DE69219493T2

DE69219493T2 - Flüssigkristallvorrichtung und Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69219493T2
Application number: DE69219493T
Authority: DE
Inventors: Masanobu Asaoka; Yukio Hanyu; Takashi Iwaki; Hideaki Takao; Takao Takiguchi; Takeshi Togano
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-02-08
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2012-02-08
Also published as: ATE152841T1; DE69219493D1; US5419932A; JPH04255827A; EP0499159A2; EP0499159B1; EP0499159A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND IN BEZIEHUNG STEHENDER STAND DER TECHNIK

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallvorrichtung, die in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung oder in einem Flüssigkristall-Lichtverschluß und ähnlichem verwendet werden soll, insbesondere bezieht sie sich auf eine Flüssigkristallvorrichtung mit verbesserten Anzeigeeigenschaften durch eine Verbesserung der Anfangsausrichtung der Flüssigkristallmoleküle, und auch auf eine Anzeigeapparatur, die die Flüssigkristallvorrichtung für ein Anzeigefeld bzw. eine Anzeigetafel verwendet.
Eine Anzeigevorrichtung des Typs, der die Durchlässigkeit von Licht in Verbindung mit einer Polarisationsvorrichtung unter Ausnutzung der Anisotropie des Brechungsindexes der ferroelektrischen Flüssigkristallmoleküle steuert, wurde von Clark und Lagerwall (Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 107216/1981, U.S.-Patent Nr. 4.367.924 etc.) vorgeschlagen. Der ferroelektrische Flüssigkristall weist im allgemeinen eine chirale smektische C-Phase (SmC*) oder H-Phase (SmH*) einer nichthelikalen Struktur auf und zeigt in der SmC*- oder der SmH*-Phase die Eigenschaft, daß er als Antwort auf ein angelegtes elektrisches Feld entweder einen ersten optisch stabilen Zustand oder einen zweiten optisch stabilen Zustand einnimmt und diesen Zustand in Abwesenheit eines elektrischen Feldes beibehält, d.h Bistabilität zeigt, und er weist auch bezüglich einer veränderung des elektrischen Feldes eine hohe Ansprechempfindlichkeit auf. Somit eignet er sich für die Verwendung in einer Anzeigevorrichtung mit Remanenzverhalten mit hoher Geschwindigkeit, und angesichts seiner ausgezeichneten Arbeitsweise insbesondere zur Bereitstellung einer großflächigen, hochauflösenden Anzeige.
Damit eine optische Modulationsvorrichtung unter Verwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls mit solcher Bistabilität die gewünschten Ansteuerungseigenschaften aufweist, ist es erforderlich, daß der zwischen einem Substratpaar angeordnete Flüssigkristall sich in solch einem molekularen Ausrichtungszustand befinden sollte, daß unabhängig vom Anliegen eines elektrischen Feldes der Übergang zwischen den beiden vorstehenden stabilen Zuständen wirkungsvoll zustandekommt.
Ferner ist die Durchlässigkeit einer Flüssigkristallvorrichtung unter Ausnutzung der Doppelbrechung eines Flüssigkristalls bei rechtwinklig gekreuzten Nicolschen Prismen durch die nachstehende Gleichung gegeben:
I/Io = sin²4θ sin²(Δnd/λ)π,
wobei Io: Intensität des einfallenden Lichts,
I: Intensität des durchgelassenen Lichts,
θ: Tilt- bzw. Neigungswinkel
Δn: Anisotropie des Brechungsindex,
d: Dicke der Flüssigkristallschicht,
λ: Wellenlänge des einfallenden Lichts.
Der Tiltwinkel θ in der vorstehend erwähnten nichthelikalen Struktur wird als der halbe Winkel zwischen den Richtungen der Durchschnittsmolekülachsen der Flüssigkristallmoleküle in einer verdrillten bzw. verdrehten Anordnung in einem ersten orientierungszustand und einem zweiten Orientierungszustand definiert. Aus der vorstehenden Gleichung ergibt sich, daß ein Tiltwinkel θ von 22,5 Grad eine maximale Durchlässigkeit liefert und der Tiltwinkel in einer nichthelikalen Struktur für die Herbeiführung von Bistabilität wünschenswerterweise so nahe wie möglich bei 22,5 Grad liegen sollte, um eine hohe Durchlässigkeit und einen hohen Kontrast zu liefern.
Ein Verfahren zur Ausrichtung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls sollte wünschenswerterweise so beschaffen sein, daß die Molekülschichten, die jeweils aus einer Vielzahl aus Molekülen eines smektischen Flüssigkristalls bestehen, uniaxial entlang ihrer Normalen ausgerichtet sind, und es ist erwünscht, solch einen Ausrichtungszustand durch eine Reibungsbehandlung zu erreichen, die nur einen einfachen Herstellungsschritt erfordert.
Als Ausrichtungsverfahren für einen ferroelektrischen Flüssigkristall, insbesondere einen chiralen smektischen Flüssigkristall in einer nichthelikalen Struktur, ist ein Verfahren bekannt, wie es zum Beispiel in der U.S.-Patentschrift Nr. 4.561.726 offenbart ist.
Wenn jedoch ein herkömmliches Ausrichtungsverfahren, insbesondere eines unter Verwendung eines durch Reiben behandelten Polyimidfilms, für die Ausrichtung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls in einer nichthelikalen Struktur, der wie von Clark und Lagerwall berichtet, Bistabilität zeigt, angewandt wird, treten die nachstehenden Probleme auf.
Das heißt gemäß den Experimenten der Erfinder wurde gefunden, daß der Tiltwinkel θ (ein wie in der nachstehend beschriebenen Figur 3 gezeigter Winkel) in einem ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer nichthelikalen Struktur, die durch Ausrichtung mit einem Film zur Steuerung der Ausrichtung vom Stand der Technik erhalten wurde, im Vergleich zu dem Tiltwinkel H (der Winkel H ist die Hälfte des Öffnungswinkels des in Figur 2 gezeigten Kegels, wie nachstehend beschrieben) in dem ferroelektrischen Flüssigkristall mit helikaler Struktur kleiner wurde. Insbesondere wurde gefunden, daß der Tiltwinkel θ in einem ferroelektrischen Flüssigkristall mit nichthelikaler Struktur, die durch die Ausrichtung mit Filmen zur Steuerung der Ausrichtung vom Stand der Technik erhalten wurde, im allgemeinen eine Größenordnung von 3 bis 8 Grad aufwies und die Durchlässigkeit zu dieser Zeit höchstens ungefähr 3 bis 5% betrug.
Somit sollte nach Clark und Lagerwall der Tiltwinkel in einem ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer nichthelikalen Struktur, der zur Bistabilität fähig ist, den gleichen Winkel als den Tiltwinkel in dem ferroelektrischen Flüssigkristall mit helikaler Struktur aufweisen, aber tatsächlich ist der Tiltwinkel θ in einer nichthelikalen Struktur kleiner als der Tiltwinkel H in einer helikalen Struktur. Genauer gesagt wurde gefunden, daß der Tiltwinkel θ in einer nichthelikalen Struktur aufgrund einer Verdrillungs- bzw. Twistanordnung der Flüssigkristallmoleküle in der nichthelikalen Struktur kleiner als der Tiltwinkel H wird. Somit werden in einem ferroelektrischen Flüssigkristall mit einer nichthelikalen Struktur Flüssigkristallmoleküle von einer Molekülachse, die an ein oberes Substrat angrenzt, zu einer Molekülachse, die an ein unteres Substrat angrenzt, kontinuierlich mit einer Verdrehung bzw. Verdrillung (twist) mit einem bestimmten Verdrillungswinkel angeordnet. Dies führt zu dem Phänomen, daß der Tiltwinkel θ in der nichthelikalen Struktur kleiner ist als der Tiltwinkel H in der helikalen Struktur.
Ferner entdeckte einer der Erfinder das nachstehende, den Ausrichtungszustand eines ferroelektischen Flüssigkristalls betreffende Phänomen.
Ein Substratpaar, das mit geriebenen Ausrichtungsfilmen eines Polyimids, wie "LP-64" (Handelsname, erhältlich von Toray K.K.), beschichtet worden war, und einen relativ kleinen Vor-Tiltwinkel lieferte, wobei die Substrate so zueinander angeordnet worden waren, daß ihre Reibungsachsen zueinander parallel waren, um eine leere Zelle mit einem Zellabstand von ungefähr 1,5 Mikrometer zu bilden, wurde dann mit einem ferroelektischen chiralen smektischen Flüssigkristall, wie "CS1014" (Handelsname, erhältlich von Chisso K.K.) gefüllt, um eine ferroelektrische Flüssigkristallzelle zu bilden. Wenn solch eine Zelle allmählich von einer höheren Temperaturphase abgekühlt wird, verursacht der ferroelektrische Flüssigkristall eine Reihe von Zustandsänderungen, wie in den Figuren 4A bis 4E gezeigt ist. Genauer gesagt wird in einem in Figur 4A gezeigten, unmittelbar nach dem Übergang von der höheren Temperaturphase in die SmC*-Phase gebildeten Zustand, ein Ausrichtungszustand (C1-Ausrichtungszustand) entwickelt, der die Mikrobereiche 41 und 42, die einen geringen Kontrast zeigen, umfaßt. Wenn der Flüssigkristall weiter auf einen bestimmten Temperaturbereich abgekühlt wird, entwickeln sich Zickzackdefekte 43, und mit solch einem Defekt als einer Grenze entwickeln sich wie in Figur 4B gezeigt Mikrobereiche 44 und 45, die einen Ausrichtungszustand mit hohem Kontrast (C2-Ausrichtungszustand) liefern. Bei einer weiteren Temperaturabnahme vergrößert sich der C2-Ausrichtungszustand (Figuren 4C - 4D), um schließlich den gesamten Bereich einzunehmen (Figur 4E).
Die beiden Typen von Ausrichtungszuständen C1 und C2 können durch einen Unterschied in der Chevron-Struktur der smektischen Schichten erklärt werden, wie in Figur 5 gezeigt ist. In Figur 5 bezeichnet 51 eine smektische Schicht, 52 bezeichnet einen C1-Ausrichtungsbereich, 53 bezeichnet einen C2-Ausrichtungsbereich und 56 bezeichnet ein Flüssigkristallmolekül.
Ein smektischer Flüssigkristall weist im allgemeinen eine Schichtstruktur auf und nimmt aufgrund der Schrumpfung des Abstands zwischen den Schichten, wenn ein Übergang von SmA nach SmC oder SmC* herbeigeführt wird, eine wie in Figur 5 gezeigte Chevron-Struktur ein, wo die Schichten an dem Mittelpunkt zwischen einem Paar aus Substraten gebogen. sind. Die Biegungen nehmen zwei Richtungen ein, die wie in Figur 5 gezeigt C1 und C2 entsprechen. Wie gut bekannt ist, bilden Flüssigkristallmoleküle, die mit einer Substratoberfläche in Kontakt stehen, aufgrund des Reibens einen Winkel (Vor- Tiltwinkel), dessen Richtung so beschaffen ist, daß die Flüssigkristallmoleküle das vordere Ende (d.h. von der Substratoberfläche mit Abstand angeordnet) in Richtung des Reibens aufrichten, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Aufgrund des Auftretens solch eines Vor-Tiltwinkels sind die C1- und C2- Ausrichtungszustände, was die Elastizitätsenergie angeht, nicht gleichwertig, so daß bei einer bestimmten Temperatur der vorstehend erwähnte Übergang herbeigeführt wird. Solch ein Übergang kann in einigen Fällen auch durch eine mechanische Verformung verursacht werden.
Bisher wurde angesichts des hohen Kontrasts eine Flüssigkristallvorrichtung im C2-Ausrichtungszustand zur Verfügung gestellt. Die Erfinder fanden jedoch, daß eine spezifische Kombination aus einem Ausrichtungsfilm und einem Flüssigkristall dazu führt:
(I) daß der vorstehende C1 T C2-Übergang nicht rasch herbeigeführt wird, und wenn der Flüssigkristall auf geeignete Weise ausgewählt wird, es nicht zu einer C2- Ausrichtung kommt; und
(2) daß ein Paar aus bistabilen Zuständen, die einen hohen Kontrast ergeben, zusätzlich zu dem bekannten Paar aus bistabilen Zuständen entwickelt wird, die einen geringen Kontrast in der C1-Ausrichtungsrichtung ergeben.
Dementsprechend wird erwartet, daß eine Anzeige mit höherer Qualität zur Verfügung gestellt wird, wenn der gesamte Bildbereich der Anzeigevorrichtung gleichmäßig im C1-Ausrichtungszustand eingestellt ist, und das Paar aus bistabilen Zuständen, das einen höheren Kontrast ergibt, für die Anzeige der beiden Anzeigezustände schwarz und weiß verwendet wird.
Die vorstehenden Punkte (1) und (2) werden weiter im Detail diskutiert.
Was den Punkt (1) angeht, so hängt die Leichtigkeit des C1 T C2-Überganges von dem Vor-Tiltwinkel α ab, der zwischen einem Substrat und den Flüssigkristallmolekülen gebildet wird, die der Substratfläche benachbart sind, wobei der Neigungs- bzw. Inklinationswinkel δ der Molekülschichten und der Tiltwinkel H des Flüssigkristalls die Werte in der nachstehenden Tabelle 1 aufwiesen. Tabelle 1
Tabelle 1 zeigt, daß C1- oder C2-Ausrichtungszustände oder Mischungen davon in Fällen gebildet wurden, wo drei Typen von Zellen, die drei Polyimidausrichtungsfilme A - C mit verschiedenen Vor-Tiltwinkeln verwendeten, mit drei Flüssigkristallen a - c, die verschiedene Tiltwinkel zeigten, gefüllt wurden. Genauer gesagt wurden der Polyimidausrichtungsfilm A aus "LP-64" (Handelsname, Toray K.K.), der Polyimidausrichtungsfilm B aus "SE-610" (Handelsname, Nissan Kagaku) und der Polyimidausrichtungsfilm C aus einer Polyamidsäure, die durch die nachstehend gezeigte Formel repräsentiert wird, jeweils durch Wärmehärtung hergestellt. Die Ausrichtungsfilme A, B und C zeigten Vor-Tiltwinkel von 2,5 Grad, 6 Grad und 12 Grad.
wobei n für einen Polymerisationsgrad von 2 bis 50 steht, der basierend auf den gemessenen Daten, die durch GPC (Gelpermeationschromatographie) erhalten wurden, berechnet wurde.
Tabelle 1 zeigt, daß eine Kombination aus einem großen Vor- Tiltwinkel und einem kleinen Tiltwinkel es gestattet, daß der C1-Ausrichtungszustand beibehalten wird.
Was den Punkt (2) angeht, so kann, wenn ein herkömmlicher, kleiner Vor-Tilt-Ausrichtungsfilm verwendet wird, nur ein Paar aus bistabilen Zuständen, die einen relativ geringen Kontrast liefern, stabil in der C1-Ausrichtung auftreten. Im Falle eines großen Vor-Tilt-Ausrichtungsfilms, wie des in Tabelle 1 gezeigten Ausrichtungsfilms C, treten in der C1-Ausrichtung 4 Zustände (2 Paar an Zuständen) auf, wobei zwei Zustände die gleichen wie die herkömmlichen beiden Zustände sind, die einen geringen Kontrast ergeben, wobei die Flüssigkristallrichtungen zwischen einem Paar aus Substraten verdreht sind und eine blaue Farbe ergeben, (ohne eine Extinktionsposition bei der Beobachtung durch ein Polarisationsmikroskop zu liefern, nachstehend wird er als "gespreizter Zustand" bezeichnet), und die beiden anderen Zustände liefern einen bemerkenswert größeren Kontrast und einen größeren scheinbaren Tiltwinkel (der bei der Beobachtung mittels eines Polarisationsmikroskops eine Extinktionsposition liefert, nachstehend wird darauf als "gleichförmiger Zustand" Bezug genommen). Es wurde gefunden, daß der neu gefundene gleichförmige Zustand einen Kontrast und eine Durchläßigkeit liefert, die größer sind als diejenigen, die in der C2-Ausrichtung erhalten werden.
Ferner wird in einem Ausrichtungszustand eines chiralen smektischen Flüssigkristalls, der durch einen herkömmlichen Polyimidausrichtungsfilm erhalten wurde, der einer Reibungsbehandlung unterzogen wurde, wenn ein Flüssigkristall mit einer Spannung mit einer Polarität zum Schalten von einem ersten optischen stabilen Zustand (z.B. einem weißen Anzeigezustand) in einen zweiten optisch stabilen Zustand (z.B. einen schwarzen Anzeigezustand) versorgt wird und dann die Spannung der einen Polarität entfernt wird, aufgrund der Anwesenheit des Polyimidfilms als einer Isolierschicht zwischen der Elektrode und der Flüssigkristallschicht, die ferroelektrische Flüssigkristallschicht mit einem umgekehrten bzw. reversen elektrischen Feld Vrev versorgt, und das reverse elektrische Feld Vrev verursachte ein Nachbild während der Anzeige. Über die Erzeugung des vorstehend erwähnten reversen elektrischen Feldes wurde in "Switching characteristic of SSFLC" von Akio Yoshida, im "Nachdruck für das Flüssigkristallforum, Oktober 1987" S. 142 - 143, berichtet.
Polyimidausrichtungsschichten, die in superverdrehten nematischen Flüssigkristallvorrichtungen verwendet werden, sind ebenfalls aus EP-A-0 365 855 bekannt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Flüssigkristallvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die vorstehend erwahnten Probleme löst, insbesondere eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung, die einen großen Tiltwinkel eines chiralen smektischen Flüssigkristalls in einer nichthelikalen Struktur zur Verfügung stellt und die eine Anzeige zur Verfügung stellt, die zur Darstellung eines Bildes mit hohem Kontrast geeignet ist und die dennoch kein Nachbild aufweist.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Anzeigeapparatur, die solch eine Flüssigkristallvorrichtung für die Anzeige verwendet.
Gemäß einem Hauptaspekt der Erfindung wird eine Flüssigkristallvorrichtung zur verfügung gestellt, die die nachstehenden Bestandteile umfaßt:
ein Substratpaar und einen zwischen den Substraten angeordneten chiralen smektischen Flüssigkristall, wobei sich auf mindestens einem Substrat des Substratpaars ein Ausrichtungsfilm befindet, der ein Polyimid umfaßt, das durch die Dehydrocyclisierung einer Polyamidsäure hergestellt wurde, die das Reaktionsprodukt aus einem Tetracarbonsäurebestandteil, der aus Naphthalintetracarbonsäure und Derivaten davon ausgewählt ist, mit einem Diaminbestandteil ist, der aus Diamin und Derivaten davon ausgewählt ist, wie in Anspruch 1 definiert ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird, wie in Anspruch 8 definiert, eine Anzeigevorrichtung bzw. -apparatur zur Verfügung gestellt, die die vorstehend erwähnte Flüssigkristallvorrichtung als Anzeigefeld, eine Ansteuerungseinrichtung für die Versorgung der Elektroden der Flüssigkristallvorrichtung mit Signalspannungen, und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Ansteuerungseinrichtung umfaßt.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die nachstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung.
Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Ausrichtung eines chiralen smektischen Flüssigkristalls mit helikaler Struktur zeigt. Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Ausrichtungszustand eines chiralen smektischen Flüssigkristalls mit einer nichthelikalen Struktur zeigt.
Die Figuren 4A - 4E sind Skizzen von Ansichten einer Flüssigkristallzelle mittels eines Polarisationsmikroskops, die eine Reihe von Veränderungen des Ausrichtungszustandes zeigen, wenn ein eingefüllter ferroelektrischer Flüssigkristall allmählich von einer höheren Temperaturphase abgekühlt wird.
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht für die Erläuterung des Unterschieds zwischen den C1- und den C2-Ausrichtungszuständen.
Figur 6A ist eine schematische Schnittansicht, die den Ausrichtungszustand eines chiralen smektischen Flüssigkristalls zeigt, der erfindungsgemäß ausgerichtet ist;
Figur 6B ist eine Darstellung der Ausrichtungen des C-Direktors in einem gleichförmigen Ausrichtungszustand; und
Figur 6C ist eine Darstellung der Ausrichtungen des C-Direktors in einem gespreizten Ausrichtungszustand.
Die Figuren 7A und 7B sind Draufsichten, die die Tiltwinkel θ in einem gleichförmigen Ausrichtungszustand und einem gespreizten Ausrichtungszustand darstellen.
Figur 8 ist eine Schnittansicht, die die Ladungsverteilung, die Richtung der spontanen Polarisation Ps und die Richtung des reversen elektrischen Feldes Vrev angibt.
Figur 9 ist eine schematische Draufsicht, die Veränderungen im Tiltwinkel θ während und nach dem Anlegen eines elektrischen Feldes zeigt.
Die Figuren 10 und 11 sind Graphiken, die die optischen Ansprecheigenschaften einer herkömmlichen Vorrichtung und die der Erfindung zeigen.
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm einer Flüssigkristallanzeige- Apparatur und einer registrierenden Steuereinrichtung.
Fig. 13 ist ein Zeitdiagramm, das die Zeit in Korrelation zu dem Bilddatenaustausch zwischen der Flüssigkristall-Anzeigeapparatur und der registrierenden Steuereinrichtung zeigt.
Fig. 14 ist ein Kurvenform-Diagramm, das die in einer Ausführungsform der Erfindung verwendeten Kurvenformen zur Ansteuerung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung.
Die Flüssigkristallvorrichtung umfaßt ein Substratpaar (Glasplatten) 11a und 11b, die mit transparenten Elektroden 12a und 12b aus In&sub2;O&sub3;, ITO (Indium-Zinn-Oxid) und ähnlichem beschichtet sind, 200 bis 1000 Å dicke Isolierfilme 13a und 13b aus SiO&sub2;, TiO&sub2;, Ta&sub2;O&sub5; und ähnlichem, und 50 bis 1000 Å dicke Filme 14a und 14b zur Steuerung der Ausrichtung.
In diesem Fall wurden die Filme 14a und 14b für die Steuerung der Ausrichtung mittels Reibens in Richtungen behandelt, die zueinander parallel und in der gleichen Richtung verlaufen (durch die Pfeile A in Figur 1 angegeben). Ein chiraler smektischer Flüssigkristall 15 ist zwischen den Substraten 11a und 11b angeordnet, und der Abstand zwischen den Substraten 11a und 11b wird durch die Anordnung der Abstandsperlen 16 aus, zum Beispiel, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und ähnlichem, so eingestellt, daß sich eine Flüssigkristallschicht 15 mit einer Dicke (z.B. 0,1 - 3 Mikrometer) ergibt, die ausreichend klein ist, um die Bildung einer helikalen Struktur des chiralen smektischen Flüssigkristalls 15 zwischen den Substraten 11a und 11b zu unterdrücken, wodurch der chirale smektische Flüssigkristall 15 einen bistabilen Ausrichtungszustand annimmt.
Gemäß den Experimenten der Erfinder wurde unter Verwendung eines Ausrichtungsverfahrens, das einen spezifischen Polyimidausrichtungsfilm verwendet, der durch Reiben behandelt wurde, wie unter Bezugnahme auf die nachstehend beschriebenen Beispiele erklärt wird, ein Ausrichtungszustand realisiert, der einen großen optischen Kontrast zwischen einem hellen und einem dunklen Zustand liefert, insbesondere in bezug auf nicht-ausgewählte Bildpunkte während einer Multiplex-Ansteuerung, wie in U.S.-Patent Nr. 4.655.561 und ähnlichem offenbart ist, und der auch frei von einer Verzögerung der optischen Antwort bzw. der optischen Ansprechdauer (optical response) ist, die zu dem Problem eines Nachbilds in der Anzeige zur Zeit des Schaltens während solch einer Multiplex-Ansteuerung führt. Solch eine Verzögerung der optischen Ansprechdauer wird nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf Figur 10 beschrieben.
Erfindungsgemäß besteht mindestens einer der Ausrichtungsfilme 14a und 14b aus einem Polyimid (in einem Sinne, der Oligomere, wie Dimere und Trimere einschließt), das durch Dehydrocyclisierung einer Polyamidsäure (auch in einem Sinne, der Oligomere, wie Dimere und Trimere einschließt), erhalten werden kann, die durch die Umsetzung von mindestens einem Säurebestandteil, ausgewählt aus Naphthalintetracarbonsäure und oder Derivaten davon, mit einem Diaminbestandteil, ausgewählt aus Diaminen und/oder Derivaten davon, erhalten wurde.
Beispiele für die Naphthalintetracarbonsäurederivate können einschließen: 1,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, 1,2,3,4-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid, 1,2,5,6-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid und 2,3,6,7-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid.
Es ist möglich, zusätzlich zu der Naphthalintetracarbonsäure oder Derivaten davon, einen anderen Säurebestandteil für die Umsetzung mit einem Diaminbestandteil zu verwenden. Für solch einen anderewsäurebestandteil gibt es keine besondere Einschränkung, aber Beispiele dafür können einschließen: Pyromellithsäuredianhydrid, 3,3',4,4'-Tetracarboxybiphenyldianhydrid, 2,3,3',4'-Tetracarboxybiphenyldianhydrid, 3,3'4,4'-Tetracarboxybiphenyletherdianhydrid, 3,3'4,4'-Tetracarboxybenzophenondianhydrid, 2,3,3',4'-Tetracarboxybenzophenondianhydrid, 3,3,4,4'-Tetracarboxydiphenylmethandianhydrid, 2,2-Bis(3,4- dicarboxyphenyl)propandianhydrid, 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropandianhydrid, 3,3',4,4'-Tetracarboxydiphenylsulfondianhydrid, 2,2-Bis [4-(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]propandianhydrid, und 2,2-Bis [4-(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]-hexafluorpropandianhydrid.
Solch ein anderer Säurebestandteil sollte nicht mehr als 99 Gew.-% bevorzugt nicht mehr als 90 Gew.-% der gesamten Säurebestandteile betragen.
Der in der Erfindung verwendete Diaminbestandteil ist aus der Gruppe bestehend aus den Formeln (1) -(4) ausgewählt. Formel (1): Formel (2): Formel (3): Formel (4):
In den vorstehenden Formeln (1) - (4) stellen Z&sub1;-Z&sub6; unabhängig eine Einfachbindung, -O-, -CH&sub2;-, -S-, -SO&sub2;-, -CO-, -C(CH&sub3;)&sub2;- oder -C(CF&sub3;)&sub2;- dar; und X&sub1; bis X&sub1;&sub0; stellen unabhängig H, F, CH&sub3; oder CF&sub3; dar.
Ferner nehmen in der Formel (1) die beiden Aminogruppen bevorzugt para- oder meta-Positionen ein und X&sub1; ist bevorzugt H.
In der Formel (2) stellt Z&sub1; bevorzugt eine Einfachbindung, -S-, -CH&sub2;-, -C(CH&sub3;)&sub2;- oder -C(CF&sub3;)&sub2;- dar; X&sub2; und X&sub3; stellen bevorzugt H, CH&sub3; oder CF&sub3; dar, bevorzugter H; und die zwei Aminogruppen befinden sich in bezug auf die Bindungsgruppe Z&sub1; bevorzugt in para-Positionen.
In der Formel (3) stellen Z&sub2; und Z&sub3; bevorzugt eine Einfachbindung, -O- oder -S- dar; X&sub4;, X&sub5; und X&sub6; stellen bevorzugt H, CH&sub3; oder CF&sub3; dar; Z&sub2; und Z&sub3; befinden sich in bezug zueinander bevorzugt in para-Positionen; und die zwei Aminogruppen befinden sich in bezug auf die Bindungsgruppen Z&sub2; beziehungsweise Z&sub3; bevorzugt in para- oder meta- Positionen.
In der Formel (4) stellt Z&sub5; bevorzugt -C(CH&sub3;)&sub2;- oder -C(CF&sub3;)&sub2;- dar; Z&sub4; und Z&sub6; stellen bevorzugt -O-, -S- oder -CH&sub2;- dar; X&sub8; und X&sub9; stellen bevorzugt H dar; X&sub7; und X&sub1; stellen bevorzugt H, F oder CF&sub3; dar; Z&sub4; und Z&sub6; befinden sich in bezug auf Z&sub5; bevorzugt in para-Positionen; und die zwei Aminogruppen befinden sich in bezug auf die Bindungsgruppen Z&sub4; beziehungsweise Z&sub6; bevorzugt in para- oder meta- Positionen.
Spezielle Beispiele für die durch die Formel (1) repräsentierten Diamine können p-Phenylendiamin und m-Phenylendiamin einschließen.
Beispiele für die durch die Formel (2) repräsentierten Diamine können einschließen: 4,4'-Diaminodiphenylether, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 4,4'-Diaminophenylsulfon, 2,2-Bis(p-aminophenyl)propan, 2,2-Bis(p-aminophenyl)hexafluorpropan, 3,3'-Diaminodiphenylether, 3,3'-Diaminodiphenylmethan, 3,3'-Diaminodiphenylsulfon, 3,3'-Dimethyl- 4,4'-Diaminodiphenylether, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodiphenylmethan, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diaminodiphenylsulfon, 2,2-Bis(m-aminophenyl)propan, 2,2-Bis(m-aminophenyl) hexafluorpropan und 3,3'-Dimethylbenzidin.
Beispeile für die durch die Formel (3) repräsentierten Diamine können einschließen: 1,4"-Diaminoterphenyl, 1,4-bis(p-aminophenoxy) benzol, 1,4-Bis(m-aminophenoxy)benzol, 1,4-Bis(4-amino-3-methylphenoxy)benzol und 1,4-Bis(4-amino- 3-trifluormethylphenoxy)benzol.
Ferner können Beispiele für die durch die Formel (4) repräsentierten Diamine einschließen: 2,2-Bis[(4-aminophenoxy)phenyl]propan, 2,2-Bis[(4-amino-3-fluorphenoxy)phenyl]propan, 2,2-Bis[(4-amino-3-methylphenoxy)phenyl]propan, 2,2-Bis[(4-amino-3-trifluormethylphenoxy)phenyl]propan, 2,2-Bis(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2,2-Bis[(4-amino-3-methylphenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2,2-Bis[(4-amino-3-trifluormethylphenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2,2-Bis[(4-amino-2-fluorphenoxy)phenyl]propan, 2,2-Bis(4-amino-2-methylphenoxy)phenyl]propan, 2,2-Bis[(4-amino-2-trifluormethylphenoxy)phenyl]propan, 2,2-Bis[(4- amino-2-fluorphenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2,2-Bis [(4- amino-2-methylphenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2,2-Bis [(4- amino-2-trifluormethylphenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2-[(4- Amino-3-fluorphenoxy)phenyl]-2-[(4-aminophenoxy)phenyl]propan, 2-[(4-Amino-3-trifluormethylphenoxy)phenyl]-2-[(4- aminophenoxy)phenyl]propan, 2-[(4-Amino-2-fluorphenoxy)phenyl]-2-[(4-aminophenoxy)phenyl]propan, 2-[(4-Amino-2- trifluormethylphenoxy)phenyl]-2-[(4-aminophenoxy)phenyl]propan, 2-[(4-Amino-2-methylphenoxy)phenyl]-2-[(4-aminophenoxy)phenyl]propan, 2-[(4-Amino-3 -fluorphenoxy)phenyl]-2- [(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2-[(4-Amino-3- trifluormethylphenoxy)]phenyl-2-[(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2-[(4-Amino-2-fluorphenoxy)phenyl]-2-[(4- aminophenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2-[(4-Amino-2-trifluormethylphenoxy)phenyl]-2-[(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2-[(4-Amino-2-methylphenoxy)phenyl]-2-[(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2-[(4-Amino-3-fluorphenoxy)phenyl]-2-[(4-amino-3-trifluormethylphenoxy)phenyl]-propan, 2-[(4-Amino-3-fluorphenoxy)phenyl]-2-[(4-amino-2-trifluormethylphenoxy)phenyl]propan, 2-[(4-Amino-3-fluorphenoxy)phenyl]-2-[(4-amino-3-trifluormethylphenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2-[(4-Amino-3-fluorphenoxy)phenyl]-2-[(4-amino- 2-trifluormethylphenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2,2-Bis [(3- aminophenoxy)phenyl]propan, 2,2-Bis[(3-aminophenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2,2-Bis[(5-amino-2-fluorphenoxy)phenyl]propan, 2,2-Bis[(5-amino-2-fluorphenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2-[(4-aminophenoxy)phenyl]-2-[(3-aminophenoxy)phenyl]propan, 2-[(4-Aminophenoxy)phenyl]-2-[(3-aminophenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 2-[(4-Amino-3-trifluormethylphenoxy)phenyl]-2-[(3-aminophenoxy)phenyl]propan und 2-[(4-amino-2-fluorphenoxy)phenyl]-2-[(3-aminophenoxy)phenyl]hexafluorpropan.
Ein spezielles Beispiel für die Synthese einer der vorstehend beschriebenen Diaminbestandteile wird nachstehend beschrieben.

Synthesebeispiel 1

Herstellung von 2,2-Bis [4-(4-amino-3-trifluormethylphenoxy)phenyl]hexafluorpropan.

(Schritt 1)

16,9 g (47,6 mmol) 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)hexafluorpropan, 26,9 g (119 mmol) 5-Chlor-2-nitrobenzotrifluorid und 20,2 g (190 mmol) Natriumcarbonat wurden 4 Stunden lang in 100 ml Dimethylformamid bei 150 ºC umgesetzt. Nach der Umsetzung wurde das Produkt in 250 ml Eiswasser injiziert und mit Ethylacetat extrahiert. Die organische Schicht wurde mit Wasser gewaschen und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Nach der Filtration wurde das Lösungsmittel abgezogen, um das Rohprodukt zurückzugewinnen, das dann mittels Kieselgel-Säulenchromatographie (Eluierungsmittel: Toluol/Hexan = 1/1) gereinigt und dann mittels Aktivkohle behandelt wurde, um 32,6 g (Ausbeute: 95,9%) 2,2-Bis[(4-(4- nitro-3-trifluormethylphenoxy)phenyl]hexafluorpropan zu erhalten.

(Schritt 2)

31,7 g (44,4 mmol) der in dem vorstehenden Schritt 1 erhaltenen Dinitroverbindung wurden in 100 ml Ethanol gelöst und auf 70 ºC erwärmt. Zu der Mischung wurden 1,93 g Aktivkohle und 106 mg Eisen(III) -chlorid gegeben, und die Mischung wurde 30 Minuten lang unter Erwärmen gerührt. Dann wurden 9,16 g (133,2 mmol) Hydrazinmonohydrat (Reinheit 80%) tropfenweise dazugegeben Nach einer 4-stündigen Umsetzung wurde die Mischung in heißem Zustand filtriert, um die unlöslichen Materialien zu entfernen. Das Filtrat wurde eingeengt und in 200 ml Wasser injiziert, gefolgt von der Extraktion mit Ethylacetat, einem Waschen mit Wasser und einem Trocknen über wasserfreiem Natriumsulfat. Nach der Filtration wurde das Produkt mittels Kieselgel-Säulenchromatographie (Eluierungsmittel: Toluol) gereinigt, um 21,2 g (Ausbeute: 73,0%) 2,2-Bis[4-(4-amino-3-trifluormethylphenoxy)phenyl]hexafluorpropan zu erhalten.
Nun wird nachstehend ein Beispiel für die Synthese einer Polyamidsäure beschrieben, die in der Erfindung verwendet werden kann.

Synthesebeispiel 2

6,54 g (10 mmol) des in dem vorstehenden Synthesebeispiel 1 erhaltenen 2,2-Bis [4-(4-amino-3-trifluormethylphenoxy)phenyl]hexafluorpropans wurden genau in ein Reaktionsgefäß eingewogen und 1,5 Stunden lang zusammen mit dem Reaktionsgefäß in einem Trokner unter verringertem Druck bei 150 ºC getrocknet. Dann wurden 30 ml eines ausreichend getrockneten N-Methyl-2-pyrrolidons (NMP) dazugegeben, um das Diamin zu lösen. Dann wurden 2,68 g (10 mmol) 1,4,5,8-Naphthalintetracarbonszuredianhydrid, das unter verringertem Druck 1,5 Stunden lang bei 150 ºC in einen Trockner getrocknet worden war, genau eingewogen und mehrmals dem Reaktionsgefäß zugegeben. Ein Teil des Säuredianhydrids, der während der Zugabe an der Zugabeöf fnung (well) des Gefäßes haftete, wurde wie gewünscht mit trockenem NMP gewaschen und die Mischung wurde 5 Stunden lang bei Raumtemperatur heftig gerührt. Infolgedessen wurden insgesamt 80 ml NMP hinzugegeben.
Um einen Film 14a oder 14b aus Polyimid auf einem Substrat herzustellen, kann eine Lösung einer Polyamidsäure als ein Vorläufer des Polyimids, die wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde, in einem Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, Dimethylacetoamid, Dimethylsulfoxid oder N-Methylpyrrolidon, mit einer Konzentration von 0,01 bis 40 Gew.-% auf das Substrat mittels Schleuderbeschichtung, Sprühbeschichtung, Walzenbeschichtung und ähnliches aufgebracht werden und auf 100 bis 350 ºC, bevorzugt 200 bis 300 ºC, erwärmt werden, um eine Dehydrocyclisierung zu veranlassen. Der so hergestellte Polyimidfilm kann mit einem Tuch und ähnlichem gerieben werden. Der Polyimidfilm kann mit einer Dicke von z.B. 30 Å bis 1 Mikrometer, bevorzugt 200 - 2000 Ac, hergestellt werden, damit er auch als Isolierfilm fungiert. In diesem Fall können die Isolierfilme 13a und 13b weggelassen werden. Ferner kann im Falle der Herstellung des Polyimidfilms auf dem Isolierfilm 13a oder 13b die Dicke des Polyimidfilms auf 200 Å oder weniger, bevorzugt auf 100 Å oder weniger, eingestellt werden.
Das in der Erfindung verwendete Flüssigkristallmaterial 15 kann bevorzugt eines sein, das einen Phasenübergang von der isotropen Phase über die cholesterische Phase und die smektische A-Phase in die chirale smektische C-Phase im Verlauf der Temperaturabnahme zeigt. Insbesondere ein chiraler smektischer Flüssigkristall, der eine helikale Ganghöhe (pitch) von 0,8 Mikrometer oder größer in cholesterischer Phase (gemessen bei der Mitteltemperatur in dem cholesterischen Bereich) zeigt. Bevorzugte Beispiele solch eines Flüssigkristallmaterials können die nachstehenden Flüssigkristallmaterialien (1) - (5) einschließen, die die nachstehenden Flüssigkristalle "LC-1", "80B" und "80SI*" in den angegebenen Gewicht sverhältnis sen einschließen.

Flüssigkristallmaterial

(1) (LC-1)&sub9;&sub0;/(80B)&sub1;&sub0;
(2) (LC-1)&sub8;&sub0;/(80B)&sub2;&sub0;
(3) (LC-1)&sub7;&sub0;(80B)&sub3;&sub0;
(4) (LC-1)&sub6;&sub0;/(80B)&sub4;&sub0;
(5) (80SI*)&sub1;&sub0;&sub0;
Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle (Vorrichtung), um ihren Betrieb zu erklären. Bezugszeichen 21a und 21b bezeichnen Substrate (Glasplatten), auf denen eine transparente Elektrode aus z.B. In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, ITO (Indium-Zinn-Oxid) und ähnliches aufgebracht ist. Ein Flüssigkristall einer SmC*-Phase (chirale smektische C-Phase) oder einer SmH*-Phase (chirale smektische H-Phase), in der Flüssigkristallmolekülschichten 22 senkrecht zu den Oberflächen der Glasplatten angeordnet sind, ist dazwischen hermetisch eingeschlossen. Die vollen Linien 23 geben Flüssigkristallmoleküle wieder. Jedes Flüssigkristallmolekül 23 weist ein Dipolmoment (P ) 24 in einer Richtung senkrecht zu seiner Achse auf. Die Flüssigkristallmoleküle 23 bilden kontinuierlich in Richtung der Ausdehnung der Substrate eine helikale Struktur. Wenn eine Spannung an die auf den Substraten 21a und 21b gebildeten Elektroden angelegt wird, die höher als ein bestimmter Schwellenwert ist, wird die helikale Struktur des Flüssigkristallmoleküls 23 entwunden bzw. losgewickelt oder entspannt und die Ausrichtungsrichtung der entsprechenden Flüssigkristallmoleküle 23 so verändert, daß die Dipolmomente (Pl) 24 alle in Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet sind. Die Flüssigkristallmoleküle 23 weisen eine längliche Form auf und zeigen zwischen der langen Achse und der kurzen Achse eine Brechungsanisotropie. Dementsprechend ist es leicht zu verstehen, daß, wenn zum Beispiel Polarisatoren, die in Form gekreuzter Nicolscher Prismen angeordnet sind, d.h. mit Polarisationsrichtungen, die einander kreuzen, auf den oberen und den unteren Flächen der Glasplatten angeordnet sind, die so angeordnete Flüssigkristallzelle als optische Flüssigkristallmodulationsvorrichtung fungiert, deren optische Eigenschaften in Abhängigkeit von der Polarität der angelegten Spannung variieren.
Wenn die Flüssigkristallzelle desweiteren ausreichend dünn (z.B. 0,1 bis 3 Mikrometer) hergestellt wird, wird die helikale Struktur der Flüssigkristallmoleküle entwunden, um selbst in Abwesenheit eines elektrischen Feldes eine nichthelikale Struktur bereitzustellen, wodurch das Dipolmoment einen von zwei Zuständen annimmt, d.h. Pa in der oberen Richtung 34a oder Pb in der unteren Richtung 34b, wie in Figur 3 gezeigt ist, wodurch ein bistabiler Zustand bereitgestellt wird. Wenn ein elektrisches Feld Ea oder Eb an eine Zelle mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften angelegt wird, das höher als ein bestimmter Schwellenwert ist und die elektrischen Felder eine voneinander unterschiedliche Polarität aufweisen, wie in Figur 3 gezeigt, weist das Dipolmoment in Abhängigkeit von dem Vektor des elektrischen Feldes Ea oder Eb entweder in die obere Richtung 34a oder in die untere Richtung 34b. Dementsprechend sind die Flüssigkristallmoleküle entweder in einem ersten stabilen Zustand 33a oder einem zweiten stabilen Zustand 33b orientiert.
Ein erster Vorteil, der durch die Verwendung solch einer ferroelektrischen Flüssigkristallzelle erreicht wird, besteht in einer ziemlich schnellen Ansprechgeschwindigkeit, und ein zweiter Vorteil besteht darin, daß die Orientierung des Flüssigkristalls Bistabilität zeigt. Der zweite Vorteil wird näher erklärt, z.B. unter Bezugnahme auf Figur 3. Wenn das elektrische Feld Ea an die Flüssigkristallmoleküle angelegt wird, werden sie in einem ersten stabilen Zustand 33a orientiert. Dieser Zustand wird selbst dann stabil beibehalten,wenn das elektrische Feld entfernt wird. Andererseits, wenn das elektrische Feld Eb, dessen Richtung der des elektrischen Feldes Ea entgegengesetzt ist, angelegt wird, werden die Flüssigkristallmoleküle in einem zweiten stabilen Zustand 33 b orientiert, wodurch sich die Richtungen der Moleküle ändern. Dieser Zustand wird ebenfalls dann stabil beibehalten, wenn das elektrische Feld entfernt wird. Ferner werden, solange die Größenordnung des angelegten elektrischen Feldes Ea oder Eb einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet, die Flüssikristallmoleküle in den entsprechenden Orientierungszuständen angeordnet.
Figur 6A ist eine schematische Schnittansicht, die den Ausrichtungszustand der Flüssigkristallmoleküle zeigt, der durch die Erfindung erreicht wird, und Figur 6B ist eine Ansicht, die die Ausrichtung der entsprechenden C-Direktoren zeigt.
Bezugszeichen 61a und 61b in Figur 6A bezeichnen obere und untere Substrate. Bezugszeichen 60 bezeichnet eine aus Flüssigkristallmolekülen 62 bestehende Molekülschicht, und die Flüssigkristallmoleküle 62 sind so ausgerichtet, daß sie ihre Positionen entlang der Bodenfläche 64 (kreisformig) eines Kegels 64 verändern. Figur 6B zeigt genauer die Veränderung der C-Direktoren. Es wird auf die Figur 6B Bezug genommen: U&sub1; zeigt die C-Direktoren 81 (jeder stellt eine Projektion einer langen Molekülachse auf eine imaginäre Ebene senkrecht zu der Normalen zu einer Molekülschicht 60 dar) in dem einen stabilen Orientierungszustand, und U&sub2; zeigt die C-Direktoren 81 in dem anderen stabilen Orientierungszustand.
Andererseits kann ein Ausrichtungszustand, der durch einen herkömmlicherweise reibungsbehandelten Polyimidfilm erhalten wurde, durch das C-Direktorendiagramm von Figur 6C dargestellt werden, das einen Ausrichtungszustand zeigt, in dem Molekülachsen in großem Ausmaß von einem oberen Substrat 61a zu einem unteren Substrat 61b verdreht sind, um einen kleineren Tiltwinkel θ zu liefern.
Figur 7A ist eine schematische Draufsicht, die den Tiltwinkel θ in einem Ausrichtungszustand zeigt, in dem die C-Direktoren 81 einen in Figur 68 gezeigten Zustand annehmen (es wird darauf als "gleichförmiger Ausrichtungszustand" Bezug genommen), und Figur 78 ist eine schematische Draufsicht, die den Tiltwinkel e in einem Ausrichtungszustand zeigt, in dem die C-Direktoren 81 einen in Figur 6C gezeigten Zustand annehmen (es wird darauf als "gespreizter Ausrichtungszustand Bezug" genommen). In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 70 eine Reibungsachse, mit der der vorstehend erwähnte fluorhaltige Polyimidfilm versehen wird, Bezugszeichen 71a bezeichnet eine Durchschnittsmolekülachse in dem Orientierungszustand U&sub1;, Bezugszeichen 71b bezeichnet eine Durchschnittsmolekülachse in dem Orientierungszustand U&sub2;, Bezugszeichen 72a bezeichnet eine Durchschnittsmolekülachse in dem Orientierungszustand S&sub1;, und Bezugszeichen 72b bezeichnet eine Durchschnittsmolekülachse in dem Orientierungszustand S&sub2;. Die Durchschnittsmolekülachsen 71a und 71b können durch das Anlegen von Spannungen mit zueinander entgegengesetzten Polaritäten ineinander umgeschaltet bzw. umgewandelt werden. Ein ähnliches Umschalten wird zwischen den Durchschnittsmolekülachsen 72a und 72b veranlaßt.
Als nächstes wird die Wirksamkeit eines gleichförmigen Ausrichtungszustandes in bezug auf eine Verzögerung der optischen Ansprechdauer (Nachbild) aufgrund eines reversen elektrischen Feldes erklärt.
Wenn die Kapazität einer Isolierschicht, die eine Flüssigkristallzelle bildet, mit Ci bezeichnet wird, die Kapazität einer Flüssigkristallschicht mit CLC bezeichnet wird und die spontane Polarisierung des Flüssigkristalls mit PS bezeichnet wird, wird das ein Nachbild verursachende Vrev durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt.
Vrev = 2PS/(Ci+CLC)
Figur 8 ist eine schematische Schnittansicht, die die Veränderungen der Richtung der Ladungsverteilung von PS und die Richtung des reversen elektrischen Feldes in einer Flüssigkristallzelle wiedergibt. In Fig. 8(a) ist die Verteilung der + - und - -Ladungen in einem Speicherzustand vor dem Anlegen eines impulsförmigen elektrischen Feldes (pulse electric field) gezeigt, wo die spontane Polarisation von den + -Ladungen zu den - -Ladungen gerichtet ist. In Fig. 8(b) ist ein Zustand unmittelbar nach der Entfernung eines impulsförmigen elektrischen Feldes gezeigt, wenn die Richtung der spontanen Polarisation PS derjenigen der in Figur 8(a) gezeigten entgegengesetzt ist (somit werden die Flüssigkristaflmoleküle von einem stabilen Orientierungszustand in einen anderen Orientierungszustand überführt), aber die Verteilung der + - und - -Ladungen ist ähnlich derjenigen, die in Figur 8(a) gezeigt ist, so daß ein reverses elektrisches Feld Vrev erzeugt wird, wie durch den in Figur 8(b) gezeigten Pfeil angegeben ist. Das reverse elektrische Feld Vrev verschwindet innerhalb kurzer Zeit und liefert die in Figur 8(c) gezeigte Verteilung von + - und - -Ladungen.
Figur 9 ist eine Draufsicht, die die Veränderung der optischen Antwort in einem gespreizten Ausrichtungszustand, der durch einen herkömmlichen Polyimidausrichtungsfilm gegeben ist, ausgeduickt als Veränderung des Tiltwinkels θ, zeigt. Es wird auf Figur 9 Bezug genommen: Zum Zeitpunkt des Anlegens eines impulsförmigen elektrischen Feldes wird die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle von einer Durchschnittsmolekülachse S(A) in einem gespreizten Ausrichtungszustand, der überschwingend sein soll, zu einer Durchschnittsmolekülachse U&sub2; in einem gleichförmigen Ausrichtungszustand, in der Nähe desjenigen, der einen maximalen Tiltwinkel H liefert, entlang des durch den Pfeil X&sub1; angegebenen Wegs verändert, und unmittelbar nach der Entfernung des impulsförmigen elektrischen Feldes wird die Orientierung entlang des durch den Pfeil X&sub2; angegebenen Wegs zu einer Durchschnittsmolekülachse S(B) in einem gespreizten Ausrichtungszustand verändert und liefert aufgrund der Wirkung des in Figur 8(b) gezeigten reversen elektrischen Feldes Vrev einen verkleinerten Tiltwinkel θ. Danach, wenn das reverse elektrische Feld Vrev wie in Fig. 8(c) gezeigt schwächer wird, wird die Orientierung entlang eines durch den Pfeil X&sub3; angegebenen Wegs zu einer Durchschnittsmolekülachse S(C) in einem gespreizten Ausrichtungszustand verändert und liefert einen stabilen Orientierungszustand mit einem etwas vergrößerten Tiltwinkel e. Die resultierende optische Antwort in diesem Fall ist in Figur 10 gezeigt.
In dem unter Verwendung des Polyimidfilms, der unter Verwendung einer Naphthalintetracarbonsäure der Erfindung erhalten wurde, gegebenen Ausrichtungszustand, werden die Durchschnittsmolekülachsen S(A), S(B) und S(C) in dem in Figur 9 gezeigten gespreizten Ausrichtungszustand nicht veranlaßt, wobei es aber möglich ist, einen Ausrichtungszustand mit einer Durchschnittsmolekülachse zu bilden, die einen Tiltwinkel θ ergibt, der in der Nähe des maximalen Tiltwinkels H liegt. Eine erfindungsgemäße optische Antwort zu dieser Zeit. ist in Figur 11 gezeigt. Figur 11 zeigt, daß eine Verzögerung der optischen Ansprechdauer, die zu einem Nachbild führt, verhindert wird und ein hoher Kontrast im Speicherzustand herbeigeführt wird.
Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung kann unter Verwendung der Flüssigkristallvorrichtung für ein Anzeigefeld und durch die Übernahme einer Anordnung und eines Datenformats, das Bilddaten zusammen mit Adreßdaten von Abtastlinien umfaßt, und auch einess Kommunikations-Synchronisationsschemas unter Verwendung eines SYNC-Signals, wie in den Figuren 12 und 13 gezeigt, hergestellt werden.
Bilddaten werden in einer registrierenden Steuereinrichtung 102 in einem Gerätekörper erzeugt und durch die in den Figuren 12 und 13 gezeigten Signalübertragungseinrichtung zu dem Anzeigefeld 103 (das von einem Rücklicht (nicht gezeigt) beleuchtet wird) übertragen. Die registrierende Steuereinrichtung 102 umfaßt hauptsächlich eine CPU (oder GCPU, Zentraleinheit) 112 und einen VRAM (Video-RAM, Bilddatenspeicher) 114 und ist für die Verwaltung und die Kommunikation der Bilddaten zwischen einer Host-CPU 113 und der Flüssigkristallapparatur (FLCD) 101 verantwortlich. Die Steuerung der erfindungsgemäßen Bildanzeige erfolgt hauptsächlich durch die registrierende Steuereinrichtung 102. Die Bezugszeichen 103 bis 105 und 107 bis 111 betreffen spezielle Elemente der FLC-Anzeige und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß es in der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung ebenfalls möglich ist, einen nematischen Flüssigkristall anstelle des vorstehend erwähnten chiralen smektischen Flüssigkristalls zu verwenden.
Nachstehend wird die Erfindung bezogen auf Beispiele erklärt.

Beispiel 1

Zwei 1,1 mm dicke Glasplatten, die jeweils mit einem 1000 Å dicken ITO-Film versehen waren, wurden mit einer 3,0 gew.-%igen Lösung einer Polyamidsäure, die durch die nachstehende Formelrepräsentiert wird, in einem Mischlösungsmittel aus N-Methylpyrrolidon/n-Butylcellosolve = 5/1 mittels Schleuderrotation (spinner rotating) mit 3000 rpm beschichtet. (n (Polymerisationsgrad) = 2 - 10)
Nach der Beschichtung wurde der Film ungefähr eine Stunde lang einer Härtung unter Erwärmen bei 250 ºC unterzogen, um einen 450 Å dicken Film zu bilden. Der Beschichtungsfilm wurde dann mit einem gewebten Nylontuch in einer Richtung gerieben.
Auf einer der so behandelten zwei Glasplatten wurden 1,5 Mikrometer dicke Aluminiumoxid perlen dispergiert und die andere Glasplatte wurde so darübergelegt, daß ihre Reibungsachsen parallel zueinander verliefen und in der gleichen Richtung angeordnet waren, um eine leere Zelle zu bilden.
Die leere Zelle wurde unter Vakuum mit einem ferroelektrischen smektischen Flüssigkristall ("CS-1014" (Handelsbezeichnung), erhältlich von Chisso K.K.) gefüllt, und nach dem Verschließen wurde sie allmählich von der isotropen Phase mit einer Geschwindigkeit von 5 ºC/Stunde auf 30 ºC abgekühlt, wodurch eine Ausrichtung bewirkt wurde. Der "CS- 1014"-Flüssigkristall in der Zelle zeigte die nachstehende Reihe an Phasenübergängen.
Iso.: isotrope Phase,
Ch.: cholesterische Phase
SmA: smektische A-Phase
SmC*: chirale smektische C-Phase
Das Experiment danach wurde bei 25 ºC durchgeführt.
Die vorstehend hergestellte Flüssigkristallzelle wurde in Sandwichform zwischen einem Paar aus in einem Winkel von 90 Grad gekreuzten Nicolpolarisatoren angeordnet, um eine Flüssigkristallvorrichtung zu ergeben, und es wurde an ihr eine Spannung von 30 V und ein Impuls von 50 µsec angelegt. Dann wurden die gekreuzten Nicolpolarisatoren auf die Extinktionsposition (die den dunkelsten Zustand ergibt) eingestellt und die Durchlässigkeit durch die Flüssigkristallvorrichtung zu diesem Zeitpunkt wurde mittels eines Photovervielfachers gemessen. Dann wurde ein Impuls von 50 µsec und -30 V an die Vorrichtung angelegt und die Durchlässigkeit (hellster Zustand) zu diesem Zeitpunkt wurde auf die gleiche Weise gemessen, wodurch die nachstehenden Daten erhalten wurden.
Tiltwinkel θ = 15 Grad, Durchlässigkeit im hellsten Zustand = 43%, Durchlässigkeit im dunkelsten Zustand = 1%, Kontrastverhältnis = 43:1.
Die Verzögerung der optischen Ansprechdauer, die ein Nachbild verursachte, betrug 0,2 Sekunden oder weniger.
Die Flüssigkristallvorrichtung wurde einer Multiplexansteuerung für eine Anzeige unter Verwendung von in Figur 14 gezeigten Ansteuerungs-Kurvenformen unterzogen, wodurch eine Anzeige von hoher Qualität mit hohem Kontrast erhalten wurde. Ferner wurde nach einer Bildanzeige eines vorgegebenen Zeichenbildes (character image) der gesamte Bildbereich nach "weiß" gelöscht, wobei kein Nachbild zu erkennen war. Es wird auf Figur 14 Bezug genommen: In SN, SN+1 und SN+2 sind Spannungskurvenf ormen gezeigt, die an die Abtastlinien angelegt sind, in I ist eine Spannungskurvenform gezeigt, die an eine entsprechende Datenlinie angelegt ist, und in (I-SN) ist eine kombinierte Spannungskurvenform gezeigt, die an die Datenlinie I und die Abtastlinie SN angelegt ist. In der vorstehenden Ausführungsform erfolgte das Ansteuern mit einer Spannung V&sub0; = 5 - 8 Volt und ΔT = 20-70 µsec.

Beispiele 2 - 10 und 13 - 17

Flüssigkristallzellen wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Filme zur Steuerung der Ausrichtung (in Form der durch die Formel dargestellte Vorläuferpolyamidsäuren, in denen n und m den Polymerisationsgrad bezeichnen, der auf Basis der durch GPC gemessenen Daten berechnet wurde) und die in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigten Materialien verwendet wurden.
Die entsprechenden Zellen wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 untersucht, wobei die gemessenen Daten des Kontrastverhältnisses und die Verzögerung der optischen Ansprechdauer, die in der nachstehenden Tabelle 3 gezeigt sind, erhalten wurden.
Die entsprechenden Zellen wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 einer Multiplexansteuerung für eine Anzeige unterzogen, wobei in bezug auf den Kontrast und das Nachbild ähnliche Resultate erhalten wurden.

Beispiele 11 und 12

In jedem Beispiel wurden zwei Typen von in der Tabelle 2 gezeigten Polyamidsäuren in Form einer Lösung in N-Methylpyrrolidon miteinander gemischt, so daß sie ein wie in Tabelle 2 gezeigtes Feststoff-Gewichtsverhältnis aufwiesen. Die resultierende Mischlösung wurde mit einer Lösungsmittelmischung aus N-Methylpyrrolidon und n-Butylcellosolve auf eine vorgeschriebene Konzentration verdünnt. Die so erhaltene Mischlösung mit der Vorläufer-Polyamidsäure wurde in Kombination mit einem in Tabelle 2 gezeigten Flüssigkristallmaterial verwendet, ansonsten auf die gleiche Weise wie in Tabelle 1.
Die entsprechenden Zellen wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 getestet, wobei die gemessenen Daten des Kontrastverhältnisses und der Verzögerung der optischen Ansprechdauer, die in der nachstehenden Tabelle 3 gezeigt sind, erhalten wurden.
Die entsprechenden Zellen wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 einer Multiplexansteuerung für eine Anzeige unterzogen, wobei in Bezug auf den Kontrast und das Nachbild ähnliche Ergebnisse erhalten wurden. Tabelle 2 Tabelle 2 (Forts.) Tabelle 2 (Forts.) Tabelle 2 (Forts.) Tabelle 2 (Forts.) Tabelle 2 (Forts.) Tabelle 2 (Forts.) Tabelle 3

Vergleichsbeispiele 1 - 4

Flüssigkristallzellen wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Filme zur Steuerung der Ausrichtung (in Form der im Handel erhältlichen Vorläufer-Polyamidsäurelacke) und die in der nachstehenden Tabelle 4 gezeigten Flüssigkristallmaterialien verwendet wurden. Die gemessenen Daten des Kontrastverhältnisses, der Verzögerung der optischen Ansprechdauer, die für jede der Zellen gemessen wurde, sind in der nachstehenden Tabelle 5 gezeigt.
Die entsprechenden Zellen wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 einer Multiplexansteuerung für eine Anzeige unterzogen, wobei die resultierenden Kontraste kleiner als diejenigen in Beispiel 1 waren, und für jede Zelle ein Nachbild erkenbar war. Tabelle 4 Tabelle 5
Wie aus den vorstehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen verständlich wird, wird in der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung eine Monodomäne eines gleichförmigen und guten Ausrichtungszustands entwickelt. Als Ergebnis liefert die Flüssigkristallvorrichtung eine Anzeige von hoher Qualität, die durch einen großen Kontrast zwischen hellen und dunklen Zuständen charakterisiert ist, insbesondere einen sehr großen Kontrast zur Zeit der Multiplexansteuerung, und die frei von einem unerfreulichen Nachbild ist.
Eine Flüssigkristallvorrichtung wird durch das Aufbringen eines Ausrichtungsfilms auf mindestens einem Substrat eines Substratpaars gebildet, das einen chiralen smektischen Flüssigkristall in Form eines Sandwiches umgibt. Die Ausrichtung wird durch ein Dehydrocyclisierungsprodukt einer Polyamidsäure gebildet, die wiederum das Reaktionsprodukt von Naphthalintetracarbonsäure oder ihren Derivaten mit einem Diamin oder seinen Derivaten ist. Die Flüssigkristallvorrichtung liefert eine Anzeige mit hohem Kontrast, insbesondere durch eine Multiplexansteuerung, die aufgrund der schnellen Ansprechzeit von einem Nachbild frei ist.

Claims

1. Flüssigkristallvorrichtung, die die nachstehenden Bestandteile umfaßt:

ein Substratpaar und einen zwischen den Substraten angeordneten chiralen smektischen Flüssigkristall, wobei sich auf mindestens einem Substrat des Substratpaars ein Ausrichtungsfilm befindet, der ein Polyimid umfaßt, das nur Seitenketten und Substituenten aufweist, die aus der Gruppe bestehend aus H, F, CH&sub3; und CF&sub3; ausgewählt sind, und das durch die Dehydrocyclisierung einer Polyamidsäure hergestellt wurde, die das Reaktionsprodukt aus:

(i) einem Tetracarbonsäurebestandteil, ausgewählt aus Naphthalintetracarbonsäure und Derivaten davon, mit

(ii) einem Diaminbestandteil, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Formeln (1)-(4), ist: Formel (1) Formel (2) Formel (3) Formel (4)

wobei Z&sub1; eine Einfachbindung, -CH&sub2;-, -S-, -CO-, -C(CH&sub3;)&sub2;- oder -C(CF&sub3;)&sub2;- darstellt; Z&sub2;-Z&sub6; stellen unabhängig eine Einfachbindung, -O-, -CH&sub2;-, -S-, -CO-, -C(CH&sub3;)&sub2;- oder -C(CF&sub3;)&sub2;- dar; und X&sub1; bis X&sub1;&sub0; stellen unabhängig H, F, CH&sub3; oder CF&sub3; dar, um eine Ausrichtungstruktur mit einem Bereich eines C1-Ausrichtungszustands zu bilden, in dem eine Vielzahl smektischer Schichten, die jeweils mehrere Flüssigkristailmoleküle umfassen, zueinander parallel ausgerichtet sind, wobei die vielen Flüssigkristallmoleküle so ausgerichtet werden, daß sie sich dergestalt ausdehnen, daß ihre vorderen Enden in bezug auf das Substratpaar spitze Vor- Neigungswinkel definieren und sich die Ausdehnungsrichtungen der vielen Flüssigkristallmoleküle, die an dem Substratpaar angrenzen, einander schneiden, und wobei die Vielzahl smektischer Schichten in einer Richtung gebogen ist, die der Vorwärtsrichtung der Moleküle entgegengesetzt ist.

2 Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Tetracarbonsäurebestandteil 1,4,5,8-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Tetracarbonsäurebestandteil 2,3,6,7-Naphthalintetracarbonsäuredianhydrid umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Diaminbestandteil durch die Formel (1) repräsentiert wird, wobei die zwei Aminogruppen sich unabhängig in para- oder meta-Positionen befinden und X&sub1; H ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Diaminbestandteil durch die Formel (2) repräsentiert wird, wobei Z&sub1; eine Einfachbindung&sub1; -S-, -CH&sub2;-, -C(CH&sub3;)&sub2;- oder -C(CF&sub3;)&sub2;- darstellt; X&sub2; und X&sub3; stellen H, CH&sub3; oder CF&sub3; dar, und die zwei Aminogruppen befinden sich beide in bezug auf die Bindungsgruppe Z&sub1; in para-Positionen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Diaminbestandteil durch die Formel (3) repräsentiert wird, wobei Z&sub2; und Z&sub3; eine Einfachbindung, -O- oder -S- darstellen; X&sub4;, X&sub5; und X&sub6; stellen H, CH&sub3; oder CF&sub3; dar; Z&sub2; und Z&sub3; befinden sich in bezug zueinander in para-Positionen; und die zwei Aminogruppen befinden sich in bezug auf die Bindungsgruppen Z&sub2; beziehungsweise Z&sub3; unabhängig in para- oder meta-Positionen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Diaminbestandteil durch die Formel (4) repräsentiert wird, wobei Z&sub5; C(CH&sub3;)&sub2; oder C(CF&sub3;)&sub2; darstellt; Z&sub4; und Z&sub6; stellen -O-, -S- oder CH&sub2; dar; X&sub8; und X&sub9; stellen H dar; X&sub7; und X&sub1;&sub0; stellen H, F oder CF&sub3; dar; Z&sub4; und Z&sub6; befinden sich in bezug auf Z&sub5; beide in para-Positionen; und die zwei Aminogruppen befinden sich in bezug auf die Bindungsgruppen Z&sub4; beziehungsweise Z&sub6; unabhängig in para- oder meta-Positionen.

8. Anzeigevorrichtung, die die nachstehenden Bestandteile umfaßt:

(a) eine Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in der jedes der Substrate eine darauf aufgebrachte Elektrode aufweist;

(b) eine Ansteuerungseinrichtung für die Versorgung der Elektroden mit Signalspannungen; und

(c) eine Steuereinrichtung zum Steuern der Ansteuerungseinrichtung.