DE3854751T2

DE3854751T2 - Vorrichtung mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall.

Info

Publication number: DE3854751T2
Application number: DE3854751T
Authority: DE
Inventors: Yukio Hanyu; Yutaka Inaba; Akira Tsuboyama; Toshiharu Uchimi; Masataka Yamashita; Akio Yoshida
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-06-12
Filing date: 1988-06-13
Publication date: 1996-06-13
Anticipated expiration: 2008-06-14
Also published as: US5099344A; EP0294852B1; ATE131290T1; EP0294852A2; ES2080046T3; DE3854751D1; EP0294852A3

Description

FACHGEBIET DER ERFINDUNG UND VERWANDTER STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, vor allem eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die in bezug auf Umschaltstörungen bei der Multiplexansteuerung (Ansteuerung im Multiplexbetrieb) verbessert worden ist.
Clark und Lagerwall haben eine Flüssigkristallvorrichtung vorgeschlagen, die Bistabilität zeigt (US-Patentschrift Nr. 4 367 924; Japanische Offengelegte Patentanmeldung JP-A (Kokai) Sho. 56- 107216 usw.).
Als bistabiler Flüssigkristall wird im allgemeinen ein ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet, der eine chirale smektische C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) zeigt.
So ein ferroelektrischer Flüssigkristall zeigt Bistabilität, d. h., er hat zwei stabile Zustände, die einen ersten stabilen Zustand und einen zweiten stabilen Zustand umfassen. Folglich wird der Flüssigkristall im Unterschied zu dem herkömmlichen TN-Flüssigkristall (dem verdrillt nematischen Flüssigkristall; TN = "twisted nematic") in der vorstehend erwähnten Vorrichtung als Reaktion auf einen elektrischen Feldvektor zu dem ersten stabilen Zustand und als Reaktion auf den anderen elektrischen Feldvektor zu dem zweiten stabilen Zustand orientiert. Ferner nimmt diese Art von Flüssigkristall als Reaktion auf ein elektrisches Feld, das darauf einwirken gelassen bzw. daran angelegt wird, sehr schnell einen der vorstehend erwähnten zwei stabilen Zustände an und behält den Zustand in Abwesenheit eines elektrischen Feldes bei. Durch Ausnutzung dieser Eigenschaften können in bezug auf verschiedene Schwierigkeiten, die die herkömmliche TN-Flüssigkristallvorrichtung mit sich bringt, wie z. B. schlechte Sichtwinkeleigenschaften wesentliche Verbesserungen erzielt werden.
Um so eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung auf ein Anzeigefeld mit einer großen Fläche anzuwenden, z. B. auf ein Anzeigefeld mit mehr als 100 Abtastzeilen, das mit einer Bildwechselfrequenz von 30 Hz angesteuert wird (wie es z. B. in den US-Patentschriften Nrn. 4 548 476; 4 655 561 usw. offenbart ist), ist es notwendig, einen ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer hohen Ansprechgeschwindigkeit zu verwenden. Zu diesem Zweck muß der ferroelektrische Flüssigkristall eine spontane Polarisation Ps von 2 nC/cm² oder größer und vorzugsweise von 10 nC/cm² oder größer für ein Anzeigefeld mit einer noch höheren Bildelementdichte haben.
Übrigens ist die Flüssigkristallschicht bei einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung, die mit einem bistabilen Zustand wie vorstehend beschrieben versehen ist, in einer sehr geringen Dicke von im allgemeinen 2 µm oder weniger angeordnet. Infolgedessen hat sich wegen feiner Teilchen, die in die Vorrichtung eingemischt sind, das Problem eines Kurzschlusses zwischen oberen und unteren Elektroden ergeben. Aus diesem Grund ist angenommen worden, daß es notwendig ist, die jeweiligen Elektroden mit einem isolierenden Film zur Verhinderung von Kurzschluß in einer Dicke von 20 nm (200 Å) oder mehr und vor allem von 50 nm (500 Å) oder mehr mit einem isolierenden Material, wie es nachstehend beschrieben wird, zu beschichten.
Gemäß unseren Versuchen ist jedoch beobachtet worden, daß durch das Vorhandensein eines isolierenden Films in einer Dicke von 20 nm (200 Å) oder mehr, wie er vorstehend beschrieben wurde, und vor allem eines anorganischen isolierenden Films eine Umkehrschaltung von einem ersten Orientierungszustand zu einem zweiten Orientierungszustand eines ferroelektrischen Flüssigkristalls behindert wird, wobei die Neigung zur Behinderung auffälliger wird, wenn ein ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet wird, der eine größere spontane Polarisation zeigt. Als Folge ist unter diesem Gesichtspunkt die Erhöhung der spontanen Polarisation eines ferroelektrischen Flüssigkristalls, die für eine Vergrößerung eines Anzeigefeldes mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall erforderlich ist, eingeschränkt gewesen.
Damit eine optische Modulationsvorrichtung, bei der ein Flüssigkristall, der Bistabilität zeigt, verwendet wird, ein gewünschtes Ansteuerungsverhalten realisieren kann, ist es ferner notwendig, daß ein Flüssigkristall, der zwischen einem Paar parallelen Grundplatten angeordnet ist, eine derartige Molekülanordnung hat, daß Moleküle unabhängig vom Anlegen bzw. von der Einwirkung eines elektrischen Feldes wirksam zwischen zwei stabilen Zuständen umgeschaltet werden können. Im Zusammenhang mit ferroelektrischen Flüssigkristallen, die eine SmC*- oder SmH*- Phase haben, ist es beispielsweise notwendig, daß ein Bereich (Monodomäne) gebildet wird, wo sich Flüssigkristallschichten, die eine SmC*- oder SmH*-Phase haben, senkrecht zu den Oberflächen der Grundplatten erstrecken, d. h., daß die Flüssigkristallachse im wesentlichen parallel zu den Oberflächen ausgerichtet ist.
Als Verfahren zur Ausrichtung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls ist die Anwendung eines Ausrichtungseinstellungsfilms, der einer Behandlung zur uniaxialen Orientierung oder Ausrichtung wie z. B. Reiben oder schräger Aufdampfung unterzogen worden ist, bekannt gewesen. Ein bekannter Ausrichtungseinstellungsfilm hat aus einem dielektrischen Material wie z. B. aromatischem Polyimid, Polyamid, Polyvinylalkohol usw. bestanden.
Die JP-A 61-170 726 offenbart eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die ein Paar Elektrodengrundplatten und eine darauf gebildete dünne Schicht mit einer hohen Dielektrizitätskonstante umfaßt und zwischen dem Paar Elektrodengrundplatten eine Flüssigkristallschicht hält. Auf der dielektrischen Schicht kann eine Ausrichtungsschicht bereitgestellt sein.
Gemäß unserem Versuch ist bei der Multiplexansteuerung die normale Umschaltwirkung ausgeblieben, als ein Ausrichtungseinstellungsfilm aus so einem gewöhnlichen dielektrischen Material angewendet wurde.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristallvorrichtung bereitzustellen, die die vorstehend erwähnten Probleme gelöst hat.
Es ist eine speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verhinderung von Kurzschluß zwischen oberen und unteren Elektroden sicherzustellen und ferner bei einer Flüssigkristallvorrichtung für die Multiplexansteuerung, die ein oberes und ein unteres Substrat umfaßt, die je mit einer großen Zahl von Elektroden versehen sind, wobei zwischen den Elektroden ein ferroelektrischer Flüssigkristall angeordnet ist, für ein verbessertes Umschaltverhalten zu sorgen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt. Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei einer Berücksichtigung der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klarer werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2A bis 21 sind Schnittzeichnungen entlang der Linie A-A in Fig. 1 und zeigen jeweils eine Querschnittsstruktur einer Ausführungsform der Vorrichtung;
Fig. 3 ist eine schematische Schnittzeichnung einer Vorrichtung zur schrägen Aufdampfung, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Zeichnung, die Molekülorientierungszustände eines ferroelektrischen Flüssigkristalls mit einer schraubenförmigen Struktur zeigt;
Fig. 5 ist eine schematische perspektivische Zeichnung, die Molekülorientierungszustände eines ferroelektrischen Flüssigkristalls mit einer nicht schraubenförmigen Struktur zeigt (wobei der Flüssigkristall in einer Schicht angeordnet ist, die dünn genug ist, um die schraubenförmige Struktur, die einem chiralen smektischen Flüssigkristall eigen ist, in Abwesenheit eines elektrischen Feldes zu lockern bzw. abzuwickeln);
Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht, die Molekülorientierungszustände eines ferroelektrischen Flüssigkristalls unter Anlegen von Spannung und in Abwesenheit einer Spannung zeigt;
Fig. 7 ist ein Schaltschema eines Geräts zur Messung der spontanen Polarisation, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
Fig. 8 ist eine Kennliniendarstellung, die einen elektrooptischen Effekt eines ferroelektrischen Flüssigkristalls zeigt;
Fig. 9A ist eine Kennliniendarstellung, die einen elektrooptischen Effekt einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung außerhalb der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 9B ist eine Kennliniendarstellung, die einen elektrooptischen Effekt einer ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 10 ist ein Spannungs-Kurvenformdiagramm von Ansteuerungsimpulsen; und
Fig. 11 und 12 sind Diagramme, die Beziehungen zwischen angelegten Spannungs-Kurvenformen und der optischen Antwort bzw. Reaktion (optischen Resonanz) in Beispiel 1 bzw. Vergleichsbeispiel 1 zeigen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und Figuren 2A bis 2E sind Schnittzeichnungen jeweils entlang der Linie A-A in Fig. 1 und zeigen jeweils eine Schnittzeichnung einer Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und irgendeine der Fig. 2A bis 2E umfaßt eine Zellenstruktur 100 ein Paar Substrate 101a und 101b, die aus Glasplatten oder Kunststoffplatten hergestellt sind, mit Abstandshaltern 104 mit einem vorgegebenen Zwischenraum gehalten werden und mit einem Klebstoff 106 abgedichtet sind, um eine Zellenstruktur zu bilden. Auf dem Substrat 101a ist ferner eine Elektrodengruppe (z. B. eine Elektrodengruppe zum Anlegen von Abtastspannungen einer Matrixelektrodenstruktur) gebildet, die eine Vielzahl von lichtdurchlässigen Elektroden 102a in einem vorgegebenen Muster, z. B. einem Streifenmuster, umfaßt. Auf dem Substrat 101b ist eine andere Elektrodengruppe (z. B. eine Elektrodengruppe zum Anlegen von Signalspannungen der Matrixelektrodenstruktur) gebildet, die eine Vielzahl von lichtdurchlässigen Elektroden 102b, die sich mit den lichtdurchlässigen Elektroden 102a kreuzen, umfaßt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann mindestens eine Gruppe der lichtdurchlässigen Elektroden 102a und 102b mit einem isolierenden Film, wie er vorstehend beschrieben wurde, als Ausrichtungseinstellungsfilm oder isolierender Film zur Verhinderung von Kurzschluß beschichtet sein.
Die Vorrichtung von Fig. 2A hat einen Ausrichtungseinstellungsfilm 105b, der auf einem Substrat 101b angeordnet ist; die Vorrichtung von Fig. 2B hat Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b, die auf beiden Substraten 101a und 101b angeordnet sind; die Vorrichtung von Fig. 2C hat auf einem Substrat 101b einen isolierenden Film 109b zur Verhinderung von Kurzschluß und einen Ausrichtungseinstellungsfilm 105b und auf dem anderen Substrat 101a einen Ausrichtungseinstellungsfilm 105a; die Vorrichtung von Fig. 2D hat auf beiden Substraten 101a und 101b isolierende Filme 109a und 109b zur Verhinderung von Kurzschluß und Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b; und die Vorrichtung von Fig. 2E hat nur auf einem Substrat 105b einen isolierenden Film 109b zur Verhinderung von Kurzschluß und darauf einen Ausrichtungseinstellungsfilm 105b.
Die Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b können aus einem anorganischen isolierenden Material wie z. B. Siliciummonoxid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Magnesiumfluorid, Ceroxid, Cerfluorid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid und Bornitrid oder einem organischen isolierenden Material wie z. B. Polyvinylalkohol, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Poly-p-xylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polystyrol, Polyethylen, Celluloseharz, Melaminharz, Harnstoffharz und Acrylharz bestehen. Der vorstehend erwähnte Film aus einem anorganischen isolierenden Material kann auch als isolierender Film zur Verhinderung von Kurzschluß wirken. Die Ausrichtungsfilme 105a und 105b bestehen insbesondere bei den in Fig. 2A und 2B gezeigten Flüssigkristallvorrichtungen aus einem anorganischen isolierenden Film, der in Kombination die Funktionen der Einstellung der- Ausrichtung und der Verhinderung von Kurzschluß zeigt.
Die Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b können gebildet werden, indem zuerst ein Film aus einem anorganischen isolierenden Material oder einem organischen isolierenden Material wie vorstehend beschrieben gebildet und dann seine Oberfläche mit Samt, Tuch bzw. Gewebe, Papier usw. in einer Richtung gerieben wird, um die Filme mit einer uniaxialen Orientierungsachse zu versehen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b aus einem Polyimid bestehen, wie es in den US-Patentschriften Nrn. 2 710 853; 2 712 543; 2 900 369; 3 073 784; 3 179 643 usw. offenbart ist. Eine bevorzugte Klasse von Polyimiden sind die, die Struktureinheiten haben, die durch die folgende Formel (I) wiedergegeben werden:
worin R&sub1; eine vierwertige aliphatische Gruppe ist und n 0 oder 1 ist. Das Polyimid, das eine Struktureinheit hat, die durch die vorstehende Formel (I) wiedergegeben wird, kann durch Dehydrocyclisierung (d. h. Dehydrierung und Ringschluß) eines sogenannten Polysäureamids, das ein Polykondensationsprodukt eines Tetracarbonsäureanhydrids und eines Diamins ist, synthetisiert werden.
Für das Polymerisationsverfahren zum Bewirken der Polykondensation gibt es keine besondere Einschränkung, sondern es kann von der Lösungspolymerisation, der Grenzflächenpolymerisation, der Massepolymerisation und der Festphasenpolymerisation irgendeine gewählt werden. Ferner -kann die vorstehend erwähnte Polyimidbildungsreaktion als einstufiges Verfahren ohne Isolierung des als Zwischenprodukt erzeugten Polysäureamids oder als zweistufiges Verfahren, bei dem das erzeugte Polysäureamid isoliert und dann einem Dehydrierungsringschluß zu einem Polyimid unterzogen wird, durchgeführt werden.
Ein allgemein bevorzugtes Verfahren für die Polymerisation ist ein Lösungsverfahren. Das Lösungsmittel für die Lösung kann insofern irgendeines sein, als es das erzeugte Polysäureamid löst. Typische Beispiele für das Lösungsmittel können N,N-Dimethylformamid, N,N-Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, N-Methylcaprolactam, Dimethylsulfoxid, Tetramethylharnstoff, Pyridin, Dimethylsulfolan, Hexamethylphosphamid und Butyrolacton einschließen. Diese Lösungsmittel können einzeln oder in Form einer Mischung verwendet werden. Ferner kann ein Lösungsmittel, das ein Polysäureamid allein nicht löst, einem Lösungsmittel, das vorstehend erwähnt wurde, in einem derartigen Maße zugesetzt werden, daß die resultierende Lösungsmittelmischung das Polysäureamid lösen kann.
Als Reaktionstemperatur der Polykondensation für die Herstellung des Polysäureamids kann irgendeine in dem Bereich von -20ºC bis 150ºC und vor allem in dem Bereich von -5ºC bis 100ºC gewählt werden.
Für die vorliegende Erfindung kann das Polysäureamid durch Dehydrocyclisierung - normalerweise unter Erhitzen - in ein Polyimid umgewandelt werden. Als Temperatur für die Dehydrocyclisierung kann irgendeine von 150ºC bis 400ºC und vorzugsweise von 170ºC bis 350ºC gewählt werden. Die Reaktionsdauer, die für die Dehydrocyclisierung erforderlich ist, kann zweckmäßigerweise 30 Sekunden bis 10 Stunden und vorzugsweise 5 Minuten bis 5 Stunden betragen und hängt auch von der vorstehend erwähnten Reaktionstemperatur ab. Die Umwandlung des Polysäureamids in das Polyimid kann auch mittels eines Dehydrocyclisierungskatalysators gefördert bzw. beschleunigt werden. Diese Verfahren können ohne besondere Einschränkung unter gewöhnlichen Bedingungen für die Polyimidsynthese durchgeführt werden.
Nachstehend sind besondere Beispiele für aliphatische Tetracarbonsäuredianhydride und Diamine aufgezählt. (1) aliphatisches Tetracarbonsäuredianhydrid:

(2) Diaminverbindungen

Für die Diamine, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, gibt es insofern keine besondere Einschränkung, als sie dem Zweck der vorliegenden Erfindung nicht im Weg sind. Typische Beispiele für das aromatische Diamin, das zu diesem Zweck verwendet werden kann, können p-Phenylendiamin, m-Phenylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 4,4'-Diaminodiphenylethan, Benzidin, 4,4'-Diaminodiphenylsulfid, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 4,4'-Diaminodiphenylether, 1,5-Diaminonaphthalin, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 3,4'-Diaminobenzanilid, 3,4'-Diaminodiphenylether, m-xylylendiamin, p-xylylendiamin, Ethylendiamin, 1,3-Propandiamin, Tetramethylendiamin, Pentamethylendiamin, Hexamethylendiamin, Heptamethylendiamin, Octamethylendiamin, Nonamethylendiamin, 4,4'-Dimethylheptamethylendiamin, 1,4'-Diaminocyclohexan, Tetrahydrodicyclopentadienylendiamin, Hexahydro-4,7-methanoisobutylendimethylendiamin, Tricyclo[6.2.1.02,7]undecylendimethyldiamin usw. einschließen.
Das Polyimidharz, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann in seiner Polymerkette eine geringe Menge von Copolymerisationseinheiten (wie z. B. Amideinheiten, andere Polymereinheiten, die im allgemeinen enthalten sind) umfassen.
Als Verfahren zur Bildung des Films aus diesen Polyimiden kann ein Verfahren angewandt werden, bei dem eine Lösung eines Polysäureamids, d. h. eines Polyimid-Vorläufers, das in einem geeigneten Lösungsmittel in einem Anteil von 0,1 Masse% bis 20 Masse% und vorzugsweise 0,2 Masse% bis 10 Masse% gelöst ist, durch Schleuderbeschichtung, Tauchbeschichtung, Siebdruck, Spritzauftrag oder Walzenauftrag aufgebracht und dann unter vorgegebenen Härtungsbedingungen (z. B. durch Erhitzen) gehärtet bzw. vernetzt wird. Alternativ kann ein Polyimid, das in einem Lösungsmittel wie z. B. N-Methylpyrrolidon oder γ-Butyrolacton löslich ist, nach der Polyimidringbildung als Lösung des Polyimids selbst anstelle eines Polysäureamids davon aufgebracht werden.
Um einen Polymerfilm wie z. B. einen Polyimidfilm einer Behandlung zur uniaxialen Orientierung für die Bildung eines Ausrichtungseinstellungsfilms 105a oder 105b zu unterziehen, kann vorzugsweise eine Reibbehandlung angewandt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann zwischen dem isolierenden Film 109a (oder 109b) zur Verhinderung von Kurzschluß und einem Ausrichtungseinstellungsfilm 105a (oder 105b) ein Film aus einem Polyorganosilan angeordnet werden. Bei dem Organosilan, das zu diesem Zweck verwendet wird, kann es sich um eine oder mehr als eine Spezies von Organosilanen handeln, die durch die allgemeine Formel R²SiX&sub4;-m (m = 1, 2, 3) wiedergegeben werden, worin X ein Halogen, Alkoxy (Methoxy oder Ethoxy) oder Acetoxy bezeichnet und R² eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe wie z. B. Methyl, Ethyl, Vinyl oder Alkenyl oder eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe wie z. B. Phenyl bezeichnet. Ein Polyorganosilanfilm kann gebildet werden, indem eine Lösung eines Organosilan-Monomers oder -Vorpolymers, das in einem Lösungsmittel wie z. B. Benzol, Toluol oder xylol in einer Konzentration von 0,1 bis 20 Masse% gelöst ist, aufgebracht wird, worauf Erhitzen folgt.
Die Ausrichtungsschaltung der vorstehend erwähnten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen ist eine, die eine Hintereinanderschaltung von Kondensatoren umfaßt, die jeweils den isolierenden Filmen 109a, 109b zur Verhinderung von Kurzschluß, den Ausrichtungseinstellungsfilmen 105a, 105b und der ferroelektrischen Flüssigkristallschicht 103 entsprechen. Hier wird auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Kapazität des Laminats aus den Filmen 109 (109a oder 109b) und 105 (105a oder 105b) und der Kapazität der ferroelektrischen Flüssigkristallschicht 103 eine Spannungs-Kurvenform ermittelt, die als Reaktion auf eine von außen angelegte Spannung an die ferroelektrische Flüssigkristallschicht angelegt wird. Im einzelnen wird die Bistabilität des ferroelektrischen Flüssigkristalls verbessert, wenn die Kapazität des vorstehend erwähnten Laminats größer ist.
Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, die Kapazität des Laminats zu erhöhen, während die Dicke des Films zur Unterdrükkung des Kapazitätsverlustes auf 50 nm (500 Å) oder weniger vermindert wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann mindestens einer der Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b aus einem Dielektrikum mit niedrigem spezifischem Widerstand gebildet sein. In diesem Fall kann der Volumenwiderstand des Ausrichtungseinstellungsfilms 105a oder 105b vorzugsweise auf 10¹&sup0; Ω·cm oder weniger eingestellt werden. Der Volumenwiderstand basiert auf Werten, die entsprechend der ASTM-Bezeichnung D-257-78 (1983 erneut genehmigt) gemessen werden.
Fig. 10 ist ein Diagramm, das Spannungs-Kurvenformen für den Fall zeigt, daß ein FLC (ferroelektrischer Flüssigkristall) durch Anlegen eines Impulses mit einer einzigen Polarität von seinem ersten Orientierungszustand zu dem zweiten Orientierungszustand umgekehrt wird. Wenn unter Bezugnahme auf Fig. 10 ein Ansteuerungsimpuls, der bei (a) gezeigt ist, angelegt wird, wird der Flüssigkristallschicht in Abhängigkeit von der Zellenstruktur tatsächlich eine Spannungs-Kurvenform zugeführt, wie sie bei (b) oder (c) gezeigt ist. Wenn der obere und der untere isolierende Film zur Verhinderung von Kurzschluß aus einem gewöhnlichen Dielektrikum bestehen, wie es vorstehend beschrieben wurde, wird der Flüssigkristallschicht nach der Beendigung eines angelegten Impulses eine Spannungskomponente zugeführt, deren Polarität der Polarität des angelegten Impulses entgegengesetzt ist, wie bei (b) gezeigt ist. Andererseits wird der Flüssigkristallschicht gemäß einem Zellenaufbau der vorliegenden Erfindung nach der Beendigung des Impulses eine Spannung zugeführt, die eine Ansteuerung unterstützt, wie bei (c) gezeigt ist, wodurch die Umschaltung in stabiler Weise bewirkt wird.
Die Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b gemäß dieser Ausführungsform können vorzugsweise einen Film aus Polyimid, Polyvinylalkohol, Polyamidimid, Polyester, Polyamid oder SiO umfassen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung können die Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b durch die schräge oder geneigte Aufdampfung als Filme aus einem anorganischen isolierenden Material wie z. B. SiO oder SiO auf den Substraten 101a und 101b gebildet werden, damit sie mit einer uniaxialen Orientierungsachse versehen werden.
Bei einer in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ist auf einen isolierenden Träger 303, der mit einer Ansaugöffnung 305 versehen ist, eine Vakuumglocke 301 aufgelegt, und die Vakuumglocke 301 wird durch Betrieb einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt), die mit der Ansaugöffnung 305 verbunden ist, evakuiert. Im Inneren und am Boden der Vakuumglocke 301 ist ein aus Wolfram oder Molybdän hergestellter Tiegel 307 untergebracht. In den Tiegel 307 sind mehrere Gramm eines Kristalls 308 wie z. B. SiO, SiO oder MgF eingebracht. Der Tiegel 307 hat zwei nach unten laufende Füße 307a und 307b, die jeweils mit Anschlußleitungen 309 und 310 verbunden sind. Eine Stromquelle 306 und ein Schalter 304 sind außerhalb der Vakuumglocke 301 in Reihe mit den Anschlußleitungen 309 und 310 geschaltet. Ein Substrat (Grundplatte) 302 ist innerhalb der Vakuumglocke 301 und direkt oberhalb des Tiegels 307 derart angeordnet, daß es mit der Vertikalachse der Vakuumglocke 301 einen Winkel K bildet.
Zuerst wird die Vakuumglocke 301 auf ein Vakuum von etwa 1,33 mPa (10&supmin;&sup5; mm Hg) evakuiert, während der Schalter 304 geöffnet ist. Dann wird der Schalter 304 geschlossen, um einen Strom zuzuführen, während die Ausgangsleistung der Stromquelle 306 eingestellt wird, bis der Tiegel auf Weißglut mit einer geeigneten Temperatur zum Verdampfen des Kristalls 308 erhitzt wird. Zum Erzielen eines geeigneten Temperaturbereichs (700 bis 1000ºC) ist eine Stromstärke von etwa 100 A erforderlich. Der Kristall 308 wird dann abgedampft, wobei ein nach oben gerichteter Molekülstrahl gebildet wird, der in der Figur mit S bezeichnet ist. Der Strahl S trifft mit einem Auftreffwinkel K auf die Grundplatte 302 auf und beschichtet die Grundplatte 302. Der Auftreffwinkel K ist der vorstehend erwähnte Winkel K, und die Richtung des Strahls S ist die "Richtung der schrägen oder geneigten Aufdampfung". Die Dicke des Films wird auf der Grundlage einer Eichung der Dicke in bezug auf die Betriebsdauer festgelegt, die vor der Einführung des Substrats 302 in die Vakuumglocke 301 durchgeführt wird. Nachdem der Film in einer geeigneten Dicke gebildet worden ist, wird die Zuführung von Strom aus der Stromquelle 306 vermindert und der Schalter 304 geöffnet, und die Vakuumglocke 301 und ihr Innenraum werden abgekühlt. Dann wird der Druck in der Vakuumglocke auf Atmosphärendruck erhöht, und das Substrat 302 wird aus der Vakuumglocke 301 herausgenommen.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform können die Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b gebildet werden, indem zuerst auf dem Substrat 101a oder 101b, d. h. in Berührung mit oder über dem Substrat, ein gleichmäßiger Film aus dem vorstehend erwähnten anorganischen oder organischen isolierenden Material gebildet wird und die Oberfläche des Films dann einer schrägen oder geneigten Ätzbehandlung unterzogen wird, um die Oberfläche mit einer Orientierungseinstellungswirkung zu versehen.
Die Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b können vorzugsweise möglichst dünn sein und können eine Dicke von im allgemeinen 50 nm (500 Å) oder weniger und vorzugsweise 30 nm (300 Å) oder weniger haben.
Andererseits können die Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b bei den in Fig. 2A und 2B gezeigten Flüssigkristallvorrichtungen derart eingestellt werden, daß sie eine Dicke von 20 nm (200 Å) oder mehr und vorzugsweise von 50 nm bis 200 nm (500 Å bis 2000 Å) haben, weil sie die Funktion der Verhinderung von Kurzschluß zeigen müssen.
Ferner können die isolierenden Filme 109a und 109b zur Verhinderung von Kurzschluß derart eingestellt werden, daß sie eine Dicke von 20 nm (200 Å) oder mehr und vorzugsweise von 50 nm (500 Å) oder mehr haben, und können aus einem Film aus einem anorganischen isolierenden Material wie z. B. SiO, TiO, AlO&sub3;, Si&sub3;N&sub4; und BaTiO&sub3; bestehen. Die Filmbildung kann durch Zerstäubungs-Ionenstrahlaufdampfung oder durch Calcinieren eines Überzugsfilms aus einer organischen Titanverbindung, einer organischen Silanverbindung oder einer organischen Aluminiumverbindung bewirkt werden. Die organische Titanverbindung kann ein Alkyltitanat (z. B. ein Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyltitanat usw.) sein, und die organische Silanverbindung kann ein gewöhnliches Silan-Haftmittel sein. Die isolierenden Filme 109a und 109b zur Verhinderung von Kurzschluß zeigen keine ausreichende Wirkung der Verhinderung von Kurzschluß, wenn ihre Dicke unter 20 nm (200 Å) liegt. Andererseits wird es schwierig, an die Flüssigkristallschicht eine effektive Spannung anzulegen, wenn die Dicke größer als 500 nm (5000 Å) ist, so daß die Dicke auf 500 nm (5000 Å) oder weniger und vorzugsweise auf 200 nm (2000 Å) oder weniger eingestellt werden kann.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die isolierenden Filme zur Verhinderung von Kurzschluß aus einem Material, das eine große Dielektrizitätskonstante zeigt, oder einem ferroelektrischen Material bestehen. In diesem Fall kann die Dicke der Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b auf 50 nm (500 Å) oder weniger und vorzugsweise auf 1 bis 20 nm (10 bis 200 Å) eingestellt werden.
Im einzelnen können die isolierenden Filme 109a und 109b zur Verhinderung von Kurzschluß gemäß dieser Ausführungsform aus einem Material bestehen, das eine bei einer Frequenz von 20 kHz gemessene Dielektrizitätskonstante von 10 oder mehr und vorzugsweise 20 oder mehr hat. Beispiele für so ein Material, das eine große Dielektrizitätskonstante hat, oder für ein ferroelektrisches Material können Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid, Lithiumoxid, Bismutoxid und organische Metallverbindungen (z. B.
Titanate und Niobate) einschließen. Die Materialien können einzeln oder in Form einer Mischung aus zwei oder mehr Spezies verwendet werden.
In diesem Fall können die isolierenden Filme 109a und 109b durch Elektronenstrahlaufdampfung oder Zerstäubung (Sputtern) gebildet werden. Ferner wird im Fall einer organischen Metallverbindung wie z. B. einer Acetylacetonatozinnverbindung eine Lösung so einer organischen Metallverbindung durch ein Verfahren wie z. B. Schleuderbeschichtung, Tauchbeschichtung, Siebdruck, Spritzauftrag oder Walzenauftrag aufgebracht, um einen Film zu bilden, und der Film wird bei einer vorgeschriebenen Temperatur calciniert.
Die isolierenden Filme zur Verhinderung von Kurzschluß können derart eingestellt werden, daß sie eine Dicke von im allgemeinen 5 nm bis 300 nm (50 Å bis 3000 Å) und vorzugsweise von 10 nm bis 200 nm (100 Å bis 2000 Å) oder mehr haben.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Dicke d&sub1; des isolierenden Films 109a (und/oder 109b) zur Verhinderung von Kurzschluß, die Dicke d des Ausrichtungseinstellungsfilms 105a (und/oder 105b) und die Dielektrizitätskonstanten &epsi;&sub1; und &epsi;&sub2; der Materialien, die den isolierenden Film 109a (und/oder 109b) bzw. den Ausrichtungseinstellungsfilm 105a (und/oder 105b) bilden, derart eingestellt, daß die Beziehungen d&sub1; > d und &epsi;&sub1; > &epsi;&sub2; erfüllt werden.
Es wird ferner bevorzugt, daß die Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b eine Dicke von 50 nm (500 Å) oder weniger haben und aus Materialien bestehen, die eine Dielektrizitätskonstante &epsi;&sub2;von 10,0 oder weniger haben.
Die zwei Substrate 101a und 101b werden durch Abstandshalter (nicht gezeigt) mit einem vorgeschriebenen Abstand voneinander angeordnet. Zwei Glassubstrate 101a und 101b können beispielsweise derart angeordnet werden, daß dazwischen perlenförmige Abstandshalter wie z. B. Siliciumdioxidperlen oder Aluminiumoxidperlen, die einen vorgeschriebenen Durchmesser haben, angeordnet sind, und der Umfang der zwei Glassubstrate kann mit einem Dichtungsmittel wie z. B. einem Epoxidkleber abgedichtet werden. Alternativ können als Abstandshalter auch Polymerfolien, Glasfasern usw. verwendet werden.
Zwischen den zwei Substraten 101a und 101b ist ein ferroelektrischer Flüssigkristall 103 angeordnet, der hermetisch abgeschlossen ist.
Die Flüssigkristallschicht 103 in der Zellenstruktur 100 kann eine SmC*-Phase (chirale smektische C-Phase) annehmen.
Eine besonders bevorzugte Gruppe von Flüssigkristallmaterialien sind chirale smektische Flüssigkristalle. Im einzelnen können Flüssigkristalle mit einer chiralen smektischen C-Phase (SmC*), einer chiralen smektischen G-Phase (SmG*), einer-chiralen smektischen F-Phase (SmF*), einer chiralen smektischen I-Phase (SmI*) oder einer chiralen smektischen H-Phase (SmH*) verwendet werden. Einzelheiten ferroelektrischer Flüssigkristalle sind z. B. in "LE JOURNAL DE PHYSIQUE LETTERS" 36 (L-69), 1975, "Ferroelectric Liquid Crystals"; "Applied Physics Letters" 36 (11), 1980, "Submicro Second Bistable Electrooptic Switching in Liquid Crystals"; "Kotai Butsuri (Solid State Physics)" 16 (141), 1981, "Liquid Crystal"; US-Patentschriften Nrn. 4561726, 4589996, 4592858, 4596667, 4613209, 4614609 und 4622165 usw. beschrieben.
Im einzelnen schließen Beispiele für ferroelektrische Flüssigkristallverbindungen, die bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, Decyloxybenzyliden-p'-amino- 2-methylbutylcinnamat (DOBAMBC), Hexyloxybenzyliden-p'-amino-2- chlorpropylcinnamat (HOBACPC), 4-O-(2-Methyl)-butylresorcyliden- 4'-octylanilin (MBRA 8) usw. ein. Eine besonders bevorzugte Gruppe von ferroelektrischen Flüssigkristallen sind die, die als Phase höherer Temperatur eine cholesterische Phase zeigen und die beispielsweise einen Flüssigkristall vom Biphenylestertyp einschließen können, der Phasenumwandlungstemperaturen zeigt, wie sie in einem nachstehenden Beispiel gezeigt sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der verwendete ferroelektrische Flüssigkristall eine mesomorphe Verbindung umfassen, die durch die folgende Formel wiedergegeben wird:
R&sub1;-A&sub1;-X-A-R (1),
worin R&sub1; und R jeweils eine verzweigte oder lineare Kettengruppe bezeichnen, die einen Substituenten haben kann, wobei R&sub1; und R gleich oder verschieden sind; A&sub1; und A jeweils eine zweiwertige Gruppe bezeichnen, die einen Substituenten haben kann und einen 6gliedrigen Ring enthält; und X eine Einfachbindung oder eine zweiwertige Kettengruppe bezeichnet.
Bevorzugte Beispiele für die Gruppen R&sub1; und R können verzweigte oder lineare Alkylgruppen, die einen Substituenten haben können, und Alkoxygruppen, Acylgruppen, Acyloxygruppen, Alkoxycarbonylgruppen und Alkoxycarbonyloxygruppen, die eine verzweigte oder lineare Alkyleinheit enthalten, die einen Substituenten haben kann, einschließen.
Spezielle Beispiele dafür können Alkylgruppen wie z. B. Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl und Isopropyl; Acylgruppen wie z. B. Acetyl, Propionyl, Butyryl, Valeryl, Palmitoyl und 2- Methylpropionyl; Acyloxygruppen wie z. B. Acetyloxy, Propionyloxy, Butyryloxy und 2-Methylpropionyloxy; Alkoxygruppen wie z. B. Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Butoxy und 2-Methylbutoxy; Alkoxycarbonylgruppen wie z. B. Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl, Butoxycarbonyl und 2-Methylbutoxycarbonyl und Alkoxycarbonyloxygruppen wie z. B. Methoxycarbonyloxy, Ethoxycarbonyloxy, Butoxycarbonyloxy und 2-Methylbutoxycarbonyloxy einschließen.
Ferner bezeichnet vorzugsweise mindestens eine von R&sub1; und R eine optisch aktive Kettengruppe, die ein asymmetrisches Kohlenstoffatom hat.
Bevorzugte Beispiele für so eine optisch aktive Kettengruppe, die ein asymmetrisches Kohlenstoffatom hat, als Gruppen R&sub1; oder R können die einschließen, die durch die folgende Formel (2) wiedergegeben werden:
worin Y eine Einfachbindung,
oder
bezeichnet; m eine ganze Zahl von 0 bis 8 bezeichnet und n 0 oder 1 bezeichnet.
Ferner bezeichnet R&sub3; in der Formel (2) eine verzweigte oder lineare Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben kann, wie z. B. Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl oder Isopropyl; oder eine Alkoxy- oder Alkoxycarbonylgruppe, die eine verzweigte oder lineare Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben kann, enthält, wie z. B. Methoxy, Ethoxy, Butoxy, 2-Methylbutoxy usw. oder Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl, Butoxycarbonyl, 2-Methylbutoxycarbonyl usw.
Ferner bezeichnet Z in der Formel (2) eine Methylgruppe, ein Halogenatom, eine Cyanogruppe oder eine Trifluormethylgruppe; und * bezeichnet den Ort eines asymmetrischen Kohlenstoffatoms.
Beispiele für den Substituenten, der an die Gruppen R&sub1;, R und R&sub3; gebunden werden kann, können ein Halogenatom wie z. B. Fluor, Chlor oder Brom; eine Alkoxygruppe wie z. B. Methoxy, Ethoxy, Propoxy oder Butoxy; eine Trifluormethylgruppe und eine Cyanogruppe einschließen.
Als nächstes können bevorzugte Beispiele für die zweiwertige Gruppe, die einen 6gliedrigen Ring enthält, als Gruppen A&sub1; oder A in der Formel (1) die einschließen, die durch die folgende Formel (3) wiedergegeben werden:
worin p und q jeweils 0, 1 oder 2 bedeuten und A&sub3; und A&sub4; vorzugsweise jeweils eine der folgenden Gruppen bedeuten können, die jeweils einen Substituenten haben können:
und
Beispiele für den Substituenten, der an die vorstehenden Gruppen für A&sub1; und A gebunden werden kann, können ein Halogenatom wie z. B. Fluor, Chlor oder Brom; eine Alkylgruppe wie z. B. Methyl, Ethyl, Propyl oder Butyl; eine Alkoxygruppe wie z. B. Methoxy, Ethoxy, Propoxy oder Butoxy; eine Trifluormethylgruppe und eine Cyanogruppe einschließen.
X in der Formel (1) bezeichnet eine Einfachbindung oder eine zweiwertige Kettengruppe und kann vorzugsweise aus den folgenden ausgewählt werden: einer Einfachbindung,
Typische Verbindungen, die durch die allgemeine Formel (1) ausgedrückt werden, sind nachstehend aufgezählt. Beispielverbindung Nr.
Nachstehend werden einige Beispiele für die Synthese von mesomorphen Verbindungen, die durch die Formel (1) wiedergegeben werden, beschrieben.

Synthesebeispiel 1

[Synthese der vorstehenden Beispielverbindung Nr. (1)]

2,0 g (8 mmol) der folgenden Carbonsäure:
wurden in einen 30-ml-Rundkolben eingefüllt, und 7 ml Thionylchlorid wurden unter Kühlung dazugegeben. Dann ließ man die Temperatur der Mischung auf Raumtemperatur ansteigen, und nach Anbringen eines Kühlrohrs wurde die Mischung auf einem äußeren Bad von 70 bis 80ºC 4 Stunden lang unter Rückfluß erhitzt. Nach der Reaktion wurde überschüssiges Thionylchlorid abdestilliert, wobei ein Säurechlorid erhalten wurde. Das Säurechlorid wurde in 15 ml Toluol gelöst, und die Lösung wurde einer bei 0 bis 5ºC gekühlten Lösung von 1,44 g (8 mmol) des folgenden Phenolderivats:
das in Pyridin gelöst war, zugesetzt. Danach wurde die Mischung etwa 2 Stunden lang kontinuierlich bei 0 bis 5ºC gerührt und dann 16 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Nach Beendigung der Reaktion wurde die Mischung in etwa 200 ml Eiswasser gegossen, worauf Extrahieren mit Benzol, dreimaliges Waschen mit 5%iger wäßriger Salzsäurelösung, einmaliges Waschen mit durch Ionenaustausch entsalztem Wasser und nach Neutralisieren mit 5%iger wäßriger KCO&sub3;-Lösung weiteres einmaliges Waschen mit durch Ionenaustausch entsalztem Wasser folgten.
Die organische Schicht wurde herausgenommen und mit wasserfreiem Magnesium getrocknet, worauf Abdestillieren des Lösungsmittels folgte, wobei ein Rohprodukt erhalten wurde. Das Produkt wurde durch Kieselsäuregel-Säulenchromatographie unter Verwendung von Benzol als Entwickler gereinigt.
Kristalle, die nach Entfernung des Lösungsmittels durch Destillation erhalten wurden, wurden aus n-Hexan umkristallisiert, wobei ein gewünschtes Produkt erhalten wurde. Das Produkt wurde ferner bei Raumtemperatur unter Vakuum getrocknet, wobei 0,95 g eines gewünschten Endprodukts erhalten wurden. Die Ausbeute betrug 28,7%.

Synthesebeispiel 2

[Synthese der Beispielverbindung Nr. (69)]

2,1 g (6,73 mmol) des folgenden Alkoholderivats:
wurden in einen 30-ml-Rundkolben eingefüllt, und 6 ml Thionylchlorid wurden unter Kühlung zugesetzt. Dann ließ man die Temperatur der Mischung auf Raumtemperatur ansteigen, und nach Anbringen eines Kühlrohrs wurde die Mischung auf einem äußeren Bad bei 70 bis 80ºC 4 Stunden lang unter Rückfluß erhitzt. Nach der Reaktion wurde überschüssiges Thionylchlorid abdestilliert, wobei ein Säurechlorid erhalten wurde, das dann in 15 ml Toluol gelöst wurde.
0,5 g 60%iges Natriumhydrid in Öl wurden separat in einen 200- ml-Dreihalskolben eingefüllt und mehrmals mit trockenem n-Hexan gewaschen. Dann wurden bei Raumtemperatur tropfenweise 1,79 g (6,73 mmol) des folgenden Phenolderivats:
die in 15 ml THF (Tetrahydrofuran) gelöst waren, zugesetzt, und es wurden 20 ml DMSO (Dimethylsulfoxid) zugesetzt, worauf 1stündiges Rühren folgte. Ferner wurde die vorstehend hergestellte Lösung des Säurechlorids in Toluol nach und nach tropfenweise dazugegeben, und nach der Zugabe wurde die Mischung weiter 16 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt.
Nach der Reaktion wurde die Mischung in etwa 200 ml Eiswasser gegossen, worauf Abtrennen der organischen Schicht und zweimaliges Extrahieren der wäßrigen Schicht mit 50 ml Benzol folgten.
Die organische Schicht und der Benzolextrakt wurden zusammengemischt und dann zweimal mit 5%iger wäßriger Salzsäurelösung gewaschen, einmal mit durch Ionenaustausch entsalztem Wasser gewaschen, einmal mit 5%iger wäßriger NaOH-Lösung gewaschen und mit durch Ionenaustausch entsalztem Wasser gewaschen, bis die organische Schicht einen neutralen pH-Wert zeigte.
Die organische Schicht wurde herausgenommen und auf wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet, worauf Abdestillieren des Lösungsmittels folgte, wobei ein Rohprodukt erhalten wurde, das dann durch Kieselsäuregel-Säulenchromatographie unter Verwendung einer Entwicklermischung aus n-Hexan/Dichlormethan = 3/10 gereinigt wurde.
Das Lösungsmittel wurde durch Destillation entfernt, wobei Kristalle erhalten wurden, die dann aus n-Hexan umkristallisiert und bei Raumtemperatur unter Vakuum getrocknet wurden, wobei 0,74 g eines gewünschten gereinigten Endprodukts erhalten wurden. Die Ausbeute betrug 19,7%.

Synthesebeispiel 3

[Synthese der Beispielverbindung (78)]

2,2 g (6,43 mmol) der folgenden Carbonsäure:
wurden in einen 30-ml-Rundkolben eingefüllt, und 6 ml Thionylchlorid wurden unter Kühlung dazugegeben. Dann ließ man die Temperatur der Mischung auf Raumtemperatur ansteigen, und nach Anbringen eines Kühlrohrs wurde die Mischung auf einem äußeren Bad von 70 bis 80ºC 4 Stunden lang unter Rückfluß erhitzt. Nach der Reaktion wurde überschüssiges Thionylchlorid abdestilliert, wobei ein Säurechlorid erhalten wurde. Das Säurechlorid wurde in 15 ml Toluol gelöst, und die Lösung wurde einer bei 0 bis 5ºC gekühlten Lösung von 1,53 g (6,43 mmol) des folgenden Thiophenolderivats:
das in Pyridin gelöst war, zugesetzt. Danach wurde die Mischung 20 etwa 2 Stunden lang kontinuierlich bei 0 bis 5ºC gerührt und dann 16 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt. Nach Beendigung der Reaktion wurde die Mischung in etwa 200 ml Eiswasser gegossen, worauf Extrahieren mit Benzol, dreimaliges Waschen mit 5%iger wäßriger Salzsäurelösung, einmaliges Waschen mit durch Ionenaustausch entsalztem Wasser und nach Neutralisieren mit 5%iger wäßriger KCO&sub3;-Lösung weiteres einmaliges Waschen mit durch Ionenaustausch entsalztem Wasser folgten.
Die organische Schicht wurde herausgenommen und mit wasserfreiem Magnesium getrocknet, worauf Abdestillieren des Lösungsmittels folgte, wobei ein Rohprodukt erhalten wurde. Das Produkt wurde durch Kieselsäuregel-Säulenchromatographie unter Verwendung von Benzol als Entwickler gereinigt.
Kristalle, die nach Entfernung des Lösungsmittels durch Destillation erhalten wurden, wurden aus n-Hexan umkristallisiert und ferner bei Raumtemperatur unter Vakuum getrocknet, wobei 1,06 g eines gewünschten Endprodukts erhalten wurden. Die Ausbeute betrug 29,3%.

Synthesebeispiel 4

[Synthese der Beispielverbindung Nr. (108)]

3,5 g (24,0 mmol) des folgenden Alkoholderivats:
und 10 ml Pyridin wurden in einen 50-ml-Rundkolben eingefüllt, und 5,5 g (28,8 mmol) p-Toluolsulfonsäurechlorid wurden nach und nach in 30 Minuten unter Kühlung zugesetzt. Dann wurde die Mischung 4 Stunden lang bei 20ºC oder darunter gerührt.
Die Mischung wurde in 200 ml Eiswasser gegossen und mit wäßriger 6 n Salzsäurelösung angesäuert, worauf dreimaliges Extrahieren mit 80 ml Isopropylether folgte. Die beim Extrahieren erhaltene organische Schicht wurde 4mal mit durch Ionenaustausch entsalztem Wasser gewaschen und auf wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet, und das Lösungsmittel wurde durch Destillation entfernt, wobei ein Rohprodukt erhalten wurde, das dann durch Kieselsäuregel-Säulenchromatographie mit Benzol als Entwickler gereinigt wurde, wobei als Zwischenprodukt 6,13 g eines Tosylats erhalten wurden.
4,0 g (14,0 mmol) des folgenden Phenolderivats:
und 70 ml Butanol wurden separat in einen 200-ml-Dreihalskolben eingefüllt, und 1,6 g Kaliumhydroxid wurden dazugegeben, worauf 1stündiges Rühren und ferner 2stündiges Rühren bei 50 bis 60ºC folgten.
Dieser Lösung wurde allmählich eine Lösung von 4,2 g (14,0 mmol) des vorstehend als Zwischenprodukt hergestellten Tosylats in 15 ml Butanol zugesetzt, und die Mischung wurde etwa 1 Stunde lang gerührt. Dann wurde die Mischung nach Anbringen eines Kühlrohrs 6 Stunden lang unter Rückfluß erhitzt. Nach der Reaktion wurde die Reaktionsflüssigkeit in 250 ml Eiswasser gegossen, worauf 6 n Salzsäurelösung zugesetzt wurde, um einen pH-Wert von 1 bis 2 zu erhalten.
Die Mischung wurde dreimal mit 80 ml Isopropylether extrahiert. Dann wurde die organische Schicht mit durch Ionenaustausch entsalztem Wasser gewaschen, bis die wäßrige Phase einen neutralen pH-Wert zeigte. Dann wurde die organische Schicht herausgenommen und auf wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet, worauf Entfernung des Lösungsmittels durch Destillation folgte, wobei ein gewünschtes Rohprodukt erhalten wurde.
Dann wurde das Rohprodukt durch Kieselsäuregel-Säulenchromatographie mit Benzol als Entwickler gereinigt, worauf Entfernung des Entwicklers durch Destillation, Umkristallisieren aus n-Hexan und Trocknen unter Vakuum bei Raumtemperatur folgten, wobei 0,65 g eines gereinigten gewünschten Produkts erhalten wurden. Die Ausbeute betrug 11,3%.

