DE69333414T2

DE69333414T2 - Flüssigkristallvorrichtung mit einer Mehrzahl von Domänen mit unterschiedlich er Schwellenspannungen zum Schalten von Flüssigkristallen

Info

Publication number: DE69333414T2
Application number: DE69333414T
Authority: DE
Inventors: Akio Shinagawa-ku Yasuda; Keiichi Shinagawa-ku Nito; Eriko Shinagawa-ku Matsui; Hidehiko Shinagawa-ku Takanashi; Yang Ying Shinagawa-ku Bao
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-10-24
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2013-10-23
Also published as: DE69333414D1; JPH07128690A; EP0595219A2; DE69327700D1; JP3456493B2; EP0831358B1; EP0595219B1; EP0831359A2; EP0831359B1; EP0831358A3; US6040884A; US5654784A; EP0831359A3; DE69327700T2; EP0831358A2; KR940009733A; EP0595219A3; KR100276617B1; DE69333354D1; DE69333354T2

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallvorrichtung mit einem Flüssigkristall, der zwischen einem Paar von Substraten vorgesehen ist, und insbesondere auf eine verbesserte Flüssigkristallvorrichtung, bei der ein Paar von Substraten, deren jedes eine transparente Elektrode und darauf einen Ausrichtungsfilm in dieser Reihenfolge hat, bei einem gegebenen Raum dazwischen vorgesehen ist, so dass die Ausrichtungsfilme der jeweiligen Substrate in einer Seite-an-Seite-Beziehung sind, und mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall, der in dem Raum zwischen den gepaarten Substraten angeordnet ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Untersuchungen und Entwicklungen von ferroelektrischen Flüssigkristallen (FLC) zur Anwendung als Anzeigevorrichtungen wurden im letzten Jahrzehnt zunehmend unternommen. Die FLC-Anzeigevorrichtungen haben die folgenden drei charakteristischen Merkmale (1) bis (3).

(1) Ansprechen mit hoher Geschwindigkeit (höher als 1000 mal als dasjenige von bekannten nematischen Anzeigevorrichtungen).
(2) Reduzierte Abhängigkeit von einem Beobachtungswinkel.
(3) Fähigkeit zur Speicherung von Bildern.

Als eine Anzeigetechnik von derartigen ferroelektrischen Flüssigkristallen wurde durch Clark u. a. (US-Patent Nr. 4 367 924) eine oberflächenstabilisierte ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vorgeschlagen, bei der der Zellenspalt zwischen den Anzeigetafeln so gesteuert ist, daß er nicht größer als 2 μm ist, und Flüssigkristallmoleküle sind durch Verwendung einer Molekülausricht-Regulierkraft ausgerichtet, die an der Zwischenfläche zwischen den Tafeln aufgebaut ist, um dadurch bistabile Energiezustände zu erreichen. Aufgrund des Hochgeschwindigkeitsansprechens in der Größenordnung von Mikrosekunden und dem Speicherungseffekt von Bildern wird diese Vorrichtung bisher intensiv untersucht und entwickelt.
Die ferroelektrische Flüssigkristallanzeige des bistabilen Modus hat eine Anzahl von Merkmalen. Da insbesondere die Anzeigevorrichtung die Speichereigenschaften aufweist, kann ein Flackern, das eines der Probleme einer Kathodenstrahlröhre (CRT) ist, vermieden werden. Darüber hinaus kann die Anzeigevorrichtung mit 1000 oder mehr Abtastlinien durch eine einfache X-Y-Matrixansteuerung (ohne Ansteuern mit einem Dünnfilmtransistor (TFT)) angesteuert werden. Bezüglich der Probleme der gegenwärtig verwendeten nematischen Flüssigkristallanzeigen, bei denen der Beobachtungswinkel schmal ist, hat zusätzliche die ferroelektrische Flüssigkristallanzeige eine gleichmäßige Ausrichtung von Molekülen und weist einen Spalt zwischen den Tafeln auf, der nicht größer als die Hälfte von demjenigen der nematischen Flüs sigkristalltafeln ist, so daß ein weiter Beobachtungswinkel erreicht werden kann.
Eine derartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hat eine Struktur, wie diese beispielsweise schematisch in 36 gezeigt ist. Das heißt, es ist ein transparentes Substrat 1a, wie beispielsweise Glas, vorgesehen, auf dem eine transparente Elektrodenschicht 2a, wie beispielsweise ITO (Indiumzinnoxid) und ein Flüssigkristall-Ausrichtungsfilm 3a, wie beispielsweise eine schräg aus dem Vakuum abgeschiedene SiO-Auftragungsschicht, gebildet sind, um eine Aufbaustruktur A zu erzeugen. In ähnlicher Weise ist ein Substrat 1b vorgesehen, auf dem eine transparente Elektrodenschicht 2b und beispielsweise eine schräg aus dem Vakuum abgeschiedene SiO-Auftragungsschicht 3b gebildet sind, um eine Aufbaustruktur B zu liefern. Diese Strukturen sind so angeordnet, daß die schräg aus dem Vakuum abgeschiedenen SiO-Ablagerungsschichten 3a, 3b, die jeweils als ein Flüssigkristall-Ausrichtungsfilm verwendet werden, einander gegenüberliegen. Abstandshalter 4 liegen zwischen den Strukturen, um eine Flüssigkristallzelle zu bilden. Ein ferroelektrischer Flüssigkristall 5 ist in einen gegebenen Zellenspalt injiziert, um eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu vervollständigen.
Obwohl die FLC-Anzeigevorrichtung derart gute Merkmale hat, wie diese oben erläutert sind, gibt es ein Problem, daß eine analoge Grauskalenanzeige schwierig ist. Das heißt, bestehende ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen des bistabilen Modus werden lediglich in zwei Moden stabilisiert. Somit muß akzeptiert werden, daß die Vorrichtungen nicht für eine analoge Grauskalenanzeige, wie beispielsweise von Videosignalen, geeignet sind.
Bei herkömmlichen ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen (beispielsweise oberflächenstabilisierten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen) wird die Justierrichtung des Moleküles M zwischen einem Zustand 1 und einem Zustand 2, wie dies in 37 gezeigt ist, bezüglich eines extern anliegenden elektrischen Feldes E geschaltet. Diese Änderung in der Justierung oder Ausrichtung des Moleküls wird als eine Änderung in der Durchlässigkeit entwickelt, wenn die Flüssigkristallvorrichtung zwischen die Polarisationsplatten gebracht ist, die sich unter rechten Winkeln schneiden. Wie in 38 gezeigt ist, wird die Durchlässigkeit bezüglich des angelegten elektrischen Feldes abrupt von 0% auf 100% bei einer Schwellenspannung V_th verändert. Der Bereich oder die Breite der Schwellenspannung, innerhalb der die Durchlässigkeit der abrupten Änderung unterliegt, ist im allgemeinen nicht größer als 1 V. Demgemäß wird es mit bekannten Flüssigkristallvorrichtungen schwierig, eine stabile Schwellenspannungsbreite in der Kurve Durchlässigkeit/angelegte Spannung zu haben. Somit wird die analoge Grauskalenanzeige aufgrund der Steuerung der Spannung schwierig oder unmöglich.
Um mit der Schwierigkeit fertig zu werden, wurde ein Grauskalenverfahren entwickelt, bei dem Unterpixels vorgesehen sind, um in geeigneter Weise einen Bereich der Pixels zu steuern (Pixelbereichgradationsverfahren), oder ein Verfahren, bei dem mittels eines Hochgeschwindigkeitsschaltens eines ferroelektrischen Flüssigkristalles das Schalten während eines Halbbildes wiederholt wird (Zeitintegrationsgradationsmethode). Jedoch sind diese Verfahren noch nicht befriedigend bezüglich der analogen Grauskalenanzeige.
Das heißt, mit der Bereichgradationsmethode führt eine zunehmende Anzahl von Gradationen bzw. Abstufungen zu der Steigerung in der Anzahl von notwendigen Unterpixels. Unter dem Gesichtspunkt der Herstellung und Ansteuerung von Anzeigevorrichtungen ist es offenbar, daß das Kostenverhalten nicht gut ist. Andererseits ist die Zeitintegrationsgradationsmethode in ihrer praktischen Nutzbarkeit nachteilhaft, wenn sie allein oder zusammen mit der Bereichgradationsmethode verwendet wird.
Um eine analoge Grauskalenanzeige für jedes Pixel auszuführen, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die elektrische Feldstärke lokal abgestuft wird, indem der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden innerhalb eines Pixels verändert wird oder indem die Dicke einer dielektrischen Schicht geändert wird, die zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden gebildet ist. Alternativ wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Spannung durch Ändern von Materialien für die einander gegenüberliegenden Elektroden abgestuft wird.
Für die Herstellung von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen mit einer analogen Grauskala oder Gradationsanzeigeeigenschaften auf einem praktischen Niveau haben diese Verfahren jedoch das Problem, daß die Herstellungsschritte kompliziert werden, die Herstellungsbedingungen genau gesteuert werden müssen und die Herstellungskosten hoch sind.
Andererseits wird in der japanischen offengelegten Patentanmeldunq Nr. 3-276 126 eine FLC-Anzeigevorrichtung vorgeschlagen, bei der der Ausrichtungsfilm feine Aluminiumoxidteilchen mit einer Größe von 0,3 bis 2 μm hat, die über der Oberfläche hiervon gesprüht oder verteilt sind. Der Bereich der Inversion der ferroelektrischen Flüssigkristalldomäne bei Teilen, wo die feinen Partikel vorliegen, und bei Teilen, wo keine feinen Partikel vorliegen, wird mittels einer angelegten Spannung gesteuert, um eine beabsichtigte Grauskalenanzeige zu erzeugen. Jedoch sind bei dieser bekannten Vorrichtung die feinen Partikel zu groß in der Abmessung, und die Menge an Partikel, die gesprüht werden, ist nicht klar angegeben. In der Praxis ist es nahezu unmöglich, eine beabsichtigte analoge Grauskalenanzeige zu realisieren. Das heißt, lediglich Sprühen der feinen Partikel mit einer Abmessung von 0.3 bis 2 μm in einem Zellenspalt von 2 μm macht es sehr schwierig, genau den Inversionsbereich des Flüssigkristalles innerhalb eines Pixels zu verändern. Zusätzlich liefert die ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eine Anzeige im Doppelbrechungsmodus des Flüssigkristalles, so dass es sehr schwierig ist, den Zellenspalt zu steuern, was in einer Farbschattierung resultiert. Dies wird als das gleiche wie bei einer bestehenden STN-(superverdrillte nematische) Anzeigevorrichtung angesehen, bei welcher die Varianten bzw. Veränderung des Zellenspaltes nicht größer als 50 nm (500 Angeström) sein sollte.
Das Dokument PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Vol. 016, No. 096 (P-1322), 10. März 1992 -& JP 03 276126 A (MATSUSHITA ELECTRIC IND CO LTD), 6. Dezember 1991, offenbart eine Flüssigkristallvorrichtung mit sämtlichen Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung anzugeben, die die Nachteile der bekannten Vorrichtungen überwindet und die auf einfache und verlässliche Art und Weise eine Grauwert- oder Graustufenanzeige mit hohem Kontrast bei geringen Kosten realisieren kann, bei welcher Mikrodomänen mit unterschiedlichen Schwellenspannungen innerhalb eines Pixels derart entwickelt sind oder entwickelt werden, dass die Transmetanzen der Mikrodomänen in Abhängigkeit von der angelegten Spannung sich vergleichsweise mäßig ändern, wobei, falls die Flüssigkristallmoleküle distabil sind, flickerfreie Standbilder mit einer Speicher- oder Erinnerungsfunktion ausgebildet können, wodurch eine analoge und stetige oder kontinuierliche Abstufung oder Grauskalierung bei der Anzeige mit hohem Kontrast gewährleistet ist oder bleibt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegendene Erfindung eine Flüssigkristallvorrichtung gemäß Anspruch 1.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 beschrieben. Eine Flüssigkristalleinrichtung weist insbesondere ein paar Substrate sowie einen zwischen den gepaarten Substraten vorgesehenen Flüssigkristall auf, wobei Domänen, deren Schwellenwertspannung zum Schalten des Flüssigkristalls unterschiedlich sind zu anderen, die im Flüssigkristall fein verteilt sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Durchlässigkeit und der angelegten Spannung zeigt, was eine Schwellenspannungskennlinie einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung darstellt;
2A und 2B sind jeweils schematische Darstellungen, die die Variation der Durchlässigkeit zu der Zeit eines Schaltens der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen veranschaulichen und eine schematische Darstellung ähnlich von 2A, wobei jedoch ein Fall dargestellt ist, der keine Gradation einschließt;
3 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 ist eine schematische Darstellung, die ein effektives elektrisches Feld in dem Flüssigkristall der Flüssigkristallvorrichtung veranschaulicht;
5 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Flüssigkristallelementes gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6A und 6B sind jeweils eine schematische Seiten- und Draufsicht, die eine Vakuumablagerung einer Substanz außer SiO auf einem schrägen SiO-Ablagerungsfilm veranschaulichen, so daß Flüssigkristallmoleküle eine Verteilung von Vorkipp- bzw. -neigungswinkeln haben;
7A und 7B sind jeweils eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung;
8 ist ein Impulswellendiagramm zum Bewerten der Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem Kontrastverhältnis einer Flüssikristall-Anzeigevorrichtung;
9 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Kontrastverhältnis und der angelegten Spannung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der Erfindung und für einen Vergleich zeigt;
10 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Kegelwinkel und der Temperatur der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der Erfindung und für einen Vergleich zeigt,
11A, 11B und 11C zeigen jeweils eine Größenverteilung von verschiedenen Typen von Titanoxiden;
12 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Durchlässigkeit un der angelegten Spannung von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen zeigt, welche verschiedene Typen von feinen Partikeln verwenden;
13 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Standardabweichung einer Größenverteilung und dem Gradienten der Variation einer Durchlässigkeit einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigt;
14 ist ein schematische Darstellung, die eine Messung von einer Röntgenstrahlenbeugung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung veranschaulicht;
15A und 15B sind jeweils eine schematische Darstellung, welche ein Beugungsphänomen für verschiedene Einfallswinkel eines Röntgenstrahles zu der Zeit der Messung einer Röntgenstrahlenbeugung veranschaulicht;
16A und 16B sind jeweils Röntgenstrahlenbeugungsmuster, wobei Beugungsintensitäten, die durch Messung der Röntgenstrahlenbeugung erhalten sind, zum Vergleich für verschiedene Breiten der Schwellenspannung gezeigt sind;
17A und 17B sind jeweils schematische Darstellungen, die Neigungswinkel der Flüssigkristallschicht für verschiedene Breiten der Schwellenspannung zeigen;
18 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung;
19 ist eine Darstellung, die eine Abtastwellenform und eine Signalwellenform zeigt;
20 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Durchlässigkeit und der angelegten Spannung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der Erfindung zeigt;
21 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Durchlässigkeit und der angelegten Spannung eines anderen Typs einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der Erfindung zeigt;
22 ist eine schematische Draufsicht, die eine Elektrodenanordnung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der Erfindung zeigt;
23 ist eine schematische Draufsicht einer Elektrodenanordnung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bei der zwei Elektrodeneinheiten einander schneiden;
24 ist eine Darstellung, die eine praktisch verwendete Abtastwellenform zeigt;
25 ist eine Darstellung, die eine praktisch verwendete Signalwellenform zeigt;
26 ist eine Darstellung, die ein Anzeigemuster zeigt, das durch die Wellenformen von 24 und 25 erhalten ist;
27 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Kontrastverhältnis und der angelegten Spannung von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen von Beispielen 1 und 11 zeigt;
28 ist eine Draufsicht von Pixels, die verwendet werden, um einen Vorneigungswinkel von Flüssigkristallmolekülen zu messen;
29A und 29B sind jeweils ein Graph, der die Beziehung zwischen der Anzahl von Pixeldomänen und dem Vorneigungswinkel von verschiedenen Flüssigkristallmolekülen zeigt;
30A, 30B und 30C zeigen jeweils die Beziehung zwischen dem Kontrastverhältnis und der Intensität eines angelegten elektrischen Feldes für verschiedene Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen nach der Erfindung;
31A und 31B sind jeweils ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Kontrastverhältnis und der Intensität eines angelegten elektrischen Feldes von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen nach der Erfindung zeigt;
32 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Kontrastverhältnis und der Stärke eines angelegten elektrischen Feldes für verschiedene Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen nach der Erfindung und zum Vergleich zeigt;
33 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Kontrastverhältnis und der Intensität eines angelegten elektrischen Feldes für verschiedene Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen nach der Erfindung und zum Vergleich zeigt;
34 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Kontrastverhältnis und der Stärke eines angelegten elektrischen Felde für verschiedene Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen nach der Erfindung und zum Vergleich zeigt;
35A und 35B sind jeweils eine schematische Darstellung, welche einen Durchlaßzustand einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zum Vergleich veranschaulicht;
36 ist eine schematische Schnittdarstellung einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung;
37 ist eine schematische Darstellung, die das Verhalten eines ferroelektrischen Flüssigkristalles veranschaulicht; und
38 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Durchlässigkeit und der angelegten Spannung einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigt.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Die Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung kann so angeordnet werden, daß die Vorrichtung ein Paar von Substraten umfaßt, wobei jedes Substrat eine transparente Elektrode und einen darauf in dieser Reihenfolge ausgebildeten Ausrichtungs- bzw. Justierfilm umfaßt, die Substrate unter einem gegebenen Abstand dazwischen so angeordnet sind, daß die Ausrichtungsfilme der jeweiligen Substrate einander gegenüberliegen, und ein ferroelektrischer Flüssigkristall in dem gegebenen Raum injiziert ist. Die Angabe "feine Domänen, deren Schwellenspannungen zum Schalten des Flüssigkristalles verschieden voneinander sind, sind fein verteilt" bedeutet, daß dann, wenn die Durchlässigkeit durch invertierte Domänen (beispielsweise Schwarz-Domänen in Weiß und umkehrt) 25% beträgt, die Anzahl von Domänen mit einer Abmessung von größer als 2 μm ∅ (Mikrodomänen) in einem Feld von 1 mm² nicht kleiner als 300, vorzugsweise nicht kleiner als 600, ist, und daß die Breite der Schwellenspannung innerhalb der Domänen nicht kleiner als 2 Volt innerhalb eines Durchlässigkeitsbereiches von 10 bis 90% ist.
Wie insbesondere in 1 gezeigt ist, unterliegt die Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung einer relativ sanften Änderung der Durchlässigkeit bezüglich der Variation einer angelegten Spannung. Dies ist entgegen zu der herkömmlichen Vorrichtung, bei der sich die Durchlässigkeit abrupt ändert, wie dies in 38 gezeigt ist. Wie oben erläutert wurde, ist dies darauf zurückzuführen, daß die Durchlässigkeit der Mikrodomänen abhängig von der angelegten Spannung verändert wird, da feine Domänen oder Mikrodomänen, deren Schwellenspannung (V_th) voneinander verschieden sind, innerhalb eines Pixels auftreten. Wenn die Flüssigkristallmoleküle in einer Domäne bistabil sind, wird eine Speicherfunktion mitgeteilt, so daß flackerfreie Stehbilder realisiert werden können. Da ein Pixel aus Domänen in der Größenordnung von μm besteht, deren Schwellenspannungen voneinander abweichen, wird eine kontinuierliche Grauskalenanzeige möglich.
In 1 wird unter den Schwellenspannungen bei denen die Durchlässigkeit verändert wird, die Schwellenspannung als V_th1 bei einer Durchlässigkeit von 10% und als V_th2 bei einer Durchlässigkeit von 90% genommen, wobei die Breite der Variation der Schwellenspannung, d. h. ΔV_th = V_th2 – V_th1 nicht kleiner als 2 Volt ist. Die Mikrodomänen sollten bei einer Rate von 300 Mikrodomänen mit einer Größe oder Abmessung von größer als 2 μm ∅ je mm² vorhanden sein, wenn die Durchlässigkeit 25% beträgt. Dies ist schematisch in 2A gezeigt, wobei Mikrodomänen durch MD angegeben sind. Durch das Vorhandensein der Mikrodomänen, die feine durchlässige Teile sind, kann ein Halbtonbild (Durchlässigkeit) realisiert werden. Eine derartige Mikrodomänenstruktur nimmt einen sogenannten Sternenhimmel an und wird im folgenden als "Sternenlichttextur" bezeichnet.
Gemäß dieser Sternenlichttextur können die lichtdurchlässigen Teile MD aufgrund der Mikrodomänen in der Fläche vergrößert (oder in der Durchlässigkeit gesteigert) werden, wie dies durch einen Strichpunktkreis in 2A gezeigt ist, oder sie können in der Abmessung reduziert (oder in der Durchlässigkeit vermindert) werden, abhängig von der angelegten Spannung.
Somit kann die Durchlässigkeit beliebig abhängig von der angelegten Spannung gesteuert werden. Dagegen ist in bekannten Strukturen oder Texturen, die in 2B gezeigt sind, die Breite der Schwellenspannung so klein, daß lichtdurchlässige Teile D abhängig von der angelegten Spannung in der Anzahl abrupt zunehmen oder verschwinden, was es schwierig macht, eine analoge Grauskalenanzeige zu ergeben.
In der Praxis der Erfindung können die Mikrodomänen durch Dispergieren ultrafeiner Partikel oder Teilchen in einem Flüssigkristall gebildet werden. 3 zeigt eine FLC-Anzeige mit einer Grundstruktur, wie diese in 36 dargestellt ist, und wird nicht besonders beschrieben mit der Ausnahme, daß ultrafeine Partikel 10 in dem Flüssigkristall 5 dispergiert sind.
Die Variation bzw. Veränderung der Schwellenspannung, die durch die ultrafeinen Partikel 10 verursacht ist, wird grundsätzlich zur Schau gestellt. Wenn die Abmessung bzw. Größe der ultrafeinen Partikel 10 mit d₂, die Dielektrizitätskonstante der Partikel 10 mit ε₂, die Dicke des Flüssigkristalles 5 mit Ausnahme der ultrafeinen Partikel 10 mit d₁ und die Dielektrizitätskonstante des Flüssigkristalles 5 mit ε₁ bezeichnet werden, kann das auf die ultrafeinen Partikel ausgeübte Feld Eeff wie folgt ausgedrückt werden: Eeff = (ε2/(ε1d2 + ε2d1)) × Vgap (1)
Wenn demgemäß ultrafeine Partikel, deren Dielektrizitätskonstante kleiner als diejenige des Flüssigkristalles ist, beigefügt sind (ε₂ < ε₁), führt dies zu dem Einschluß von feinen Partikeln (d₂), deren Abmessung bzw. Größe kleiner als die Gesamtdicke dgap (= d₁ + d₂) des Flüssigkristalles ist. Somit gilt: Eeff < Egap
Gegebenenfalls ist der Flüssigkristall mit dem elektrischen Feld Eeff beaufschlagt, das größer als dasjenige eines von feinen Partikeln freien Flüssigkristalles (Egap) ist.
Unter Berücksichtigung der obigen Erläuterungen wird der folgende Schluß erhalten.
Wenn ε₁ > ε₂, Eeff < (Vgap(d₁ + d₂) = Vgap/dgap = Egap.
Wenn ε₁ = ε₂, Eeff = Egap.
Wenn ε₁ < ε₂, Eeff > Egap.
In jedem Fall wird die effektive Feldstärke Eeff, die auf den Flüssigkristall einwirkt, durch den Zusatz der ultra feinen Partikel derart geändert, daß verschiedene effektive elektrische Felder auf den Flüssigkristall an Domänen einwirken, wo keine ultrafeinen Partikel existieren, und an Domänen, wo die ultrafeinen Partikel vorliegen. Wenn das gleich elektrische Feld Egap anliegt, werden als Ergebnis diese Domänen in zwei Gruppen einschließlich einer Gruppe, bei der invertierte Domänen erzeugt sind, und der anderen Gruppe, bei der irgendwelche invertierten Domänen nicht erzeugt sind, geteilt, um so eine Sternenlichttextur zu entwickeln, wie dies in 2A gezeigt ist.
Aus obigem ist zu ersehen, daß die Sternenlichttextur zum Realisieren einer kontinuierlichen Grauskala geeignet ist, unter welcher verschiedene Durchlässigkeiten (zwei oder mehr Grauskalenpegel) erhalten werden können, indem eine angelegte Spannung (Größe und Impulsbreite) unter dem Zusatz von ultrareinen Partikeln gesteuert werden. Dagegen führt das ledigliche Vorliegen von feinen Partikeln, wie beim Stand der Technik, zu der Struktur, wie diese in 2B gezeigt ist. Wenn insbesondere feine Partikel mit einer Größe von 0,3 bis 2 μm in einen feinen Spalt von 2 μm gebracht werden, kann ein beabsichtigtes Anzeigeverhalten nicht erreicht werden. Wenn der Spalt nicht schmal ist, wird eine Farbschattierung aufgrund des Vorliegens der feinen Partikel erzeugt. Dies wird in mehr Einzelheiten in nachfolgenden Vergleichsbeispielen beschrieben. In der Praxis der Erfindung können solche Defekte überwunden werden, und es können beabsichtigte charakteristische Eigenschaften erreicht werden.
Die ultrafeinen Partikel, die dem Flüssigkristall beigefügt sind, sind nicht kritisch, sofern solche feine Partikel dazu dienen, die Intensität eines effektiven elektrischen Feldes zu verteilen, das an dem Flüssigkristall 5 anliegt, der zwischen gegenüberliegender transparenten Elektrodenschichten 2a, 2b von 3 vorhanden ist. Beispielsweise kann eine Mischung von feinen Partikeln, die aus einer Vielzahl von Materialien mit verschiedenen Dielektrizitätskonstanten bestehen, verwendet werden. Durch das Vorliegen der feinen Partikel mit verschiedenen Dielektrizitätskonstanten wird die Verteilung der Dielektrizitätskonstanten in den jeweiligen Pixels gebildet. Als eine Folge kann, wenn ein elektrisches Feld gleichmäßig an den transparenten Elektrodenschichten 2a, 2b des Pixels anliegt, die effektive elektrische Feldstärke, die an dem Flüssigkristall in dem Pixel anliegt, verteilt werden. Somit kann die Breite der Schwellenspannung zum Schalten des Flüssigkristalles (insbesondere eines ferroelektrischen Flüssigkristalles) zwischen den bistabilen Zuständen erweitert werden, was die Erzeugung einer analogen Grauskalenanzeige in einem Pixel ermöglicht.
Wenn die feinen Partikel mit der gleichen Dielektrizitätskonstanten verwendet werden, ist eine Größenverteilung in geeigneter Weise gesteuert, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen. In diesem Fall führt das Vorliegen von feinen Partikeln mit der gleichen Dielektrizitätskonstanten, jedoch mit verschiedenen Abmessungen bzw. Größen, zu der Verteilung in der Dicke der Flüssigkristallschicht. Wenn ein externes elektrisches Feld gleichmäßig zwischen den transparenten Elektrodenschichten 2a, 2b in einem Pixel anliegt, wird als ein Ergebnis die Stärke des an dem Flüssigkristall in dem Pixel anliegenden effektiven elektrischen Feldes verteilt, was die Möglichkeit einer analogen Grauskalenanzeige in dem Pixel eröffnet. Die Teilchengrößenverteilung sollte vorzugsweise weiter sein, da eine bessere analoge Grauskalenanzeige erhalten wird.
Die feinen Partikel, die dem Flüssigkristall beigefügt sind, sollten vorzugsweise einen pH-Wert auf der Oberfläche von nicht weniger als 2,0 haben. Dies beruht darauf, daß, wenn der pH-Wert niedriger als 2,0 ist, die Azidität zu stark ist, was den Flüssigkristall dazu geneigt macht, durch den Angriff von Protonen sich zu verschlechtern.
Die feinen Partikel sollten vorzugsweise in dem Flüssigkristall in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-% vorhanden sein. Wenn die Menge zu groß ist, neigen die Partikel zu einer Koagulation, was es schwierig macht, die Sternenlichttextur zu entwickeln. Zusätzlich wird die Injektion eines Flüssigkristalles schwierig.
Verwendbare feine Partikel umfassen Partikel von Ruß und/oder Titanoxid. Vorzugsweise sollte Ruß ein solcher sein, der durch die Ofenmethode vorbereitet ist, und Titanoxid sollte amorphes Titanoxid sein. Der Ruß, der gemäß der Ofenmethode vorbereitet ist, hat eine relativ weite Größenverteilung. Das amorphe Titanoxid hat gute Oberflächeneigenschaften und eine gute Haltbarkeit. Die Grauskalenanzeigeeigenschaften können in geeigneter Weise durch Steuern der Größenverteilung gesteuert werden. Es wird bevorzugt, daß die Standardabweichung der Größenverteilung nicht kleiner als 9,0 nm ist, worin eine sanfte Variation der Durchlässigkeit gewährleistet ist. Zusätzlich beträgt die spezifische Schwere der feinen Partikel vorzugsweise das 0,1- bis 10-fache von derjenigen des Flüssigkristalles hinsichtlich der Verhinderung des Setzens der Partikel während deren Dispersion in dem Flüssigkristall. Die feinen Partikel sollten vorzugsweise mit Silan-Kopplungsmitteln oberflächenbehandelt sein, um eine gute Dispersionsfähigkeit aufzuweisen.
In der Praxis der Erfindung sollten die feinen Partikel zwischen den sich gegenüberliegenden Elektroden vorhanden sein, wobei es jedoch nicht von Bedeutung ist, wo die Partikel vorliegen. Das heißt, die Partikel können innerhalb des Flüssigkristalles oder in oder auf dem Flüssigkristall-Ausrichtungsfilm vorhanden sein.
In der Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung sollte der Inklinations- bzw. Neigungswinkel der Flüssigkristallschicht an Bereichen in der Nähe des Ausrichtungsfilmes von demjenigen in Körperbereichen außer den zuerst erwähnten Bereichen verschieden sein. Darüber hinaus wird bevorzugt, daß wenigstens zwei Röntgenbeugungsintensitätsspitzen vorliegen, die die Inklinationswinkel der Flüssigkristallschicht bei einem Einfallswinkel der Röntgenstrahlen von nicht größer als 90° oder nicht kleiner als 90° aufweisen. In dem Fall wird auch bevorzugt, daß die Halbwertsbreite der Spitzen der Röntgenstrahlenbeugungsstärke nicht kleiner als 3° mit der höheren Wahrscheinlichkeit zu einer Ton- oder Gradationsanzeige ist.
In der Praxis sollte ein scheinbarer Neigungswinkel (Kegelwinkel) der Flüssigkristallmoleküle, die eine Vielzahl von Domänen mit verschiedenen Schwellenspannungen bilden, vorzugsweise um ±1° oder darüber von dem Monodomänenzustand verändert werden. Die Temperaturabhängigkeit des Kegelwinkels der Flüssigkristallmoleküle sollte vorzugsweise kleiner als diejenige in dem Monodomänenzustand sein.
Die Sternenlichttexturstruktur erscheint durch Zusatz der feinen Partikel in einem Flüssigkristall, wie dies oben erläutert ist. Eine derartige Struktur kann auch entwickelt werden, wenn der Ausrichtungsfilm geglüht wurde. Grundsätzlich haben ferroelektrische Flüssigkristalle eine Schichtstruktur, die von einem Bücherbrett oder einer Zickzackleiste ist. Dagegen hat die Sternenlichttexturstruktur keine der Strukturen, sondern ist eine, bei der der Inklinationswinkel der Schicht in der Nähe der Oberfläche des Ausrichtungsfilmes von demjenigen der Körperbereiche verschieden ist.
Die Ursache, warum der Kipp- bzw. Neigungswinkel kleiner als in dem Monodomänenzustand wird, ist im folgenden betrachtet. Obwohl experimentell bestätigt, ist der kleinere Neigungswinkel symmetrisch bezüglich der Richtung der Ausrichtungsbehandlung, so daß die Flüssigkristallmoleküle auf der Oberfläche des Ausrichtungsfilmes parallel zu der Richtung des Ausrichtungsfilmes ausgerichtet sind. Die Flüssigkristallmoleküle auf der Ausrichtungsfilmoberfläche werden nicht durch Anlegen eines elektrischen Feldes geschaltet und werden unbeweglich gemacht. Demgemäß wird der scheinbare Neigungswinkel als kleiner als in dem Fall beobachtet, in welchem die Flüssigkristallmoleküle auf der Oberfläche geschaltet werden. Eine Steigerung des Neigungswinkels wird angesehen, um auf einer Zunahme über einem Inklinationswinkel der Schicht zu beruhen oder um aufgrund der Variation aufzutreten, die durch einen zunehmenden Vorneigungswinkel verursacht ist.
Die Verteilungsbreite des scheinbaren Vorneigungswinkels der Flüssigkristallmoleküle sollte vorzugsweise nicht kleiner als 6°, noch mehr vorzugsweise nicht kleiner als 8°, in einem Pixel sein. Wenn der Vorneigungswinkel der Flüssigkristallmoleküle innerhalb eines Bereiches verteilt ist, in welchem die Ausrichtung des Flüssigkristalles nicht gestört ist, kann effektiv eine Anzahl von Mikrodomänen gebildet werden, deren Schwellenwerte zum Schalten zwischen den bistabilen Zuständen des Flüssigkristalles innerhalb eines Pixels verschieden voneinander sind. Dies kannbeispielsweise durch Erzeugen eines spezifischen Typs eines Dünnfilmes auf einer SiO-Schräg-Vakuum-Ablagerungsschicht realisiert werden.
Eine Substanz, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ladungstransferkomplexen, organischen Pigmenten, Metallen, Oxiden und Fluoriden besteht, ist auf dem Ausrichtungsfilm gebildet. Dies ist insbesondere anhand von 5 bis 7 beschrieben.
5 zeigt eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die ähnlich zu derjenigen von 3 ist, mit der Ausnahme, daß ein Ladungstransferkomplex-Dünnfilm 6 auf jeder der schrägen SiO-Vakuumablagerungsschichten 3a, 3b gebildet ist. Das heißt, eine Aufbaustruktur A ist mit einem Substrat 1a, einer transparenten Elektrode 2a, einem Flüssigkristall-Ausrichtungsfilm 3a, wie beispielsweise einer schrägen SiO-Vakuumablagerungsschicht, zum Realisieren eines hohen Kontrastes und guter Domänen und mit einem Ladungstransferkomplex-Dünnfilm 6, die in dieser Reihenfolge aufgebaut sind, vorgesehen. In ähnlicher Weise hat eine Aufbaustruktur B ein Substrat 1b, eine transparente Elektrode 2b, einen Flüssigkristall-Ausrichtungsfilm 3b, wie beispielsweise eine schräge SiO-Vakuumablagerungsschicht, und einen Ladungstransferkomplex-Dünnfilm 6, die in dieser Reihenfolge aufgebaut sind. Die Strukturen 3a und 3b sind so angeordnet, daß die Flüssigkristall-Ausrichtungsschichten 3a, 3b Seite an Seite zueinander sind.
In dieser Vorrichtung sind die Ladungstransferkomplex-Dünnfilme 6 jeweils aus dem Vakuum auf die schrägen SiO-Vakuumablagerungsschichten 3a, 3b aufgetragen. Die Vakuumabscheidung erfolgt vorzugsweise in der folgenden Weise. Die Substrate 1a, 1b werden jeweils mit der Elektrode 2a, 2b und den schrägen SiO-Vakuumablagerungsschichten 3a, 3b gebildet, um Substratunterlagen 20 zu liefern, wie dies in 6a und 6b gezeigt ist. Dann wird eine Substanz, deren Oberflächenenergie verschieden von derjenigen von SiO der schrägen SiO-Vakuumablagerungsschicht ist, als Inseln A von 6A und 6B aufgetragen bzw. abgeschieden. Sodann wird der Ladungstransferkomplex-Dünnfilm auf der inseltragenden SiO-Schicht 3a oder 3b erzeugt. Dadurch wird es möglich, daß der Vorneigungs- bzw. Vorkippwinkel der Flüssigkristallmoleküle in einer günstigen Weise verteilt ist.
Die Substanzen, deren Oberflächenenergie von derjenigen von SiO verschieden ist, können verschiedene organische Materialien, wie beispielsweise Ladungstransferkomplexe selbst, Elektronenakzeptoren, die ein Bestandteil der Ladungstransferkomplexe sind, und Elektronendonatoren, die der andere Bestandteil sind, sowie anorganische Materialien, wie beispielsweise Metalle, Oxide oder dergleichen umfassen. Dies wird im folgenden in Einzelheiten beschrieben.
In der in 5 gezeigten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung wird nach Injektion eines Flüssigkristalles in den Zellenspalt der Flüssigkristallzelle die Zelle einer Behandlung mit einem elektrischen Feld unterworfen. Dies gewährleistet eine beabsichtigte Verteilung des Vorneigungs- bzw. -kippwinkels der Flüssigkristallmoleküle, Als ein Ergebnis werden feine Multidomänen, deren Schwellenwerte zum Schalten des Flüssigkristalles zwischen bistabilen Zuständen voneinander abweichen, in einem Pixel gebildet, um dadurch die Realisierung einer analogen Tonanzeige zu ermöglichen, während ein hoher Kontrast beibehalten wird.
Das Potential für die elektrische Feldbehandlung sollte vorzugsweise in dem Bereich von ±3 V bis ±50 V (d. h. V_p-p = 6 bis 100 V) sein. Die Frequenz und die Behandlungszeit können beliebig gewählt werden. Im allgemeinen wird die elektrische Feldbehandlung durch Anlegung einer Rechteckwelle von 100 Hz ±30 V für etwa eine Minute ausgeführt.
Die Ladungstransferkomplex-Dünnfilme, die oben verwendet sind, sind solche, welche aus Komplexen von Elektronendonatormolekülen, wie in Tabelle 1 angegeben, und Elektronenakzeptormolekülen, wie in Tabelle 2 angegeben, bestehen und umfassen beispielsweise Dünnfilme von Ladungstransferkomplexen, wie diese in Tabellen 3 bis 5 angegeben sind. Die Dicke des Ladungstransferkomplex-Dünnfilmes ist vorzugsweise in dem Bereich nicht größer als 300 Angström und vorzugsweise in dem Bereich von 40 bis 80 Angström.
Tabelle 1
Tabelle 2-A
Tabelle 3
Tabelle 4-A
Tabelle 4-B
Tabelle 5-A
Tabelle 5-B
7A ist eine schematische Schnittdarstellung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die eine oberste Dünnfilmschicht 7 auf jeder der Flüssigkristall-Ausrichtungsschichten oder der schrägen SiO-Vakuumablagerungsschichten 3a, 3b umfaßt. Die oberste Schicht 7 besteht aus einer organischen leitenden Verbindung, einem Oxid, einem Fluorid oder Metall. Durch die Bildung des Dünnfilmes 7 werden feine Multidomänen mit Schwellenwerten zum Schalten des Flüssigkristalles zwischen den bistabilen Zuständen gebildet.
Die organischen leitenden Verbindungen, die zur Erzeugung des Dünnfilmes 7 verwendet werden, umfassen eine Vielzahl von organischen leitenden Verbindungen. Beispielsweise kann ein Ytterbium-Diphthalocyanin-(YbPc₂-)Dünnfilm verwendet werden. Wenn organische leitende Verbindungen mit einer Leitfähigkeit von nicht weniger als 1 × 10^–6 S/cm verwendet werden, wird eine höhere Ansprechgeschwindigkeit erzielt. Der Dünnfilm der organischen leitenden Verbindung ist vorzugsweise in dem Bereich nicht größer als 300 Angström, insbesondere von 40 bis 80 Angström.
Die Oxidfilme können solche Filme von Oxidverbindungen, wie beispielsweise SiO, SiO₂, MgO, TiO, TiO₂, Al₂O₂ und dergleichen sein. Die Dicke des Oxidfilmes liegt vorzugsweise in dem Bereich nicht größer als 100 Angström.
Die Fluorid-Dünnfilme sind solche Filme von verschiedenen Fluoriden, wie beispielsweise MgF₂, CaF₂, AlF₃ und dergleichen. Die Dicke des Fluorid-Dünnfilmes ist vorzugsweise nicht größer als 100 Angström.
Die Metall-Dünnfilme können aus Metallen, wie beispielsweise Au, Ag, Al, Cu, Pt und dergleichen hergestellt sein. Die Dicke des Metall-Dünnfilmes ist vorzugsweise nicht größer als 100 Angström.
Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung dieses Ausführungsbeispiels kann in üblicher Weise wie die Vorrichtung von 3 hergestellt werden. Beispielsweise wird eine transparente ITO-Schicht zuerst auf einem Glassubstrat gebildet, worauf sich eine Musterung in eine gewünschte Gestalt gemäß einer Lithographiebehandlung anschließt. Dann wird SiO aus dem Vakuum schräg bezüglich des Substrates aufgetragen.
Sodann wird ein Ladungstransferkomplex, Oxid, Fluorid oder Metall einer Vakuumabscheidung bzw. -ablagerung vorzugsweise in der Richtung vertikal zu dem Substrat unterworfen, um dadurch einen Dünnfilm hiervon auf der schrägen SiO-Vakuumablagerungsschicht der Aufbaustruktur zu erzeugen. Zwei Aufbaustrukturen werden zusammengefaßt, um eine Flüssigkristallzelle zu erhalten. Ein Flüssigkristall, in welchem feine Partikel gleichmäßig dispergiert sind, wird in den Zellenspalt injiziert, um eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu gewinnen. Der Flüssigkristall-Ausrichtungsfilm kann ein geriebener Polyimidfilm oder ein schräger SiO-Vakuumablagerungsfilm, ein schräger SiO₂-Vakuumablagerungsfilm, ein schräger Magnesiumfluorid-Vakuumablagerungsfilm, ein schräger Calziumfluorid-Vakuumablagerungsfilm oder dergleichen sein.
Wenn der Ausrichtungsfilm aus einem Siliziumoxid-Vakuumablagerungsfilm besteht, ist es unter dem Gesichtspunkt der Entwicklung einer Sternenlichttexturstruktur vorzuziehen, daß nach der Vakuumablagerung der Film einem Glühen unterworfen wird, um Oberflächeneigenschaften zu verändern. Dies gilt für alle Anzeigevorrichtungen, die in den 3, 5 und 7 gezeigt sind.
Es wurde durch SEM und elektrochemische Analysen bestätigt, daß die für den Ausrichtungsfilm verwendete schräge SiO-Vakuumablagerungsschicht aus einer Vielzahl von rhombischen SiO-Säulen X gebildet ist, wie dies in 7(b) gezeigt ist und daß Fugen bzw. Poren d in der schrägen SiO-Vakuumablagerungsschicht längs der rhombischen SiO-Säulen vorhanden sind. Wenn der Ladungstransferkomplex-Dünnfilm 6 oder 7, der aus der schrägen SiO-Vakuumablagerungsschicht gebildet ist, thermisch behandelt wird, kann wenigstens ein Teil 6' oder 7' des Bestandteilmaterials des Dünnfilmes 6 oder 7 in den Poren d der rhombischen Säulen X der SiO-Schicht vorhanden oder enthalten sein. Dies würde auch durch RAS-Messung mit FT-IR (Fourier-Transformation-Infrarot-Spektroskopie) bestätigt. Beispielsweise beträgt der Neigungswinkel der rhombischen Säulen X etwa 45°, und das Verhältnis der Porenmengen bis etwa 2% des gesamten Oberflächenbereiches.
Dies führt gegebenenfalls zu einer geringeren Dicke des Dünnfilmes 6 oder 7, und es wird bewirkt, daß ein Teil der schrägen SiO-Vakuumablagerungsschicht in direktem Kontakt mit den Flüssigkristallmolekülen ist, um dadurch die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle beizubehalten. Insbesondere kann, wie in 7B gezeigt ist, die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bei der wenigstens ein Teil 6' oder 7' der Ladungstransferkomplex-Dünnfilme 6 oder 7 in den Poren bzw. Fugen d der rhombischen SiO-Säulen X der schrägen SiO-Vakuumablagerungsschichten 3a, 3b enthalten ist, die Ausrichtung des ferroelektrischen Flüssigkristalles beibehalten und die angesammelte Oberflächenladung durch die spontane Polarisation der FLC-Moleküle oder Fremdstoffe von FLC-Gemischen reduzieren. Dies wird aus dem Folgenden Grund angenommen: Wenn beispielsweise der Dünn film aus Tetrathiafulvalen-Tetracyanoquinodimethan-Komplex (TTF-TCNQ) hergestellt ist, sind die CN-Gruppen von dem Substrat parallel geneigt bzw. gekippt, und die höchste leitende Richtung des TTF-TCNQ-Komplexes ist längs der rhombischen Säulen SiO ausgerichtet.
Insbesondere wird angenommen, daß das leitende Material, wie beispielsweise der obige Komplex (TTF-TCNQ) dazu dient, zwischen dem Flüssigkristall 5 und den Elektroden 2a, 2b zu verbinden, was zu einem guten Ansprechen zu der Zeit einer Einwirkung einer Spannung führt, ohne nachteilhaft die Ausrichtung des Flüssigkristalles zu beeinflussen, um dadurch eine hohe Ansprechgeschwindigkeit zu gewährleisten.
Die leitenden Materialien sind, wie oben erläutert wurde, aus Ladungstransferkomplexen, organischen Pigmenten, Metallen, Oxiden und Fluoriden ausgewählt, und sie sind kritisch bezüglich den Typen von leitenden Materialien einschließlich Metallen, organischen Materialien und anorganischen Materialien, sofern sie natürlich leitend sind.
Die elektrische Leitfähigkeit des leitenden Materials sollte vorzugsweise höher als diejenige des Vakuumablagerungsdünnfilmes und/oder des Flüssigkristalles sein und sollte insbesondere nicht niedriger als 1 × 10^–12 S/cm², mehr vorzugsweise nicht niedriger als 1 × 10² S/cm² und am meisten vorzugsweise nicht niedriger als 1 × 10² S/cm² sein. Beispielsweise hat es mit dem obigen TTF-TCNQ-Komplex eine Leitfähigkeit von 1 × 10² S/cm².
Um zu erlauben, daß wenigstens ein Teil 6' oder 7' von 7B des leitenden Materials zwischen benachbarte rhombische Säulen des schrägen Vakuummablagerungsfilmes zu liegen kommt, wird das leitende Material als ein Dünnfilm mit einer Dicke von 3 bis 40 nm durch eine Vakuumabscheidungsmethode gebildet und bei einer Temperatur von 50 bis 160°C thermisch behandelt oder gebrannt, um den Teil zwischen die rhombischen Säulen zu laden. Alternativ kann das leitende Material in der Form einer Flüssigkeit geladen werden.
Da, wie oben erläutert ist, der Dünnfilm 6 oder 7 aus einem leitenden Material hergestellt ist und ein Teil des Materials zwischen benachbarten rhombischen Säulen X liegt, ist die Filmdicke so klein gemacht, daß die Polarisation der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle gemildert ist, und eine Erscheinung einer Verringerung einer effektiven Spannung bezüglich einer anliegenden Spannung aufgrund der Polarisation der Flüssigkristallmoleküle (d. h. eine antielektrische Felderscheinung) kann unterdrückt werden. Somit kann die Differenz zwischen der angelegten Spannung und der effektiven Spannung reduziert werden, was es möglich macht, die Ansprechgeschwindigkeit des ferroelektrischen Flüssigkristalles zu beschleunigen, während eine analoge Grauskalenanzeige bei höchstem Kontrast realisiert wird. Im allgemeinen ist die Ansprechgeschwindigkeit um das 2- bis 5-fache höher als diejenige in dem Fall, in welchem lediglich ein Ausrichtungsfilm, wie beispielsweise aus SiO, verwendet wird, wobei kein Film aus einem leitenden Material gebildet ist.
Die vorliegende Erfindung wird in mehr Einzelheiten anhand von Beispielen beschrieben. Vergleichsbeispiele sind ebenfalls dargestellt.
Beispiele 1, 2 und Vergleichsbeispiele 1, 2
Zu 100 mg einer ferroelektrischen Flüssigkristallzusammensetzung CS-1014 (Beispiel 1) oder CS-1028 (Beispiel 2), die im Handel von Chisso Petrochemical Co., Ltd. erhältlich sind, werden 1 mg an Ruß Mogul L von Cabot Corp. beigefügt, was ultrafeine Rußpartikel sind, worauf sich ein Erwärmen bis 100°C (d. h. ein Erwärmen bis zu einer isotropen Temperatur) und eine gleichmäßige Dispersion mittels eines Ultraschall-Homogenisierers anschließen. Die obige Prozedur wird wiederholt, indem zum Vergleich kein Ruß verwendet wird.
Vergleichsbeispiele 1 und 2 entsprechend jeweils Beispielen 1 und 2
Jede Zusammensetzung wird auf eine isotrope Temperatur in Vakuum erwärmt und in eine Testzelle gegossen. Der Ausrichtungsfilm der Testzelle ist ein schräger SiO-Vakuumablagerungsfilm. Der Winkel der Ablagerung bzw. Abscheidung beträgt 85° bezüglich der normalen Linie des Substrates, und die Substrattemperatur beträgt 170°C bei einer Filmdicke von 50 nm. Nach Abschluß der Vakuumabscheidung wird der Vakuumabscheidungs- bzw. Ablagerungsfilm in Luft bei 300°C geglüht.
Bei der Herstellung der Flüssigkristallzelle wird ein Glassubstrat, auf dem ein 400 Angström dicker transparenter ITO-Film mit einem Oberflächenwiderstand von 100 Ω/cm² durch Sputtern gebildet ist, vorgesehen, auf welchem ein 500 Angström dicker schräger SiO-Vakuumabscheidungsfilm als ein Flüssigkristall-Ausrichtungsfilm durch Erwärmen (Widerstandserwärmen) eines Tantalbootes gebildet wird, das darin ein SiO-Pulver mit einer Reinheit von 99,99% enthält (im Handel erhältlich von Furuuchi Chem. Co., Ltd.).
Die sich ergebenden zwei Glassubstrate werden mittels Abstandshaltern mit einem Durchmesser von 1,6 μm (wahre Ku geln; im Handel erhältlich von Catalyst Chemical Co., Ltd.) und eines UV-härtenden Haftstoffes (Photorec: im Handel erhältlich von Sekisui Fine Chemicals Co., Ltd.) so zusammengebaut, daß die schrägen SiO-Vakuumabscheidungsfilme einander gegenüberliegen, jedoch die Richtungen der Vakuumabscheidungen entgegengesetzt zueinander sind, um so eine Flüssigkristallzelle zu erhalten. Der ferroelektrische Flüssigkristall wird in den Zellspalt injiziert, um eine Flüssigkristallzelle zu liefern. Die Zelle wird mit einem elektrischen Wechselfeld einer Frequenz von 100 Hz und mit ±35 V beaufschlagt, um eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu gewinnen.
Die Flüssigkristallzellen mit Ruß in dem Flüssigkristall weisen eine Struktur auf, die vollständig verschieden von der Monodomänenstruktur der Zelle ist, die keinen Ruß enthält. Insbesondere ist die Texturstruktur der erfindungsgemäßen Zelle derart, daß dann, wenn ein elektrisches Feld an der Zelle durch Gleichstrom anliegt, kein lateraler Fluß abhängig von der Größe einer Spannung stattfindet und die Abmessung der Domänen wird proportional zu der Größe der Spannung verändert. Da eine derartige Textur gerade wie Sternenlicht am Himmel aussieht, wird sie als Sternenlichttextur bezeichnet. Die charakteristischen Eigenschaften der Sternenlichttexturen und der bekannten Systeme sind unten zu einem Vergleich gezeigt.
Tabelle 6 (Vergleich von Sternenlichttexturen mit bekannten Systemen)
In diesem Beispiel und Vergleichsbeispielen sind die Ausrichtungsfilme nicht-parallel zueinander angeordnet. In dem Fall sind die herkömmlichen Zellen dafür bekannt, daß sie eine Bücherbrettstruktur haben. Mit der auf der vorliegenden Erfindung beruhenden Sternenlichttexturstruktur wird die Schichtstruktur so angesehen, daß sie eine steigende Anzahl von Domänen auf der Oberfläche des Ausrichtungsfilmes hat, wobei Flüssigkristallmoleküle in einem unbeweglichen Zustand bezüglich eines elektrischen Feldes sind. Somit wird angenommen, daß in der Nähe der Oberfläche des Ausrichtungsfilmes der Neigungswinkel der Schicht verändert ist. Dies beruht darauf, daß dann, wenn CS-1014 verwendet wird, sich der Konuswinkel leicht zu der Zeit verändert, wenn die angelegte Spannung ein und aus ist. Mit den Sternenlichttexturen werden die Konuswinkel um ±1° oder darüber bei einem Vergleich mit denjenigen von Monodomänenstrukturen (herkömmliche Systeme) verändert.
Die oben erhaltenen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen werden einer Messung bezüglich der anliegenden Spannung und des Kontrastverhältnisses in der folgenden Weise unterworfen. Eine Ansteuerwellenform, wie diese in 8 gezeigt ist, wird an jede Anzeigevorrichtung unter gekreuzten Nicols angelegt. Anfänglich wird ein Rücksetzimpuls (V_reset-Impuls) mit einer Impulsbreite von 1 ms angelegt, worauf sich die Anlegung eines Grauimpulses (V_gray-Impuls) mit einer Impulsbreite von 1 ms anschließt, was weniger als der Rücksetzimpuls ist. Der Grad einer Lichtübertragung nach der Anlegung des Rücksetzimpulses (Dunkelpegel) und der Grad einer Lichtübertragung nach der Anlegung des (Graupegels) werden verglichen, um ein Kontrastverhältnis zu bestimmen.
Die Ergebnisse der Messung der Veränderung in dem Kontrastverhältnis (entsprechend einer Durchlässigkeit) bezüglich der angelegten Spannung sind in 9 gezeigt. In der Figur sind die Sternenlichttextur (I) von Beispiel 1 und das herkömmliche System (I) von Vergleichsbeispiel 1 angegeben.
Wie aus den Ergebnissen zu ersehen ist, liefert die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung des Beispiels ein Kontrastverhältnis, das abhängig von der Spannung verschieden ist. Zusätzlich ist die Schwellenspannung zum Schalten des ferroelektrischen Flüssigkristalles zwischen den bistabilen Zuständen (d. h. eine Breite einer Veränderung der Schwellenspannung innerhalb eines Kontrastverhältnisbereiches von 1/10 bis 9/10 des Maximalwertes oder innerhalb eines Durchlässigkeitsbereiches von 10 bis 90°) weit und nicht kleiner als 2 Volt, was beweist, daß eine analoge Grauskalenanzeige möglich ist. Demgemäß ist es nicht erforderlich, ein aktives Element, wie beispielsweise einen TFT für jedes Pixel vorzusehen, was die Möglichkeit eröffnet, daß Bilder in einer einfachen Matrix angezeigt werden können.
Dagegen ist zu ersehen, daß bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung des Vergleichsbeispieles 1, bei dem kein Ruß beigefügt ist, der Schwellenwert eine scharfe Kurve aufweist und kein analoger Ton oder keine Gradationseigenschaft vorgesehen ist.
Beispiel 3
Die allgemeine Prozedur von Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß CS-101 als der Flüssigkristall verwendet wird, Titanoxid als ultrafeine Partikel benutzt werden, d. h. 1 Gew.-% eines IT-UD eines hohen Dispersionstyps, ausgewählt aus Titanoxidprodukten von Idemitsu ist beigefügt, um dadurch eine Flüssigkristallzelle zu erhalten. Das verwendete Titanoxid wird durch seine Amorphität charakterisiert und hat eine mittlere Größe von 17 nm.
Die Vorrichtung von Beispiel 3, die ultrafeine Titanoxidpartikel verwendet, und die Vorrichtung des Vergleichsbeispieles 1, das CS-1014 allein ohne Verwendung von jeglichen ultrafeinen Partikeln verwendet, werden einer Messung der Temperaturabhängigkeit. von dem Konuswinkel unterworfen. Die Ergebnisse sind in 10 gezeigt, wobei der Konuswinkel bei 30° als 1 genommen ist.
Aus den Beispielen ist zu ersehen, daß die Sternenlichttextur dieses Beispieles kleiner ist in der Temperaturabhängigkeit von dem Konuswinkel. Dies wird als die Ursache angesehen, daß die Flüssigkristallmoleküle auf der Oberfläche unbeweglich gemacht sind und die Schichtstruktur gegenüber der Temperatur stabilisiert wird, mit dem Ergebnis, daß der Konuswinkel zu höheren Temperaturen nicht verengt ist. Bei gewöhnlichen Texturen wird, wenn die Temperatur eng in die Nähe eines Phasenübergangspunktes von der SmA-Phase zu der SmC-Phase kommt, der Kippwinkel graduell reduziert. Bei dem Übergangspunkt wird der Kippwinkel zu Null. Der Grad der Reduktion wird in geeigneter Weise für die Sternenlichttextur kleiner.
Beispiel 4
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wird CS-1014 als der Flüssigkristall verwendet, und der benutzte Ausrichtungsfilm ist ein SiO-Ausrichtungsfilm. Ultrafeine Partikel, die verwendet sind, sind drei Typen von Titanoxid- bzw. Titanpartikeln von Idemitsu IT-S, IT-PA und IT-PB, die jeweils alle hydrophile Oberflächen und verschiedene Größenverteilungen haben. Die mittleren Größen dieser Partikel IT-S, IT-PA und IT-PB betragen jeweils 17 nm, 24 nm und 40 nm, wobei Größenverteilungen in 11 für die jeweiligen Titanoxidpartikel gezeigt sind. Flüssigkristallzellen werden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, indem die obigen Zusätze verwendet werden.
Die Beziehung zwischen der Durchlässigkeit und der angelegten Spannung ist in 12 für Zellen gezeigt, welche 1 Gew.-% der jeweiligen ultrafeinen Titanoxidpartikel verwerden. Aus der Figur ist zu ersehen, daß der Gradient in der Reihenfolge von IT-S > IT-PA > IT-PB abnimmt. Demgemäß kann die Breite des Schwellenwertes und die Veränderung in der angelegten Spannung in geeigneter Weise durch Steuern der Größenverteilung der ultrafeinen Partikel gesteuert werden. Wenn die Größenverteilung des Titanoxids erweitert wird, neigt die Breite des Schwellenwerts dazu, erweitert zu werden. Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen, die in diesem Beispiel erhalten sind, haben abhängig von der Spannung verschiedene Kontrastverhältnisse. Die Breite der Schwellenspannung zum Schalten des ferroelektrischen Flüssigkristalles zwischen den bistabilen Zuständen ist groß, was beweist, daß eine analoge Grauskala angezeigt werden kann. Dies gewährleistet eine Bildanzeige in einer einfachen Matrix, ohne jegliches aktive Element, wie beispielsweise einen TFT, für jedes Pixel vorzusehen.
Die Beziehung zwischen der Standardabweichung der Größenverteilung und der Neigung der Veränderung der Durchlässigkeit wird bestimmt, was zeigt, daß sie nahezu in einer linearen Beziehung sind, wie dies in 13 gezeigt ist. Das heißt, die Steuerung der Schwellenspannungseigenschaft für eine Tonanzeige ist möglich, indem die Größenverteilung der beizufügenden Partikel gesteuert wird. Wenn die Standardabweichung nicht kleiner als 9,0 nm ist, kann eine gute Neigung einer Veränderung der Durchlässigkeit (d. h. eine gute Breite der Veränderung der Quellenspannung) erzielt werden, was es einfach macht, eine Sternenlichttexturstruktur zu erhalten.
Beispiel 5
Die allgemeine Prozedur von Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß CS-1028 von Chisso Petrochemical Co., Ltd. als der Flüssigkristall anstelle von CS-101 verwendet wird und 24 Gew.-% von Mogul L dem Flüssigkristall beigefügt ist, um dadurch eine Flüssigkristallzelle zu erhalten.
Die Zellen der Beispiele 1 und 5 werden einer Messung der Anzahl der Domänen mit einer Größe über 2 μm ∅ je mm² unterworfen, während die Spannung so gesteuert wird, daß die Durchlässigkeit 25% beträgt, vorausgesetzt, daß die Durchlässigkeit zu 100% genommen ist, wenn die Zelle am hellsten ist. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 7 gezeigt.
Tabelle 7
Bei dem CS-101-System werden die Domänen durch ein Mikroskop einer 500-fachen Vergrößerung beobachtet, um die Anzahl der Domänen in einer Region von einem Quadrat mit 20 μm zu zählen. Es werden 40 Domänen gefunden. Die Berechnung der Anzahl der Domänen je mm² ist 40 multipliziert mit 2500, was 100.000 ergibt. Bei dem CS-1028-System wird der Flüssigkristall bei 72-facher Vergrößerung beobachtet, um die Anzahl der Domänen in einer Fläche von 200 μm im Quadrat zu zählen, wodurch 18 bis 43 Domänen gefunden werden. Die Berechnung der Anzahl der Domänen je mm² ergibt sodann 450 bis 1075 Domänen je mm².
Somit ist zu sehen, daß die auf der Erfindung beruhende Sternenlichttexturstruktur durch das Vorliegen einer gewünschten Anzahl von Mikrodomänen realisiert werden kann. Es ist zu bemerken, daß bei dem CS-1028-System die Anzahl der Domänen kleiner ist als diejenige des CS-101-Systems, obwohl die Menge der feinen Partikel größer ist, und daß von der größeren Menge anzunehmen ist, daß sie die Dispersionsfähigkeit der feinen Partikel beeinträchtigt.
Beispiel 6
1) Bildung eines schrägen SiO-Filmes durch Vakuumabscheidung und Verfahren zum Herstellen von Zellen zur Bewertung
Ein 2,5 mm dickes Glassubstrat mit einem zerstäubten oder gesputterten ITO-Film mit einem Oberflächenwiderstand von 100 Ω/cm² wird so vorgesehen, daß die senkrechte oder Normallinie des Glassubstrates einen Winkel von 85° bezüglich der vertikalen Linie bildet. Während das Glassubstrat bei 170°C unter Bedingungen eines Vakuumgrades von 8 × 10^–6 Torr gehalten wird, wird Siliziummonoxid (SiO) in ein Ta-Boot bei geöffneten Poren oder kleinen Öffnungen gebracht (Japan Backs Metal Co., Ltd.) und einem Widerstandsheizen bei einer Abscheidungsrate von 1 Angström/s unterworfen, um einen schrägen Vakuumabscheidungsfilm mit einer Dicke von 500 Angström zu bilden. Die Filmdicke und die Abscheidungsrate werden mittels eines Quarzoszillator-Dickenmessers rückgekoppelt.
Das Glassubstrat wird thermisch bei 300°C während einer Stunde in einem reinen Ofen (DT62 von Yamato Science Co., Ltd.) behandelt, um die Ausrichtung des Flüssigkristalles zu verbessern. Auf diese Weise werden zwei Glassubstrate hergestellt. Dispergierende Abstandshalter aus bei UV här tendem Harz (Photorec von Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) mit einem Durchmesser von 1,4 μm (wahre Kugeln: Catalyst Chemical Ind. Co., Ltd.) werden zwischen den zwei Glassubstraten so vorgesehen, daß die schrägen Vakuumabscheidungsfilme einander gegenüberliegen, um die Richtungen der schrägen Vakuumabscheidung antiparallel zu machen. Das Harz wird durch Bestrahlung mit Uv-Licht gehärtet, um einen beabsichtigten Zellenspalt zu bilden.
2) Dispersion von feinen Partikeln
Um die Entwicklung von feinen Domänen zu induzieren, die zu einem Halbton fähig sind, werden feine Partikel in einem ferroelektrischen Flüssigkristall dispergiert, wie dies in Beispiel 1 angegeben ist. 100 mg eines ferroelektrischen Flüssigkristalles CS-101 von Chisso Petrochemical Co., Ltd., die auf eine isotrope Phasentemperatur von 100°C erwärmt sind, werden mit 1 mg an Ruß Mogul L gemischt, worauf sich ein Bewegen oder Umrühren mittels eines Ultraschall-Homogenisators anschließt. Das Gewichtsverhältnis der feinen Partikel beträgt ungefähr 1%. Der ferroelektrische Flüssigkristall CS-101 der isotropen Phase, bei welcher die feinen Partikel dispergiert sind, wird in die Zelle injiziert und zum Abkühlen auf Raumtemperatur gebracht.
3) Bewertung der Schwellenspannungseigenschaften
Die ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die oben hergestellt ist, wird zwischen gekreuzte polarisierende Platten gebracht, so daß einer der Speicherzustände mit der Übertragungs- bzw. Durchgangsachse der polarisierenden Platten zusammenfällt, um eine eine durchgelassene Lichtstärke T_dark nach Anlegen einer Rechteckwelle (Rück setzimpuls mit einer Impulsbreite von 1 ms und einer Spannung von ±25 V) und eine durchgelassene Lichtstärke T_bright nach Anlegung einer Rechteckwelle (Auswahlimpuls) mit einer Impulsbreite von 1 ms und einer Spannung von ±30 V oder darunter zu bestimmen. Das Kontrastverhältnis CR wird wie folgt festgelegt: CR = T_bright/T_dark.
Durch Ändern der Spannung des Auswahlimpulses wird die Schwellenwertcharakteristik des Kontrastverhältnisses (d. h. eine Breite einer Spannung von dem niedersten Kontrastverhältnis (= 1) zu dem höchsten Kontrastverhältnis) gemessen. Die Meßergebnisse sind ähnlich zu denjenigen von 9, in welcher die Abszissenachse eine Spannung eines Auswahlimpulses angibt und die Ordinatenachse das Kontrastverhältnis in einem Speicherzustand zeigt.
Bei der ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die keine feine Partikel verwendet, ist die Breite des Schwellenwertes um etwa 1 V scharf, während die Breite der ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die feine Partikel benutzt, auf 10 V gesteigert ist, was eine Halbtonanzeige ermöglicht.
Die Beobachtung durch ein Polarisationsmikroskop zeigt, daß der Halbtonzustand der ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die feine Partikel verwendet, aus sehr feinen Multidomänen mit einem Durchmesser in der Größenordnung von μm besteht und auf eine Halbtonanzeige in einem Pixel eines Hochpräzisionselementes mit einer Abmessung von ungefähr 100 μm im Quadrat anspricht. Bei einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer Breite des Schwellenwertes von 10 V sind die Domänen sehr gleichmäßig. Unabhängig davon, ob die feinen Partikel bei gefügt sind oder nicht, wird ein hohes Kontrastverhältnis von nicht kleiner als 40 erzielt.
4) Analysen der Schichtstruktur
Mittels der Röntgenstrahl-Beugungsmethode wird die Schichtstruktur in der SmC^χ-Phase mit der ferroelektrischen Eigenschaft der oben hergestellten Vorrichtung analysiert. Unter Berücksichtigung der Durchlaßmenge an Röntgenstrahlung werden 100 μm dicke Glassubstrate hergestellt, um eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu schaffen, die für die Analysen verwendet wird. Die rotierende Target-Röntgenstrahlungsquelle RU-300 von Rigaku Electric Co., Ltd. (target: Cu, K α-Strahl 1,542 Angström, 50 kV und 240 mA) wird verwendet.
Wie in 14 gezeigt ist, wird der einfallende Röntgenstrahl, der auf einen Strahldurchmesser von 2,5 mm mittels eines Stiftlochkollimators konvergiert ist, mit einer Probe, die an einem Weitwinkelgoniometer CN2155D5 von Rigaku Electric Co., Ltd., befestigt ist, der zusammen mit einer Faserprobenbefestigung FS-3 von Rigaku Electric Co., Ltd., verwendet wird, so gebeugt oder gebrochen, daß die Richtung der Justierbehandlung horizontal gehalten ist. Nach Wählen einer Wellenlänge (d. h. CuK α-Strahl von 1,542 Angström in diesem Fall) mittels eines Monochromators, der an einem Doppelwinkel (2θ_B = 3,08° für CS-101) des Bragg-Winkels θ_B, der der Probe bezüglich des einfallenden Röntgenstrahles eigen ist, befestigt ist, wobei ein Schlitz zwischen der Probe und dem Monochromator von 1 mm im Quadrat vorgesehen ist, werden Zählungen je Minute mittels eines NaI-Szintillationszählers SC-30 von Rigaku Electric Cu., Ltd., vorgenommen. Ein 2-Zoll-Schlitz wird zwischen dem Monochromator und dem Szintillationszähler angeordnet.
Der Einfallswinkel α des einfallenden Röntgenstrahles und der Drehwinkel β innerhalb der Probenebene können jeweils mittels des Weitwinkelgoniometers und der Faserprobenbefestigung verändert werden. Der Winkel α wird als ein Ursprung bestimmt, wenn die Vorderseite des Probensubstrates parallel zu dem einfallenden Röntgenstrahl ist, und auf 90° festgelegt, wenn der einfallende Röntgenstrahl vertikal zu der Vorderseite des Probensubstrates verläuft. Aus dem Obigen ist zu ersehen, daß der Winkel bei Drehung im Uhrzeigersinn positiv ist. Der Winkel β wird als ein Ursprung genommen, wenn die Richtung der Justierbehandlung der Probe horizontal und positiv im Uhrzeigersinn ist.
In dem oben erläuterten Optiksystem kann der Winkel δ der Schichtneigung bezüglich zu der Normalen des Substrates aus der folgenden Gleichung erhalten werden δ = |α1 – α2|/2wobei der Winkel α bei β = 0° und β = 280° abgetastet wird und der Winkel α bei einem Maximalwert der Röntgenstrahlenbeugungsstärke als α₁ bzw. α₂ genommen wird. Dies ist insbesondere in 15A und 15B gezeigt. Wenn die Beugungsstärkenspitzen in der Anzahl mehrmals vorliegen, kann eine ähnliche Berechnung an Spitzen vorgenommen werden, die in symmetrischer Position bezüglich zu α = 90° für Röntgenstrahlenbeugungsmuster von β = 0° und β = 180° sind. Die. obige Prozedur für die Messung wird durchgeführt, da es schwierig ist, die Vorderseite des Probensubstrates genau vertikal zu dem einfallenden Röntgenstrahl anzuordnen.
Die Meßergebnisse der Röntgenbeugungsstärke sind in 16A für einen ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gezeigt, deren Schwellencharakteristik (Schwellenbreite) 1 V beträgt, und auch in 16B für eine Schwellenbreite von 10 V angegeben. In 16A liegt nur eine Beugungsstärkespitze vor (Winkel der Schichtneigung von 32°), welche sehr scharf mit einer Spitzenhalbwertsbreite von 2° ist. 16B zeigt, daß drei breite Spitzen mit Winkeln der Schichtneigung von 8°, 32° und 45° und halben Breiten bzw. Halbwertsbreiten von 8°, 4° und 8° über einem Bereich von α von 90° bis 135° vorliegen.
Aus den obigen Messungen werden die möglichen Schichtstrukturen für Schwellenbreiten von 1 und 10 betrachtet, wie dies in 17A bzw. 17B gezeigt ist. In den Figuren ist der Winkel δ der Winkel der Schichtneigung bezüglich der Normalen des Substrates, bestimmt gemäß der Röntgenstrahlenbeugungsmethode. Die Hälfte der halben Breite (d. h. ein Ausmaß des Schichtneigungswinkels) der Röntgenstrahlenbeugungsspitze ist als ± Werte nach dem Wert von δ angezeigt.
Aufgrund der Differenz in der Schichtstruktur wird die Differenz in der Schwellenbreite betrachtet. In dem Fall, in welchem die Schwellenbreite 1 V beträgt, ist die Röntgenstrahlenbeugungsspitze sehr scharf, und die Flüssigkristallmoleküle, d. h. eine spontane Polarisation, die eine Schaltquelle bildet, sind gleichmäßig ausgerichtet. Wenn ein elektrisches Feld. einer gewissen Stärke anliegt, werden die meisten der Flüssigkristallmoleküle gleichzeitig bzw. simultan geschaltet. Dagegen hat in dem Fall, in. welchem die Schwellenbreite 10 V beträgt, die Schichtstruktur verschiedene Winkel der Schichtneigung, und die Flüssigkristallmoleküle, d. h. die spontane Polarisation, sind ausgerichtet, um eine weite Verteilung zu haben. Wenn demgemäß ein elektrisches Feld anliegt, werden einige Moleküle geschaltet, und einige Moleküle werden nicht geschaltet, um dadurch einen Halbton als Gesamtheit des Pixels anzuzeigen. Die Halbtonanzeige in einem Pixel wird aufgrund der Schichtstruktur betrachtet, deren Winkel der Schichtneigung in einer weiten Verteilung ist. In dem Fall wird der Winkel der Schichtneigung in der Nähe des Ausrichtungsfilmes verändert, und der Winkel der Schichtneigung in anderen Körperteilen wird nicht verändert.
Beispiel 7
In diesem Beispiel wird beschrieben, wie die FLC-Anzeigevorrichtungen der vorangehenden Beispiele und Vergleichsbeispiele angesteuert werden.
Um die Wirksamkeit einer Ansteuerwellenform zu bestätigen, liegt eine Spannung an einer Einzelpixel-Flüssigkristallzelle, um die Möglichkeit des Steuerns der Durchlässigkeit der Zelle zwischen den sich kreuzenden polarisierenden Platten bzw. Polarisationsplatten zu bestätigen.
Die Zelle wird in der folgenden Weise hergestellt. Zwei Glassubstrate mit jeweils einer transparenten ITO-Elektrode und einer Abmessung von 40 × 20 × 3 mm werden verwendet, um eine Flüssigkristallzelle zu bilden. Das Glassubstrat wird aus einem Standard- oder gewöhnlichen Sodaglas hergestellt, und die transparente Elektrode wird durch Zerstäuben bzw. Sputtern mir einer Dicke von 500 Angström aufgetragen. Der Widerstand von ITO beträgt 100 Ω/cm².
Ein Justier- bzw. Ausrichtungsfilm zum Ausrichten der Flüssigkristallmoleküle wird auf jedem Substrat durch schräge Vakuumabscheidung von SiO gebildet. Der Winkel der Vakuumabscheidung beträgt 85°, und der Ausrichtungsfilm hat eine Dicke von 500 Angström. Zwei Typen von Flüssigkristallzellen werden hergestellt einschließlich eines Typs, bei dem die Richtungen der Vakuumabscheidung der Ausrichtungsfilme parallel zueinander sind, und eines anderen Films, bei dem die Richtungen der Vakuumabscheidung antiparallel zueinander sind. Der Spalt der Flüssigkristallzelle wird durch Mischen feiner Silica- bzw. Kieselpartikel mit einem Versiegelungsmaterial, um die beiden Glassubstrate dazwischen zu binden, gesteuert. Die Größe der Silicapartikel liegt in dem Bereich von 1,4 bis 2,0 μm.
CS-101 von Chisso Petrochemical Co., Ltd. wird als ein ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet. Der Flüssigkristall wird in einer isotropen Phase (110°C) entgast und in einen Spalt von 1,5 μm zwischen den Glassubstraten unter Ausnutzung der Kapillarwirkung der isotropen Phase injiziert. Nach vollständiger Injektion des Flüssigkristalles wird die Zelle graduell auf Raumtemperatur abgekühlt. Es nimmt 2 bis 3 Stunden vor dem Kühlen in Anspruch.
Ultrafeine Partikel, die verwendet werden, sind feine Kohlenstoffpartikel wie in Beispiel 1, welche mit dem ferroelektrischen Flüssigkristall gemischt werden. Insbesondere wird der Flüssigkristall auf. eine Temperatur entsprechend einer isotropen Phase erwärmt und mit den feinen Kohlenstoffpartikeln gemischt, worauf sich ein gleichmäßiges Mischen der feinen Partikel und des Flüssigkristalles durch einen Ultraschallagitator anschließt. Dann wird die Proze dur von Beispiel 1 wiederholt, um eine Flüssigkristallzelle herzustellen.
Für eine Grauskalenanzeige wird die ferroelektrische Flüssigkristallzelle unter Verwendung transparenter, mit Elektroden versehener Glassubstrate 1a und 1b, wie in 18 gezeigt, hergestellt. Die transparenten Elektroden sind derart, daß eine Gruppe von N Elektroden 2b, die parallel zu der Richtung von X sind, auf dem Substrat 1b und eine Gruppe von M Elektroden 2a, die parallel zu der Richtung von Y sind, auf dem Substrat 1a gebildet werden. In der Figur sind die Ausrichtungsfilme nicht gezeigt. Wie in 19 dargestellt ist, werden elektrische Signale zum Wählen einer Anzeige eines Pixels an die transparenten Elektroden in der Richtung von Y angelegt, und ein elektrisches Signal zum Anzeigen des Inhaltes der Anzeigeinformation oder von Weiß oder Schwarz oder eines Halbtones wird an die transparenten Elektroden in der Richtung von X angelegt.
Die Wellenform des in der Richtung von Y angelegten elektrischen Wählsignales ist wie folgt.

1. Ein Wählimpuls besteht aus zwei Impulsen, die positiv und negativ symmetrisch zueinander sind. Die Spannungsintensität und die Höhe des Impulses werden gemäß dem Schwellenwert der in 1 gezeigten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bestimmt. Die Impulsbreite wird durch die Ansprechzeit des Flüssigkristalles bestimmt. Die Höhe des Impulses ist eine Spannung, bei welcher eine Sternenlichttextur in der Monodomäne des eine schwarze Farbe anzeigenden Flüssigkristalles auftritt, d. h. eine Schwellenspannung V_thlow der T_r-V-Kurve, die die Beziehung zwischen der Änderung in der Durchlässigkeit (T_r) der Flüssiakristallzelle, die zwischen den gekreuzten Polarisationsplatten liegt, und der angelegten Spannung (V) zeigt.
2. Ein symmetrischer Rücksetzimpuls wird vor dem Wählimpuls gesetzt. Die Breite des Rücksetzimpulses beträgt das Doppelte des Wählimpulses. Die Höhe ist eine Spannung, bei welcher der Flüssigkristall vollständig geschaltet ist, d. h. V_thhigh der T_r-V-Kurve + ΔV. Dabei ist ΔV die maximale Signalspannung, die an den Elektroden in der Richtung von X des Substrates 1b anliegt, wie dies weiter unten beschrieben wird.

Die Wellenform des elektrischen Signales für Daten, die in der Richtung von X anliegen, wird im folgenden beschrieben.

1. Das elektrische Signal besteht aus zwei Impulsen, die positiv und negativ symmetrisch zueinander sind. Die Impulsbreite ist gleich zu der Breite des Wählsignales. Die Höhe Vs der Signalspannung wird zwischen 0 und V_thhigh – V_thlow gemäß dem anzuzeigenden Graupegel des Flüssigkristalles verändert.
2. Die Polarität des Signalspannungsimpulses wird so eingestellt, daß sie entgegengesetzt zu derjenigen des Wählimpulses ist. Dadurch wird die Spannung, die an einem Pixel bei (n, m) auf der Anzeige anliegt, zu der Summe von V₀ + V_thlow und wird zwischen V_thhigh und V_thlow Verändert.

20 zeigt die Veränderung der Durchlässigkeit einer Flüssigkristallzelle, an welcher die obige Spannung anliegt. In der hierfür verwendeten Zelle werden die SiO-Ausrichtungsfilme so angeordnet, daß die Richtungen der Vakuumabscheidung parallel zueinander sind. Der Zellenspalt beträgt 1,6 μm, wenn dies durch einen Dickenmesser MS-2000 von Ohtsuka Electronics Co., Ltd. festgestellt wird. Die Zelle verwendet einen Flüssigkristall, dem 1,3 Gew.-% an Ruß-Feinpartikeln Mogul L beigefügt ist. Die Zelle wird zwischen die gekreuzten Polarisationsplatten gebracht, und ihre Richtung wird so eingestellt, daß die Durchlässigkeit der Zelle in Speicherzustand minimal wird, in welchem irgendeine Spannung angelegt ist.
Die Breite eines Signalimpulses wird auf 350 μs eingestellt, und eine Rücksetzimpulsbreite wird auf 700 μs eingestellt, was das Doppelte der Breite des Signalimpulses ist. Die Schwellenspannung beträgt 34 V für die Zelle, so daß die Rücksetzspannung zu 35 V bestimmt ist. Die Spannung für Signale wird zwischen 18 und 30 V verändert, um dadurch eine Veränderung in der Durchlässigkeit der Zelle zu messen. Wie aus 20 zu ersehen ist, wird die Durchlässigkeit der Zelle kontinuierlich innerhalb eines Bereiches der angelegten Spannung von 18 V bis 28 V verändert. Dies zeigt, daß die Spannungssteuerung die Durchlässigkeit der Zelle zu steuern vermag.
Beispiel 8
21 zeigt die Beziehung zwischen der Durchlässigkeit und der angelegten Spannung einer Zelle, die in der gleichen Weise wie die Zelle hergestellt ist, welche anhand von 20 erläutert ist, wobei der Zellenspalt 1,8 μm beträgt und die SiO-Ausrichtungsfilme derart angeordnet sind, daß die Richtungen der Vakuumabscheidung antiparallel zueinander sind. Die Richtung der Zelle wird so eingestellt, daß die Durchlässigkeit der Zelle maximal wird, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist.
Die Signalimpulsbreite wird auf 350 μs eingestellt, und die Rücksetzimpulsbreite beträgt 700 μs, was das Doppelte der Signalimpulsbreite ist. Die Durchlässigkeit wird bei einer Signalspannung zwischen 25 V und 30 V gemessen. Aus 21 ist zu ersehen, daß die Durchlässigkeit durch Steuern der Spannung wie in dem Fall von 20 gesteuert werden kann.
Beispiel 9
Aufgrund der Daten der Beispiele 7 und 8 wird eine Zelle, die einen ferroelektrischen Flüssigkristall verwendet, der mit Kohlenstoff-Feinpartikeln gemischt ist, einer Matrixansteuerung in einer Tonanzeige unterworfen.
Die Zelle wurde in der folgenden Weise hergestellt. Glassubstrate, die verwendet wurden, sind 7059-Glasplatten von Corning Glass Works mit einer Abmessung von 52 × 52 × 0,7 mm. Die Elektrode wurde aus ITO hergestellt und durch Sputtern gebildet. Das Elektrodenmuster ist in 22 gezeigt. Der Widerstand von ITO betrug 100 Ω/cm². Die Zelle wurde mittels zwei Glassubstraten so hergestellt, daß die Elektroden gekreuzt sind, wie dies in 23 gezeigt ist. Der Flüssigkristall-Ausrichtungsfilm, der verwendet ist, ist ein schräger SiO-Vakuumabscheidungsfilm, der auf jedem Substrat ausgebildet ist. Die beiden Substrate werden so zusammengebracht, daß die Richtungen der Vakuumabscheidung antiparallel zueinander sind. Der Zellenspalt wurde auf 1,5 μm eingestellt. Ein Flüssigkristall war CS-101 von Tisso Petrochemical Co., Ltd., dem 2 Gew.-% an Kohlenstoff-Feinpartikeln Mogul L beigefügt war.
Spannungswellenformen, die in der Richtung von X des Substrates 1b und in der Richtung von Y des Substrates 1a angelegt sind, sind jeweils in 24 und 25 gezeigt.
Das an der Elektrode zu der Richtung von Y anliegende Signal ist derart, daß die Rücksetzspannung auf 24 V und die Wählspannung auf 20 V eingestellt sind, und daß die Signalimpulsbreite auf 400 μs und die Rücksetzimpulsbreite auf 800 μs, was das Doppelte der Signalimpulsbreite ist, eingestellt sind. Die an der Elektrode in der Richtung von X anliegende Spannung ist derart, daß die Impulsbreite 300 μs wie die Signalspannung beträgt, und die Stärke der Spannung wurde zwischen 10 V und 2,5 V verändert.
26 zeigt ein Anzeigemuster, das gemäß den anliegenden Wellenformen angezeigt ist. Hieraus ist zu ersehen, daß eine Anzeige mit einem guten Ton realisiert ist.
Beispiel 10
Die allgemeine Prozedur von Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß ein 300 Angström dicker Tetrathiafulvalen-Tetracyanoquinodimethan-Ladungstransferkomplexfilm auf dem schrägen SiO-Vakuumabscheidungsfilm von jedem Substrat gebildet wird, worauf sich ein Glühen bei 100°C für eine Stunde anschließt, und daß feine Partikel, die dem Flüssigkristall beigefügt sind, solche von MT-Carbon (Colombia Carbon Co., Ltd.) sind, um dadurch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten.
Die Vorrichtung wird einer Messung der Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem Kontrastverhältnis in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 unterworfen, was herausstellt, daß die analoge Toneigenschaft gegenüber derjenigen der Vorrichtung von Beispiel 1 verbessert ist.
In diesem Beispiel wird bestätigt, daß dann, wenn der Tetrathiafulvalen-Tetracyanoquinodimethan-Komplex (TTF-TCNQ) auf dem schrägen Vakuumabscheidungsfilm gebildet und dann bei 100°C für eine Stunde geglüht wird, wenigstens ein Teil des TTF-TCNQ in einem gewissen Fall unter rhombischen Säulen enthalten sein kann, wie dies in 7B gezeigt ist.
Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hat eine reduzierte Differenz zwischen der anliegenden Spannung und der effektiven Spannung und weist eine Ansprechgeschwindigkeit auf, die um etwa das Zweifache höher als diejenige der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist, welche keinen TTF-TCNQ-Film verwendet.
Beispiel 11
Die allgemeine Prozedur von Beispiel 10 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß ein 100 Angström dicker Ytterbium-Diphthalocyanin-Dünnfilm auf dem schrägen SiO-Vakuumabscheidungsfilm gebildet und bei 150°C für 1 Stunde geglüht wird, um dadurch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten.
Die Vorrichtung wird einer Messung der Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem Kontrastverhältnis in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 unterworfen. Die Ergebnisse sind in 27 gezeigt, welche offenbart, daß die Vorrichtung dieses Beispiels in der analogen Tuneigenschaft insbesondere in einem Niederspannungsbereich gegenüber der Vorrichtung von Beispiel 1 verbessert ist.
Beispiel 12
Mit ITO versehene Glassubstrate, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt sind, werden schräg mit SiO vakuumabgeschieden, wonach jedes Glassubstrat horizontal gehalten und mit einem Vakuumabscheidungsfilm eines Tetrathiafulvalen-Tetracyanoquinodimethan-Komplexes auf dem SiO-Film ausgestattet wird. Die Vakuumabscheidung wird in der folgenden Weise bewirkt. Tetrathiafulvalen (TTF) und Tetracyanoquinodimethan (TNCQ) werden in getrennte Boote gebracht. Um eine Anzahl von Domänen zu bilden, wird anfänglich TTF allein auf dem SiO-Film in einer Dicke von etwa 10 Angström bei einer Substrattemperatur von Raumtemperatur bis 120°C bei einem Druck von 1 × 10^–6 bis 5 × 10^–5 Torr gebildet, worauf sich eine gemeinsame Abscheidung bzw. Ablagerung von TTF bei einer Abscheidungsrate von 1 bis 3 Angström/s und TCNQ bei einer Abscheidungsrate von 0,1 bis 1 Angström/s anschließt. Danach wird TTF weiter einzeln in einer Dicke von etwa 50 Angström oder darüber aufgebaut. Nach der Bildung des Filmes wird der Film bei einer Temperatur von 50 bis 100°C für 30 Minuten bis 2 Stunden geglüht, um die Ausrichtungseigenschaften der Flüssigkristallmoleküle zu verbessern.
Die sich ergebenden zwei Glassubstrate werden mittels eines UV-härtenden Haftstoffes (Photorec von Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) und Polyethylen-Therephthalat-Abstandshaltern mit einem Durchmesser von 9 μm so zusammengebracht, daß die Richtungen der Abscheidung der SiO-Filme antiparallel zueinander sind. Ein nematischer Flüssigkristall (ZLI-2008 von Merck) wird in den Zellspalt injiziert, um eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten.
Die Vorrichtung wird einer Messung eines Vorkippwinkels der Flüssigkristallmoleküle gemäß einer Magnetfeld-Kapazitätsmethode unter Verwendung einer magnetischen Feldstärke von 7,5 bis 8,0 KG unterworfen. In dem Fall wird ein Pixel mit einer Abmessung von 1,2 × 1,2 cm in 25 Domänen mit einer Fläche von etwa 2 mm² unterteilt, wie dies in 28 gezeigt ist. Die unterteilten Domänen (Nummern 1 bis 25) werden jeweils einer Messung eines Vorkippwinkels unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 und in 29A gezeigt.
In diesem Beispiel kann das Glühen des komplexen Filmes dazu führen, daß wenigstens ein Teil des Komplexes unter den rhombischen Säulen des schrägen Vakuumabscheidungsfilmes enthalten ist. In dem Fall zeigt sich wie in dem vorangehenden Beispiel, daß die Ansprechgeschwindigkeit verbessert ist.
Vergleichsbeispiel 3
Die allgemein Prozedur von Beispiel 10 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß der Tetrathiafulvalen-Tetracyanoquinodimethan-Komplexfilm nicht erzeugt und die elektrische Feldbehandlung nicht durchgeführt wird, um so eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten. Die Vorrichtung wird einer Messung eines Vorkippwinkels der Flüssigkristallmoleküle in der gleichen Weise wie in Beispiel 12 unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 und in 29B gezeigt.
Vergleichsbeispiel 4
Die allgemeine Prozedur von. Beispiel 10 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß für die Bildung des Abscheidungsfilmes des Tetrathiafulvalen-Tetracyanoquinodimethan-Komplexes der Komplex, der zuvor vorbereitet wurde, in ein Boot gebracht und einer Vakuumabscheidung bei Raumtemperatur als eine Substrattemperatur, einer Abscheidungsrate von 5 Angström/s und bis zu einer Dicke von 100 Angström unterworfen wird, und daß jegliche Behandlung in einem elektrischen Feld nicht bewirkt wird, um dadurch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu schaffen. Die Vorrichtung wird einer Messung eines Vorkippwinkels der Flüssigkristallmoleküle in der gleichen Weise wie in Beispiel 12 unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 und in 29B gezeigt.
Tabelle 8
Wie aus der Tabelle 8 und 29A ersichtlich ist, hat die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung von Beispiel 12 eine Verteilungsbreite des Vorkippwinkels der Flüssigkristallmoleküle von 9°. Demgemäß ist das Kontrastverhältnis sanft abhängig von der anliegenden elektrischen Feldstärke innerhalb eines gewissen Bereiches gesteigert oder vermindert, um dadurch die analoge Tonanzeige zu ermöglichen.
Dagegen haben, wie aus Tabelle 8 und 29B zu ersehen ist, die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen der Vergleichsbeispiele 3 und 4 jeweils eine kleine Verteilungsbreite des Vorkippwinkels von 4°, so daß die analoge Tonanzeige derjenigen von Beispiel 12 unterlegen ist.
Es ist zu bemerken, daß dann, wenn die Prozedur von Vergleichsbeispiel 4 mit der Ausnahme wiederholt wird, daß Tetrathiafulvalen und Tetracyanoquinodimethan einer gemeinsamen Abscheidung zuerst unterworfen werden, die sich ergebende Vorrichtung ähnliche Ergebnisse wie im Vergleichsbeispiel 4 zeigt.
Beispiel 13
Die allgemeine Prozedur von Beispiel 12 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß Abstandshalter mit einem Durchmesser von 1,4 μm (wahre Kugeln von Catalyst Chemical Co., Ltd.) verwendet werden, um so eine Flüssigkristallzelle zu erhalten. Ein ferroelektrischer Flüssigkristall (CS-101 von Chisso Petrochemical (Co., Ltd.) wird in die Zelle injiziert. Die Zelle wird einer elektrischen Feldbehandlung durch Anlegung einer Frequenz von 100 Hz und einer Rechteckwelle von ±30 V für eine Minute unterworfen, um eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten.
Die Vorrichtung wird einer Messung der Beziehung zwischen der angelegten elektrischen Feldstärke und dem Kontrastverhältnis in der folgenden Weise ausgesetzt. Die Vorrichtung wird mit einer Vorspannung von ±6 V zwanzigmal beaufschlagt und sodann einem V_reset- bzw. V_rücksetz-Impuls von ±30 V mit einer Impulsbreite von 500 μs unter gekreuzten Nicols ausgesetzt, wie dies in 8 gezeigt ist. Danach wird ein V_gray-Impuls, der nicht größer als ±30 V (mit einer Impulsbreite von 500 μs) ist, angelegt. Das Kontrastverhältnis wird aus der Lichtdurchlaßstärke nach der Anlegung des V_reset-Impulses und der Lichtdurchlaßstärke nach der Anlegung des V_gray-Impulses berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 und in 30A gezeigt.
Vergleichsbeispiel 5
Die allgemeine Prozedur von Beispiel 13 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß der Tetrathiafulvalen-Tetracyanoquinodimethan-Komplexfilm nicht gebildet und die elektrische Feldbehandlung nicht bewirkt wird, um dadurch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten. Die Vorrichtung wird einer Bestimmung der Beziehung zwischen der angelegten elektrischen Feldstärke und dem Kontrastverhältnis in der gleichen Weise wie in Beispiel 13 unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 und in 30B gezeigt.
Darüber hinaus wird die allgemeine Prozedur von. Beispiel 13 mit der Ausnahme wiederholt, daß für die Bildung des Abscheidungsfilmes des Tetrathiafulvalen-Tetracyanoquinodimethan-Knmplexes der Komplex, der zuvor vorbereitet wurde, in ein Boot gebracht. und einer Vakuumabscheidung bei Raumtemperatur als einer Substrattemperatur, einer Abschei dungsrate von 5 Angström/s und bei einer Dicke von 100 Angström unterworfen wird und daß jegliche Behandlung in einem elektrischen Feld nicht bewirkt wird, um so eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten. Die Vorrichtung wird einer Messung der Beziehung zwischen dem angelegten elektrischen Feld und dem Kontrastverhältnis unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 und in 30C gezeigt.
Tabelle 9
Wie aus Tabelle 9 und 30A zu ersehen ist, weist die Vorrichtung von Beispiel 13 eine sanfte Steigerung oder Abnahme des Kontrastes abhängig von der Änderung des elektrischen Feldes innerhalb eines gewissen Bereiches auf. Demgemäß ist die Vorrichtung von Beispiel 13 in der Lage, einen analogen Ton anzuzeigen.
Dagegen zeigen die Ergebnisse von Tabelle 9 und 30B und 30C, daß die Vorrichtungen der Vergleichsbeispiele 5 und 6 jeweils eine scharfe Kurve des Schwellenwertes haben und somit keine analoge Toneigenschaft besitzen.
Beispiel 14
Die allgemeine Prozedur von Beispiel 13 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß ein Ytterbium-Diphthalocyanin-Dünnfilm anstelle des Tetrathiafulvalen-Tetracyanoquinodimethan-Komplexfilmes verwendet und der Film nicht der elektrischen Feldbehandlung unterworfen wird, um dadurch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten. Die Vorrichtung wird einer Bestimmung der Beziehung zwischen der angelegten elektrischen Feldstärke und dem Kontrastverhältnis unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 und in 31A gezeigt.
Vergleichsbeispiel 7
Die allgemeine Prozedur von Beispiel 14 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß kein Ytterbium-Diphthalocyanin-Dünnfilm gebildet wird und keine elektrische Feldbehandlung ausgeführt wird, um so eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten. Die Vorrichtung wird einer Bestimmung der Beziehung zwischen der angelegten elektrischen Feldstärke und dem Kontrastverhältnis unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 und in 31B gezeigt.
Tabelle 10
Wie aus Tabelle 10 und 31A zu ersehen ist, ist die Vorrichtung von Beispiel 14 sanft im Kontrastverhältnis abhängig von der elektrischen Feldstärke innerhalb eines gewissen Bereiches gesteigert oder vermindert. Demgemäß ist die Vorrichtung von Beispiel 14 in der Lage, einen analogen Ton anzuzeigen.
Dagegen zeigen die Ergebnisse von Tabelle 10 und 31B, daß die Vorrichtung von Vergleichsbeispiel 7 einen Schwel lenwert hat, der in einer scharfen Kurve liegt und nicht irgendeine analoge Toneigenschaft besitzt.
Beispiel 15
Nach einer schrägen Vakuumabscheidung von SiO auf mit ITO versehenen Glassubstraten, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt sind, wird jedes Glassubstrat horizontal gehalten, auf welchem ein 20 Angström dicker vertikaler SiO-Vakuumabscheidungsfilm auf dem Schrägabscheidung-SiO-Film unter den gleichen Bedingungen wie für den schrägen Vakuumabscheidungsfilm gebildet wird. Nach der Filmerzeugung wird der Film in Luft bei 300°C geglüht.
Die in der obigen Weise erhaltenen zwei Glassubstrate werden mittels Abstandshaltern mit einem Durchmesser von 1,4 μm (wahre Kugeln von Catalyst Chemical Co., Ltd.) und einem UV-härtenden Haftstoff (Photorec von Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) so zusammengebaut, daß die SiO-Vertikal-Vakuumabscheidungsfilme der Substrate einander gegenüberliegen und die Richtungen der Vakuumabscheidung der schrägen SiO-Vakuumabscheidungsfilme antiparallel zueinander sind. Ein ferroelektrischer Flüssigkristall (CS-101 von Chisso Co., Ltd.) wird in den sich ergebenden Zellspalt injiziert, um eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten. Der Flüssigkristall der Vorrichtung wird mit Mikrodomänen mit einem Durchmesser von etwa 10 μm gebildet.
Die Vorrichtung wird mit einer Rechteckwelle von ±30 V bei einer Frequenz von 20 Hz beaufschlagt und dann einer Messung der Beziehung zwischen der angelegten elektrischen Feldstärke und dem Kontrastverhältnis in der gleichen Weise wie in Beispiel 13 unterworfen. Die Ergebnisse sind in 32 gezeigt.
Beispiel 16
Die allgemeine Prozedur von Beispiel 15 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß ein MgF₂-Abscheidungsfilm anstelle des SiO-Vertikal-Abscheidungsfilmes verwendet wird, um so eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten. Die Vorrichtung wird einer Bestimmung der Beziehung zwischen der angelegten elektrischen Feldstärke und dem Kontrastverhältnis in der gleichen Weise wie in Beispiel 15 unterworfen. Die Ergebnisse sind ebenfalls in 32 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 8
Die allgemeine Prozedur von Beispiel 15 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß der SiO-Vertikal-Vakuumabscheidungsfilm nicht gebildet wird, um so eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten. Die Vorrichtung wird einer Bestimmung der Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem Kontrastverhältnis unterworfen. Die Ergebnisse sind in 32 gezeigt.
Wie aus 32 zu ersehen ist, haben die Vorrichtungen der Beispiele 15, 16 eine Breite der Schwellenspannung, die groß wie 3 V/μm ist, und das Kontrastverhältnis ist sanft abhängig von der elektrischen Feldstärke innerhalb eines gewissen Bereiches gesteigert oder vermindert. Demgemäß ermöglichen die Vorrichtungen der Beispiele 15, 16 eine analoge Tonanzeige.
Dagegen hat, wie aus 32 folgt, die Vorrichtung des Vergleichsbeispiels 8 eine Schwellenspannungsbreite, die klein wie ungefähr 1 V/μm ist. Somit weist die Vorrichtung nicht irgendeine analoge Toneigenschaft auf.
Beispiel 17
Nach Bildung des schrägen SiO-Vakuumabscheidungsfilmes auf dem mit ITO versehenen Glassubstrat, das in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt ist, wird ein 40 Angström dicker Ag-Vertikal-Abscheidungsfilm auf dem schrägen SiO-Abscheidungsfilm durch eine Elektronenstrahlmethode gebildet. Die Methode wird unter Bedingungen einer Substrattemperatur von Raumtemperatur, eines Vakuumgrades von 9 × 10⁶ Torr und einer Abscheidungsrate von 1 Angström/s ausgeführt.
Die beiden Glassubstrate werden auf diese Weise erhalten und mittels Abstandshaltern mit einem Durchmesser von 1,4 μm (wahre Kugeln von Catalyst Chemical Co., Ltd.) und eines UV-härtenden Haftstoffes (Photorec von Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.) so zusammengebaut, daß die Ag-Vertikalfilme einander gegenüberliegen und die Richtungen der Vakuumabscheidung der schrägen SiO-Abscheidungsfilme antiparallel zueinander sind, um dadurch eine Flüssigkristallzelle zu erhalten. Ein ferroelektrischer Flüssigkristall (CS-101 von Chisso Co., Ltd.) wird in den Zellspalt injiziert, um eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten.
Die Vorrichtung wird mit einer Rechteckwelle von ±30 V bei einer Frequenz von 20 Hz für eine Minute beaufschlagt, wonach sie einer Bestimmung der Beziehung zwischen der angelegten elektrischen Feldstärke und dem Kontrastverhältnis in der gleichen Weise wie in Beispiel 15 unterworfen wird. Die Ergebnisse sind in 33 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 9
Die allgemeine Prozedur von Beispiel 17 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß der Ag-Vertikal-Abscheidungsfilm nicht gebildet wird, um dadurch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten. Die Beziehung zwischen der angelegten elektrischen Feldstärke und dem Kontrastverhältnis wird bestimmt. Die Ergebnisse sind in 33 gezeigt.
Wie aus 33 zu ersehen ist, hat die Vorrichtung von Beispiel 17 eine Schwellenwertbreite, die groß wie ungefähr 3 V/μm ist, und das Kontrastverhältnis nimmt abhängig von der elektrischen Feldstärke innerhalb eines gewissen Bereiches sanft zu oder ab. Somit hat die Vorrichtung eine analoge Toneigenschaft. Dagegen hat, wie aus 33 zu ersehen ist, die Vorrichtung des Vergleichsbeispiels 9 eine Schwellenspannungsbreite, die klein wie ungefähr 1 μm ist. Somit weist die Vorrichtung nicht irgendeine Grauskalenanzeige auf.
Beispiel 18
Die allgemeine Prozedur von Beispiel 17 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß ein Au-Film durch Sputtern oder Zerstäuben anstelle des Ag-Vertikal-Abscheidungsfilmes gebildet wird, um dadurch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten. Die Vorrichtung wird einer Bestimmung der Beziehung zwischen der angelegten elektrischen Feldstärke und dem Kontrastverhältnis in der gleichen Weise wie in Beispiel 15 unterworfen, in welchem die Vorspannung ±2,5 V und der Rücksetzimpuls V_reset ± 25 V betragen. Die Ergebnisse sind in 34 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 10
Die allgemeine Prozedur von Beispiel 18 wird mit der Ausnahme wiederholt, daß der Au-Vertikal-Abscheidungsfilm nicht gebildet wird, um dadurch eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu erhalten. Die Beziehung zwischen der angelegten elektrischen Feldstärke und dem Kontrastverhältnis wird bestimmt. Die Ergebnisse sind in 34 gezeigt.
Wie aus 34 zu ersehen ist, hat die Vorrichtung von Beispiel 18 eine Schwellenwertbreite, die groß wie ungefähr 3 V/μm ist, und der Kontrast ist leicht bzw. sanft abhängig von der elektrischen Feldstärke innerhalb eines gewissen Bereiches gesteigert oder vermindert. Demgemäß kann die Vorrichtung von Beispiel 18 einen analogen Ton anzeigen.
Dagegen hat, wie aus 34 zu ersehen ist, die Vorrichtung des Vergleichsbeispiels 10 eine Schwellenwertbreite, die klein wie etwa 1 V/μm ist, und sie weist demgemäß eine schwache analoge Toneigenschaft auf.
Vergleichsbeispiel 11
Eine FLC-Anzeigevorrichtung wird gemäß Information hergestellt, wie diese in der oben angegebenen japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 3-276126 offenbart ist.
Ein Polyimid JALS-246 von Japan Synthetic Rubber Co., Ltd., wird mit einer Dicke von 500 Angström auf ein mit einer transparenten ITO-Elektrode versehenes Glassubstrat unter einer Länge von 40 mm, einer Breite von 25 mm und einer Dicke von 3 mm schleudergeschichtet. Das ITO hat einen Oberflächenwiderstand von 100 Ω/cm² und ist mit einer Dicke von 500 Angström gebildet. Das Schleuderbeschichten wird unter Bedingungen von 300 U/min für 3 Sekunden und 3000 U/min für 30 Sekunden bewirkt. Das mit Polyimid beschichtete Glassubstrat wird dreimal mit einer Reibvorrichtung, die ein Rayon- oder Kunstseidegewebe hat, das fest um eine Walze gewickelt ist, unter Bedingungen einer Haareindrücktiefe von 0,15 mm, einer Frequenz der Walze von 94 U/min und einer Stufenvorschubgeschwindigkeit von 5 cm/min gerieben.
Aluminiumoxidteilchen mit einer Größe von 0,5 μm werden über das Substrat mittels einer Abstand-Sprühmaschine von Sonokom Co., Ltd., bei einer Rate von 300 Partikel/mm² gesprüht. Dies geschieht deshalb, weil das Sprühen einer größeren Anzahl von Partikeln zu einer Koagulation der Aluminiumoxid-Partikel führt. Abstandshalter mit einer Größe von 2 μm werden weiterhin mittels der gleichen Maschine gesprüht. In diesem Fall beträgt die Sprühdichte 25 Partikel/mm².
Ein anderes Glassubstrat wird vorgesehen und mit einem Abdichtmittel von Structobond von Mitsui-Toatsu um einen Umfangsrand hiervon versehen. Beide Substrate werden ausgerichtet, nachdem ein gleichmäßiger Druck oder eine Kraft auf die Substrate zur Einwirkung gebracht wurde, bis ein einheitlicher Spalt von 1,7 μm aufgebaut ist. Zwei Zellen werden so hergestellt, daß die Richtungen der Ausrichtung parallel bzw. antiparallel zueinander sind. Der Druck beträgt 1 kg/cm². Während des Verbindens werden die jeweiligen Zellen in einen Heißluftheizer gebracht und bei 180°C für 2 Stunden belassen, um das Abdichtungsmittel auszuhärten. Danach wird der Zellspalt der jeweiligen Zellen mittels eines Zellspaltmeßinstrumentes von Ohtsuka Electronic Co., Ltd. gemessen, was zeigt, daß der Spalt über der Zelle zu 1,7 μm ± 0,1 μm gesteuert ist.
Eine ferroelektrische Flüssigkristallzusammensetzung von ZLI 3775 von Merck Co., Ltd., wird bei 80°C unter Vakuum entgast und auf 110°C in einem isotropen Temperaturbereich erwärmt, woran sich eine Injektion in die jeweiligen Zellen unter Vakuum anschließt. Die Injektion nimmt 1,5 Stunden in Anspruch. Sodann werden die Zellen jeweils auf Raumtemperatur zum Abkühlen gebracht. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Zelle zwischen gekreuzte Polarisationsplatten gelegt und einer Beobachtung der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle durch ein Mikroskop sowie einer Messung der elektrooptischen Eigenschaften unterworfen.
1) Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle
Wenn bei der in 35 gezeigten Parallelausrichtungszelle die Zelle insgesamt nach Schwarz gedreht wird, tritt ein Lichtlecken um die Abstandshalter auf. Dies ist die Hauptursache, warum der Zellkontrast vermindert ist, was zu einer Absenkung eines Schwarzpegels führt.
Da der ferroelektrische Flüssigkristall in einem Doppelbrechungsmodus anzeigt, muß der Zellspalt in eine sehr genau gleichmäßige, optimale Dicke gesteuert werden. Jedoch dienen an Teilen, an denen Aluminiumoxidpartikel mit einer Abmessung von 0,5 μm dispergiert wurden, die Partikel als Abstandshalter. Der durch die Abstandshalter hervorgerufene Spalt weicht stark von einem optimalen Zellspalt ab, so daß ein Farbschattieren hervorgehoben beobachtet wird. Es braucht nicht betont zu werden, daß dies zu einer beträchtlichen Verminderung der Anzeigequalität führt. Dies wird aufgrund des Abstandshalters angenommen, dessen Abmessung ausreichend groß für die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes ist. Eine unerwünschte Steigerung in der Sprühdichte der Abstandshalter führt zu einem Lichtlecken um die Abstandshalter, was zu einer ungünstigen Verminderung des Kontrastes führt.
Jedoch geht die Sternenlichttexturstruktur, die auf der vorliegenden Erfindung beruht, auf die Dispersion von ultrafeinen Partikeln zurück, was so das Lichtlecken reduziert. Zusätzlich wird die Verteilung eines effektiven elektrischen Feldes infolge der Verteilung der dielektrischen Konstanten wirksam hervorgerufen, ohne die Ausrichtung des Flüssigkristalles zu stören.
Für die antiparallele Ausrichtungszelle ist die Ausrichtungstextur der Flüssigkristallmoleküle derart, daß feine Streifen in der Größenordnung von μm längs der Richtung der Ausrichtungsbehandlung beobachtet werden. Wenn die Zelle insgesamt in einem Schwarzzustand gehalten wird, tritt ein Lichtlecken um die Abstandshalter auf. Dies verursacht eine Verminderung des Schwarzpegels, was eine Hauptursache für eine Verringerung des Kontrastes der Zelle ist. Eine Anzahl von Defekten, die um die Abstandshalter gefunden werden, wird als Hauptursache für das Lichtlecken angesehen.
2) Elektrooptischer Effekt
Parallele Ausrichtungszelle: ein Rücksetzimpuls mit einer Spannung von 30 V und einer Impulsbreite von 1 ms wird in bipolarer Weise angelegt, wonach ein Signalimpuls mit einer Impulsbreite von 1 ms angelegt wird, während eine Spannung von 1 bis 30 V verändert wird, worauf bestimmt wird, wie die Veränderung in der Durchlässigkeit von derjenigen eines bistabilen ferroelektrischen Flüssigkristalles abweicht.
Als ein Ergebnis wird gefunden, daß dann, wenn die Spannung angelegt ist, während sie sich ändert, es nicht mikroskopisch beobachtet wird, daß die Flüssigkristallmoleküle beginnen, sich von dem oberen Teil der Abstandshalter aus zu bewegen, und es wird ermittelt, daß die molekulare Ausrichtung des Flüssigkristalles bei dem oberen Teil der Abstandshalter verteilt ist und überhaupt nicht gleichmäßig ist (d. h. in einem vollständig schwarzen Zustand werden die oberen Teile als ein heller Fleck beobachtet, und in einem vollständig weißen Zustand werden sie als ein schwarzer Fleck beobachtet, was in jedem Fall den Kontrast mindert). In diesem Zustand sollte Bezug genommen werden auf 35.
Hinsichtlich eines invertierten Schaltens ist zu beobachten, daß eine Inversion in einem gewissen Fall von den Abstandshalterteilen und deren Nachbarschaft stattfindet oder von anderen Teilen in einem gewissen Fall beginnt. Das heißt, das invertierte Schalten tritt nicht immer von den Abstandshalterteilen und deren Nachbarschaft auf.
Es ist von Bedeutung zu bemerken, daß dann, wenn die Inversion stattfindet, die Domänen sich ausdehnen, und daß dann, wenn die Ausdehnung die Breite einer Schwellenspannung hat, diese auch die Breite einer Schaltspannung aufweisen sollte. Jedoch wird eine kleine Ausdehnung in der Breite der Schwellenspannung im Vergleich mit herkömmlichen Systemen beobachtet. Die Breite der Schwellenspannung wird zu 1 V gefunden. Die Änderung beim Schalten einer Domäne wird geprüft durch Ändern. der Spannung in einem Gleichstrommodus, wonach gefunden wird, daß die Domäne von einem typischen Boot-Typus ist. Da darüber hinaus einige Zickzack-Defekte an Endteilen der Zelle gefunden werden, wird die Zellstruktur als eine Zickzackstruktur bestätigt. Die Schaltcharakteristik der Zelle ist derart, daß die Inversi on in einem gewissen Fall bei den Abstandshalterteilen und deren Nachbarschaft stattfinden kann. Demgemäß ist die Zelle überhaupt nicht auf einem Pegel einer Tonanzeige in einem Pixel.
Antiparallele Ausrichtungszelle: ein Rücksetzimpuls mit einer Spannung von 30 V und einer Impulsbreite von 1 ms wird in bipolarer Weise angelegt, wonach ein Signalimpuls mit einer Impulsbreite mit 1 ms angelegt wird, während eine Spannung von 1 bis 30 V verändert wird, wonach bestimmt wird, wie die Änderung in der Durchlässigkeit von derjenigen eines bistabilen ferroelektrischen Flüssigkristalles abweicht.
Als ein Ergebnis wird gefunden, daß dann, wenn die Spannung anliegt, während sie verändert wird, mikroskopisch nicht beobachtet wird, daß die Flüssigkristallmoleküle beginnen, sich von dem oberen Teil der Abstandshalter zu bewegen, und es wird bestätigt, daß ein Schalten längs feinen Streifen in der Größenordnung von μm stattfindet, was längs der Richtung der Reibbehandlung in Erscheinung tritt. An dem oberen Teil der Abstandshalter ist die Molekülausrichtung des Flüssigkristalles gestört und nicht gleichmäßig (vgl. 35).
Die Sprühdichte der Abstandshalter wird dann verändert, um deren Einfluß zu prüfen. Als ein Ergebnis wird experimentell bestätigt, daß bei einer Zelle, bei der die Sprühdichte in dem Bereich von 0 bis 500 Partikel/mm² liegt, die Schaltcharakteristik der Zelle insgesamt gerade wie der obige Fall ist, der eine Sprühdichte von 300 Partikel/mm² verwendet.
Die Änderung im Zellspalt wird ebenfalls mittels eines Mittelwertes von 1,8 μm und 1,5 μm für die parallele Ausrichtung geprüft (in jedem Fall wird der Zellspalt innerhalb ±0,1 μm gesteuert). Ähnliche Vorrichtungskennlinien, wie diese oben erläutert sind, werden erhalten. Mit der antiparallelen Ausrichtung werden die Zellen, die Zellspalten mit Mittenwerten von 1,5 μm bzw. 1,8 μm verwenden, geprüft, wobei ähnliche Ergebnisse erhalten werden.
Aus den obigen Ergebnissen ist zu ersehen, daß die Anzeigevorrichtungen der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 3-276126, die genau gemäß deren Beispiele untersucht wurden, nicht einen derartigen Effekt, wie dieser in der Anmeldung herausgestellt ist, bezüglich der Tonanzeige liefern. Somit ist experimentell bestätigt, daß solche Vorrichtungen nicht auf einem Niveau für einen praktischen Gebrauch sind.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere an Beispielen beschrieben, und die Ausführungsbeispiele der Erfindung können innerhalb des Bereiches der Erfindung weiter verändert oder modifiziert werden.
Beispielsweise können verschiedene Veränderungen an den Typen der Flüssigkristalle, den Typen der Materialien, Strukturen und Gestalten für die jeweiligen Glieder der Flüssigkristallvorrichtung, der Art des Zusammenbauens der Vorrichtung und den physikalischen Eigenschaften und Typen der ultrafeinen Partikel, die zum Bilden von feinen Mikrodomänen verwendet werden, vorgenommen werden. Außerdem kann die Art des Zusatzes der ultrafeinen Partikel verändert werden, und solche Partikel können nicht nur in Flüssigkristallen, sondern auch auf oder in dem Ausrichtungsfilm verteilt werden. Dies gilt für andere Ausführungsbeispiele zum Erzeugen der Mikrodomänen durch Aufbauen eines Filmes, wie beispielsweise eines Ladungstransferkomplexes.
Wie oben erläutert wurde, zeichnet sich die Sternenlichttextur-Struktur, die auf der vorliegenden Erfindung beruht, dadurch aus, daß zwei oder mehr Spitzen der Röntgenstrahl-Beugungsspektren bei einem Einfallswinkel α von Röntgenstrahlen von nicht größer als 90° vorliegen. Die zwei oder mehr Spitzen können bei einem Einfallswinkel vorliegen, der nicht kleiner als 90° ist. Zusätzlich sollten wenigstens zwei Spitzen bei dem Einfallswinkel α vorliegen, die entweder nicht größer oder nicht kleiner als 90° sind. Dies unterscheidet sich wesentlich von herkömmlichen Flüssigkristallzellen, die einen derartigen Schichtneigungswinkel haben, daß lediglich eine Spitze in der Nähe des Winkels α von 90° oder lediglich eine Spitze bei einem Winkel α, der nicht größer oder nicht kleiner als 90° ist, vorliegt.
In den vorangehenden Beispielen wurden Flüssigkristallvorrichtungen, die zur Verwendung in Anzeigevorrichtungen geeignet sind, beschrieben, da es vorteilhaft ist, einen Halbton insbesondere mit den Anzeigevorrichtungen zu realisieren. Die Flüssigkristallvorrichtungen der Erfindung können nicht nur auf Anzeigevorrichtungen, sondern auch auf Filter, Verschlüsse, einen Anzeigerahmen oder -schirm eines Büroautomationsgeräts und Phasensteuervorrichtungen, wie beispielsweise zum Wobbeln, angewandt werden. In allen diesen Vorrichtungen kann die Durchlässigkeit oder das Kontrastverhältnis, die bzw. das von der Ansteuerspannung abhängt, die eine derartige Schwellenspannungsbreite hat, wie dies oben erläutert ist, verwendet werden, um ein Verhalten zu erzielen, wie dieses beim Stand der Technik nicht erreicht wird.
Zusammenfassend umfaßt die Flüssigkristallvorrichtung der Erfindung ein Paar von Substraten und einen dazwischen vorgesehenen Flüssigkristall und ist dadurch gekennzeichnet, daß Domänen, deren Schwellenspannungen zum Schalten des Flüssigkristalles dienen, im Flüssigkristall fein verteilt sind. Insbesondere liegen Mikrodomänen, deren Schwellenspannungen (V_th) voneinander abweichen, in einem Pixel vor, so daß die Durchlässigkeit der Mikrodomänen relativ sanft abhängig von einer anliegenden Spannung verändert werden kann. Wenn innerhalb einer Domäne die Flüssigkristallmoleküle bistabil sind, wird eine Speicherfunktion aufgeprägt. Somit können flackerfreie Stehbilder erzeugt werden. Da ein Pixel aus Domänen besteht, deren Schwellenspannungen voneinander abweichen und eine Abmessung in der Größenordnung von μm haben, kann darüber hinaus eine analoge kontinuierliche Tonanzeige bei hohem Kontrast ermöglicht werden. Die Gradation oder Abstufung kann realisiert werden, ohne auf einen spezifischen Typ eines Pixels und eine spezifische Art der Ansteuerung zurückzugreifen, und eine derartige Flüssigkristallvorrichtung kann mit niedrigen Kosten in einfacher und zuverlässiger Weise hergestellt werden.

Claims

Ferroelektrische Flüssigkristalleinrichtung, mit einem Paar Substrate (1a, 1b) und einem Flüssigkristall (5), welcher zwischen den gepaarten Substraten (1a, 1b) vorgesehen ist, wobei feine Domänen, deren Durchbruchsspannungen oder Schwellenspannungen zum Schalten des Flüssigkristalls (5) voneinander verschieden sind, im Flüssigkristall (5) fein verteilt sind, wobei feine Teilchen (10) im Flüssigkristall (5) derart dispergiert sind, dass die feinen Domänen dadurch ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die feinen Teilchen (10) aus einem Element oder Bestandteil bestehen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, die gebildet wird von Ruß und Mischungen aus Ruß und Titanoxid.
Flüssigkristalleinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die feinen Teilchen (10) Oberflächen aufweisen, deren pH-Wert nicht kleiner ist als 2.
Flüssigkristalleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welcher die feinen Teilchen (10) im Flüssigkristall in einem Anteil oder in einer Menge dispergiert sind, die nicht größer ist als 50 Gew.-%.
Flüssigkristalleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der Ruß erhalten wurde aus einem Ofenprozess (furnace process).
Flüssigkristalleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher das Element oder der Bestandteil amorphes Titanoxid aufweist.
Flüssigkristalleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die feinen Teilchen eine gesteuerte oder geregelte Größenverteilung derart aufweisen, dass eine Grauwert- oder Grauskalenanzeigecharakteristik erzielt wird.
Flüssigkristalleinrichtung nach Anspruch 6, bei welcher die Größenverteilung der feinen Teilchen eine Standardabweichung von nicht weniger als 9 nm aufweist.
Flüssigkristalleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher die feinen Teilchen eine spezifische Dichte aufweisen, die das 0,1-fache bis 10-fache der des Flüssigkristalls beträgt.
Flüssigkristalleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher die feinen Teilchen oberflächenbehandelt sind, um ihr Dispergiervermögen zu verbessern.