DE69420175T2

DE69420175T2 - Flüssigkristall-Vorrichtung

Info

Publication number: DE69420175T2
Application number: DE69420175T
Authority: DE
Inventors: Yukio Hanyu; Yoshio Hotta; Yasuto Kodera; Tadashi Mihara; Sunao Mori
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1994-04-22
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2014-04-23
Also published as: EP0622657A1; CN1033667C; AU1782395A; AU6067594A; CA2121776C; CN1099148A; ATE183829T1; DE69420175D1; EP0622657B1; AU683995B2; KR0125785B1; CA2121776A1; US5786879A; AU656497B2; US5822031A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallvorrichtung, die als Anzeigevorrichtung für einen Fernsehempfänger, einen Bildsucher für eine Videokamera oder ein Datensichtgerät für einen Computer oder als Lichtventil (optischer Verschluß) für einen Flüssigkristalldrucker, einen Projektor usw. angewendet werden kann.
Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit Passivmatrixsteuerung, bei der ein TN-Flüssigkristall (= ein verdrillter nematischer Flüssigkristall) verwendet wird, ist als Vorrichtung bekannt gewesen, die mit verhältnismäßig niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Der Flüssigkristallvorrichtung mit Passivmatrixsteuerung, bei der ein TN-Flüssigkristall verwendet wird, ist wegen des Auftretens einer Übersprecherscheinung oder wegen einer Abnahme des Kontrastes zusammen mit der Erhöhung der Zahl der Treiberleitungen eine gewisse Beschränkung auferlegt, so daß nicht behauptet werden kann, daß sie als Anzeigevorrichtung, die eine hohe Auflösung und eine große Zahl von Treiberleitungen erfordert, z. B. als Flüssigkristall-Fernsehanzeigefeld, geeignet ist.
Als Bauart einer Flüssigkristallvorrichtung, bei der so ein Grundproblem einer herkömmlichen TN-Flüssigkristallvorrichtung gelöst ist, ist eine ferroelektrische Flüssigkristallvorrichtung bekannt gewesen, die Bistabilität zeigt. Bei der ferroelektrischen Flüssigkristallvorrichtung wird ein Flüssigkristall verwendet, der in seinem Betriebszustand eine chirale smektische Phase wie z. B. eine chirale smektische C-Phase (SmC*-Phase) oder eine chirale smektische H-Phase (SmH*-Phase) zeigt. Der Flüssigkristall neigt dazu, einen von zwei bistabilen Zuständen anzunehmen, und nimmt nicht leicht eine dazwischenliegende Moleküllage ein. Ferner nimmt diese Flüssigkristallart als Reaktion auf ein darauf einwirkendes elektrisches Feld schnell einen der zwei stabilen Zustände an und behält den resultierenden Zustand in Abwesenheit eines elektrischen Feldes bei. Durch Ausnutzung eines chiralen smektischen Flüssigkristalls, der solche Eigenschaften zeigt, zur Bildung einer Flüssigkristallvorrichtung ist es möglich geworden, in bezug auf die Probleme einer herkömmlichen TN-Flüssigkristallvorrichtung einschließlich einer schlechten Sichtwinkeleigenschaft wesentliche Verbesserungen zu erzielen.
Bei dieser Bauart einer chiralen smektischen Flüssigkristallvorrichtung ist jedoch das Problem gefunden worden, daß sich Flüssigkristallmoleküle in einigen Fällen unter Einwirkung eines elektrischen Feldes in einer Richtung bewegen können, die der Richtung, in der sich der Träger (das Substrat) erstreckt, parallel ist. Als Folge der Bewegung wird die Erscheinung verursacht, daß die Zellendicke (der Abstand zwischen einem Paar Trägern, zwischen denen sich ein Flüssigkristallmaterial befindet) verändert wird, so daß auf einem angezeigten Bild ein blaßgelber Farbton erhalten wird (wobei diese Erscheinung als "Gelbtönung" bezeichnet werden kann). Diese Erscheinung ist nicht nur bei einer Anzeigevorrichtung, sondern auch bei jeder anderen optischen Modulationsvorrichtung unerwünscht, da sie eine Verschlechterung des optischen Betriebsverhaltens verursacht.
Zum Unterdrücken so einer Bewegung von Flüssigkristallmolekülen ist in der älteren, nicht vorveröffentlichten EP-A 0550846 (korrespondierend zu der am 10. Dez. 1992 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 07/988,830) ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem die Innenoberfläche eines Trägers angerauht wird.
Das vorstehend erwähnte Verfahren des Anrauhens der Innenoberfläche ist nicht immer zufriedenstellend gewesen. Dies liegt daran, daß das Anrauhen der Innenoberfläche als Verfahren zum physikalischen oder dynamischen Unterdrücken der Bewegung von Flüssigkristallmolekülen nicht immer bevorzugt wird, weil beispielsweise bei einem bestimmten Flüssigkristall eine bessere Ausrichtungsqualität erzielt werden kann, wenn die Innenoberfläche nicht angerauht ist.
Während das Anrauhen der Oberfläche wirksam ist, um bei einer gewöhnlichen Anzeige, wie sie bei der Zeichenkompilierung angewendet wird, die Gelbtönung auf einem angezeigten Bild zu unterdrücken, kann ferner bei einer Anzeige eines bestimmten besonderen Graphikanzeigemusters noch leicht eine Gelbtönung verursacht werden.
In der EP-A 525673 ist eine Flüssigkristallausrichtung offenbart, die den rahmenartigen Teilen des Anzeigebereichs nicht parallel ist.
Es wird die Japanische Patentanmeldung JP-A 62-203128 erwähnt, die die Merkmale hat, die im Oberbegriff von Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche dargelegt sind.
Angesichts der vorstehend erwähnten Probleme des Standes der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristallvorrichtung, die einen einfachen Aufbau hat und bei der kaum eine Veränderung der Zellendicke eintritt, und ferner eine Vorrichtung, bei der die Flüssigkristallvorrichtung angewendet wird, bereitzustellen.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der sogar in dem Fall kaum eine wesentliche Veränderung der Zellendicke eintritt, daß eine Bewegung von Flüssigkristallmolekülen eintritt, und ferner eine Vorrichtung, bei der die Flüssigkristallvorrichtung angewendet wird, bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristallvorrichtung, die in bezug auf eine weite Anwendbarkeit ausgezeichnet ist und bei der sogar in dem Fall, daß darin irgendein Flüssigkristallmaterial verwendet und darauf irgendein Steuerverfahren angewandt wird, kaum eine Veränderung der Zellendicke eintritt, und ferner eine Vorrichtung, bei der die Flüssigkristallvorrichtung angewendet wird, bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristallvorrichtung bereitzustellen, die eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit zeigt und frei von einer Verschlechterung des optischen Betriebsverhaltens ist.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Flüssigkristallvorrichung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Die folgenden Merkmale können durch Auswahl hinzugefügt werden, um die Wirkung der vorliegenden Erfindung zu erhöhen.
Es wird bevorzugt, daß der periphere Bereich in einen ersten Bereich, der an den wirksamen optischen Modulationsbereich angrenzt, und einen zweiten Bereich außerhalb des ersten Bereichs aufgeteilt wird, so daß die Flüssigkristallmoleküle in dem ersten Bereich einen Vor-Kippungswinkel (Vor- bzw. Pretiltwinkel) haben, der im wesentlichen gleich dem Vor-Kippungswinkel in dem wirksamen optischen Modulationsbereich ist, und die Flüssigkristallmoleküle in dem zweiten Bereich einen Vor-Kippungswinkel haben, der größer als der Vor-Kippungswinkel in dem wirksamen optischen Modulationsbereich ist.
Es wird bevorzugt, daß zwischen den Trägern eine Vielzahl von Adhäsiv- bzw. Klebstoffteilchen und eine Vielzahl von Abstandsstücken bzw. Abstandshaltern angeordnet sind.
Es wird auch bevorzugt, daß die einander gegenüberstehenden Elektroden zur Steuerung mit einem Steuersignal versorgt werden, das bipolare Impulse, bezogen auf ein Referenzpotential, umfaßt.
Es wird auch bevorzugt, daß der periphere Bereich mit einem Maskierungsteil optisch bedeckt ist.