Synthesebeispiel 5

[Synthese der Beispielverbindung (161)]

2,5 g (14,2 mmol) des folgenden Alkoholderivats:
und 15 ml Pyridin wurden in einen 50-ml-Rundkolben eingefüllt, und 3,23 g (16,9 mmol) p-Toluolsulfonsäurechlorid wurden nach und nach in 30 Minuten unter Kühlung zugesetzt. Dann wurde die Mischung 4 Stunden lang bei 20ºC oder darunter gerührt.
Die Mischung wurde in 200 ml Eiswasser gegossen und mit wäßriger 6 n Salzsäurelösung angesäuert, worauf dreimaliges Extrahieren mit 80 ml Isopropylether folgte. Die beim Extrahieren erhaltene organische Schicht wurde 4mal mit durch Ionenaustausch entsalztem Wasser gewaschen und auf wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet, und das Lösungsmittel wurde durch Destillation entfernt, wobei ein Rohprodukt erhalten wurde, das dann durch Kieselsäuregel-Säulenchromatographie mit Benzol als Entwickler gereinigt wurde, wobei als Zwischenprodukt 4,5 g eines Tosylats erhalten wurden.
3,5 g (11,2 mmol) des folgenden Phenolderivats:
und 30 ml DMF (Dimethylformamid) wurden separat in einen 200- ml-Dreihalskolben eingefüllt, und 1,0 g Kaliumhydroxid wurden dazugegeben, worauf 1stündiges Rühren und ferner 2stündiges Rühren bei 90 bis 95ºC folgten.
Dieser Lösung wurde allmählich eine Lösung von 4,0 g (12,1 mmol) des vorstehend als Zwischenprodukt hergestellten Tosylats in 10 ml DMF zugesetzt, und die Mischung wurde etwa 1 Stunde lang gerührt. Dann wurde die Mischung nach Anbringen eines Kühlrohrs 6 Stunden lang unter Rückfluß erhitzt. Nach der Reaktion wurde die Reaktionsflüssigkeit in 250 ml Eiswasser gegossen, worauf 6 n Salzsäurelösung zugesetzt wurde, um einen pH-Wert von 1 bis 2 zu erhalten.
Die Mischung wurde dreimal mit 80 ml Benzol extrahiert. Dann wurde die organische Schicht mit durch Ionenaustausch entsalztem Wasser gewaschen, bis die wäßrige Phase einen neutralen pH-Wert zeigte. Dann wurde die organische Schicht herausgenommen und auf wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet, worauf Entfernung des Lösungsmittels durch Destillation folgte, wobei ein gewünschtes Rohprodukt erhalten wurde.
Dann wurde das Rohprodukt durch Kieselsäüregel-Säulenchromatographie mit Benzol als Entwickler gereinigt, worauf Entfernung des Entwicklers durch Destillation, Umkristallisieren aus Ethanol und Trocknen unter Vakuum bei Raumtemperatur folgten, wobei 2,4 g eines gereinigten gewünschten Produkts erhalten wurden. Die Ausbeute betrug 45,5%.
Zusätzlich zu den Verbindungen, die vorstehend in bezug auf ihre Herstellungsverfahren speziell beschrieben wurden, können im allgemeinen auch andere Verbindungen leicht gemäß einem Verfahren hergestellt werden, bei dem ein Carbonsäurederivat in einer bekannten Weise in ein Säurechlorid umgewandelt wird, das dann mit einer entsprechenden Verbindung wie z. B. einem Alkohol oder einem Thiol zur Reaktion gebracht wird; oder bei dem ein Alkoholderivat in ein Halogenat oder Tosylat umgewandelt wird, das dann in Gegenwart eines Alkalis mit einem entsprechenden Alkoholderivat zur Reaktion gebracht wird.
Die ferroelektrische Flüssigkristallschicht in der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann gebildet werden, indem durch Mischen mindestens einer Spezies einer mesomorphen Verbindung, wie sie durch die allgemeine Formel (1) wiedergegeben wird, in geeigneten Anteilen eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung hergestellt wird, die ferroelektrische Flüssigkristallmischung, die zur isotropen Phase erhitzt worden ist, hermetisch abgeschlossen unter Vakuum in eine Vorrichtungszelle eingespritzt wird, die Zelle allmählich abgekühlt wird, um eine Flüssigkristallschicht zu bilden, und das System dann zu einem Normaldruck zurückgebracht wird.
In der vorstehenden ferroelektrischen Flüssigkristallmischung kann jede mesomorphe Verbindung erwünschtermaßen in einem Anteil von 1 bis 99% enthalten sein.
Wenn eine Vorrichtung durch Verwendung dieser Materialien gebildet wird, kann die Vorrichtung mit einem Block aus Kupfer usw., in den eine Heizvorrichtung eingelassen ist, gehalten werden, um eine Temperaturbedingung zu realisieren, unter der die Flüssigkristallmischung eine gewünschte chirale smektische Phase annimmt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist schematisch ein Beispiel für eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle zur Erläuterung ihres Betriebes gezeigt, bei dem ein ferroelektrischer Flüssigkristall als gewünschte Phase z. B. eine SmC*-Phase annimmt. Die
Bezugszahlen 41a und 41b bezeichnen Substrate (Glasplatten), auf denen jeweils eine lichtdurchlässige Elektrode aus z. B.
InO&sub3;, SnO, ITO (Indiumzinnoxid) usw. angeordnet ist. Ein Flüssigkristall in einer SmC*-Phase, in dem Flüssigkristallmolekülschichten 42 senkrecht zu den Oberflächen der Glasplatten orientiert sind, ist dazwischen angeordnet und hermetisch abgeschlossen. Eine ausgezogene Linie 43 zeigt ein Flüssigkristallmolekül, und die Flüssigkristallmoleküle 43 bilden in der Richtung, in der sich eine Substratoberfläche erstreckt, kontinuierlich eine schraubenförmige Struktur (Helixstruktur). Ein Flüssigkristallmolekül 43 bildet in bezug auf die Mittelachse 45 der schraubenförmigen Struktur einen Neigungswinkel θ. Jedes Flüssigkristallmolekül 43 hat ein Dipolmoment (P ) 44 in einer zu seiner Achse senkrechten Richtung. Wenn zwischen den auf den Substraten 41a und 41b gebildeten Elektroden eine Spannung angelegt wird, die höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wird eine schraubenförmige Struktur des Flüssigkristallmoleküls 23 abgewickelt, wodurch die Richtung, in der die einzelnen
Flüssigkristallmoleküle 43 ausgerichtet sind, derart verändert wird, daß alle Dipolmomente (P ) 44 in die Richtung des elektrischen Feldes gerichtet werden. Die Flüssigkristallmoleküle 43 haben eine längliche Gestalt und zeigen Brechungsanisotropie zwischen ihrer langen und ihrer kurzen Achse. Es ist deshalb leicht zu verstehen, daß zum Beispiel dann, wenn auf der oberen und der unteren Oberfläche der Glasplatten Polarisatoren in der Art von gekreuzten Nicols, d. h., derart, daß sich ihre Polarisationsrichtungen kreuzen, angeordnet sind, die auf diese Weise angeordnete Flüssigkristallzelle als optische Flüssigkristall- Modulationsvorrichtung wirkt, deren optische Eigenschaften sich in Abhängigkeit von der Polarität einer angelegten Spannung ändern.
Die Flüssigkristallschicht in der Flüssigkristallvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann mit einer ausreichend geringen Dicke (z. B. weniger als 10 µm) gebildet werden. Wenn die Dicke der Flüssigkristallschicht vermindert ist, ist die schraubenförmige Struktur der Flüssigkristallmoleküle sogar in Abwesenheit eines elektrischen Feldes abgewickelt oder gelockert, wodurch das Dipolmoment einen der zwei Zustände annimmt, d. h., einen Zustand Pa in einer Richtung 54a nach oben oder einen Zustand Pb in einer Richtung 54b nach unten, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die Hälfte des Winkels, der zwischen den zu diesem Zeitpunkt gebildeten Molekülachsen 53a und 53b gebildet wird, wird als Neigungswinkel (θ) bezeichnet, der gleich dem Neigungswinkel θ, der Hälfte des Winkels an der Spitze des Schraubenkegels, in der vorstehend beschriebenen schraubenförmigen Struktur ist. Wenn an eine Zelle mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften ein elektrisches Feld Ea oder Eb angelegt wird, das höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wobei sich Ea und Eb hinsichtlich ihrer Polarität unterscheiden, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, wird das Dipolmoment in Abhängigkeit von dem Vektor des elektrischen Feldes Ea oder Eb entweder in die Richtung 54a nach oben oder in die Richtung 54b nach unten ausgerichtet.
Dementsprechend werden die Flüssigkristallmoleküle entweder in einem ersten stabilen Zustand 53a oder in einem zweiten stabilen Zustand 53b orientiert.
Wenn der vorstehend erwähnte ferroelektrische Flüssigkristall als optisches Modulationselement verwendet wird, können zwei Vorteile erzielt werden. Der erste besteht darin, daß die Ansprechgeschwindigkeit sehr hoch ist. Der zweite Vorteil ist, daß die Orientierung des Flüssigkristalls Bistabilität zeigt. Der zweite Vorteil wird z. B. unter Bezugnahme auf Fig. 5 näher erläutert. Wenn das elektrische Feld Ea an die Flüssigkristallmoleküle angelegt wird, werden sie in den ersten stabilen Zustand 53a ausgerichtet. Dieser Zustand wird selbst dann in stabiler Weise beibehalten, wenn das elektrische Feld beseitigt wird. Andererseits werden die Flüssigkristallmoleküle in den zweiten stabilen Zustand 53b ausgerichtet, wodurch die Richtungen der Moleküle verändert werden, wenn das elektrische Feld Eb, dessen Richtung der Richtung des elektrischen Felds Ea entgegengesetzt ist, an die Moleküle angelegt wird. Dieser Zustand wird gleichermaßen selbst dann in stabiler Weise beibehalten, wenn das elektrische Feld beseitigt wird. Zur wirksamen Realisierung einer hohen Ansprechgeschwindigkeit und von Bistabilität ist eine möglichst geringe Dicke der Zelle vorzuziehen.
Übrigens ist ein Flüssigkristallmolekül bei einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle, die in eine Speicherzelle eingebracht ist, in Gegenwart eines Ausrichtungseinstellungsfilms, der mit einer uniaxialen Orientierungsachse versehen ist, nicht immer derart orientiert oder ausgerichtet, daß es einen Neigungswinkel θ bildet, wie er in Fig. 4 oder 5 gezeigt ist, sondern derart orientiert, daß es einen Winkel θ bildet, wie er in Fig. 6 gezeigt ist. Dieser Punkt ist in der US-Patentschrift Nr. 4 712 873 von Kanbe u. a. erörtert worden.
Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht, die die Orientierungszustände von Flüssigkristallmolekülen veranschaulicht, wie sie von oberhalb der Grundplattenfläche 605 gesehen werden.
In der Figur zeigt der Pfeil mit zwei Spitzen 600 die Richtung einer Behandlung zur monoaxialen Orientierung, d. h. bei dieser Ausführungsform die Reibrichtung. In der SmA-Phase sind Flüssigkristallmoleküle in einer durchschnittlichen Molekülachsenrichtung 601, die mit der Reibrichtung 600 übereinstimmt, orientiert oder ausgerichtet. In der SmC*-Phase ist die durchschnittliche Molekülachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle in- einer Richtung 602 geneigt, so daß die Reibrichtung 600 und die durchschnittliche Molekülachsenrichtung 602 einen Winkel θ bilden, was zu einem ersten stabilen Orientierungszustand führt.
Wenn in diesem Stadium zwischen einem Paar Grundplatten eine Spannung angelegt wird, wird die durchschnittliche Molekülachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle in der SmC*-Phase zu einem Sättigungswinkel θ verändert, der größer als der Winkel θ ist, wobei ein dritter stabiler Orientierungszustand erreicht wird. Die durchschnittliche Molekülachsenrichtung zu diesem Zeitpunkt ist mit einer Bezugszahl 603 bezeichnet. Wenn die Spannung dann auf Null zurückgebracht wird, kehren die Flüssigkristallmoleküle zu der früheren ersten Molekülachsenrichtung 602 zurück. Demnach zeigen die Flüssigkristallmoleküle in dem Zustand der ersten Molekülachsenrichtung 602 ein Speicherverhalten. Wenn in dem Zustand der Molekülachsenrichtung 602 eine Spannung mit der entgegengesetzten Polarität angelegt wird und die Spannung ausreichend hoch ist, wechselt die durchschnittliche Molekülachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle zu einem vierten stabilen Orientierungszustand und erreicht dort eine Sättigung, wobei eine durchschnittliche Molekülachsenrichtung 603a erhalten wird. Wenn die Spannung dann auf Null zurückgebracht wird, kehren die Flüssigkristallmoleküle zu dem zweiten stabilen Zustand zurück und richten sich darin ein, wobei die durchschnittliche Molekülachsenrichtung 602a erhalten wird. Als Folge wird die Polarisationsrichtung 604 eines Polarisators in dieselbe Richtung eingestellt wie die Molekülachsenrichtung 602, die den Winkel θ bildet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Kapazität Ci eines isolierenden Films gemäß der folgenden Gleichung (1) auf der Grundlage der Dielektrizitätskonstante des isolierenden Films, die mit einem von Yokogawa Hewlett-Packard K.K. erhältlichen RLC-Meßgerät (LCR Meter 4192A) mit einer Sinuswelle von ±1 V bei einer Frequenz von 1 kHz gemessen wird, berechnet:
Ci = &epsi;0 · &epsi; · S/d Gl. (1),
worin d die Dicke des isolierenden Films bezeichnet; &epsi;&sub0; die Dielektrizitätskonstante des Vakuums ist und S die Fläche ist, die von einem Paar einander gegenüberliegenden Elektroden eingenommen wird.
Im einzelnen wird ein isolierender Film, der aus demselben Material besteht wie der isolierende Film, der in der Flüssigkristallzelle tatsächlich auf der Elektrode gebildet wird, separat zwischen einem Paar Elektroden angeordnet, und die Kapazität des separaten isolierenden Films wird unter Anwendung des "LCR Meter 4192A" wie vorstehend beschrieben gemessen, wobei die Dielektrizitätskonstante &epsi; des separat angeordneten Films erhalten wird, die in die vorstehende Gl. (1) eingesetzt wird, um die Kapazität Ci des isolierenden Films zu berechnen, der tatsächlich in der Flüssigkristallzelle angewendet wird.
Ferner wird der Ci-Wert einer Zelle in dem Fall, daß das obere und das untere Substrat der Zelle jeweils mit einem isolierenden Film versehen sind, durch die folgende Gleichung (2) berechnet:
worin Ci&sub1; und Ci die Kapazität von isolierenden Filmen bezeichnen, die auf dem oberen bzw. dem unteren Substrat gebildet sind.
Die Kapazität CLC (nF/cm²) eines ferroelektrischen Flüssigkristalls, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird auf der Grundlage der Kapazität CZelle einer Zelle berechnet, die (zusätzlich zu dem isolierenden Film, der die Kapazität Ci zeigt) den ferroelektrischen Flüssigkristall enthält, wobei CZelle mit einem von Yokogawa Hewlett-Packard K.K. erhältlichen RLC-Meßgerät (LCR Meter 4192A) mit einer Sinuswelle von ±1 V bei einer Frequenz von 20 kHz unter Anlegen einer Gleichstrom-Vorspannung gemessen wird. CLC wird somit wie folgt berechnet:
CLC = CZelle - Ci (wie vorstehend erhalten).
Fig. 7 ist ein Ersatzschaltbild einer Schaltung, die zur Messung der spontanen Polarisation Ps angewendet wird. In Fig. 7 bezeichnet eine Bezugszahl 71 einen Impulsgenerator und bezeichnet 72 ein Oszilloskop. CLC' ist die Kapazität des ferroelektrischen Flüssigkristalls, der die vorstehend erwähnte Kapazität CLC zeigt, wenn sie innerhalb einer separaten Zelle zwischen einem Paar Elektroden gemessen wird. Die spontane Polarisation Ps wurde auf der Grundlage des Wertes von ΔVLC, der während des Anlegens eines Impulses verursacht wird und an dem Oszilloskop 72 direkt visuell gemessen wird, gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
Ps = ΔVLC (Ci'+CLC')/2S Gl. (3),
worin S die Fläche (cm²) bezeichnet, die von einander gegenüberliegenden Elektroden eingenommen wird, und ΔVLc ein Spannungsabfall ist, wie er bei Fig. 8(b) gezeigt ist. Übrigens wurde die Messung von Ps in den nachstehend beschriebenen Beispielen bei 25ºC durchgeführt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8(a) ist eine Spannungs-Kurvenform gezeigt, die von dem Impulsgenerator 71 angelegt wird, und bei Fig. 8(b) ist eine Spannungs-Kurvenform VLC gezeigt, die wegen des Anlegens der vorstehend erwähnten Impulsspannung an einen ferroelektrischen Flüssigkristall angelegt wird. Darin bezeichnet ΔVLC einen Spannungsabfall und Vrev. eine Spannung mit entgegengesetzter Polarität. Ferner ist bei Fig. 8(c) eine entsprechende Änderung des optischen Verhaltens gezeigt. Der vorstehend erwähnte VLC-Wert entspricht einer Spannung, die erforderlich ist, damit ein Flüssigkristallmolekül, das zu der in Fig. 6 gezeigten Achse 602b (oder 602a) orientiert ist, auf die Achse 602a (oder 602b) umschaltet.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Herstellung einer Zelle A

Ein lichtdurchlässiges Substrat, das mit einem lichtdurchlässigen ITO-Elektrodenfilm versehen- war, wurde unter Anwendung einer Zerstäubungsvorrichtung mit einem 100 nm (1000 Å) dicken SiO-Film beschichtet. Auf dem 100 nm (1000 Å) dicken SiO-Film wurde ein 20 nm (200 Å) dicker Film aus Polyimid ("SP-710", erhältlich von Toray K.K.) gebildet, der dann durch Reiben behandelt wurde. Zwei Substrate, die in der vorstehend beschriebenen Weise behandelt worden waren, wurden derart übereinandergelegt, daß sich ihre Reibrichtungen kreuzten, und sie wurden mit einem vorgeschriebenen Abstand aneinander befestigt, indem SiO-Perlen mit einem mittleren Durchmesser von 1,5 µm angeordnet wurden. Auf diese Weise wurde eine Zelle A hergestellt.

Herstellung einer Zelle B

Eine Zelle B wurde in derselben Weise wie bei der Herstellung der Zelle A hergestellt, außer daß der SiO-Film in einer Dicke von 50 nm (500 Å) gebildet wurde.

Herstellung einer Zelle C

Eine Zelle C wurde in derselben Weise wie bei der Herstellung der Zelle B hergestellt, außer daß der SiO-Film durch einen 50 nm (500 Å) dicken AlO&sub3;-Film ersetzt wurde und der 20 nm (200 Å) dicke Polyimidfilm durch einen Polyimidfilm in einer Dicke von (etwa) 3 nm (30 Å) ersetzt wurde. Der Polyimidfilm wurde in diesem Fall durch Schleuderbeschichtung unter Verwendung einer 0,25%igen (Masse%) Lösung eines Polysäureamids (SP- 10 710, erhältlich von Toray K.K.), eines Polyimid-Vorläufers, in DMAC (Dimethylacetamid), worauf 30minütiges Erhitzen bei 300ºC folgte, gebildet.

Herstellung einer Zelle D

Eine Zelle D wurde in derselben Weise wie bei der Herstellung der Zelle C hergestellt, außer daß der AlO&sub3;-Film durch einen 100 nm (1000 Å) dicken TiO-Film ersetzt wurde.

Herstellung einer Zelle E

Eine Zelle E wurde in derselben Weise wie bei der Herstellung der Zelle C hergestellt, außer daß der AlO&sub3;-Film durch einen 50 nm (500 Å) dicken Si&sub3;N&sub4;-Film (Siliciumnitridfilm) ersetzt wurde, der durch thermisches CVD-Verfahren (CVD = chemische Aufdampfung) aus einer Gasmischung aus SiH&sub4; und NH&sub3; gebildet wurde.

Herstellung einer Zelle F (Vergleich)

Eine Zelle F wurde in derselben Weise wie bei der Herstellung der Zelle A hergestellt, außer daß der 100 nm (1000 Å) dicke SiO-Film weggelassen wurde.
Jede der vorstehend erwähnten Zellen A bis F wurde in einer Anzahl von sechs Zellen hergestellt, die jeweils mit den ferroelektrischen Flüssigkristallen CS-1014 (hergestellt durch Chisso K.K.), CS-1017 (Chisso), CS-1018 (Chisso), CS-1016 (Chisso), ZLI- 3775 (Merck) und ZLI-3654 (Merck) gefüllt wurden.
Jede Zellenprobe, die mit einem der vorstehend erwähnten ferroelektrischen Flüssigkristalle gefüllt worden war, wurde einer Messung der spontanen Polarisation Ps bei 25ºC unterzogen. Die Meßwerte sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefaßt.
Die Meßwerte zeigten übrigens, daß ein ferroelektrischer Flüssigkristall bei verschiedenen Zellenstrukturen im wesentlichen dieselbe spontane Polarisation Ps zeigte.

Tabelle 1 (Ps)

Ferroelektrischer Flüssigkristall Ps (nC/cm²)

CS-1014 3,2
CS-1017 5,4
CS-1018 12,0
CS-1016 5,1
ZLI-3775 18,7
ZLI-3654 19,4.
Eine beschichtete Substratstruktur aus lichtdurchlässigem Substrat/ lichtdurchlässiger Elektrode/ isolierendem Film (einschließlich eines Ausrichtungseinstellungsfilms aus Polyimid), der mit einem der in jeder der vorstehend erwähnten Probenzellen A bis F angewandten identisch war, wurde separat bereitgestellt, und die Dielektrizitätskonstante des isolierenden Films wurde mit dem vorstehend erwähnten "LCR Meter" gemessen. Auf der Grundlage der Meßwerte wurde die Kapazität der in den Probenzellen A bis F angewandten isolierenden Filme berechnet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengefaßt.

Tabelle 2 (Ci)

Probenzelle Kapazität (nF/cm²)

Zelle A 12,7
Zelle B 21,8
Zelle C 75
Zelle D 310
Zelle E 58
Zelle F 73.
Dann wurden die jeweiligen Zellen A bis F, die jeweils mit den sechs Arten von ferroelektrischen Flüssigkristallen gefüllt waren, einer Bewertung der Bistabilität mittels Betrachtung durch ein Polarisationsmikroskop unterzogen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3 (Bistabilität) Prozenzelle
Hierin bedeutet "FLC" "ferroelektrischer Flüssigkristall", und die Symbole, die zur Bewertung der Bistabilität angewendet werden, bedeuten die folgenden Zustände:
: gute Bistabilität
Δ : gute Bistabilität in einem Teilbereich
x : zeigt keine Bistabilität.
Die Bewertung der Bistabilität basiert auf einem Verfahren, bei dem unter Betrachtung durch ein Polarisationsmikroskop eine Impulsspannung mit einer Polarität, die eine Schwellenspannung des FLC überschreitet, angelegt wird, worauf nach Entfernung der Spannung die Betrachtung eines Speicherzustandes folgt, und eine Spannung mit einer entgegengesetzten Polarität angelegt wird, worauf nach Entfernung der Spannung die Betrachtung eines Speicherzustandes folgt.
Die Kapazitätswerte CLC und die berechneten Werte von 2·Ps-CLC und 7·Ps-CLC, die für die ferroelektrischen Flüssigkristalle (FLC), die in den Probenzellen A bis F verwendet werden, erhalten werden, sind in der folgenden Tabelle 4 zusammengefaßt. Tabelle 4 (CLC, 2·Ps-CLC, 7·Ps-CLC)
Die Ergebnisse, die in den vorstehenden Tabellen 3 und 4 gezeigt sind, liefern die folgende Beobachtung. Die Vergleichszelle F zeigte eine gute Bistabilität, bringt jedoch die Neigung mit sich, daß zwischen den oberen und den unteren Elektroden Kurzschluß auftritt. In den vorstehenden Beispielen wurde eine Zelle geringer Größe (2 cm · 4 cm) für Versuchszwecke angewendet. Die vorstehend erwähnte Neigung zu Kurzschluß zwischen den oberen und den unteren Elektroden nimmt jedoch in einem viel höheren Maße zu, wenn ein größeres Anzeigefeld mit einer Größe von z. B. 12 inch (30,5 cm) angewendet wird.
Im Gegensatz dazu zeigten in bezug auf die Probenzellen A bis E, die mit einem isolierenden Film zur Verhinderung von Kurzschluß versehen sind, die Zellen, die die Bedingung Ci ≥ 2·Ps-CLC und vor allem Ci ≥ 7·Ps-CLC erfüllen, selektiv ein ausgezeichnetes bistabiles Umschaltverhalten.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, das Problem der Behinderung der bistabilen Umkehrschaltung zu lösen, das dadurch verursacht wird, daß ein isolierender Film in einer Dicke von 20 nm (200 Å) oder mehr vorhanden ist, der zur Verhinderung von Kurzschluß zwischen den oberen und den unteren Elektroden bereitgestellt ist, und wird es auch möglich, ungeachtet des Vorhandenseins des vorstehend erwähnten isolierenden Films einen ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer großen spontanen Polarisation Ps zu verwenden, so daß ein Anzeigefeld mit einer großen Fläche realisiert werden kann.

Beispiel 2

Ein Substrat, das mit 230 µm breiten lichtdurchlässigen Elektrodenstreifen, die einen Mittenabstand von 250 µm hatten, versehen war, wurde durch ES-Aufdampfung (Elektronenstrahl-Aufdampfung) mit einem 100 nm (1000 Å) dicken Titandioxidfilm beschichtet. Der durch ES-Aufdampfung gebildete Titanoxidfilm zeigte bei der Messung mit einem Impedanzanalysator ("LCR Meter 4192A", erhältlich von Yokogawa Hewlett-Packard K.K.) bei einer Frequenz von 20 kHz eine Dielektrizitätskonstante von 102.
Der Titandioxidfilm wurde ferner durch Auftragen und Erhitzen mit einem 30 nm (300 Å) dicken Film aus Polyimid ("SP-710", erhältlich von Toray K.K.) beschichtet, und der Polyimidfilm wurde dann durch Reiben behandelt.
Zwei Substrate, die in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellt worden waren, wurden zur Bildung einer Zelle derart aneinander befestigt, daß sich ihre lichtdurchlässigen Streifen im rechten Winkel kreuzten und ihre Reibrichtungen parallel waren.
In die Zelle wurde ein ferroelektrischer Flüssigkristall ("ZLI 3774", erhältlich von Merck Co.), der die folgenden Phasenumwandlungseigenschaften zeigte: Krist unter SmC SmA Ch. Iso
(Krist.: Kristall, SmC*: chirale smektische C-Phase, SmA: smektische A-Phase, Ch.: cholesterische Phase, Iso.: isotrope Phase) und zur isotropen Phase erhitzt war, hermetisch eingeschlossen. Die Flüssigkristallzelle wurde allmählich mit einer Geschwindigkeit von 0,5ºC/min abgekühlt, und ihr Umschaltverhalten wurde bei Raumtemperatur (etwa 25ºC) beobachtet.
Wie in Fig. 9B gezeigt ist, wurde die Bistabilität bewertet, indem wiederholt ein Impuls mit einer einzigen Polarität (Impulsdauer: 50 µs; Maximalwert: 20 V) in entgegengesetzten Polaritäten angelegt wurde. Das elektrooptische Ansprechverhalten des Flüssigkristalls wurde durch Polarisatoren in der Art von gekreuzten Nicols beobachtet, wobei festgestellt wurde, daß der Zustand, der durch das Anlegen des Impulses festgelegt wird, in Abwesenheit eines elektrischen Feldes beibehalten wurde, wie es bei Fig. 9B(c) gezeigt ist, so daß die Bistabilität bestätigt wurde.

Vergleichsbeispiel 1

Eine Flüssigkristallzelle wurde in derselben Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, außer daß anstelle des 30 nm (300 Å) dikken Polyimidfilms ein 80 nm (800 Å) dicker Polyimidfilm verwendet wurde, und die Flüssigkristallzelle wurde in einer ähnlichen Weise geprüft. Die Ergebnisse sind in Fig. 9A gezeigt.
Im einzelnen zeigt Fig. 9A eine angelegte Spannung und eine optische Antwort bzw. Reaktion darauf einer außerhalb der vorliegenden Erfindung liegenden ferroelektrischen Flüssigkristallzelle im Vergleich zu denen der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 9B gezeigt sind. In der Figur bezeichnet t die Zeit, V die Spannung und T den Durchlaßgrad (Relativwert).
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, trat bei der außerhalb der vorliegenden Erfindung liegenden Flüssigkristallzelle (Fig. 9A) während des Anlegens einer Impulsspannung ein steiler Spannungsabfall ein, und nach der Entfernung der Impulsspannung wurde an den Flüssigkristall eine große Spannung mit einer entgegengesetzten Polarität angelegt, wie bei Fig. 9A(b) gezeigt ist. Als Folge wurde bei der Entfernung der Spannung wieder ein ursprünglicher dunkler Zustand eingenommen, wie bei Fig. 9A(c) gezeigt ist. Mit anderen Worten, durch eine Spannung von 20 V und eine Impulsdauer von 50 µs wurde keine Umkehrschaltung bewirkt. Im Gegensatz dazu trat bei der Flüssigkristallzelle der vorliegenden Erfindung (Fig. 9B) während des Anlegens der Impulsspannung ein geringer Spannungsabfall ein, und während der Entfernung der Impulsspannung wurde nur eine kleine Spannung mit einer entgegengesetzten Polarität verursacht. Als Folge wurde bei der Flüssigkristallzelle der vorliegenden Erfindung ein heller Zustand, der während des Anlegens der Spannung erhalten wurde, im wesentlichen beibehalten, wie bei Fig. 9B(c) gezeigt ist. Somit wurde gemäß der Zelle der vorliegenden Erfindung durch eine Impulsspannung von 20 V und eine Impulsdauer 10 von 50 µs eine Umkehrschaltung bewirkt.

Beispiel 3

Eine Flüssigkristallzelle wurde in derselben Weise wie in Beispiel 2 hergestellt und geprüft, außer daß der Flüssigkristall durch "CS 1018" (erhältlich von Chisso K.K.), der die folgenden Phasenumwandlungseigenschaften zeigte: Krist SmC SmA Ch. Iso
ersetzt wurde.
Als Ergebnis wurde bestätigt, daß die Flüssigkristallzelle ähnlich wie in Beispiel 2 eine gute Bistabilität zeigte.

Beispiel 4

Ein mit lichtdurchlässigen Elektroden versehenes Substrat, das mit dem in Beispiel 2 angewandten identisch war, wurde durch eine Schleuderbeschichtungsvorrichtung mit einer 5%igen Lösung einer Organozinnverbindung (Acetylacetonatozinn, erhältlich von Shokubai Kasei K.K.) in Isopropylalkohol beschichtet, worauf Erhitzen folgte, wobei ein 80 nm (800 Å) dicker SnO-Film gebildet wurde, der eine Dielektrizitätskonstante von 26 (gemessen bei einer Frequenz von 20 kHz) zeigte.
Durch Anwendung derselben Zellenstruktur und desselben Flüssigkristallmaterials wie in Beispiel 2 mit der vorstehend erwähnten Ausnahme wurde eine Flüssigkristallzelle hergestellt.
Es wurde ähnlich wie in Beispiel 2 eine gute Bistabilität erzielt.

Beispiel 5

Eine Flüssigkristallzelle wurde in derselben Weise wie in Beispiel 2 hergestellt und geprüft, außer daß der 30 nm (300 Å) dicke Polyimidfilm durch einen 30 nm (300 Å) dicken Polyvinylalkoholfilm ersetzt wurde, wobei ähnliche Ergebnisse wie in Beispiel 2 erhalten wurden.

Beispiel 6

Eine Flüssigkristallzelle wurde in derselben Weise wie in Beispiel 2 hergestellt und geprüft, außer daß der 30 nm (300 Å) dicke Polyimidfilm durch einen 20 nm (200 Å) dicken Film aus einem Polyimid mit der folgenden Grundeinheit ersetzt wurde, wobei ähnliche Ergebnisse wie in Beispiel 2 erhalten wurden.
Der Polyimidfilm wurde in der folgenden Weise hergestellt.
12,3 g 2,2-Bis[4-(4-aminophenoxy)-phenyl]propan wurden zu 189 ml N,N-Dimethylformamid hinzugegeben und gerührt, um eine gleichmäßige Lösung zu bilden. Ferner wurden 7,5 g 3,5,6-Tricarboxy- 2-carboxymethylnorbornan-2 : 3,5 : 6-dianhydrid dazugegeben, worauf 6stündiges Rühren bei Raumtemperatur folgte, wobei eine schwach bräunliche viskose Flüssigkeit erhalten wurde. Die viskose Flüssigkeit wurde in eine große Menge Toluol gegossen, um eine Ausfällung zu bewirken, wobei 17,6 g eines Polysäureamids in Form eines weißen Feststoffs erhalten wurden.
Das auf diese Weise erhaltene Polysäureamid wurde in einer Konzentration von 2 Masse% in Dimethylformamid gelöst und mit einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung, die sich mit 3000 U/min drehte, in 180 Sekunden aufgetragen. Der Überzugsfilm wurde dann zur Härtung 1 Stunde lang bei 250ºC erhitzt, wobei ein etwa 20 nm (200 Å) dicker Überzugsfilm aus dem Polyimid mit einer Grundeinheit der vorstehenden Formel gebildet wurde.

Beispiel 7

Eine Flüssigkristallzelle wurde in derselben Weise wie in Beispiel 2 hergestellt und geprüft, außer daß der durch ES-Aufdampfung gebildete Titandioxidfilm vor dem Auftragen des Polyimidfilms durch Tauchen mit einer 5%igen Lösung von Diethoxydimethylsilan in Toluol beschichtet wurde, worauf 30minütiges Erhitzen bei 80ºC folgte, um einen Polyorganosilanfilm zu bilden. Als Ergebnis wurde im Vergleich zu der Flüssigkristallzelle in Beispiel 2 eine Verbesserung des optischen Ansprechverhaltens beobachtet. Die Verbesserung des optischen Ansprechverhaltens war eine Verminderung des Flackerns auf einem Bildschirm während einer Multiplexansteuerung, wie sie in der US-Patentschrift Nr. 4 655 561 offenbart ist.
Ähnliche Ergebnisse wurden auch erhalten, als das vorstehend erwähnte Diethoxydimethylsilan durch andere Silan-Monomere wie z. B. Dimethyldichlorsilan, Diethoxydiphenylsilan oder Methyltriethoxysilan/Dimethyldiethoxylsilan (= 1/1) oder Vorpolymere ersetzt wurde.

Beispiel 8

Eine Flüssigkristallzelle wurde in derselben Weise wie in Beispiel 2 hergestellt und geprüft, außer daß der durch ES-Aufdampfung gebildete Titandioxidfilm durch einen 100 nm (1000 Å) dicken BaTio&sub3;-Film ersetzt wurde, der durch Zerstäubung (Sputtern) gebildet wurde, wodurch ähnliche Ergebnisse wie in Beispiel 2 gezeigt erhalten wurden. Der 100 nm (1000 Å) dicke BaTiO&sub3;-Film zeigte eine Dielektrizitätskonstante von 150, als sie in derselben Weise wie in Beispiel 2 gemessen wurde.

Beispiel 9

Eine Flüssigkristallzelle wurde in derselben Weise wie in Beispiel 2 hergestellt und geprüft, außer daß der 30 nm (300 Å) dicke Polyimidfilm durch einen 30 nm (300 Å) dicken SiO-Film ersetzt wurde, der durch schräge Aufdampfung unter einem Winkel von 5º gebildet wurde, wobei ähnliche Ergebnisse wie in Beispiel 2 erhalten wurden.

Vergleichsbeispiel 2

Eine Flüssigkristallzelle wurde in derselben Weise wie in Beispiel 2 hergestellt und geprüft, außer daß der Titandioxidfilm durch einen 100 nm (1000 Å) dicken Siliciumdioxidfilm ersetzt wurde, der durch Zerstäubung (Sputtern) gebildet wurde, wobei ähnliche Ergebnisse wie die in Fig. 9A gezeigten erhalten wurden. Der 100 nm (1000 Å) dicke Siliciumdioxidfilm zeigte eine Dielektrizitätskonstante von 3,1, als sie in derselben Weise wie in Beispiel 2 gemessen wurde.

Beispiele 10 bis 16, Vergleichsbeispiele 3 und 4

Flüssigkristallzellen wurden mit der in Fig. 2D gezeigten Zellenstruktur hergestellt, wobei die isolierenden Filme 109a und 109b zur Verhinderung von Kurzschluß und die Ausrichtungseinstellungsfilme 105a und 105b unter den in der folgenden Tabelle 5 gezeigten Bedingungen hergestellt wurden. Tabelle 5 Beispiel Nr. Isolierende Filme Ausrichtungseinstellungsfilme Material Dielektrizitätskonstante Volumenwiderstand Art ammoniumsalzmodifiziertes Polysäureamid Polyimid amidmodifiziertes Polyimid carbonylmodifizierter Polyvinylalkohol PVA SiO Vergl.-beisp.
Die Substrate, die in den Beispielen 10 bis 12 und 14 bis 16 und den Vergleichsbeispielen 3 und 4 angewendet wurden, wurden jeweils durch Reiben behandelt, und auf dem Substrat von Beispiel 13 wurde durch schräge Aufdampfung unter einem Aufdampfungswinkel von 5º ein 100 nm (1000 Å) dicker SiO-Film gebildet. Der SiO-Film zeigte wegen seiner Porosität einen Volumenwiderstand von 0 Ω·cm.
Dann wurden die Substrate jedes Paares parallel zueinander befestigt, um eine Zelle zu bilden, die dann mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall ("CS 1018", erhältlich von Chisso K.K.) gefüllt wurde, der die folgenden Phasenumwandlungseigenschaften zeigte: Krist. SmC SmA Ch. Iso
Die Zelle wurde dann allmählich mit einer Geschwindigkeit von 0,5ºC/min abgekühlt, um eine Flüssigkristallzelle zu bilden.
Jede auf diese Weise hergestellte Flüssigkristallzelle wurde zwischen ein Paar Polarisatoren, die in der Art von gekreuzten Nicols angeordnet waren, eingelegt, und ihr wurde ein Impuls mit einer einzigen Polarität zugeführt, dessen Polarität abwechselnd verändert wurde, wie bei Fig. 11(a) gezeigt ist, um die Bistabilität durch Beobachtung des Umschaltverhaltens zu bewerten.
Als die optische Antwort mit einem Photoelektronenvervielfacher ermittelt wurde, wurde in bezug auf die Zellen der Beispiele 10 bis 16 eine gute Bistabilität beobachtet. Als typisch ist bei Fig. 11(b) die optische Antwort der Zelle von Beispiel 10 gezeigt. Der Flüssigkristallzustand, der sich durch das Anlegen des Impulses ergab, wurde somit nach dem Abschalten des Impulses beibehalten, so daß die Bistabilität bestätigt wurde.
Die vorstehenden Ergebnisse der Beispiele 10 bis 16 wurden jeweils mit einer Zelle erhalten, bei der beide Substrate mit einem Film zur Verhinderung von Kurzschluß beschichtet waren. In bezug auf Beispiele 10 bis 12 wurde auch eine Zelle, bei der nur ein Substrat mit einer Schicht zur Verhinderung von Kurzschluß bedeckt war, hergestellt und in derselben Weise geprüft. Auch mit so einer Zelle, die eine Schicht zur Verhinderung von Kurzschluß hatte, wurden ähnliche Ergebnisse erhalten wie die, die mit einer vorstehend beschriebenen Zelle erhalten wurden, die auf beiden Substraten eine Schicht zur Verhinderung von Kurzschluß hatte.
Auch die optischen Antworten der Zellen der Vergleichsbeispiele 3 und 4 wurden mit einem Photoelektronenvervielfacher ermittelt. Der angelegte Impuls und die optische Antwort der Zelle von Vergleichsbeispiel 3 sind in Fig. 12 bei (a) bzw. (b) gezeigt. Wie bei Fig. 12(b) gezeigt ist, wurde der Flüssigkristallzustand, der sich durch das Anlegen des Impulses ergab, nach der Entfernung des Impulses nicht beibehalten und nahm die Lichtmenge allmählich ab, so daß bestätigt wurde, daß die Bistabilität nicht realisiert wurde.
Wie vorstehend beschrieben wurde, sind bei der Flüssigkristallvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf einem Substrat zwei isolierende Schichten einschließlich einer ersten Schicht, die aus einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante besteht, und einer zweiten Schicht, die aus einem dielektrischen Material mit einem niedrigen spezifischen Widerstand besteht, gebildet, so daß die Kapazität der isolierenden Schichten erhöht ist, wodurch eine Flüssigkristallschicht mit einer zuverlässigen Bistabilität bereitgestellt und eine störungsfreie Umschaltwirkung des Flüssigkristalls realisiert wird.

Beispiel 17

Messung der Dielektrizitätskonstante

Ein SiO-Film wurde in einer herkömmlichen Weise - auf einen Si(n&spplus;)-Wafer aufgedampft, und seine Dicke wurde nach dem Stufendifferenz-Meßverfahren gemessen und betrug 1,12 µm.
Eine kreisförmige Aluminiumelektrode mit einem Durchmesser von 1 mm wurde durch Aufdampfung darauf angeordnet.
Die Kapazität zwischen dem Si(n&spplus;)-Wafer und der Aluminiumelektrode wurde mit einem Kapazitätsmeßgerät (Model 4192A, erhältlich von Yokogawa Hewlett-Packard K.K.) gemessen, und die Dielektrizitätskonstante des SiO-Films wurde anhand der folgenden Gleichungen gemessen:
C = &epsi;&sub1;·&epsi;&sub0;·S/d
folglich
&epsi;&sub1; = C·d/885,4·S
C: Kapazität
d: Dicke
&epsi;&sub0;: Dielektrizitätskonstante des Vakuums
S: Elektrodenfläche
&epsi;&sub1;: Dielektrizitätskonstante der Probe.
Als Ergebnis wurde errechnet, daß die Dielektrizitätskonstante &epsi;&sub1; von SiO den Wert 3,85 hatte.
In ähnlicher Weise wurde eine 2%ige Lösung eines Polyimid-Vorläufers ("SP-710", erhältlich von Toray K.K.) in Dimethylacetamid mit einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung auf einen Si(n&spplus;)-Wafer aufgetragen und dann 60 min lang bei 300ºC erhitzt, um eine Kondensationshärtung unter Bildung eines Polyimidfilms zu bewirken, auf dem eine Aluminiumelektrode gebildet wurde.
Durch die Kapazitätsmessung wurde die Dielektrizitätskonstante &epsi;&sub2; des Polyimidharzes [SP-710) berechnet, die 3,23 betrug.
Durch Verwendung des SiO als Grundschicht und des Polyimids als Ausrichtungseinstellungsschicht wurde in der folgenden Weise eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung hergestellt.

Herstellung der Vorrichtung

Es wurden zwei 0,7 mm dicke Glasplatten bereitgestellt und je mit einem ITO-Film beschichtet, um eine Elektrode zum Anlegen von Spannung zu bilden, die ferner durch Aufdampfung mit einer 50 nm (500 Å> dicken SiO-Schicht beschichtet wurde. Auf die SiO-Schicht wurde durch 15sekündige Schleuderbeschichtung mit einer Drehzahl von 2000 U/min eine 0,2%ige Lösung eines Silan- Haftmittels (KBM-602, erhältlich von Shinetsu Kagaku K.K.) in Isopropylalkohol aufgebracht und 20 Minuten lang einer Heißhärtungsbehandlung bei 120ºC unterzogen.
Ferner wurde jede Glasplatte, die mit einem ITO-Film versehen und in der vorstehend beschriebenen Weise behandelt worden war, durch eine Schleuderbeschichtungsvorrichtung, die 15 Sekunden lang mit 2100 U/min rotierte, mit einer 1,3%igen Lösung eines Polyimidharz-Vorläufers (SP-510, erhältlich von Toray K.K.) in Dimethylacetamid beschichtet. Danach wurde der Überzugsfilm 60 min lang einer Heißhärtung bei 300ºC unterzogen, wobei ein etwa 18 nm (180 Å) dicker Film erhalten wurde. Der Überzugsfilm wurde mit einem acetatfaserbesetzten Tuch gerieben. Die zwei auf diese Weise behandelten Glasplatten wurden mit Isopropylalkohol gewaschen. Nachdem Aluminiumoxidperlen mit einer mittleren Teilchengröße von 2 µm auf einer der Glasplatten verteilt worden waren, wurden die zwei Glasplatten mit einem Kleb- und Abdichtungsmittel (Lixon Bond, erhältlich von Chisso K.K.) derart aufeinandergebracht, daß ihre Reibrichtungen zueinander parallel waren, und zur Bildung einer Leerzelle 60 min lang bei 100ºC erhitzt. Durch Messung mit einem Berek-Kompensator wurde gefunden, daß der Zellenzwischenraum etwa 2 µm betrug.
Die auf diese Weise hergestellte Zelle wurde unter Vakuum mit einer ferroelektrischen Flüssigkristallverbindung, die die folgende Strukturformel (I) hatte (worin C* ein optisch aktives asymmetrisches Kohlenstoffatom bezeichnet):
die zu einer isotropen Phase erhitzt war, gefüllt, und dann wurde die Zelle allmählich mit einer Geschwindigkeit von 5ºC/ Stunde von einer Temperatur der isotropen Phase auf 30ºC abgekühlt, worauf sie auf einen normalen Druck zurückgebracht wurde, wobei eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung erhalten wurde.
Dann wurde bei der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung die optische Ansprechzeit (Zeit vom Anlegen einer Spannung bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Änderung des Durchlaßgrades 90% des Maximalwertes erreicht) unter Anlegen einer Spitze-Spitze- Spannung von 20 V in Kombination mit im rechten Winkel gekreuzten Nicol-Polarisatoren gemessen, wobei bei 80ºC eine Ansprechzeit von 100 µs erhalten wurde.
Es wurde eine deutliche Umschaltwirkung beobachtet, und auch die Ausrichtung war gut, so daß ein Monodomänenzustand erzielt wurde. Ferner war auch die Bistabilität gut, die nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung resultierte.
50 ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden ähnlich im wesentlichen in derselben Weise hergestellt und dann einer ähnlichen Messung und Beobachtung unterzogen, wobei alle Vorrichtungen genauso gute Ergebnisse zeigten und zwischen den oberen und den unteren Elektroden kein Kurzschluß auftrat.

Beispiel 18

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 17 hergestellt, außer daß die Grundschicht aus Si&sub3;N&sub4; (8 = 6,6) anstelle von SiO (8 = 3,85) gebildet wurde und der Ausrichtungseinstellungsfilm aus Polyvinylalkohol [PVA 17 (&epsi; = 6,2), erhältlich von Kuraray K.K.] anstelle des Polyimidharzes [SP-710 (&epsi; = 3,23), erhältlich von Toray K.K.) gebildet wurde. Die Vorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 17 untersucht.
Als Ergebnis wurde bei 80ºC eine optische Ansprechzeit von 105 µs gemessen.
Auch diese ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung zeigte eine deutliche Umschaltwirkung, und auch die Ausrichtung war gut, so daß ein Monodomänenzustand erzielt wurde. Ferner war auch die Bistabilität gut, die nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung resultierte.
50 ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden ähnlich im wesentlichen in derselben Weise hergestellt und dann einer ähnlichen Messung und Beobachtung unterzogen, wobei die meisten Vorrichtungen im wesentlichen gute Ergebnisse zeigten und zwischen den oberen und den unteren Elektroden nur ein Kurzschluß auftrat.

Beispiel 19

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 17 hergestellt und untersucht, außer daß die ferroelektrische Flüssigkristallverbindung durch eine Verbindung mit der folgenden Strukturformel (II) ersetzt wurde:
Bei 40ºC wurde eine Ansprechzeit von 500 µs gemessen.
Bei 40ºC wurde eine deutliche Umschaltwirkung beobachtet, und auch die Ausrichtung war gut, so daß ein Monodomänenzustand erzielt wurde. Ferner war auch die Bistabilität gut, die nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung resultierte.
50 ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden ähnlich im wesentlichen in derselben Weise hergestellt und dann einer ähnlichen Messung und Beobachtung unterzogen, wobei alle Vorrichtungen genauso gute Ergebnisse zeigten und zwischen den oberen und den unteren Elektroden kein Kurzschluß auftrat.

Beispiel 20

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 19 hergestellt und untersucht, außer daß die Grundschicht und die Ausrichtungseinstellungsschicht durch die ersetzt wurden, die in Beispiel 18 angewendet wurden.
Bei 40ºC wurde eine Ansprechzeit von 550 µs gemessen.
Auch diese Zelle zeigte eine deutliche Umschaltwirkung, und auch die Ausrichtung war gut, so daß ein Monodomänenzustand erzielt wurde. Ferner war auch die Bistabilität gut, die nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung resultierte.
50 ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden ähnlich im wesentlichen in derselben Weise hergestellt und dann einer ähnlichen Messung und Beobachtung unterzogen, wobei alle Vorrichtungen genauso gute Ergebnisse zeigten und zwischen den oberen und den unteren Elektroden kein Kurzschluß auftrat.

Beispiel 21

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 17 hergestellt und untersucht, außer daß die Ausrichtungseinstellungsschicht aus dem Polyimidharz "Sun-Ever 150" (&epsi; = 3,1; Nissan Kagaku Kogyo) anstelle des Polyimidharzes "SP-710" (&epsi; = 3,23; Toray K.K.) gebildet wurde.
Bei 80ºC wurde eine Ansprechzeit von 95 µs gemessen.
Auch diese Zelle zeigte eine deutliche Umschaltwirkung, und auch die Ausrichtung bei der Vorrichtung war gut, so daß ein Monodomänenzustand erzielt wurde. Ferner war auch die Bistabilität gut, die nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung resultierte.
50 ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden ähnlich im wesentlichen in derselben Weise hergestellt und dann einer ähnlichen Messung und Beobachtung unterzogen, wobei alle Vorrichtungen genauso gute Ergebnisse zeigten und zwischen den oberen und den unteren Elektroden kein Kurzschluß auftrat.

Beispiel 22

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 19 hergestellt und untersucht, außer daß die Grundschicht aus AlO&sub3; (&epsi; = 10,0) anstelle des SiO gebildet wurde und die Ausrichtungseinstellungsschicht aus dem Polyimidharz "RN 305" (&epsi; = 5,5; erhältlich von Nissan Kagaku Kogyo K.K.) anstelle des Polyimidharzes - "SP-710" (&epsi; = 3,23; Toray K.K.) gebildet wurde.
Bei 40ºC wurde eine Ansprechzeit von 520 µs gemessen.
Auch diese Zelle zeigte eine deutliche Umschaltwirkung, und auch die Ausrichtung war gut, so daß ein Monodomänenzustand erzielt wurde. Ferner war auch die Bistabilität gut, die nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung resultierte.
50 ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden ähnlich im wesentlichen in derselben Weise hergestellt und dann einer ähnlichen Messung und Beobachtung unterzogen, wobei alle Vorrichtungen genauso gute Ergebnisse zeigten und zwischen den oberen und den unteren Elektroden kein Kurzschluß auftrat.

Vergleichsbeispiel 5

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 17 hergestellt und untersucht, außer daß die Dicke der SiO-Schicht auf 5 nm (50 Å) vermindert wurde. Als Folge trat zwischen den oberen und den unteren Elektroden häufig ein Kurzschluß auf, so daß keine reproduzierbaren Meßergebnisse erhalten wurden.
Ferner wurden selbst bei einer Vorrichtung, die einer Messung zugänglich war, unerwünschte Erscheinungen wie z. B. eine örtliche Umschaltstörung beobachtet.

Vergleichsbeispiel 6

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 17 hergestellt und bewertet, außer daß die Polyimidschicht in einer Dicke von 80 nm (800 Å) gebildet wurde. Als Folge wurde ein auffallend schlechteres optisches Ansprechverhalten beobachtet, was durch eine bei 80ºC gemessene optische Ansprechzeit von 250 µs zum Ausdruck gebracht wird.
Ferner war die Ausrichtung bei der Vorrichtung etwas ungeordnet und konnte keine zufriedenstellende Monodomäne erzielt werden.

Vergleichsbeispiel 7

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 17 hergestellt und bewertet, außer daß das Polyimidharz durch ein Polyvinylalkoholharz (&epsi; = 9,8; erhältlich von Kuraray K.K.) ersetzt wurde. Als Ergebnis wurde bei 80ºC eine Ansprechzeit von 120 µs gemessen.
Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung verursachte ein schlechtes Umschaltverhalten wie z. B. das Auftreten von- Flakkern, so daß ein Bildfehler erzeugt wurde.
Ferner war die Ausrichtung bei der Vorrichtung ungeordnet und war die Bistabilität nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung nicht dauerhaft.

Beispiele 23 bis 34

Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 17 hergestellt und untersucht, außer daß die Grundschicht und/oder die Ausrichtungseinstellungsschicht durch die ersetzt wurden, die in der folgenden Tabelle 6 gezeigt sind. Tabelle 6 Beispiel Nr. Grundschicht Material Dicke Ausrichtungseinstellungsschicht Polyamidimid (Torlon, Mitsubishi Kasei) Xylolharz (Nihanol, Mitsubishi Gas Kagaku) Polyester (Bylon, Toyobo) Polycarbonat (Te&ijlig;in Panlite, Te&ijlig;in) Polyvinylbutyral (S-Lec β, Sekisui) Polyvinylacetat (Gohsenyl, Nihon Gohsei) Polyamid (Amilan, Toray K.K.) Polystyrol (Hiresin, Hitachi Kasei) Cellulose (CAB, Eastman Kodak) Melaminharz (National-Light Melamin, Matsushita Denko) Harnstoffharz (National-Light-Urea, Matsushita Denko) Acrylnitril (Cevian-V, Dicel)
Die auf diese Weise hergestellten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen zeigten jeweils eine deutliche Umschaltwirkung. Die Ausrichtung war bei den Vorrichtungen gut, und bei jeder Vorrichtung wurde ein Monodomänenzustand gebildet. Ferner war auch die Bistabilität nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung gut, und bei keiner Vorrichtung wurde ein Kurzschluß beobachtet.
Wie aus den vorstehenden Beispielen ersichtlich ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bereitgestellt, bei der ein ferroelektrischer Flüssigkristall in einer dünnen Schicht mit einem guten Ausrichtungsverhalten und einer verbesserten Wirkung der Verhinderung von Kurzschluß zwischen den oberen und den unteren Elektroden angeordnet ist, in bezug auf Bildfehler wie z. B. Bildelementflackern eine Verbesserung erzielt wird und eine gute Bistabilität gezeigt wird.

Beispiel 35

Eine Leerzelle wurde in derselben Weise wie in Beispiel 17 hergestellt.
Einige der vorstehend aufgezählten Beispielverbindungen wurden separat ausgewählt und in den nachstehend gezeigten Anteilen vermischt, um eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung zu bilden. Beispielverbindung Nr. Masseteile Masseteile
Die auf diese Weise hergestellte ferroelektrische Flüssigkristallmischung wurde zu einer gleichmäßigen isotropen Mischung erhitzt und unter Vakuum in die vorstehend hergestellte Leerzelle eingespritzt. Die Zelle wurde dann allmählich mit einer Geschwindigkeit von 5ºC/h auf 30ºC abgekühlt, und der Druck wurde auf einen normalen Wert zurückgebracht, wobei eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung erhalten wurde.
Dann wurde bei der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung die optische Ansprechzeit (Zeit vom Anlegen einer Spannung bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Änderung des Durchlaßgrades 90% des Maximalwertes erreicht) unter Anlegen einer Spitze-Spitze- Spannung von 20 V in Kombination mit im rechten Winkel gekreuzten Nicol-Polarisatoren gemessen, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden.
15ºC/1100 µs; 30ºC/290 µs; 45ºC/135 µs
Als die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bei 30ºC angesteuert wurde, wurde eine deutliche Umschaltwirkung mit einem Kontrastwert von 16 beobachtet. Ferner war bei der Vorrichtung die Ausrichtung gut, so daß ein Monodomänenzustand erzielt wurde, und war auch die Bistabilität nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung gut.
50 ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise hergestellt und dann einer ähnlichen Messung und Beobachtung unterzogen, wobei alle Vorrichtungen genauso gute Ergebnisse zeigten und zwischen den oberen und den unteren Elektroden kein Kurzschluß auftrat. Ferner wurden die auf diese Weise hergestellten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen einer Prüfung auf die Haltbarkeit unter Umgebungsbedingungen unterzogen, bei der jede Vorrichtung 24 Stunden lang kontinuierlich unter den Umgebungsbedingungen von 35ºC und 90% Feuchtigkeit angesteuert, 1 Woche lang stehengelassen und dann wieder der vorstehend erwähnten Leistungsbewertungsprüfung unterzogen wurde, wobei keine Veränderung beobachtet wurde.

Beispiel 36

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 35 hergestellt, außer daß die Grundschicht aus Si&sub3;N&sub4; (&epsi; = 6,6) anstelle von SiO (&epsi; = 3,8) gebildet wurde und der Ausrichtungseinstellungsfilm aus Polyvinylalkohol [PVA 117 (&epsi; = 6,2), erhältlich von Kuraray K.K.) anstelle des Polyimidharzes [SP-710 (&epsi; = 3,2), erhältlich von Toray K.K.] gebildet wurde. Die Vorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 35 untersucht, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden.
15ºC/1100 µs; 30ºC/305 µs; 45ºC/140 µs
Als die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bei 30ºC angesteuert wurde, wurde eine deutliche Umschaltwirkung mit einem Kontrastwert von 15 beobachtet. Ferner war bei der Vorrichtung die Ausrichtung gut, so daß ein Monodomänenzustand erzielt wurde, und war auch die Bistabilität nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung gut.
50 ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise hergestellt und dann einer ähnlichen Messung und Beobachtung unterzogen, wobei die meisten Vorrichtungen im wesentlichen gute Ergebnisse zeigten und zwischen den oberen und den unteren Elektroden nur ein Kurzschluß auftrat. Ferner wurde keine Veränderung beobachtet, als sie in derselben Weise wie in Beispiel 35 der Prüfung auf die Haltbarkeit unter Umgebungsbedingungen unterzogen wurden.

Beispiel 37

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 35 hergestellt und bewertet, außer daß die ferroelektrische Flüssigkristallmischung durch die folgende Mischung ersetzt wurde, die einige der vorstehend beschriebenen Beispielverbindungen in den nachstehend gezeigten Anteilen enthielt. Beispielverbindung Nr. Masseteile Masseteile
Als Ergebnis wurden die folgenden Werte der optischen Ansprechzeit erhalten.
15ºC/890 µs; 30ºC/385 µs 45ºC/160 µs
Als die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bei 30ºC angesteuert wurde, wurde eine deutliche Umschaltwirkung mit einem Kontrastwert von 16 beobachtet. Ferner war bei der Vorrichtung die Ausrichtung gut, so daß ein Monodomänenzustand erzielt wurde, und war auch die Bistabilität nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung gut.
50 ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise hergestellt und dann einer ähnlichen Messung und Beobachtung unterzogen, wobei alle Vorrichtungen genauso gute Ergebnisse zeigten und zwischen den oberen und den unteren Elektroden kein Kurzschluß auftrat. Ferner wurde keine Veränderung des Bewertungsergebnisses beobachtet, als die Vorrichtungen in derselben Weise wie in Beispiel 35 der Prüfung auf die Haltbarkeit unter Umgebungsbedingungen unterzogen wurden.

Beispiel 38

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 37 hergestellt und bewertet, außer daß die Grundschicht und die Ausrichtungseinstellungsschicht durch die ersetzt wurden, die in Beispiel 16 angewendet wurden, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden.
15ºC/900 µs; 30ºC/390 µs; 45ºC/175 µs
Als die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bei 30ºC angesteuert wurde, wurde eine deutliche Umschaltwirkung mit einem Kontrastwert von 1-6 beobachtet. Ferner war bei der Vorrichtung die Ausrichtung gut, so daß ein Monodomänenzustand erzielt wurde, und war auch die Bistabilität nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung gut.
50 ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise hergestellt und dann einer ähnlichen Messung und Beobachtung unterzogen, wobei alle Vorrichtungen genauso gute Ergebnisse zeigten und zwischen den oberen und den unteren Elektroden kein Kurzschluß auftrat. Ferner wurde keine Veränderung des Bewertungsergebnisses beobachtet, als die Vorrichtungen in derselben Weise wie in Beispiel 35 der Prüfung auf die Haltbarkeit unter Umgebungsbedingungen unterzogen wurden.

Beispiel 39

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 35 hergestellt und bewertet, außer daß die ferroelektrische Flüssigkristallmischung durch die folgende Mischung ersetzt wurde, die einige der vorstehend beschriebenen Beispielverbindungen in den nachstehend gezeigten Anteilen enthielt. Beispielverbindung Nr. Masseteile Masseteile
Als Ergebnis wurden die folgenden Werte der optischen Ansprechzeit erhalten.
15ºC/280 µs; 30ºC/150 µs; 45ºC/105 µs
Als die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bei 30ºC angesteuert wurde, wurde eine deutliche Umschaltwirkung mit einem Kontrastwert von 15 beobachtet. Ferner war bei der Vorrichtung die Ausrichtung gut, so daß ein Monodomänenzustand erzielt wurde, und war auch die Bistabilität nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung gut.
50 ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise hergestellt und dann einer ähnlichen Messung und Beobachtung unterzogen, wobei alle Vorrichtungen genauso gute Ergebnisse zeigten und zwischen den oberen und den unteren Elektroden kein Kurzschluß auftrat. Ferner wurde keine Veränderung des Bewertungsergebnisses beobachtet, als die Vorrichtungen in derselben Weise wie in Beispiel 35 der Prüfung auf die Haltbarkeit unter Umgebungsbedingungen unterzogen wurden.

Beispiel 40

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 35 hergestellt und untersucht, außer daß die Ausrichtungseinstellungsschicht aus dem Polyimidharz "Sun-Ever 150" (&epsi; = 3,1; Nissan Kagaku Kogyo) anstelle des Polyimidharzes "SP-710" (&epsi; = 3,2; Toray K.K.) gebildet wurde, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden.
15ºC/1055 µs; 30ºC/280 µs; 45ºC/125 µs
Als die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bei 30ºC angesteuert wurde, wurde eine deutliche Umschaltwirkung mit einem Kontrastwert von 14 beobachtet. Ferner war bei der Vorrichtung die Ausrichtung gut, so daß ein Monodomänenzustand erzielt wurde, und war auch die Bistabilität nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung gut.
50 ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise hergestellt und dann einer ähnlichen Messung und Beobachtung unterzogen, wobei alle Vorrichtungen genauso gute Ergebnisse zeigten und zwischen den oberen und den unteren Elektroden kein Kurzschluß auftrat. Ferner wurde keine Veränderung des Bewertungsergebnisses beobachtet, als die Vorrichtungen in derselben Weise wie in Beispiel 35 der Prüfung auf die Haltbarkeit unter Umgebungsbedingungen unterzogen wurden.

Beispiel 41

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 37 hergestellt und untersucht, außer daß die Grundschicht aus AlO&sub3; (&epsi; = 10,0) anstelle des SiO gebildet wurde und die Ausrichtungseinstellungsschicht aus dem Polyimidharz "RN 305" (&epsi; = 5,5; erhältlich von Nissan Kagaku Kogyo K.K.) anstelle des Polyimidharzes "SP-710" (&epsi; = 3,23; Toray K.K.) gebildet wurde, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden.
15ºC/885 µs; 30ºC/375 µs; 45ºC/155 µs
Als die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bei 30ºC angesteuert wurde, wurde eine deutliche Umschaltwirkung mit einem Kontrastwert von 15 beobachtet. Ferner war bei der Vorrichtung die Ausrichtung gut, so daß ein Monodomänenzustand erzielt wurde, und war auch die Bistabilität nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung gut.
50 ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise hergestellt und dann einer ähnlichen Messung und Beobachtung unterzogen, wobei alle Vorrichtungen genauso gute Ergebnisse zeigten und zwischen den oberen und den unteren Elektroden kein Kurzschluß auftrat. Ferner wurde keine Veränderung des Bewertungsergebnisses beobachtet, als die Vorrichtungen in derselben Weise wie in Beispiel 35 der Prüfung auf die Haltbarkeit unter Umgebungsbedingungen unterzogen wurden.

Beispiel 42

Die einzelnen ferroelektrischen Flüssigkristallverbindungen, die verwendet wurden, und die resultierende ferroelektrische Flüssigkristallmischung, die in Beispiel 35 verwendet wurde, wurden jeweils in einer Menge von 40 mg in eine Probenflasche aufgenommen und einer Prüfung auf die Haltbarkeit unter Umgebungsbedingungen unterzogen, bei der jede Probe 1 Stunde lang unter den Umgebungsbedingungen von 35ºC und 90% Feuchtigkeit stehengelassen wurde. Jede Probe wurde nach dem Stehenlassen durch Dünnschichtchromatographie, Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitschromatographie (HPLC) und DSC analysiert, um festzustellen, ob sich die Probe im Vergleich zu dem Zustand vor dem Stehenlassen verändert hatte, wobei jedoch keine Veränderung beobachtet wurde.

Vergleichsbeispiel 8

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 35 hergestellt und untersucht, außer daß die Dicke der SiO-Schicht auf 5 nm (50 Å) vermindert wurde. Als Folge trat zwischen den oberen und den unteren Elektroden häufig ein Kurzschluß auf, so daß keine reproduzierbaren Meßergebnisse erhalten wurden.
Ferner wurden selbst bei einer Vorrichtung, die einer Messung unterzogen werden konnte, unerwünschte Erscheinungen wie z. B. eine örtliche Umschaltstörung beobachtet.

Vergleichsbeispiel 9

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 35 hergestellt und bewertet, außer daß die Polyimidschicht in einer Dicke von 80 nm (800 Å) gebildet wurde. Als Folge wurde ein auffallend schlechteres optisches Ansprechverhalten beobachtet, was durch die folgenden Ergebnisse zum Ausdruck gebracht wird.
15ºC/1850 µs; 30ºC/620 µs;45ºC/445 µs
Ferner war die Ausrichtung bei der Vorrichtung etwas ungeordnet und konnte keine zufriedenstellende Monodomäne erzielt werden.

Vergleichsbeispiel 10

Eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung wurde in derselben Weise wie in Beispiel 35 hergestellt und bewertet, außer daß das Polyimidharz durch ein Polyvinylalkoholharz (&epsi; = 9,8; erhältlich von Kuraray K.K.) ersetzt wurde. Als Resultat wurden die folgenden Ergebnisse erhalten.
15ºC/1200 µs; 30ºC/310 µs; 45ºC/150 µs
Die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung lieferte einen Kontrastwert von 12, als sie bei 30ºC angesteuert wurde, verursachte jedoch ein schlechtes Umschaltverhalten wie z. B. das Auftreten von Flackern, so daß ein Bildfehler erzeugt wurde.
Ferner war die Ausrichtung bei der Vorrichtung ungeordnet und war die Bistabilität nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung nicht dauerhaft.
Wie aus den vorstehenden Ergebnissen ersichtlich ist, hat die ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung viele vorteilhafte Merkmale wie z. B. ein verbessertes Ausrichtungseinstellungsverhalten, eine erhöhte Wirkung der Verhinderung von Kurzschluß zwischen den oberen und den unteren Elektroden, Beseitigung von Bildfehlern wie z. B. Bildelementflackern, verbesserte Bistabilität und verbesserte Haltbarkeit und Beständigkeit gegen Temperatur und Feuchtigkeit.

Beispiele 43 bis 54

Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 17 hergestellt und untersucht, außer daß die Grundschicht und/oder die Ausrichtungseinstellungsschicht durch die ersetzt wurden, die in der folgenden Tabelle 7 gezeigt sind. Tabelle 7 Beispiel Nr. Grundschicht Material Dicke Ausrichtungseinstellungsschicht Polyamidimid (Torlon, Mitsubishi Kasei) Xylolharz (Nihanol, Mitsubishi Gas Kagaku) Polyester (Bylon, Toyobo) Polycarbonat (Te&ijlig;in Panlite, Te&ijlig;in) Polyvinylbutyral (S-Lec β, Sekisui) Polyvinylacetat (Gohsenyl, Nihon Gohsei) Polyamid (Amilan, Toray K.K.) Polystyrol (Hiresin, Hitachi Kasei) Cellulose (CAB, Eastman Kodak) Melaminharz (National-Light Melamin, Matsushita Denko) Harnstoffharz (National-Light-Urea, Matsushita Denko) Acrylnitril (Cevian-V, Dicel)
Die auf diese Weise hergestellten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen zeigten jeweils eine deutliche Umschaltung mit einem guten Kontrast. Die Ausrichtung war bei den Vorrichtungen gut, und bei jeder Vorrichtung wurde ein Monodomänenzustand gebildet. Ferner war auch die Bistabilität nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung gut, und bei keiner Vorrichtung wurde ein Kurzschluß beobachtet. Ferner wurde keine Veränderung des Bewertungsergebnisses beobachtet, als die Vorrichtungen in derselben Weise wie in Beispiel 35 der Prüfung auf die Haltbarkeit unter Umgebungsbedingungen unterzogen wurden.

Beispiele 55 bis 68

Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtungen wurden in derselben Weise wie in Beispiel 35 hergestellt und untersucht, außer daß die ferroelektrische Flüssigkristallmischung durch die ersetzt wurde, die in der folgenden Tabelle 8 mit ihren Bestandteilen in Form der nachstehend aufgezählten Beispielverbindungsnummern und ihren Mengen in Masseteilen beschrieben sind. Die Meßwerte der optischen Ansprechzeit bei 30ºC sind auch in Tabelle 8 aufgeführt. Tabelle 8 Beispiel Nr. Mischung Beispielverbindung Nr. Menge in Masseteilen Optische Ansprechzeit
Die auf diese Weise hergestellten ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtungen zeigten jeweils eine deutliche Umschaltung mit einem guten Kontrast. Die Ausrichtung war bei den Vorrichtungen gut, und bei jeder Vorrichtung wurde ein Monodomänenzustand gebildet. Ferner war auch die Bistabilität nach der Beendigung des Anlegens einer Spannung gut, und bei keiner Vorrichtung wurde ein Kurzschluß beobachtet. Ferner wurde keine Veränderung des Bewertungsergebnisses beobachtet, als die Vorrichtungen in derselben Weise wie in Beispiel 35 der Prüfung auf die Haltbarkeit unter Umgebungsbedingungen unterzogen wurden. Wie aus den vorstehenden Beispielen ersichtlich ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bereitgestellt, bei der ein ferroelektrischer Flüssigkristall in einer dünnen Schicht mit einem guten Ausrichtungsverhalten und einer verbesserten Wirkung der Verhinderung von Kurzschluß zwischen den oberen und den unteren Elektroden angeordnet ist, Bildfehler wie z. B. Bildelementflackern vermindert werden und eine gute Bistabilität gezeigt wird.

Claims

1. Ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung mit

einem Paar einander gegenüberliegenden Elektroden (102a, 102b), von denen mindestens eine mit einem isolierenden Film (105a, 105b), der eine Dicke von 20 nm (200 Å) oder mehr hat, beschichtet ist, und einem ferroelektrischen Flüssigkristall (103), der zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte ferroelektrische Flüssigkristall eine Kapazität CLC (nF/cm²) und eine spontane Polarisation Ps (nC/cm²) hat und der erwähnte isolierende Film eine Kapazität Ci (nF/cm²) hat, die die folgende Beziehung erfüllen:

Ci (nF/cm²) ≥ 2·Ps (nC/cm²) - CLC (nF/cm²),

worin Ps durch die folgende Gleichung ermittelt wird:

Ps = ΔVLC (Ci'+CLC')/2S,

worin CLC' die Kapazität derselben Spezies eines ferroelektrischen Flüssigkristalls ist wie der, der den vorstehend erwähnten CLC-Wert zeigt, und ΔVLC ein Spannungsabfall ist, der gemessen wird, indem der ferroelektrische Flüssigkristall innerhalb einer Zelle angeordnet wird, die ein Paar einander gegenüberliegende Elektroden umfaßt, und an die Zelle, die in ein Meßgerät eingebaut ist, ein Spannungsimpuls angelegt wird, der ausreicht, um zu bewirken, daß Flüssigkristallmoleküle ihre Orientierungsachsen umschalten, wobei das Meßgerät einen Impulsgenerator (71), eine äußere Kapazität Ci', die gleich Ci ist und mit der Zelle in Reihe geschaltet ist, und ein Oszilloskop (72) einschließt, wobei S die Fläche ist, die von dem Paar einander gegenüberliegenden Elektroden eingenommen wird, und der Spannungsabfall ΔVLC der ist, der durch das Oszilloskop während des Spannungsimpulses über die Zelle gemessen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erwähnte isolierende Film einen ersten Film (109a, 109b) zur Verhinderung von Kurzschluß zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden (102a, 102b) und einen zweiten Film (105a, 105b) zur Einstellung der Ausrichtung des ferroelektrischen Flüssigkristalls umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der erwähnte erste Film (109a, 109b) auf beiden einander gegenüberliegenden Elektroden (102a, 102b) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der erwähnte erste Film (109a, 109b) nur auf einer der einander gegenüberliegenden Elektroden (102a, 102b) gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der erwähnte zweite Film (105a, 105b) auf beiden einander gegenüberliegenden Elektroden (102a, 102b) gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der erwähnte zweite Film (105a, 105b) nur auf einer der einander gegenüberliegenden Elektroden (102a, 102b) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Ci, CLC und Ps die folgende Beziehung erfüllen:

Ci (nF/cm²) ≥ 7·Ps (nC/cm²) - CLC (nF/cm²).

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erwähnte Ps-Wert 2 (nC/cm²) oder mehr beträgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erwähnte Ps-Wert (nC/cm²) oder mehr beträgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erwähnte Ps-Wert (nC/cm²) oder mehr beträgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erwähnte isolierende Film (105a, 105b) einen Film aus mindestens einem isolierenden Material umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus BaTiO&sub3;&sub1; SiO, SiO, TiO, SnO, Si&sub3;N&sub4;, Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyamid, Polyvinylalkohol, Polyester und Polyethylen besteht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der erwähnte erste Film (109a, 109b) einen Film aus mindestens einem isolierenden Material umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus BaTiO&sub3;, SiO, SiO, TiO, SnO und Si&sub3;N&sub4; besteht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der erwähnte zweite Film (105a, 105b) einen Film aus mindestens einem isolierenden Material umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyimid, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyamid, Polyvinylalkohol, Polyester und Polyethylen besteht, und mit einer uniaxialen Orientierungsachse versehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der erwähnte zweite Film (105a, 105b) eine Dicke von 50 nm (500 Å) oder weniger hat.

15. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der erwähnte erste Film (109a, 109b) eine Dicke von 10 nm bis 500 nm (100 Å bis 5000 Å) hat.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erwähnte ferroelektrische Flüssigkristall (103) einen chiralen smektischen Flüssigkristall umfaßt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der der erwähnte chirale smektische Flüssigkristall in einer Schicht angeordnet ist, die dünn genug ist, um seine schraubenförmige Struktur in Abwesenheit eines elektrischen Feldes zu lockern bzw. abzuwickeln.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erwähnte isolierende Film (105a, 105b) eine Dicke im Bereich von 50 nm bis 200 nm (500 Å bis 2000 Å) hat.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erwähnte isolierende Film (105a, 105b) einen ersten Film (109a, 109b) aus einem dielektrischen Material oder einem ferroelektrischen Material und einen zweiten Film (105a, 105b), der an seiner mit dem Flüssigkristall (103) in Berührung kommenden Oberfläche mit einer uniaxialen Orientierungsachse versehen ist, umfaßt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der erwähnte erste Film (109a, 109b) aus einem Material gebildet ist, das eine bei kHz gemessene Dielektrizitätskonstante von 10 oder mehr hat.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der erwähnte erste Film (109a, 109b) aus einem Material gebildet ist, das eine bei 20 kHz gemessene Dielektrizitätskonstante von 20 oder mehr hat.

22. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der erwähnte erste Film (109a, 109b) mindestens aus einer Verbindung gebildet ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titanoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Lithiumoxid, Bismutoxid, Titanatverbindung und Niobatverbindung besteht.

23. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der zwischen dem ersten Film und dem zweiten Film ein Polyorganosilanfilm angeordnet ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der erwähnte zweite Film (105a, 105b) einen Volumenwiderstand von 1010 Ω·cm oder weniger hat.

25. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der der erwähnte erste Film (109a, 109b) eine Dicke d&sub1; hat und der erwähnte zweite Film (105a, 105b) eine Dicke d hat, die die folgende Beziehung erfüllen: d&sub1; > d

26. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erwähnte ferroelektrische Flüssigkristall (103) mindestens eine mesomorphe Verbindung umfaßt, die durch die nachstehende Formel (1) wiedergegeben wird:

R&sub1;-A&sub1;-X-A-R (1),

worin R&sub1; und R jeweils eine verzweigte oder lineare Kettengruppe bezeichnen, die einen Substituenten haben kann, wobei R&sub1; und R gleich oder verschieden sind; A&sub1; und A jeweils eine zweiwertige Gruppe bezeichnen, die einen Substituenten haben kann und einen 6gliedrigen Ring enthält; und X eine Einfachbindung oder eine zweiwertige Kettengruppe bezeichnet.

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der die Gruppen R&sub1; und R jeweils aus verzweigten oder linearen Alkylgruppen, die einen Substituenten haben können, und aus Alkoxygruppen, Acylgruppen, Acyloxygruppen, Alkoxycarbonylgruppen und Alkoxycarbonyloxy gruppen, die eine verzweigte oder lineare Alkyleinheit enthalten, die einen Substituenten haben kann, ausgewählt sind.

28. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der mindestens eine von R&sub1; und R in der Formel (1) eine optisch aktive Kettengruppe ist, die ein asymmetrisches Kohlenstoffatom hat.

29. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der mindestens eine von R&sub1; und R in der Formel (1) eine Gruppe ist, die durch die nachstehende Formel (2) wiedergegeben wird:

worin Y eine Einfachbindung,

oder

bezeichnet: m eine ganze Zahl von 0 bis 8 bezeichnet; n 0 oder 1 bezeichnet; R&sub3; eine verzweigte oder lineare Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben kann; oder eine Alkoxy- oder Alkoxycarbonylgruppe, die eine verzweigte oder lineare Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, die einen Substituenten haben kann, enthält, bezeichnet; Z eine Methylgruppe, ein Halogenatom, eine Cyanogruppe oder eine Trifluormethylgruppe bezeichnet und * den Ort eines asymmetrischen Kohlenstoffatoms bezeichnet.

30. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der mindestens eine von A&sub1; und A in der Formel (1) durch die folgende Formel (3) wiedergegeben wird:

worin p und q jeweils 0, 1 oder 2 bedeuten und A&sub3; und A&sub4; jeweils eine der folgenden Gruppen bedeuten, die jeweils einen Substituenten haben können:

31. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der X in der Formel (1) aus Einfachbindung, ausgewählt ist.

und

32. Vorrichtung nach Anspruch 26, bei der der erwähnte Substituent von R&sub1; und R in der Formel (1) aus Halogenatom, Alkoxygruppe, Trifluormethylgruppe und Cyanogruppe ausgewählt ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der der Substituent von R&sub3; in der Formel (2) aus Halogenatom, Alkoxygruppe, Trifluormethylgruppe und Cyanogruppe ausgewählt ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der der Substituent von A&sub3; und A&sub4; in der Formel (3) aus Halogenatom, Alkoxygruppe, Trifluormethylgruppe und Cyanogruppe ausgewählt ist.