DE69019042T2

DE69019042T2 - Ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung und Anzeigevorrichtung.

Info

Publication number: DE69019042T2
Application number: DE69019042T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Johten; Naoko Mikami; Hiroyuki Onishi; Takao Sakurai; Tsuyoshi Uemara; Tadahiko Yokota
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-02-27
Filing date: 1990-02-26
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2010-02-27
Also published as: JPH02225592A; EP0385688B1; EP0385688A2; US5403511A; DE69019042D1; EP0385688A3; JP2636035B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Zubereitung und eine Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung mit Bistabilität. Die Erfindung betrifft insbesondere eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zubereitung und eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.
In der Vergangenheit wurden Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen in weitem Umfang sowohl für Geräte für den privaten Verbraucher als auch für Geräte zur Büroautomatisierung verwendet, beispielsweise tragbare Fernsehgeräte und Laptop-Computer oder dergleichen. Sie ersetzen nun nach und nach CRT- (Kathodenstrahlröhren-) Anzeigevorrichtungen. Derzeit stellt der STN-Flüssigkristall des Doppelschicht-Typs, in dem ein nematischer Flüssigkristall verwendet wird, eine Hauptentwicklung in dem betreffenden Markt dar. Dieser weist jedoch viele Probleme in bezug auf die Ansprechzeit, den Sichtwinkel und die Anzeigekapazität auf. Im Gegensatz dazu haben ferroelektrische Flüssigkristalle einige exzellente charallteristische Eigenschaften wie beispielsweise eine schnelle Ansprechzeit und eine große Speicherkapazität oder dergleichen, die bei einem nematischen Flüssigkristall nicht gefunden werden kann. Es wurden Untersuchungen und Entwicklungen im Zusammenhang mit ferroelektrischen Flüssigkristallen in aktiver Weise durchgeführt, um eine Anzeigevorrichtung der nächsten Generation mit großer Anzeigekapazität und hoher Auflösung herzustellen.
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht des ferroelektrischen Flüssigkristalls. Der ferroelektrische Flüssigkristall weist eine Schichtenstruktur auf, die üblicherweise smektischer Flüssigkristall genannt wird, und seine Flüssigkristall-Moleküle haben eine solche Struktur, daß die Moleküle in Richtung einer Schicht-Normalen in einem Neigungswinkel θ geneigt sind. In Figur 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein ferroelektrisches Flüssigkristallmolekül, 2 bezeichnet einen Kegel, 3 (P) bezeichnet die spontane Polarisation, 4 bezeichnet eine Schichtstruktur und Z bezeichnet die Richtung der Schicht-Normalen.
Wie in Figur 1 gezeigt, kann sich das ferroelektrische Flüssigkristall-Molekül frei in dem Kegel (konische Form) bewegen, der in der Richtung der Schichtnormalen um θ Grad geneigt ist. Die Längsrichtungen des Moleküls sind spezifisch in jeder der Schichten, so daß die Moleküle als ganzes eine verdrillte Konfiguration aufweisen.
Das ferroelektrische Flüssigkristall-Molekül ist ein optisch aktives Flüssigkristall-Molekül, das keine racemische Modifikation darstellt, und bei dem die spontane Polarisation 3 in einer Richtung verläuft, die im rechten Winkel zur Längsrichtung des Moleküls läuft. Dementsprechend rotiert das Molekül um die Schicht-Normale in einem Winkel von 2 θ Grad, der abwechselnd von der Richtung eines angelegten elektrischen Feldes abhängt, zurück und vor. Gemäß diesen beiden Zuständen der Moleküle kann entweder Helligkeit oder Dunkelheit mit einem Polarisator angezeigt werden.
Die Figuren 2-1 und 2-2 zeigen Anzeige-Arten des ferroelektrischen Flüssigkristalls und Änderungen der Helligkeit. Die Bezugsziffer 5 bezeichnet die obere Fläche eines Glassubstrats, und die Bezugsziffer 6 bezeichnet die untere Fläche des Glassubstrats. In Figur 2-1(a) wird das elektrische Feld in der Richtung von der Unterseite des Substrats zur Oberseite des Substrats angelegt, und alle spontanen Polarisationen zeigen einheitlich nach oben. In Figur 2-1 (b) wird das elektrische Feld von der Oberseite des Substrats zur Unterseite des Substrats angelegt, und alle spontanen Polarisationen zeigen einheidich nach unten. Der jeweilige Zustand der Moleküle bleibt erhalten, selbst wenn das elektrische Feld abgeschaltet wird.
Wie in den Figuren 2-1 (a) und (b) gezeigt, ist idealerweise perfekt ein Umspringen zwischen zwei einheitlichen Zuständen, in denen alle Längsachsen 1 der Moleküle, die von oben nach unten angeordnet sind, in derselben Richtung verlaufen. In der Praxis liegen jedoch die Längsachsen der Moleküle an der oberen Fläche und an der unteren Fläche in einer um 2 θ Grad zueinander verdrehten Position vor, wie dies in den Figuren 2-1 (c) und (d) gezeigt ist. Dies ist durch Ausrichtschichten (alignment layers) und Flüssigkristallmaterialien oder dergleichen beeinflußt. Die dazwischenliegenden Moleküle sind zueinander verdreht. Dieser Zustand wird der verdrehte Zustand (twist state) genannt.
Es erfolgt also ein Umspringen zwischen einem verdrehten Zustand und einem anderen verdrehten Zustand und ein weiteres Umspringen zwischen einem einheitlichen Zustand und einem verdrehten Zustand. Außerdem gibt es auch einen monostabilen Zustand, in dem ein einheitlicher Zustand stabil wird.
Figur 2-2 (a) zeigt das Anlegen von Spannungen und die Änderungen der Helligkeit beim Umspringen zwischen den einheitlichen Zuständen. Figur 2-2 (b) zeigt die entsprechenden Werte zwischen den verdrehten Zuständen. Figur 2-2 (c) zeigt die entsprechenden Werte zwischen dem einheitlichen Zustand und dem verdrehten Zustand. Figur 2-2 (d) zeigt die entsprechenden Werte im monostabilen Zustand. In den Figuren bedeutet "o" die Helligkeit unmittelbar bei Anlegen eines elektrischen Feldes, und "x" bedeutet die Helligkeit der Zustände, wenn sie über längere Zeit erhalten werden. Die Helligkeit des Speicher- Zustandes ist wichtig bei der praktischen Arbeit. In der Darstellung (a) können ausreichende Änderungen der Helligkeit sowohl beim Anlegen der Spannung als auch während des Speicherzustandes erreicht werden. Die Änderungen der Helligkeit während des Speicherzustandes sind jedoch auf beiden Seiten nicht ausreichend in (b) und auf einer Seite nicht ausreichend in (c). In (d) ändert sich die Helligkeit überhaupt nicht. Wie vorstehend beschrieben. verhindern der verdrehte Zustand und der monostabile Zustand die ausreichenden Änderungen der Helligkeit, so daß mit ihnen ein vorzüglicher Kontrast nicht realisiert werden kann. Bei der herkömmlichen ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bestanden die drei folgenden Probleme: Das erste besteht darin, daß ein Umspringen zwischen den gewünschten einheitlichen Zuständen kaum erfolgt, sondern vielmehr eine Neigung dazu besteht, daß ein Umspringen zwischen den verdrehten Zuständen oder zwischen dem verdrehten Zustand und dem einheitlichen Zustand erfolgt, so daß es schwierig ist, den vorzüglichen Kontrast zu erreichen. Das zweite besteht darin, daß eine Verschlechterung der charakteristischen Schwelleneigenschaften auftritt, nachdem man es über längere Zeit im Speicherzustand. nämlich in einem einheitlichen Zustand, belassen hat. Das dritte Problem besteht darin, daß ein Rückstellungsimpuls mit einer Pulsbreite, die breiter ist als der Auswahlimpuis, aufgebracht werden muß, wenn eine Matrix-Wellenform aufgebracht wird, so daß seine Bildebene grell wird. Die Gründe für dieses Phänomen wurden noch nicht gefunden, jedoch wird angenommen, daß dies wegen ionischer Verunreinigungen erfolgt.
Was die Kontrolle der ionischen Verunreinigungen angeht, wurden vor mehr als zehn Jahren, als unter Verwendung nematischer Flüssigkristalle das DSM-Verfahren (dynamic scattering mode) durchgeführt wurde, Beispiele angegeben (in den japanischen offengelegten Patentveröffentlichungen Nr. 52-108,385 und 54-82,388), in denen versucht wurde, verschiedenste Zusätze einem Flüssigkristall beizugeben, um eine Verschlechterung des Flüssigkristalls zu verhindern, die durch Aufbringen von Gleichstrom (DC) hervorgerufen wurde. Aber der Gehalt an Ionen muß bei der TN-Betriebsweise und bei der STN- Betriebsweise, die unter Verwendung nematischer Flüssigkristalle des heutigen Standes der Technik erfolgt, nicht kontrolliert werden, da der Flüssigkristall in ausreichender Weise gereinigt wird und nur mit Wechselstrom (AC) betrieben wird.
Ein heutzutage in einem Flüssigkristall-Fernsehgerät oder dergleichen verwendetes TFT weist das Problem bezüglich der Spannungshaltezeit auf. Es gibt ein Beispiel (in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 62-173,438), in dem winzige Teilchen mit Absorptionsvermögen dem Flüssigkristall zugesetzt werden, um die Spannungshaltezeit zu verbessern. Es tritt jedoch ein verschlechterndes System auf, das von dem des ferroelektrischen Flüssigkristalls verschieden ist, und dieses Beispiel ist bei ferroelektrischen Flüssigkristallen nicht wirksam.