Als Ergebnis unserer Untersuchung ist gefunden worden, daß die Unregelmäßigkeit der Dichte von Flüssigkristallmolekülen, die zu einer Veränderung der Zellendicke in dem wirksamen optischen Modulationsbereich führt, gemäßigt werden kann, indem die Flüssigkristallmoleküle in dem peripheren Bereich außerhalb des wirksamen optischen Modulationsbereichs in einen Zustand mit einem großen Vor-Kippungswinkel gebracht werden, um die Beweglichkeit der Flüssigkristallmoleküle in dem peripheren Bereich zu erhöhen. Es ist auch gefunden worden, daß es möglich ist, zu bewirken, daß sich einige Flüssigkristallmoleküle aus dem peripheren Bereich zu einem Bereich mit niedriger Dichte bewegen.
Auf diese Weise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu einem herkömmlichen Verfahren, mit dem nur ein Unterdrücken der Bewegung von Flüssigkristallmolekülen bezweckt wird, zum Verhindern einer Veränderung der Zellendicke eine praktische bzw. bewußte Ausnutzung der Bewegung von Flüssigkristallmolekülen bezweckt, so daß das Auftreten einer Gelbtönung verhindert wird.
Als Folge tritt gemäß der vorliegenden Erfindung sogar in dem Fall, daß ein Flüssigkristallmaterial oder ein (An)steuerungssystem, das leicht eine Veränderung der Zellendicke verursacht hat, angewendet wird oder daß ein Anzeigemuster, das leicht eine Veränderung der Zellendicke verursacht hat, angezeigt wird, kaum eine Gelbtönung auf, die auf eine Veränderung der Zellendicke zurückzuführen ist.
Diese und andere Aufgaben, 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. 1A ist eine schematische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung gemäß der Erfin dung, und Fig. 1B ist eine schematische Schnittzeichnung entlang der Linie A-A' in Fig. 1A.
Fig. 2A und 2B sind Zeichnungen, die zur Erläuterung der Bewegung von Flüssigkristallmolekülen in einer Flüssigkristallvorrichtung dienen.
Fig. 3A und 3B sind Zeichnungen, die zur Erläuterung der Bewegung von Flüssigkristallmolekülen in einer Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung gemäß der Erfindung dienen.
Fig. 4 ist eine Zeichnung, die zur Erläuterung eines Ausrichtungszustandes dient, der bei einem chiralen smektischen Flüssigkristall auftritt, der im Rahmen det Erfindung verwendet wird.
Fig. 5A und 5B sind Zeichnungen, die zur Erläuterung von Veränderungen der Direktororientierung entsprechend verschiedenen Lagen zwischen den Trägern in der C1-Ausrichtung bzw. der C2-Ausrichtung in einer Zickzack- bzw. Sparrenstruktur eines smektischen Flüssigkristalls dienen.
Fig. 6A und 6B sind schematische Zeichnungen einer Bücherbordstruktur eines smektischen Flüssigkristalls.
Fig. 7A und 7B sind schematische Zeichnungen eines Reibverfahrens.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer Bildanzeigevorrichtung, die eine Flüssigkristallvorrichtung gemäß der Erfindung einschließt.
Fig. 9 ist eine schematische Zeichnung einer bildgebenden Vorrichtung (Bilderzeugungsvorrichtung), die eine Flüssigkristallvorrichtung gemäß der Erfindung einschließt.
Fig. 10A ist ein Kurvenformdiagramm, das eine Gruppe von Steuersignalen zur Steuerung einer Flüssigkristallvorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht, und Fig. 10B dient zur Veranschaulichung des resultierenden Anzeigezustands.
Fig. 11 und 12 sind eine schematische Draufsicht bzw. eine schematische Schnittzeichnung einer ersten Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 13 bis 15 sind schematische Draufsichten einer zweiten bis vierten Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 16 ist eine schematische Draufsicht zur Erläuterung einer Bewertungsart der Bewegung von Flüssigkristallmolekülen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen auf jede Art von optischer Modulation anwendbar, kann jedoch vorzugsweise auf eine Art der optischen Modulation angewendet werden, wie sie bei einem optischen Verschluß oder einem Lichtventil angewendet wird, mit dem die Lichtdurchlässigkeit durch jedes Bildelement in zwei Stufen (binär) oder in mehreren Stufen eingestellt bzw. gesteuert werden kann. Das Bildelementadressiersystem kann eines von einem Multiplexsystem, bei dem eine Elektrodenmatrix angewendet wird, oder einem Photoadressiersystem, bei dem eine Photoleiterschicht angewendet wird, sein.
Fig. 1A ist eine schematische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 1B ist eine schematische Schnittzeichnung entlang der Linie A-A', in der Richtung der Pfeile in Fig. 1A gesehen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1A hat eine Flüssigkristallvorrichtung (Zelle oder Anzeigefeld) 1 schematisch eine ebene (planare) Gestalt, wie sie gezeigt ist, und umfaßt einen wirksamen optischen Modulationsbereich 2, einen peripheren Bereich 3, der an den Bereich 2 angrenzt und sich außerhalb des Bereiches 2 befindet, und ein Abdichtungsteil 4, das den peripheren Bereich 3 mit Ausnahme einer Einspritzöffnung 5, die nach dem Einspritzen des Flüssigkristalls mit einem Dichtungselement abgedichtet wird, umgibt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1B umfaßt die Flüssigkristallvorrichtung ein Paar Träger aus einem oberen Träger 11a und einem unteren Träger 11b, auf denen sich jeweils Elektroden (nicht gezeigt) befinden. Die Träger 11a und 11b sind mit peripheren Ausrichtungseinstellungsbereichen 13a bzw. ±3b, die dazu dienen, dem Flüssigkristall in dem peripheren Bereich 3 einen großen Vor-Kippungswinkel α&sub2; zu erteilen, und mit Ausrichtungseinstellungsbereichen 14a bzw. 14b, die dazu dienen, dem Flüssigkristall in dem wirksamen optischen Modulationsbereich einen kleinen Vor-Kippungswinkel α&sub1; zu erteilen, versehen, wobei die Ungleichung α&sub1; < α&sub1; gilt. Zwischen den Trägen 11a und 11b ist ein Flüssigkristallmaterial 15 angeordnet, das fähig ist, eine chirale smektische Phase zu zeigen, und eine Bewegung von Flüssigkristallmolekülen verursachen kann, wenn es in einer herkömmlichen Flüssigkristallzellenstruktur unter Einwirkung eines elektrischen Feldes angesteuert wird.
Hierbei bedeutet "wirksamer optischer Modulationsbereich" im Fall einer Anzeigevorrichtung einen Anzeigebereich, der eine große Zahl von Bildelementen umfaßt, um durch Einstellung bzw. Steuerung der Lichtdurchlässigkeit durch die jeweiligen Bildelemente eine Anzeige zu bewirken, und im Fall einer Nicht-Anzeigevorrichtung wie z. B. eines Lichtventils einen Bereich, der dazu dient, in Abhängigkeit von Steuersignalen eine optische Modulation zu bewirken.
Gemäß unserer Untersuchung ist erkannt worden, daß die Zunahme der Zellendicke durch eine Druckerhöhung verursacht - wird, die ihrerseits durch eine auf die Ansteuerung zurückzuführende Bewegung von Flüssigkristallmolekülen in einer bestimmten Richtung vor allem an einer Seite der Zelle verursacht wird. So eine Kraft, die die Bewegung von Flüssigkristallmolekülen verursacht, kann vermutlich einem elektrodynamischen Effekt zuzuschreiben sein, der durch eine Störung der Dipolmomente von Flüssigkristallmolekülen in einem wechselstromartigen elektri schen Feld (elektrischen Wechselfeld), das durch die Fortdauer von Steuerimpulsen hervorgerufen wird, verursacht wird. Ferner werden gemäß unseren Versuchen die Richtungen 22a und 22b der Flüssigkristallbewegung im Zusammenhang mit der Reibrichtung 20 und der Lage 21a oder 21b der durchschnittlichen Flüssigkristallmolekülachse, wie sie in Fig. 2A gezeigt ist, festgelegt. Da die Bewegungsrichtung von Flüssigkristallmolekülen mit der Reibrichtung zusammenhängt, wird angenommen, daß die vorstehend erwähnte Erscheinung von dem Vor-Kippungszustand an den Trägeroberflächen abhängt. Unter Bezugnahme auf Fig. 2A und 2B bezeichnet die Bezugszahl 21a (oder 21b in einem umgekehrten Orientierungszustand) die Orientierung der durchschnittlichen Molekülachse (des Direktors). Wenn die Flüssigkristallmoleküle (hierin als Moleküle mit einer negativen spontanen Polarisation beschrieben) derart orientiert sind, daß sie die durchschnittliche Molekülachse 21a ergeben, und auf diese Moleküle ein elektrisches Wechselfeld mit einer bestimmten Stärke einwirkt, das keine Umschaltung zu dem Orientierungszustand 21b verursacht, bewegen sich die Flüssigkristallmoleküle in dem Fall, daß die Träger mit Reibachsen versehen sind, die sich parallel und in derselben Richtung 20 erstrecken, leicht in der Richtung eines Pfeils 22a. Diese Flüssigkristallbewegungserscheinung hängt vom Ausrichtungszustand in der Zelle ab.
In einer eigentlichen Flüssigkristallzelle tritt die Flüssigkristallbewegung in der in Fig. 2A gezeigten Weise ein. Wenn die Flüssigkristallmoleküle beispielsweise in der gesamten Zelle in einen Zustand gebracht sind, der eine durchschnittliche Molekülachsenrichtung 21a ergibt, bewegen sich die Flüssigkristallmoleküle in der Zelle unter Einwirkung eines elektrischen Wechselfeldes leicht in der Richtung des Pfeils 22a, d. h. in der Figur von rechts nach links. Als Folge nimmt die Zellendicke in einem Bereich 23 nach und nach zu, so daß ein gelbstichiger Farbton gezeigt wird. Wenn die Flüssigkristallmoleküle in einen Zustand gebracht sind, der eine durchschnittliche Molekülachse 21b ergibt, wird unter Einwirkung eines elektrischen Wechselfeldes eine Flüssigkristallbewegung in der umgekehrten Richtung 22b verursacht. In beiden Fällen wird leicht eine Flüssigkri stallbewegung in einer Richtung verursacht, die senkrecht zu der Reibrichtung verläuft, d. h. in der Richtung, in der sich smektische Schichten erstrecken. Es ist auch beobachtet worden, daß zusätzlich zu der vorstehend erwähnten Zunahme der Zellendicke in der Richtung smektischer Schichten auch eine Zunahme der Zellendicke in einer Richtung verursacht wird, die senkrecht zu smektischen Schichten verläuft.
Gemäß einem anderen Versuch bewegen sich in dem Fall, daß auf einem Anzeigefeld, das durch Reiben in einer in Fig. 3A gezeigten Richtung R gebildet worden ist, kontinuierlich ein Schwarz-Weiß-Streifenmuster (BL-W-Streifenmuster) angezeigt wird, Flüssigkristallmoleküle, die sich in einem Bereich befinden, der "schwarz" (BL oder dunkel) anzeigt, und in eine durchschnittliche Molekülachsenrichtung 21a gebracht sind, in der Richtung eines Pfeils a, so daß ein Anzeigefeld-Seitenbereich A erhalten wird, der eine größere Zellendicke zeigt als der umgebende Bereich. Andererseits bewegen sich Flüssigkristallmoleküle, die sich in einem Bereich befinden, der "weiß" (W oder hell) anzeigt, und in eine durchschnittliche Molekülachsenrichtung 21b gebracht sind, in der Richtung eines Pfeils b, so daß an der entgegengesetzten Seite ein Anzeigefeld-Seitenbereich B erhalten wird, der eine erhöhte Zellendicke hat.
Im Gegensatz dazu ist gefunden worden, daß im Fall der Anordnung eines peripheren Bereichs 3, der einen Anzeigebereich 2 (als wirksamen optischen Modulationsbereich) umgibt, und der Erzeugung eines Ausrichtungszustandes mit einem großen Vor-Kippungswinkel in dem peripheren Bereich die Flüssigkristallmoleküle in dem Zustand, der "schwarz" anzeigt, die sich in der Richtung a bewegen, sich weiter zu dem peripheren Bereich 3 bewegen können und die Flüssigkristallmoleküle, die sich in dem peripheren Bereich angesammelt haben, sich in den Richtungen c und d weiterbewegen können. Flüssigkristallmoleküle können sich auch umgekehrt in einer Richtung e bewegen.
Andererseits wird in dem weißen Anzeigebereich die Flüssigkristallbewegung in der Richtung b davon begleitet, daß sich Flüs sigkristallmoleküle, die sich in dem peripheren Bereich angesammelt haben, in den Richtungen cc und dd und auch in einer Richtung ee bewegen können.
Die vorstehend erwähnte Erscheinung wird vermutlich verursacht, weil sich smektische Schichten, die entlang den Oberflächen eines Anzeigefeldes gebildet werden, einem isotropen Zustand nähern, da Flüssigkristalle mit einem größeren Vor-Kippungswinkel, d. h. nahe einer homöotropen Ausrichtung, ausgerichtet werden, so daß als Reaktion auf ein äußeres elektrisches Feld, das auf Flüssigkristallmoleküle einwirkt, bewirkt wird, daß sich Flüssigkristallmoleküle in einer isotropen Weise bewegen.
Als Folge wird bei einem Flüssigkristall-Anzeigefeld gemäß der vorliegenden Erfindung sogar in dem Fall, daß sich als Ergebnis einer in Fig. 3A gezeigten Bewegung von Flüssigkristallmolekülen eine Druckverteilung entwickelt, die Druckverteilung durch die isotrope Bewegung von Flüssigkristallmolekülen in dem in Fig. 3B gezeigten peripheren Bereich gemäßigt, wodurch die Zunahme der Zellendicke entlang einer Seite des Anzeigefeldes unterdrückt wird.
Während Fig. 3B eine am meisten bevorzugte Ausführungsform zeigt, bei der der periphere Bereich dem gesamten Umfang eines Anzeigefeldes entlang angeordnet ist, ist dies nicht unbedingt notwendig, so daß es möglich ist, daß der periphere Bereich z. B. nur an der oberen und der unteren Seite des in Fig. 3B gezeigten Anzeigefeldes angeordnet ist.
Die Innenoberfläche von mindestens einem der Träger, die die Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bilden, ist rauh. Dies liegt daran, daß es möglich ist, die Einspritzung bzw. Einführung von Flüssigkristall aus dem peripheren Bereich und die Freigabe von Flüssigkristall zu dem peripheren Bereich in gutem Gleichgewicht mit der Bewegung in dem wirksamen optischen Modulationsbereich zu optimieren, wenn die Bewegung von Flüssigkristallmolekülen in dem wirksamen optischen Modulationsbereich bis zu einem gewissen Grade durch eine rauhe Innenoberfläche unterdrückt wird. Die rauhe Oberfläche, die zu diesem Zweck hergestellt wird, kann entweder gleichmäßig oder ungleichmäßig sein.
Hinsichtlich des Vor-Kippungswinkels in dem wirksamen optischen Modulationsbereich gibt es zwei wirksame Gestaltungsmöglichkeiten. Gemäß einer davon, die im Rahmen der Erfindung angewendet wird, wird eine Ausrichtungsbehandlung durchgeführt, damit ein Vor-Kippungswinkel erhalten wird, der im Bereich von 10 bis 25 Grad liegt. Gemäß der anderen, die im Rahmen der Erfindung nicht eingeschlossen ist, wird der Vor-Kippungswinkel auf höchstens 5 Grad unterdrückt. Die erstere Gestaltung ist wirksam, um leicht eine Sparrenstruktur zu erhalten, bei der smektische Schichten zwischen den Trägern abgeknickt sind, z. B. dadurch, daß einem Paar Trägern, die die Flüssigkristallvorrichtung bilden, z. B. durch Reiben oder durch schräge Bedampfung uniaxiale Ausrichtungsachsen erteilt werden, die parallel zueinander verlaufen und im wesentlichen identische Richtungen haben. Eine resultierende Sparrenstruktur mit einem großen Vor-Kippungswinkel hat den Vorteil, daß sogar in Berührung mit einer rauhen Innenoberfläche nicht leicht eine Ausrichtungsunordnung verursacht wird. Die letztere Gestaltung ist wirksam, um leicht eine Bücherbordstruktur zu erhalten, bei der smektische Schichten frei von Abknicken zwischen den Trägern sind, z. B. dadurch, daß einem Paar Trägern uniaxiale Ausrichtungsachsen erteilt werden, die parallel zueinander verlaufen und entgegengesetzte Richtungen haben, oder daß nur einem der Träger eines Paares eine uniaxiale Ausrichtungsachse erteilt wird. Bei einer resultierenden Bücherbordstruktur mit einem kleinen Vor-Kippungswinkel ist die Bewegungsgeschwindigkeit von Flüssigkristallmolekülen sogar ohne Anrauhen der Innenoberflächen verhältnismäßig niedrig, so daß leicht ein gutes Gleichgewicht mit der Bewegungsgeschwindigkeit zu und von dem peripheren Bereich erzielt werden kann. Die Bücherbordstruktur mit einem kleinen Vor-Kippungswinkel kann in bezug auf das optische Betriebsverhalten einen besseren Ausrichtungszustand bereitstellen.
Der periphere Bereich gemäß der vorliegenden Erfindung muß nicht derart angeordnet sein, daß er den gesamten wirksamen optischen Modulationsbereich umgibt. Es genügt, daß so ein peripherer Bereich an beiden Querseiten oder an beiden Längsseiten, vorzugsweise in einer Richtung, in der sich die smektische Schicht erstreckt, angeordnet wird. Der periphere Bereich kann vorzugsweise eine Breite haben, die größer als die Breite eines Bildelements ist. Es wird bevorzugt, daß der periphere Bereich durch ein Maskierungsteil oder ein Lichtunterbrechungsteil optisch maskiert wird, damit im wesentlichen keine optische Modulation bewirkt wird. Es genügt theoretisch, daß der periphere Bereich einen Vor-Kippungswinkel hat, der größer ist als der Vor-Kippungswinkel in dem wirksamen optischen Modulationsbereich, selbst wenn der Unterschied gering ist, da in dem peripheren Bereich eine höhere Beweglichkeit erzielt werden kann als in dem wirksamen optischen Modulationsbereich. Es wird jedoch tatsächlich bevorzugt, daß der Unterschied zwischen den Vor-Kippungswinkeln mindestens 10 Grad beträgt. Zur Erleichterung der Herstellung einer Zelle ist eine im wesentlichen homöotope Ausrichtung erwünscht.
Der periphere Bereich kann teilweise einen Unterbereich einschließen, in dem der Vor-Kippungswinkel ähnlich ist wie der in dem wirksamen optischen Modulationsbereich. Der Unterbereich kann vorzugsweise an den wirksamen optischen Modulationsbereich angrenzend angeordnet sein.
Es ist möglich, daß in dem peripheren Bereich ähnlich wie in dem wirksamen optischen Modulationsbereich Elektroden angeordnet werden, um die Bewegung von Flüssigkristallmolekülen durch selektives Einwirkenlassen eines elektrischen Feldes zu fördern. Das elektrische Feld kann vorzugsweise durch Steuersignale erzielt werden, die mit denen von Abtastsignalen und/oder Datensignalen für die Ansteuerung des Flüssigkristalls bei den Bildelementen in dem wirksamen optischen Modulationsbereich identisch sind.
Es wird bei der Herstellung einer Zelle bevorzugt, daß zwischen den Trägern Abstandshalterperlen und Klebstoffperlen verteilt werden, um die Bewegung von Flüssigkristallmolekülen in dem wirksamen optischen Modulationsbereich zu unterdrücken.
Als nächstes werden mikroskopische Strukturen eines smektischen Flüssigkristalls beschrieben, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Der Ausrichtungszustand in einer smektischen Phase, die eine Sparrenstruktur einschließt, kann in der Weise beschrieben werden, daß er zwei Ausrichtungszustände C1 und C2 umfaßt, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 bezeichnet eine Bezugszahl 31 eine smektische Schicht, bezeichnet 32 einen C1-Ausrichtungsbereich und bezeichnet 33 einen C2-Ausrichtungsbereich. Ein smektischer Flüssigkristall hat im allgemeinen eine Schichtstruktur und verursacht eine Schrumpfung des Schichtabstands, wenn er von einer SmA-Phase (smektischen A- Phase) in eine SmC-Phase (smektische C-Phase) oder eine SmC*- Phase (chirale smektische C-Phase) umgewandelt wird, was zu einer in Fig. 4 gezeigten Struktur (Sparrenstruktur) führt, die von einem Abknicken von Schichten zwischen dem oberen Träger 11a und dem unteren Träger 11b begleitet ist. