelte Glasplatte wurde ferner mit einer 1,5 prozentigen Lösung aus Polyemidharz Vorstufe (SP- 510, erhältlich von Toray K.K. in Dimethylacetamid durch ein Spin-Beschichtungsgerät, das sich mit 2000 u/min für 15 Sekunden drehte, beschichtet. Danach wurde der Beschichtungsfilm einer Wärmehärtung bei 300ºC für 60 Minuten unterzogen, um einen ungefähr 250 A dicken Film zu erhalten.
Der Beschichtungsfilm wurde mit einem Tuch aus Acetatfasern abgerieben. Die so behandelten zwei Glasplatten wurden Isopropylalkohol abgewaschen. Nachdem Siliciumdioxidwülste mit einer durchschnittlichen Teilchengräße von 2,0 um auf einer der Glasplatten dispergiert wurden, wurden die zwei Glasplatten mit einem bindendem Versiegelungsmittel ("Lixon Bond", erhältlich von Chisso K.K.) aneinandergefügt, so dass deren Abriebsrichtungen parallel zueinander waren und bei 100ºC für 60 Minuten erhitzt, um eine leere Zelle zu bilden. Es wurde festgestellt, dass die Zelllücke ungefähr 2,0 um betrug, wenn durch einen Berek-Kompensator gemessen.
Dann wurde jede der zuvor hergestellten Flüssigkristallzusammensetzungen CS-1017 und 11-A in einer isotropen Flüssigkeit erhitzt, und in die vorstehend hergestellte Zelle unter Vakuum injiziert und nach Versiegeln allmählich mit einer Rate von. 20ºC/Stunde auf ºC abgekühlt, um eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung herzustellen.
Die zwei so hergestellten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen wurden jeweils einer Messung der Ansprecheigenschaft unterzogen, indem eine Pik-zu-Pik- Spannung Vpp von 20 Volt angelegt wurde, um eine Zeit zum Verursachen einer Transmissionsänderung von 0 bis 90 Prozent unter rechten Winkel durch das nicolsche Prisma zu verursachen (nachstehend als optische Ansprechzeit bezeichnet). Die Ergebnisse sind wie folgt: Tabelle 22
Der Temperaturfaktor (Temperaturabhängigkeitsfaktor) f0/40 bedeutet ein Verhältnis der optischen Ansprechzeit bei 0 ºC/optische Ansprechzeit bei 40ºC, und die Werte in Klammern stellen den Temperatur(-Abhängigkeits)faktor bei Anstiegen um 10ºC dar, d. h. f0/10, f10/20, f20/30 und f30/40 in dieser Reihenfolge. In diesem Fall besteht ein Zusammenhang von F0/40 = f0/10 · f10/20 · f20/30 · f30/40.
Wie aus den vorstehenden Ergebnissen verstanden werden kann, zeigte die Flüssigkristallzusammensetzung 11-A, die ein Maximum gefolgt von einer Abnahme des Schichtneigungswinkels δ bei Temperaturabnahme aufwies, zeigte eine kleinere Temperaturabhängigkeit der Ansprechzeit als die Basisflüssigkristallzusammensetzung CS-1017, die einen monoton zunehmenden Schichtneigungswinkel δ zeigte, insbesondere einen Temperaturbereich von unterhalb 10ºC, wo die Abnahme in δ hervortrat, was zu einer bemerkenswerten Differenz des Temperaturfaktors f0/10 führte. Folglich wurde eine Verbesserung der Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit bestätigt.

Beispiel 6

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 12-A wurde unter Verwendung einer kommerziell erhältlichen ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung ("ZLI-3233", hergestellt durch Merck Co.), die eine gewöhnliche Temperaturabhängigkeit des Schichtneigungswinkels δ der smektischen Schicht zeigte (d. h. die einen monoton abnehmenden Schichtneigungswinkel bei Temperaturabnahme zeigte), wie folgt hergestellt: 12-A
Die Zusammensetzungen ZLI-3233 und 12-A zeigten die Phasenübergangstemperaturen (TPT) und spontane Polarisation bei 30ºC (Ps (30ºC)) wie folgt. Tabelle 23
Die Zusammensetzungen ZLI-3233 und 12-A zeigten die folgenden Temperaturabhängigkeit des Schichtneigungswinkels δ. Tabelle 24
Es wurden ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen auf die gleiche Weise wie im Beispiel 5 hergestellt, bis darauf, dass jeweils die Zusammensetzungen ZLI-3233 und 12- A anstelle der Zusammensetzung 11-A verwendet wurden, und der Messung der optischen Ansprechzeit auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 unterzogen. Die Ergebnisse sind wie folgt. Tabelle 25
Wie aus den vorstehenden Ergebnissen verstanden werden kann, zeigte die Flüssigkristallzusammensetzung 12-A, die ein Maximum gefolgt von einer Abnahme des Schichtneigungswinkels δ bei Temperaturabnahme aufwies eine kleinere Temperaturabhängigkeit der Ansprechzeit als die Basisflüssigkristallzusammensetzung ZLI-3233, die einen monoton ansteigenden Schichtneigungswinkel δ zeigte, insbesondere in einem Temperaturbereich von unterhalb 10 ºC, wo die Abnähme in δ hervortrat, was zu einer bemerkenswerten Differenz des Temperaturfaktors F0/10 führte. Folglich wurde eine Verbesserung der Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit bestätigt.

Beispiel 7

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 13-A wurde unter Verwendung einer kommerziell erhältlichen ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung ("CS-1031", hergestellt durch Chisso K.K.) hergestellt, die eine gewöhnliche Temperaturabhängigkeit des Schichtneigungswinkels 8 der smektischen Schicht zeigte (d. h. die einen monoton abnehmenden Schichtneigungswinkel bei Temperaturabnahme zeigte), wie folgt hergestellt: 13-A
Die Zusammensetzungen CS-1031 und 13-A zeigten die Phasenübergangstemperaturen (TPT) und spontane Polarisation bei 30ºC (Ps (30ºC)) wie folgt. Tabelle 26
Die Zusammensetzungen CS-1031 und 13-A zeigten die folgende Temperaturabhängigkeit des Schichtneigungswinkels δ. Tabelle 27
Es wurden ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen auf die gleiche Weise wie im Beispiel 5 hergestellt, bis darauf, dass jeweils die Zusammensetzungen CS-1031 und 13-A anstelle der Zusammensetzung 11-A verwendet wurden, und einer Messung der optischen Ansprechzeit auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 unterzogen. Die Ergebnisse waren wie folgt: Tabelle 28
Wie sich aus den vorstehenden Ergebnissen ergibt, zeigte die Flüssigkristallzusammensetzung 13-A, die ein Maximum gefolgt von einer Abnahme des Schichtneigungswinkels bei Temperaturabnahme aufwies, eine geringere Temperaturabhängigkeit der Ansprechzeit als die Basisflüssigkristallzusammensetzung CS-1031, die einen monoton ansteigenden Schichtneigungswinkel δ insbesondere in einem Temperaturbereich von 0 bis 20ºC, zeigte, wo die Abnahme in δ hervortrat, was folglich zu bemerkenswerten Unterschieden des Temperaturfaktors f0/10 und f10/20 führte. Folglich wurde eine Verbesserung der Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit bestätigt.

Beispiel 8

Eine Flüssigkristallzusammensetzung 14-A, die ein Maximum δmax des Schichtneigungswinkels δ bei ungefähr 35ºC zeigte, und eine Flüssigkristallzusammensetzung 14-B, die an δmax bei ungefähr 10ºC zeigte, wurden hergestellt. Dann wurden Zusammensetzungen 14-AB-11 und 14-AB-12 durch Vermischen der Zusammensetzungen 14-A und 14-B in Gewichtsverhältnissen, die in der folgenden Tabelle 29 gezeigt sind, hergestellt.
Die Phasenübergangstemperaturen und spontane Polarisation bei 10ºC, 30ºC und 50ºC der Zusammensetzungen werden auch in Tabelle 29 gezeigt. Tabelle 29
Die vorstehende Zusammensetzung zeigte die folgende Temperaturabhängigkeit des Schichtneigungswinkels δ. Tabelle 30: Neigungswinkel δ (Grad)
Es wurden ferroelektrische Flüssigkristalvorrichtung auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, bis darauf, dass jeweils die Zusammensetzungen 14-A, 14-B, 14- AB-11 und 14-AB-12 anstelle der Zusammensetzung 11-A verwendet wurden, und der Messung der optischen Ansprechzeit auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 unterzogen. Die Ergebnisse werden nachstehend angegeben. Tabelle 31
Wie sich aus den vorstehenden Ergebnissen entnehmen lässt, zeigten die Flüssigkristallzusammensetzungen 14-A, 14-B, 14-AB-11 und 14-AB-12, die eine Temperaturabhängigkeit des Schichtneigungswinkels mit einem Maximum gefolgt von einer Abnahme bei Temperaturabnahme zeigten, kleinere oder erhöhte Temperaturabhängigkeiten der Ansprechgeschwindigkeit als die Flüssigkristallzusammensetzungen ZLI-3233 und CS-1017, die eine gewöhnliche Schichtneigungswinkeltendenz der monotonen Abnahme bei Temperaturabnahme zeigten. Ferner ist zu entnehmen, dass eine Flüssigkristallzusammensetzung, die δmax bei einer höheren Temperatur zeigt, eine geringere Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit um diese Temperatur herum zeigte, was zu einem höheren Grad der Besserung der insgesamten Temperaturabhängigkeit in dem gesamten Temperaturbereich führte. Eine gewöhnliche Flüssigkristallzusammensetzung besitzt eine Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit, welche größtenteils von der Viskosität abhängt und daher tendiert diese dazu steil auf einer Niedrigtemperaturseite gemäß einem Zusammenhang wie derjenige, der durch die Arrhenires- Gleichung dargestellt wird, zu ändern, z. B. f10/20 ≥ f20/30 ≥ f30/40. Jedoch zeigten die Flüssigkristallzusammensetzungen, die in diesem Beispiel gezeigt werden, im Allgemeinen f10/20, welcher ziemlich klein war, sogar in einem Niedrigtemperaturbereich, wo δ anfing bei Temperaturabnahme abzunehmen. Folglich wurden z. B. die folgenden Zusammenhänge gefunden.
f10/20 ≤ f20/30 für 14-A
f20/30 ≤ f30/40 < f40/50 für 14-AB-11
f20/30 < f30/40 < f40/50 für 14-AB-12
f20/30 (< f10/20) < f30/40 < f40/50 für 14-B.

Beispiele 9-14, Vergleichsbeispiele 4-7

Zwei 1,1 mm dicke Glasplatten wurden als ein Paar von Substraten bereitgestellt und wurden jeweils mit transparenten ITO-Streifenelektroden beschichtet, die jeweils eine Seite Metallverdrahtung aus Molybden besaßen, gefolgt von Beschichtungen mit 1500 A dicken Tantaloxid als ein transparenter dielektrischer Film durch Sputtern.
Eine Lösung in NMP einer Polyemid-Vorstufe ("LQ 1802" hergestellt durch Hitachi Kasei K.K.) wurde auf den Tantaloxid-Film aufgetragen und bei 270ºC gebrannt, um einen 300 A dicken Polyemid-Ausrichtungsfilm zu bilden. Der gebrannte Film wurde dann mit einem Tuch aus Acetatfasern abgerieben. Dann wurden auf einem der Substrate Epoxyharzadhesiv-Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5,5 um ("Torepearl" (Marke), erhältlich von Toray K.K.) mit einer Dichte von 30 Teilchen/mm² durch das Nord Son-elektrostatische Dispersionsverfahren dispergiert und auf einem anderen Substrat Siliziumdioxyd- Mikrowülste mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1,5 um mit einer Dichte von 300 Teilchen/mm² durch das Knudsen-elektrostatische Dispersionsverfahren dispergiert. Dann wurde ein flüssiges Adhesiv ("Struct Bond" (Marke), hergestellt durch Mitsui Toatsu K.K.) als ein Versiegelungselement durch Drucken in einer Dicke von 6 um aufgetragen. Dann wurden die zwei Glasplatten aufeinander gefügt, so dass sich deren Abriebsrichtungen in die gleiche Richtung erstreckten aber sich bei einem Winkel entgegen dem Uhrzeigersinn von 6-10 Grad schnitten, und aneinander durch Anwenden von Druck von 2,8 kg/cm² bei 70ºC für 5 Minuten gebunden wurden, gefolgt von weiterem Härten der zwei Arten von Klebstoffen unter einem Druck von 0,63 kg/cm³ bei 150ºC für 4 Stunden, um eine leere Zelle zu bilden.
Dann wurden 7 leere Zellen, die auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellt wurden, jeweils auf einen verminderten Druck von 10&supmin;&sup4; Torr evakuiert und dann jeweils mit Flüssigkristallzusammensetzungen A-G gefüllt, die die in den nachstehenden Tabellen 32 und 33 gezeigten Eigenschaften aufwiesen. TABELLE 32 TABELLE 33
Dann wurden die jeweiligen Zellen durch cholesterische und smektische A-Phasen auf 25ºC abgekühlt, wobei eine chirale, smektische C-Phase bereitgestellt wurde, um 7 Flüssigkristallvorrichtungen bereitzustellen, die jeweils aus einer Anzeigetafel 103, wie in Fig. 10 gezeigt, zusammengesetzt war, die eine laterale Größe (Datenzeilenseite) von ungefähr 280 mm, eine vertikale Größe (Abtastlinienseite) von 220 mm und einer Zahl von Pixel von 1280 · 1024 aufwies.
Jede Anzeigetafel, die in ein Anzeigegerät eingebaut wurde, wie in Fig. 10 gezeigt, wurde zum Anzeigen verwendet, indem ein in Fig. 6 gezeigtes Set von Ansteuerungswellenformen bei Abtastseitenspannungen von ±10,5 Volt (teilweise 4,5 Volt) und Datenseitenspannungen von ±4,5 Volt angelegt wurden.
Die jeweiligen Tafel stellten Bewertungsdaten, die in der nachstehenden Tabelle 34 gezeigt werden, zur Verfügung. Die Persistenzzeit wurde gemessen, indem ein Weiß-Schwarz- Prüfmuster von 80 · 80 auf eine Tafel für 30 Minuten Die jeweiligen Tafel stellten Bewertungsdaten, die in der nachstehenden Tabelle 34 gezeigt werden, zur Verfügung. Die Persistenzzeit wurde gemessen, indem ein Weiß-Schwarz- Prüfmuster von 80 · 80 auf eine Tafel für 30 Minuten geschrieben wurde und die gesamte Anzeigetafel in einem schwarzen Anzeigestatus wiederbeschrieben wurde, um mit den Augen die Zeit zu beobachten, in welcher die gesamte Anzeige in einen gleichförmigen schwarzen Zustand umgewandelt wurde. Die Temperatur wurde gemessen, indem die Tafeloberflächentemperatur mit einem Thermopaar gemessen wurde, während die Umgebungstemperatur innerhalb eines Thermostatbehälters gesteuert wurde. TABELLE 34
*θ: Zellschnittwinkel
Die Zeit 1H, die in der vorstehenden Tabelle 34 gezeigt wird, gibt eine Zeit zum Beschreiben auf einer Linie an (wie in Fig. 6 gezeigt) und wurde für jede Tafel so eingestellt, dass sie einen guten Anzeigestatus auf der gesamten Tafel bereitstellt.
All die Beispielvorrichtungen genügten klar allen Bedingungen (I), (II) und (III), die vorstehend beschrieben wurden, und stellten einen hohen Kontrast von wenigstens 20 bereit.
Die Anzeigetafeln von Beispielen 9 bis 14 verursachten keine divergente Zunahme der Persistenzzeit bei Abnahme der Umgebungstemperatur, sondern verursachten vielmehr eine Abnahme bei einer niedrigen Temperatur, und verursachten so keine bemerkenswerte Verschlechterung der Anzeigequalität bei einer niedrigen Temperatur. Im Gegensatz dazu stellten die Anzeigetafeln von Vergleichsbeispielen 4 bis 7 eine bemerkenswert längere Persistenzzeit bereit, und verschlechterten so die Anzeigequalität auf einer niedrigeren Temperaturseite.
Ferner zeigten die Tafeln von Beispielen 10 bis 14, bis auf die Tafel von Beispiel 9, die eine Flüssigkristallzusammensetzung A mit einer niedrigen SmA → SmC* Übergangstemperatur, einen Temperaturfaktor E10/40, der eine Temperaturabhängigkeit der Ansteuerungs-1H-Zeit von so gering wie 1,8-2,9 angab, welche viel besser als 3,5- 4,3 von Vergleichsbeispielen 4 bis 7 waren.
Wie aus den vorstehenden Ergebnissen ersichtlich ist, konnten die Flüssigkristallvorrichtungen, die eine Flüssigkristallzusammensetzung verwendeten, die eine Temperaturcharakteristik des Schichtneigungswinkels δ zeigten, welcher ein Maximum von δ annahm und bei weiterer Temperaturabnahme abnahm, konnten das Auftreten der bemerkenswerten Persistenz bei niedrigen Temperaturen unterdrücken und erhöhten die Temperaturabhängigkeit der Ansteuerungseigenschaften.

Beispiel 15

Die optische Ansprecheigenschaft der Flüssigkristallzusammensetzungen 2-A und 2-B, die im Beispiel 2 verwendet wurden, wurde untersucht, indem Zellen verwendet wurden, die auf die folgende Weise hergestellt wurden.
Zwei Glassubstrate, die mit transparenten Elektroden ausgestattet waren, wurden mit einem Tantaloxidfilm durch Sputtern beschichtet, und eine 1%-ige Lösung in NMP von Polyamidsäure ("LQ-1802", hergestellt durch Hitachi Kasei K.K.) wurde durch ein Spinn-Gerät aufgetragen und bei 270º C für eine Stunde gebrannt, um einen Polimidfilm zu bilden.
Die zwei Substrate wurden dann abgerieben und dann mit einem Spalt dazwischen von 1,2 bis 1,3 um aufeinandergefügt, so dass sich deren Abriebsrichtungen im Allgemeinen in die gleiche Richtung erstreckten, aber sich bei einem Schneidewinkel (wie beschrieben) von 10 Grad schnitten, wodurch eine leere Zelle gebildet wurde.
Die so hergestellten Zellen wurden jeweils mit den Flüssigkristallzusammensetzungen 2-A und 2-B in einem isotropischen Flüssigkeitszustand gefüllt und dann mit einer Rate von 20ºC /Stunde abgekühlt, um ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen zu bilden, welche einen Vertrinnungswinkel α von 17 Grad zeigten, wenn durch das Kristallrotationsverfahren gemessen.
Die so hergestellten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen wurden jeweils angetrieben, indem das in den Fig. 21A und 21B gezeigte Set von Ansteuerungsformen (1/3 Biasverhältnis) angelegt wurde, um das Ansteuerungsspannungsspanne ΔV (V&sub3;-V&sub1;) zu messen, während Δt so eingestellt wurde, um V&sub1; = 15 Volt einzustellen. Die Ergebnisse werden in den folgenden Tabellen 35 und 36 gezeigt. TABELLE 35 TABELLE 36
Ferner wurden die jeweiligen Vorrichtungen unter verschiedenen Temperaturen gemessen, während die Spannungen auf mittlere Werte (= Vs + VI = (V&sub3; + V&sub1;)/2) innerhalb der Bereiche der Ansteuerungsspannungsspanne bei 30ºC eingestellt wurde, um eine Ansteuerungstemperaturspanne zu messen, d. h. einen Temperaturbereich (Differenz), wo der Ansteuerung möglich war. Die Ergebnisse waren wie folgt.

Ansteuerungstemperaturspanne

Zusammensetzung 2-A ±8,0ºC
Zusammensetzung 2-B ±4,1ºC
Die Vorrichtungen zeigten Transmissionsfaktoren (im Bezug auf die Transmissionsfotospannungen, gemessen durch einen Fotoverstärker) bei weißen und schwarzen Niveaus, und Kontraste (d. h. Verhältnis von Transmissionsfaktoren zwischen weißen und schwarzen Niveaus) wie in der folgenden Tabelle 37 gezeigt. TABELLE 37
Wie in der vorstehenden Tabelle gezeigt zeigte die Vorrichtung, die die Verbindung 2-A verwendete, einen Kontrastvariationsfaktor (Verhältnis von maximalem Kontrastminimalem Kontrast) von 1,27, während die Vorrichtung, die die Verbindung 2-B verwendete, ein Kontrastvariationsfaktor von 2,97 zeigte.
Wie aus den vorstehenden Ergebnissen ersichtlich ist, verursachte die Flüssigkristallvorrichtung, die die Flüssigkristallzusammensetzung verwendete, die einen maximalen Kegelwinkel mit Temperaturänderung zeigte, keine Verringerung des Kontrasts bei niedrigen Temperaturen, sondern stellte einen Kontrastvariationsfaktor von 1,27 bereit, und zeigte so bemerkenswert verbesserte Temperaturabhängigkeitseigenschaften verglichen mit der Flüssigkristallvorrichtung, die die Flüssigkristallzusammensetzung 2-B verwendete.
Ferner stellte die Flüssigkristallzusammensetzung 2-A im Wesentlichen eine breitere Ansteuerungsspannungsspanne und Ansteuerungstemperaturspanne als die Flüssigkristallzusammensetzung 2-B bereit.

Beispiel 16

Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden hergestellt und werden im Hinblick auf die Ansteuerungsspannungsspanne ΔV auf die gleiche Weise wie in Beispiel 15 bewertet, bis darauf, dass die Flüssigkristallzusammensetzungen 3-A, 3-B und 3-C, die in Beispiel 3 verwendet wurden, anstelle der Flüssigkristallzusammensetzungen 2-A und 2-B verwendet wurden.
Die so hergestellten Vorrichtungen zeigten die in den folgenden Tabellen 38 bis 40 angegebenen Ergebnisse. Tabelle 38 Tabelle 39 Tabelle 40
Ferner zeigten die Vorrichtungen, die die Zusammensetzungen 3-A, 3-B und 3-C verwendeten, die folgende Ansteuerungstemperaturspanne bei 30ºC.

Ansteuerungstemperaturspanne

Zusammensetzung 3-A ± 8,0ºC
Zusammensetzung 3-B ± 7,1ºC
Zusammensetzung 3-C ± 4,8ºC
Ferner zeigten die Vorrichtungen, die in der folgenden Tabelle 41 gezeigt sind Transmissionsfaktoren bei weißen und schwarzen Niveaus und Kontrasten. Tabelle 41
So zeigten die Vorrichtungen, die die Zusammensetzungen 3- A, 3-B, 3-C verwendeten, jeweils Kontrastvariationsfaktoren von 1,32, 1,50 und 2,62. Die Ergebnisse der Transmissionsfaktoren in weißen und schwarzen Zuständen und Kontrastverhältnissen, die in der vorstehenden Tabelle 41 gezeigt werden, werden auch jeweils in Fig. 18 (für Zusammensetzung 3-A) Fig. 19 (3-B) und Fig. 20 (3-C) gezeigt.
Wie aus den vorstehenden Ergebnissen ersichtlich ist, verringerten die Flüssigkristallvorrichtungen, die jeweils die Zusammensetzungen 3-A und 3-B verwendeten, die ein Maximum des Kegelwinkels bei Temperaturabnahme zeigten, nicht den Kontrast bei niedrigen Temperaturen und zeigten niedrige Kontrastvariationsfaktoren von 1,32 und 1,50, und zeigten so deutlich bessere Leistungen als die Vorrichtung, die die Zusammensetzung 3-C enthielt. Ferner wurden eine breitere Ansteuerungsspannungsspanne und Ansteuerungstemperaturspanne bereitgestellt.

Beispiele 17 und 18

Zusammensetzungen 5-A, 5-B, 6-A und 6-B, die verschiedene Kegelwinkeleigenschaften aufwiesen, wurden hergestellt, indem die in der folgenden Tabelle B aufgelisteten Verbindungen vermischt wurden, wobei R&sub1;-R&sub1;&sub2; jeweils eine normale Alkylgruppe bezeichnen, die verschiedene Zahlen von Kohlenstoffatomen aufweisen kann und die durch einen Querstrich angefügten Zahlen stellten ein Paar von Kohlenstoffzahlen dar, die in einer Verbindung enthalten sind, z. B. 8/10 für R&sub1;/R&sub2;, die folgende Verbindung darstellen: Tabelle B

Beispiel 15

Die Flüssigkristallzusammensetzungen 5-A und 5-B zeigten die Phasenübergangstemperaturen (TPT) und spontane Polarisation bei 30ºC (Ps (30ºC)) wie folgt. Tabelle 42
Die Zusammensetzungen 5-A und 5-B zeigten die Temperaturabhängigkeit des Beschichtungswinkels θ wie nachstehend gezeigt. Tabelle 43: Kegelwinkel (Grad)
Es wurden ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen hergestellt und im Hinblick auf die Ansteuerungsspannungsspannen ΔV auf die gleiche Weise wie in Beispiel 15 bewertet, bis darauf, dass die Flüssigkristallzusammensetzungen 5-A und 5-B anstelle der Flüssigkristallzusammensetzungen 2-A und 2-B verwendet wurden.
Die so hergestellten Vorrichtungen zeigten die in den folgenden Tabellen 44 und 45 angegebenen Ergebnisse. Tabelle 44 Tabelle 45
Ferner zeigten die Vorrichten, die die Zusammensetzungen 5- A und 5-B verwendeten, die folgende Ansteuerungstemperaturspanne bei 30ºC.

Ansteuerungstemperaturspanne

Zusammensetzung 5-A ± 8,0ºC
Zusammensetzung 5-B ± 7,5ºC
Ferner zeigten die Vorrichtungen die Transmissionsfaktoren bei weißen und schwarzen Niveaus und Kontraste, die in der folgenden Tabelle 46 gezeigt werden. Tabelle 46
Dann zeigten die Vorrichtungen, die Zusammensetzungen 5-A und 5-B verwendeten, Kontrastvariationsfaktoren von jeweils 1,45 und 1,76.
Wie aus den vorstehenden Ergebnissen ersichtlich ist, zeigten von den Flüssigkristallvorrichtungen, die jeweils die Flüssigkeitskristallzusammensetzungen 5-A und 5-B verwendeten, die jeweils einen maximalen Kegelwinkel Δmax, wobei die Vorrichtung die Zusammensetzung 5-A enthielt, ein θmax/θmin von 1,42 (d. h. < 1,5) zeigten eine geringere Variation im Kontrast als die Vorrichtung, die die Zusammensetzung 5-B mit einem θmax/θmin Verhältnis von 1,76 (d. h. ≥ 1,5) aufwiesen.

Beispiel 18

Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden auf die gleiche Weise wie im Beispiel 15 hergestellt, bis darauf, dass die vorstehend hergestellten Zusammensetzungen 6-A und 6-B anstelle der Zusammensetzungen 2-A und 2-B verwendet wurden. Dann wurde versucht die Flüssigkristallvorrichtungen auf die gleiche Weise wie im Beispiel 15 anzutreiben, um so die Ansteuerungsspannungsspanne ΔV zu messen. Jedoch konnte mit keiner der Zusammensetzungen 6-A und 6-B ein homogener gleichförmiger Ausrichtungszustand bereitgestellt werden, so dass die Ansteuerungsspannungsspanne und Transmissionsfaktoren nicht gemessen werden konnten.
Wie vorstehend beschrieben wurde zeigt eine Flüssigkristallzusammensetzung, die einen Schichtneigungswinkel Δ zeigt, welcher bei Temperaturabnahme zunimmt, um ein Maximum Δmax anzunehmen, und dann bei weiterer Temperaturabnahme abnimmt, und eine Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine derartige Flüssigkeitszusammensetzung enthält, eine verminderte Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit.
Ferner ist es möglich geworden, den Temperaturbereich, der eine verbesserte Temperaturabhängigkeit der Ansprechgeschwindigkeit bereitstellt, durch Steuern der Temperatur, die Δmax bereitstellt, zu steuern. Ferner ist es möglich geworden, indem das Δ gesteuert wird, die Ansprechgeschwindigkeit zu verbessern.
Ferner kann ein gutes Anzeigegerät bereitgestellt werden, indem die Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Lichtquelle und einer Ansteuerungsschaltung kombiniert wird.
Ferner stellt die Flüssigkristallvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen hohen Kontrast und eine verbesserte Persistenzeigenschaft bei niedrigen Temperaturen und eine verminderte Temperaturabhängigkeit der Ansteuerungsbedingungen bereit, und gewährleistet so ein Flüssigkristallanzeigegerät, dass eine sehr herausragende Anzeige realisieren kann.
Ferner verringert die Flüssigkristallvorrichtung, die eine Flüssigkristallzusammensetzung enthält, die einen maximalen Kegelwinkel zeigt, nicht den Kontrast bei niedrigen Temperaturen und zeigt nur eine minimale Kontrastvariation bei Temperaturänderung.
Ferner ist es möglich geworden, eine Flüssigkristallvorrichtung bereitzustellen, die eine minimale Kontrastvariation zeigt, indem das Verhältnis von θmax/θmin auf unterhalb von 1,5 gehalten wird.
Ferner ist es möglich geworden eine Flüssigkristallvorrichtung bereitzustellen, welche eine große Ansteuerungsspannungsspanne und eine breite Temperaturspanne besitzt, was einen guten Matrixansteuerung über die gesamten Pixel ermöglicht.

Claims

1. Flüssigkristallvorrichtung, die umfasst: ein Paar von Substraten (8) und eine Flüssigkristallzusammensetzung (1) , die zwischen den Substraten angeordnet ist, wobei die Flüssigkristallzusammensetzung aufweist:

eine smektische A-Phase in einem ersten Temperaturbereich, in welchem die Zusammensetzung eine Mehrzahl von ersten Molekularschichten bildet, die jeweils aus mehreren Flüssigkristallmolekülen zusammengesetzt sind, und

eine chirale smektische C-Phase in einem zweiten Temperaturbereich, in welchem die Zusammensetzung eine Mehrzahl von zweiten Molekularschichten, die jeweils aus mehreren Flüssigkristallmolekülen zusammengesetzt sind,

wobei die Flüssigkristallzusammensetzung, wenn diese in der chiralen smektischen C-Phase ist, in einem Ausrichtungszustand ist, so dass die Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet sind, um eine Mehrzahl von Molekularschichten zu bilden, die jeweils aus mehreren Flüssigkristallmolekülen zusammengesetzt sind, und die mit einem Neigungswinkel δ in Bezug auf eine zu den Substraten Senkrechte geneigt sind,

wobei der Ausrichtungszustand zeigt:

a) einen Neigungswinkel δ, welcher bei Temperaturabnahme bis zu einer mittleren Temperatur hinab innerhalb eines ersten Unterbereichs des zweiten Temperaturbereichs ansteigt, und

b) in einem zweiten Unterbereich des zweiten Temperaturbereichs unterhalb des ersten Unterbereichs einen Neigungswinkel δ, welcher bei weiterer Temperaturabnahme unterhalb der mittleren Temperatur abnimmt,

wobei die Flüssigkristallzusammensetzung ferner einen Kegelwinkel θ in dem Ausrichtungszustand der chiralen smektischen C-Phase aufweist, so dass die Flüssigkristallmoleküle zu einem beliebigen aus wenigstens zwei optisch stabilen Zuständen orientiert sind, welche einen Winkel 2θα (θα; Verdrehungswinkel) in Abwesenheit eines elektrischen Feldes dazwischen bilden; und die Flüssigkristallmoleküle in einem Vorverdrehungswinkel α in Bezug auf die Substrate ausgerichtet sind; und

die Winkel θα, θ, δ und α die Zusammenhänge erfüllen:

c) θ < α + δ

d) δ < α, und

e) θ > θα > θ/2, und

wenigstens eines der Substrate mit einem Ausrichtungsfilm (4), der Polyimid umfasst, versehen ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei wenigstens eines des Paars aus Substraten (8) mit einer uniaxialen Ausrichtungsachse versehen ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Paar aus Substraten (8) jeweils mit einer uniaxialen Ausrichtungsachse in jeweiligen Richtungen versehen werden, welche parallel und die gleichen wie oder entgegengesetzt zueinander sind.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die uniaxiale Ausrichtungsachse durch Abrieb bereitgestellt worden ist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Paar aus Substraten (8) jeweils mit einer uniaxialen Ausrichtungsachse in jeweiligen Richtungen versehen ist, welche einander schneiden.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die jeweiligen Richtungen einander in einem Winkel von 2 bis 15 Grad schneiden.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die mittlere Temperatur bei einer Temperatur von wenigstens 10ºC liegt.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die mittlere Temperatur bei einer Temperatur von wenigstens 25ºC liegt.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Flüssigkristallzusammensetzung auch einen Temperaturbereich aufweist, wo die Zusammensetzung die cholesterische Phase annimmt.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Flüssigkristallzusammensetzung in chiraler smektischer C- Phase ein Maximum δmax des Neigungswinkels δ besitzt, der δmax < 20 Grad erfüllt.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Flüssigkristallzusammensetzung in chiraler smektischer C- Phase ein Maximum δmax des Neigungswinkels δ besitzt, der δmax < 15 Grad erfüllt.

12. Anzeigegerät, dass beinhaltet:

eine Flüssigkristallvorrichtung gemäß Ansprüchen 1 bis 11 und Spannungsanlegungsvorrichtung (7), die zum Anlegen von Spannungen durch die Flüssigkristallzusammansetzung angeordnet ist.

13. Anzeigegerät gemäß Anspruch 12, das ferner eine Steuerungseinrichtung beinhaltet, die zum Steuern der Spannungsanlegungseinrichtung angeordnet ist.