Was die Kontrolle der ionischen Verunreinigungen in dem ferroelektrischen Flüssigkristall angeht, wurde ein Versuch durchgeführt (gemäß der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 63-163,426), die ionischen Verunreinigungen zu entfernen, indem man dem Flüssigkristall ein anorganisches Metall zusetzte. Der Zusatz dieser winzigen anorganischen Metailteilchen führt jedoch zu einem Dispergieren der Metallteilchen in dem Flüssigkristall. Dies führt zu Problemen wie beispielsweise einer Störung der molekularen Ausrichtung des Flüssigkristalls, zur Tendenz, daß leicht ein Kristallisieren eintreten kann, wenn man den Kristall bei niedriger Temperatur hält, wobei die Teilchen als Kristallisationskeime dienen, und zur einer Erniedrigung des spezifischen Widerstands. Folglich kann der Gehalt an ionischen Verunreinigungen nicht wirksam kontrolliert werden, und es ist schwierig, vorzügliche charakteristische Eigenschaften beizubehalten.
Um einer Verschlechterung der charakteristischen Schwelleneigenschaften der ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vorzubeugen, gibt es einen weiteren Versuch (US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 07/422,493; eingereicht am 17. Oktober 1989). Darin wird eine primäre Aminverbindung und eine sekundäre Aminverbindung oder eine Epoxyverbindung dem Kristall zugesetzt. Diese Vorgehensweise kann die Verschlechterung wirksam verhindern. Es gibt jedoch nach wie vor Möglichkeiten der Einstellung des verdrehten Zustands wegen dessen hoher Reaktivität.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine ferroelektrische Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung mit exzellenten Anzeigeeigenschaften zu schaffen, worin die Anzeigevorrichtung ein Umspringen zwischen bevorzugten einheitlichen Zuständen vom Beginn her zeigt und es weder ein Phänomen der Verschlechterung der charakteristischen Schwelleneigenschaften, selbst nach langer Lagerung, noch ein Phänomen des Blendens gibt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine ferroelektrische Flüssigkristall- Zubereitung geschaffen. die ein Flüssigkristallmaterial mit einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Phase umfaßt, wobei die Zubereitung dadurch gekennzeichnet ist, daß ihr ein organisches Material zugesetzt wird, das Ionen einfängt oder die Leitfähigkeit des Flüssigkristall-Materials erniedrigt, worin das organische Material ein chelatisierendes Mittel ist, das in dem Flüssigkristall-Material löslich ist und eine niedrige Reaktivität mit dem Flüssigkristall-Material aufweist, oder ein Elektronendonor ist, der wenigstens eines der Atome N, S und O aufweist, in dem Flüssigkristall-Material löslich ist und eine niedrige Reaktivität mit dem Flüssigkristall-Material aufweist.
Die vorliegende Erfindung schafft auch eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, in der eines der oben beschriebenen organischen Materialien auf einer Oberfläche einer Ausricht-Schicht (alignment layer) oder in der Ausricht-Schicht dispergiert ist.
Das organische Material ist ein Elektronendonor oder ein chelatisierendes Mittel, mit Ausnahme primärer und sekundärer Amine und Epoxyverbindungen und kann eine heterocyclische Verbindung sein, die beispielsweise wenigstens ein Stickstoffatom, ein Alkohol-Derivat und ein Ether enthält.
Als Ether ist eine Verbindung wünschenswert, die charakteristische Eigenschaften der Flüssigkristalle aufweist und durch die folgenden Formeln wiedergegeben wird:
R-(-O-(CH&sub2;)n)m-O-R
worin R für eine Alkylgruppe steht und n und m natürliche Zahlen sind;
worin R für eine Alkylgruppe steht, jeder der Indizes 1, m und n für 0 oder eine natürliche Zahl steht, jeder der Indizes o und p für eine natürliche Zahl steht und wenigstens einer der Indizes q, r und s für eine natürliche Zahl steht, die 0 nicht einschließt, A und B für Einfachbindungen oder für -COO-, -OCO-, -CH&sub2;O- und -CHCH- stehen und und
für eine der Gruppen Benzolring, Pyrimidin-ring, Pyridazinring, Pyrazinring, Pyridinring, Cyclohexanring und Thiadiazolring stehen.
Die obengenannten organischen Materialien werden anstelle anorganischer Materialien als Stoff verwendet, der die Ionen einfängt oder der die Leitfähigkeit erniedrigt. Das Material kann die Ionen wirksam aufgrund eines Chelateffekts und einer Wasserstoff-Bindung oder dergleichen einfangen, um einer Erniedrigung des spezifischen Widerstands vorzubeugen. Diese Materialien weisen auch eine gute Verträglichkeit (Löslichkeit) mit dem Flüssigkristall auf, so daß es keine Störungen der molekularen Anordnung gibt und daß die Materialien nicht zu Kristallisationskeimen werden. Da die Molekülgrößen der organischen Materialien größer sind als die der organischen Materialien und da sie frei gewählt werden können, können Einflüsse der Ionen wirksam unterdrückt werden, indem man die Beweglichkeit (Mobilität) der eingefangenen Ionen senkt.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau werden eingefangen die Ionen, die in dem Flüssigkristall von Anfang eingemischt waren, die Ionen, die später erzeugt werden, wenn das Material des Flüssigkristalls schlechter wird, und die Ionen, die über Gläser, Überzugsmaterialien, Ausrichtschichten und Dichtungsmittel eingeführt werden. So kann eine Verschlechterung der charakteristischen Schwelleneigenschaften, die durch die Ionen hervorgerufen wird, verhindert werden, und es kann eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung erhalten werden, die ein exzellentes Anzeigevermögen aufweist.
Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines ferroelektrischen Flüssigkristalls.
Figur 2-1 ist eine schematische Ansicht einer Anzeigeart des ferroelektrischen Flüssigkristalls.
Figur 2-2 zeigt charakteristische Grafiken der Schwelleneigenschaften bei jeder Anzeigeart.
Figur 3 ist eine schematische Ansicht einer mit Zusätzen versehenen ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 ist eine schematische Ansicht einer allgemeinen ferroelektrischen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung.
Figur 5 zeigt erläuternde Grafiken der Wellenformen bei der Bewertung der charakteristischen Schwelleneigenschaften und der Änderungen der Helligkeit.
In Figur 3 ist eine schematische Ansicht einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der vorliegenden Erfindung gezeigt. In Figur 3 bezeichnen die Bezugsziffern 5 Glassubstrate, 9 bezeichnet transparente Elektroden, 10 bezeichnet Isolierschichten, 11 bezeichnet Ausrichtschichten (alignment layers), die aus organischen Schichten oder aus anorganischen Schichten gebildet sind, 12 bezeichnet organische Materialien, die einer Flüssigkristall-Schicht der vorliegenden Erfindung zugesetzt werden, um Ionen einzufangen oder um die Leitfähigkeit des Flüssigkristalls zu erniedrigen, und 13 bezeichnet ionische Verunreinigungen. Die zugesetzten organischen Materialien 12 können auf den Ausrichtschichten (alignment layers) 11 oder in den Ausrichtschichten 11 dispergiert sein. Außerdem können die Ausrichtschichten 11 selbst aus den organischen Materialien 12 bestehen.
Wie in der Figur gezeigt, enthalten eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zubereitung und eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die von einer derartigen Flüssigkristall- Zubereitung Gebrauch macht, ein organisches Material, das die ionischen Verunreinigungen einfahgt, die in der Flüssigkristall-Schicht vorhanden sind. So können die Ionen wirksam eingefangen und/oder die Leitfähigkeit gesenkt werden. Beispiele der Art und Weise, wie die Ionen eingefangen werden, werden nachfolgend gezeigt.
(1) Das Einfangen von Anionen mittels Wasserstoff-Bindung mit Verbindungen mit einer -OH-Gruppe, beispielsweise Alkohol-Derivate, mehrwertige Alkohole oder dergleichen.
(2) Das Einfangen von Metallionen mittels eines Kronenethers oder dergleichen: Kronenether und Thiokronenether oder dergleichen.
(3) Das Einfangen von Kationen mittels Verbindungen, die Anatome (anatoms) wie beispielsweise N, S und O mit einem einsamen Elektronenpaar einschließen: Ether und verschiedene Arten chelatisierender Mittel oder dergleichen.
Die vorstehend genannten Verbindungen sind einige Beispiele der Art und Weise des Einfangens der Ionen. Die Arten des Einfangens der Ionen sollten jedoch nicht auf die obigen Beispiele beschränkt sein.
Konkrete Beispiele der organischen Materialien zum Einfangen der Ionen sind nachfolgend aufgezählt:
- Alkohol-Derivate und mehrwertige Alkohole wie beispielsweise Methanol, Ethylenglykol und Triethylenglykol;
- Chelatisierende Mittel, Elektronendonoren und heterocyclische Verbindungen wie beispielsweise Acetylaceton, Thionyltrifluoraceton, Dibenzoylmethan, alpha- Benzoinoxim, O-Oxyacetophenon, 1-Oxysanton, Pyromeconsäure, Tropolon, Chinon, Oxychinone (wie beispielsweise Oxynaphthochinon, Naphthazarin, Oxyanthrachinon und Alizarin oder dergleichen), Oxysäuren (Salicylsäure oder dergleichen), ein Oxyester (Acetoessigsäureester), ein Diketondioxim (Dimethylglyoxim), 8- Oxychinolin, 1-Oxyacridin, 10-Oxybenzochinolin, 1-Oxyphenazin, Oxyazobenzol, Nitrosonaphthol, Oxychinolin-N-Oxid, eine Aminosäure, Anthranilsäure, Picolinsäure, Phenazin-alpha-carbonsäure, Chinaldinsäure, Triazin, Buret, Formazan, Diphenylthiocarbazon, Dipyridyl, Phenanthrolin, Salicylaldehyd-o-oxyphenylimin, ein Luminol-Derivat, eine Oxyazocarbonsäure, Terpyridyl, Ammoniak-Adiacetsäure (ammonia adiacetic acid), Bissalicylaldehyd-ethylendiimin, ein Phthalocyanin, ein Porphin, ein Porphyrin, Trisalicylaldehyd-diimin, 1,8-Bissalicylidenum-amino-3,6- dithiaoctan, ein Cyclopentadienyl-Verbindung, ein Aldehyd, ein Keton, ein Oxyketon, ein Phenol, eine Nitroverbindung, eine Carbonsäure, ein Imin, ein Nitril, eine Azoverbindung, ein Thioether, ein Thioketon, eine heterocyclische Verbindung, eine Carbonylverbindung und ein Ether.
Dies sind einige Beispiele der organischen Materialien zum Zusatz zum Einfangen von Ionen und/oder zur Erniedrigung der Leitfähigkeit des Flüssigkristalls. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht auf die obigen Beispiele beschränkt werden. Es können beliebige derartige organische Materialien wie beispielsweise chelatisierende Mittel mit niedriger Reaktivität gegenüber dem Flüssigkristall, Elektronendonoren, Alkoholderivate und heterocyclische Verbindungen oder dergleichen verwendet werden. Die ionischen Verunreinigungen werden eingefangen, indem man diese Verbindungen zusetzt, und die Verschlechterung der charakteristischen Schwelleneigenschaften oder dergleichen, die durch das Umspringen zwischen den verdrehten Zuständen und zwischen dem einheitlichen Zustand und dem verdrehten Zustand hervorgerufen wird, und zwar durch ungleiche Verteilung der Ionen unter dem Einfluß eines inneren elektrischen Feldes, das durch eine spontane Polarisation induziert wird, und so weiter kann eliminiert werden, so daß eine ferroelektrische Anzeigevorrichtung erhalten werden kann, die ausgezeichnete Bilder anzeigen kann.
Der Aufbau der ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, wie er als vorliegendes Beispiel gemacht wurde und untersucht wurde, ist in Figur 4 gezeigt. In Figur 4 geben die Bezugsziffern 15 Polarisatoren an, und die Bezugsziffer 16 bezeichnet Abstandhalter (spacer), die die Zelldicke bei einem konstanten Wert halten. An den Flüssigkristall wird eine Spannung angelegt, indem man die Schaltungen 100 und 200 auf der gemeinsamen Seite und auf der Segment-Seite betreibt. Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung dieses Aufbau-Typs beschränkt sein, und ein Polarisator kann vorhanden sein oder nicht.
Eine Isolierschicht kann auch unter den transparenten Elektroden 9 eingesetzt sein. Ein minimaler Aufbau erfordert außerdem Substrate für beide Oberflächen, transparente Elektroden zum Anlegen eines elektrischen Feldes und eine Flüssigkristallschicht. Die ferroelektrische Flüssigkristall-Zubereitung wird in die Vorrichtung dieses Aufbaus eingefüllt, und dann werden die charakteristischen Schwelleneigenschaften, die charakteristischen Matrixeigenschaften, die Bedingungen der molekularen Ausrichtung und der spezifische Widerstand gemessen.
In den Figuren 5 (a) und (b) sind eine Anwendungs-Wellenform, wie sie zur Messung der charakteristischen Schwelleneigenschaften verwendet wird (in (a)), und ein typischer Schritt des Wechsels der Helligkeit (in (b)) gezeigt. Die Bezugsziffer 17 bezeichnet den Rückstellimpuls, der eine Impulsbreite aufweist, die viermal breiter ist als die des Auswahl- Impulses. Die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen praktischen Schreibimpuls zur Messung der Schwellenwerte, und dieser Impuls schwankt zwischen - 30V und + 30V. Die Bezugsziffer 19 bezeichnet einen Nichtauswahlimpuls, der bei 2V gehalten wird, während die Messung durchgeführt wird.
In Figur 5 (b) bezeichnet die Bezugsziffer 20 die minimale (maximale) Helligkeit bei Anlegen des elektrischen Feldes, wenn der Auswahlimpuls 18 aufgebracht wird. Dies entspricht der Linie mit der Punktbezeichnung "o" in Figur 2-2. Die Bezugsziffer 21 bezeichnet die Helligkeit im Speicherzustand nach dem Scannen von 10.000 Linien; dies entspricht der Kurve mit der Punktbezeichnung "x" in Figur 2-2.
In einer Zelle, die ein brauchbares Umschalten zwischen den einheitlichen Zuständen zeigt, sind die Änderungen der Helligkeit im Speicherzustand (in anderen Worten: die Änderungen von "x" in Figur 2-2) auf die angelegte Spannung drastisch und steil und sind ausreichend, wie dies in Figur 2-2 (a) gezeigt ist. Als Matrix-Wellenform wird eine Wellenform des 4- Impuls-Verfahrens angewendet, wie sie vorgeschlagen wurde von Wakita et al. (National Technical Report, Band 33 (Nr. 1) (1987), P44). Wenn man das Blenden (dazzling) in Betracht zieht, ist die Impulsbreite des Rückstell-Impulses auf den selben Wert eingestellt wie die des Auswahl-Impulses.

Beispiei 1

Die aus einer Schrägverdampfungsschicht aus SiO bestehende Ausricht-Schicht wurde mittels einer Vakuum-Verdampfungsvorrichtung auf den Oberflächen der oberen und unteren Glassubstrate gebildet, auf denen die transparenten Elektroden fixiert sind. Der Verdampfungswinkel betrug 83 º, und die Schichtdicke betrug 2.000 Å. Danach wurde eine Schrägverdampfungszelle einer Dicke von 2 um zwischen dem oberen und dem unteren Substrat gebildet, um die Richtungen der Verdampfungen an dem oberen und dem unteren Substrat parallel zueinander zu machen.
Eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zubereitung, der Chinolin in einer Menge von 0,05 bis 5 Gew.-% zugesetzt war, wurde in diese Zelle injiziert. Diese wurde verglichen mit einer Zelle, in die eine ferroelektrische Flüssigkristall-Zubereitung injiziert worden war, der kein Chinolin zugesetzt worden war. Die Flüssigkristalle, die für den Vergleich verwendet wurden, waren zwei unterschiedliche Mischungen A und B. Die charakteristischen Eigenschaften der Materialien sind nachfolgend gezeigt:
Flüssigkristall A: Spontane Polarisation: 20 nC/cm²; Tiltwinkel: 24 º.
Flüssigkristall B: Spontane Polarisation: 19 nC/cm²; Tiltwinkel: 20 º.
Der Zustand der molekularen Ausrichtung des ferroelektrischen Flüssigkristalls, dem kein Chinolin zugesetzt worden war, war ein verdrehter Zustand als primärer Zustand, unabhängig davon, welche Art Flüssigkristall vorlag. Die charakteristischen Schwelleneigenschaften zeigen im Flüssigkristall A nur das Umspringen zwischen den verdrehten Zuständen, zeigen jedoch im Flüssigkristall B ein brauchbares Umspringen zwischen den einheitlichen Zuständen. Wenn jedoch der Betriebsimpuls des 4-Impuls-Verfahrens im tatsächlichen Matrixbetrieb aufgebracht wurde, waren nur die Umspringschritte zwischen den verdrehten Zuständen jeder Art der Flüssigkristalle zu sehen. Außerdem begann die Zelle mit dem Flüssigkristall B, die zu Beginn zwischen den einheitlichen Zuständen gute chalakteristische Schwelleneigenschaften zeigte, nur die Umspringschritte zwischen den verdrehten Zuständen zu zeigen, nachdem man sie in einem einheitlichen Zustand eine längere Zeit belassen hatte.
Als nächstes wurden die charakteristischen Eigenschaften der Flüssigkristalle, denen Chinolin zugesetzt worden war, untersucht. Es wurden die folgenden Verbesserungen erzielt, verglichen mit den Flüssigkristallen ohne Chinolin:
(1) Sowohl der Flüssigkristall A als auch der Flüssigkristall B haben zwei einheitliche Zustände als primären Zustand der molekularen Anordnung.
(2) Die charakteristischen Schwelleneigenschaften des Flüssigkristalls A zeigen das Umspringen zwischen den einheitlichen Zuständen.
(3) Sowohl der Flüssigkristall A als auch der Flüssigkristall B zeigen ein brauchbares Umspringen zwischen den einheitlichen Zuständen, wenn beim Matrixbetrieb die Betriebs- Wellenform des 4-Impuls-Verfahrens aufgebracht wird.
(4) Die spezifischen Widerstände beider Flüssigkristalle A und B werden eine Größenordnung höher, verglichen mit denen der Flüssigkristalle, denen kein Chinolin zugesetzt worden war (1,6 x 10&supmin;¹&sup0; T 1,7 x 10&supmin;¹¹).
(5) Eine Verschlechterung der charakteristischen Schwelleneigenschaften nach Belassen in einem Zustand für eine längere Zeit ist eliminiert.
Die obigen Wirkungen hängen nicht speziell von der Zugabemenge ab. Eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die sich der vorliegenden Flüssigkristall-Zubereitungen bedient, der Chinolin zugesetzt wurde, zeigt gute Anzeigeeigenschaften über lange Zeit ohne Blenden (dazzling).
Es wurden auch einige Experimente unter Verwendung der folgenden Zusätze anstelle von Chinolin durchgeführt:
12-Krone-4, 15-Krone-5, 18-Krone-6, Ethylenglykoldimethylether, Triethylenglykoldimethylenether, 4-Phenylpyrimidin, 8-Oxychinolin, 1,10-Phenanthrolin, Naphthochinolin und Chinoxalin. Ein Material mit einer Struktur, die der des Flüssigkristalls ähnlich ist, ist die folgende Verbindung:
In der Formel steht R für eine Alkylgruppe. Wenn eine Verbindung dieses Typs sowohl dem Flüssigkristall A als auch dem Flüssigkristall B in einer Menge von 1 % zugesetzt wird, kann exakt dieselbe Wirkung wie bei der Verwendung von Chinolin erzielt werden.

Beispiei 2

Eine organische Ausricht-Schicht wurde auf das obere und das untere Glassubstrat aufgebracht, die mit transparenten Elektroden versehen waren, und wurde gehärtet. Danach wurde eine von deren Oberflächen in Richtung einer Achse gerieben. Danach wurde eine Reibezelle einer Dicke von 2 um gebildet, so daß die Richtungen des Reibens auf dem oberen und dem unteren Substrat nicht parallel waren. Die Zelle wurde mit der ferroelektrischen Flüssigkristall-Zubereitung gefüllt, der Chinolin in einer Menge von 0,05 bis 5 Gew.-% zugesetzt worden war. Es wurde ein Vergleich mit einer Zelle durchgeführt, in die die ferroelektrische Flüssigkristall-Zubereitung injiziert worden war, der kein Chinolin zugesetzt worden war. Es wurde der Flüssigkristall B verwendet. In der Zelle, die unter Reiben der organischen Schicht hergestellt worden war und die von der Schrägverdampfungszelle verschieden ist, zeigt der Primärzustand der molekularen Ausrichtung zwei einheitliche Zustände ohne Additive und zeigt auch das Umspringen zwischen den einheitlichen Zuständen unabhängig davon, wie breit die Breite des Rückstellimpulses ist. Der spezifische Widerstand ist primär hoch. Allerdings wird ein einheitlicher Zustand stabilisiert, nachdem man ihn in demselben einheitlichen Zustand wenige Tage lang gehalten hatte, und die Bistabilität verschwindet. Wenn im Gegensatz dazu die 4-Impuls-Wellenform bei Matrixbetrieb auf die unter Reiben hergestellte Zelle angewendet wird, die mit dem Flüssigkristall B befüllt worden war, dem 0,05 bis 5 Gew.-% Chinolin zugesetzt worden war und den man für eine Woche in einem einheitlichen Zustand belassen hatte, wird das gute Umschalten zwischen den einheitlichen Zuständen in genau derselben Weise beobachtet, wie dies zu Beginn beobachtet worden war.
Es wurden auch dieselben Experimente unter Verwendung der folgenden Zusätze anstelle von Chinolin durchgeführt:
12-Krone-4, 15-Krone-5, 18-Krone-6, Ethylenglykoldimethylether, Triethylenglykoldimethylether, 4-Phenylpyrimidin, 8-Oxychinolin, 1,10-Phenanthrolin, Naphthochinolin und Chinoxalin. Ein Material mit einer Struktur, die der des Flüssigkristalls ähnlich ist, ist die folgende Verbindung:
In der Formel steht R für eine Alkylgruppe. Wenn eine Verbindung dieses Typs dem Flüssigkristall B in einer Menge von 1 % zugesetzt wird, kann exakt dieselbe Wirkung wie bei der Verwendung von Chinolin erzielt werden.

Beispiel 3

Eine Schrägverdampfungsschicht wurde mit Hilfe einer Vakuum-Verdampfungsvorrichtung auf Oberflächen des oberen und des unteren Glassubstrats gebildet, auf denen die transparenten Elektroden befestigt waren. Der Verdampfungswinkel betrug 83 º, und die Schichtdicke betrug 2.000 Å. Danach wurde eine Schrägverdampfungszelle einer Dicke von 2 um zwischen dem oberen und dem unteren Substrat in der Weise gebildet, daß die Richtungen der Aufdampfung auf das obere und das untere Substrat parallel zueinander gemacht wurden. Man ließ diese Zelle in einem geschlossenen Behälter 2 h lang stehen, der mit Chinolindampf gefüllt war. Chinolin diffundierte auf die Oberflächen einer aus SiO hergestellten anorganischen Ausrichtungsschicht. Danach wurden die Flüssigkristalle A und B in die Zellen gefüllt, und die charakteristischen Eigenschaften dieses Zelltyps wurden untersucht. Diese Flüssigkristall-Zelle zeigt die folgenden Verbesserungen im Vergleich mit Zellen, bei denen kein Chinolin auf die Oberflächen der Ausrichtungsschicht dispergiert worden war.
(1) Sowohl der Flüssigkristall A als auch der Flüssigkristall B weisen zwei einheitliche Zustände als Primärzustand der Molekularausrichtung auf.
(2) Die charakteristischen Schwelleneigenschaften des Flüssigkristalls A zeigen das Umspringen zwischen den einheitlichen Zuständen.
(3) Sowohl der Flüssigkristall A als auch der Flüssigkristall B zeigen das gute Umspringen zwischen den einheitlichen Zuständen, wenn im Matrixbetrieb die Betriebs-Wellenform des 4-Impuls-Verfahrens aufgebracht wurde.
(4) Die spezifischen Widerstände sowohl des Flüssigkristalls A als auch des Flüssigkristalls B wurden eine Größenordnung größer, verglichen mit denen der Flüssigkristalle, denen kein Chinolin zugesetzt worden war.
(5) Die Verschlechterung der charakteristischen Schwelleneigenschaften aufgrund des Stehenlassens für eine längere Zeit wurde eliminiert.
Eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die unter Verwendung dieser Flüssigkristall-Zelle betrieben wird, auf die Chinolin diffundiert worden war, zeigt für eine lange Zeit gute charakteristische Anzeigeeigenschaften.
Es wurden dieselben Experimente unter Verwendung der folgenden Zusätze anstelle von Chinolin durchgeführt:
12-Krone-4, 15-Krone-5, 18-Krone-6, Ethylenglykoldimethylether, Triethylenglykoldimethylether, 4-Phenylpyrimidin, 8-Oxychinolin, 1,10-Phenanthrolin, Naphthochinolin und Chinoxalin. Ein Material mit einer Struktur, die der des Flüssigkristalls ähnlich ist, ist die folgende Verbindung:
In der Formel steht R für eine Alkylgruppe.
Von den obengenannten Verbindungen mußte eine Verbindung mit niedriger Flüchtigkeit zum Verdampfen erwärmt werden, und ein Dampf der Verbindung wurde in den Behälter gefüllt, so daß der Dampf in Kontakt mit den Oberflächen der Ausrichtungsschicht kam. Die Verbindung wurde auf die Oberflächen der Ausrichtungsschicht diffundiert. Alle diese Verbindungen bewirken dieselben Wirkungen wie bei der Verwendung von Chinolin.

Beispiel 4

Eine Schrägverdampfungsschicht wurde mittels einer Vakuum-Verdampfungsvorrichtung auf den Oberflächen der oberen und unteren Glassubstrate gebildet, auf denen die transparenten Elektroden fixiert waren. Der Verdampfungswinkel betrug 83º und die Schichtdicke betrug 2.000 Å. Danach wurde Hexan mit einem Gehalt an Chinolin von 1 bis 10 Gew.-% im Schleuder-Überzugsverfahren auf der Oberfläche dieser Substrate aufgebracht. Das Lösungsmittel wurde später entfernt, und es wurde eine Schrägverdampfungszelle mit einer Dicke von 2 um zwischen dem oberen und dem unteren Substrat gebildet, so daß die Richtungen der Schrägverdampfung auf dem oberen Substrat und auf dem unteren Substrat parallel miteinander wurden. Danach wurden die Flüssigkristalle A und B in die Zellen injiziert, und die charakteristischen Eigenschaften dieses Zellentyps wurden untersucht.
Diese Flüssigkristallzelle zeigte die folgenden Verbesserungen, verglichen mit den Zellen, in deren Oberflächen der Ausrichtungsschicht kein Chinolin eindiffundiert war:
(1) Sowohl der Flüssigkristall A als auch der Flüssigkristall B weisen zwei einheitliche Zustände als Primärzustand der molekularen Anordnung auf.
(2) Die charakteristischen Schwelleneigenschaften des Flüssigkristalls A zeigen das Umspringen zwischen den einheitlichen Zuständen.
(3) Sowohl der Flüssigkristall A als auch der Flüssigkristall B zeigen das gute Umspringen zwischen den einheitlichen Zuständen, wenn die Betriebs-Wellenform des 4-Impuls- Verfahrens im Matrixbetrieb aufgebracht wird.
(4) Die spezifischen Widerstände sowohl des Flüssigkristalls A als auch des Flüssigkristalls B wurden im Vergleich zu denen der Flüssigkristalle, denen kein Chinolin zugesetzt worden war, um eine Größenordnung höher.
(5) Die Verschlechterung der charakteristischen Schwelleneigenschaften aufgrund des Stehenlassens für eine längere Zeit wurde eliminiert.
Eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die von dieser Flüssigkristall-Zelle Gebrauch macht, auf die Chinolin diffundiert worden war, zeigt gute Anzeigeeigenschaften für eine lange Zeit.
Dieselben Experimente wurden unter Verwendung der folgenden Additive anstelle von Chinolin durchgeführt:
12-Krone-4, 15-Krone-5, 18-Krone-6, Ethylenglykoldimethylether, Triethylenglykoldimethylether, 4-Phenylpyrimidin, 8-Oxychinolin, 1,10-Phenanthrolin, Naphthochinolin und Chinoxalin. Ein Material mit einer Struktur, die der des Flüssigkristalls ähnlich ist, ist die folgende Verbindung:
In der Formel steht R für eine Alkylgruppe.
Außerdem ist es auch möglich, die Ausrichtungsschicht unter Verwendung von Materialien zu bilden, denen die obigen Verbindungen zugesetzt worden waren. Die Wirkungen sind vollständig die gleichen.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die vorliegenden Beispiele beschränkt werden.

Claims

1. Ferroelektrische Flüssigkristall-Zubereitung mit einem Flüssigkristall-Material mit einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Phase, dadurch gekennzeichnet, daß ihm ein organisches Material zugesetzt ist, das Ionen einfängt oder die Leitfähigkeit des Flüssigkristall-Materials erniedrigt, wobei das organische Material ein chelatisierendes Mittel, das in dem Flüssigkristall-Material löslich ist und eine niedrige Reaktivität gegenüber dem Flüssigkristall aufweist, oder ein Elektronendonor ist, der wenigstens eines der Atome N, S und O enthält und der in dem Flüssigkristall-Material löslich ist und eine niedrige Reaktivität gegenüber dem Flüssigkristall aufweist.

2. Ferroelektrische Flüssigkristall-Zubereitung nach Anspruch 1, worin das organische Material eine heterocyclische Verbindung ist.

3. Ferroelektrische Flüssigkristall-Zubereitung nach Anspruch 1, worin das organische Material ein Ether ist.

4. Ferroelektrische Flüssigkristall-Zubereitung nach Anspruch 1, worin das organische Material ein Kronenether ist.

5. Ferroelektrische Flüssigkristall-Zubereitung nach Anspruch 1, worin das organische Material ein Ether ist, der durch die folgende Formel wiedergegeben wird:

R-(-O-(CH&sub2;)n)m-O-R

worin R für eine Alkylgruppe steht und n und m für natürliche Zahlen stehen.

6. Ferroelektrische Flüssigkristall-Zubereitung nach Anspruch 1, worin das organische Material ein Ether ist, der durch die folgende Formel wiedergegeben wird:

worin R für eine Alkylgruppe steht, jeder der Indizes l, m und n für 0 oder eine natürliche Zahl steht, jeder der Indizes o und p für eine natürliche Zahl steht, wenigstens einer der Indizes q, r und s für eine natürliche Zahl steht und jeder der anderen Indizes für 0 oder eine natürliche Zahl steht, jeder der Reste A und B für eine Einfachbindung oder für -COO-, -OCO-, -CH&sub2;O- oder -CHCH- steht und jeder der Reste und

für einen Benzolring, einen Pyrimidinring, einen Pyridazinring, einen Pyrazinring, einen Pyridinring, einen Cyclohexanring oder einen Thiadiazolring steht.

7. Ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Schicht, die aus einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Zubereitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 besteht, umfassend ein Paar Substrate, die einer Ausrichtungsbehandlung unterworfen wurden und Einrichtungen zum Anlegen einer Spannung aufweisen, wobei die ferroelektrische Flüssigkristall-Schicht zwischen dem Substrate-Paar angeordnet ist.

8. Ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, umfassend ein Paar Substrate, die einer Ausrichtungsbehandlung unterworfen wurden und Einrichtungen zum Anlegen einer Spannung aufweisen, und eine aus einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Zubereitung bestehende und zwischen dem Substrate-Paar angeordnete ferroelektrische Flüssigkristall- Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß ein organisches Material, das Ionen einfängt oder die Leitfähigkeit des Flüssigkristall-Materials erniedrigt, in die Ausrichtschichten diffundiert ist, wobei das organische Material ein chelatisierendes Mittel, das in dem Flüssigkristall- Material löslich ist und eine niedrige Reaktivität gegenüber dem Flüssigkristall aufweist, oder ein Elektronendonor ist, der wenigstens eines der Atome N, S und O enthält und der in dem Flüssigkristall-Material löslich ist und eine niedrige Reaktivität gegenüber dem Flüssigkristall aufweist.

9. Ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, worin das organische Material eine heterocyclische Verbindung ist.

10. Ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, worin das organische Material ein Ether ist.

11. Ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, worin das organische Material ein Kronenether ist.

12. Ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, worin das organische Material ein Ether ist, der durch die folgende Formel wiedergegeben wird:

R-(-O-(CH&sub2;)n)m-O-R-

worin R für eine Alkylgruppe steht und n und m für natürliche Zahlen stehen.

13. Ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, worin das organische Material ein Ether ist, der durch die folgende Formel wiedergegeben wird: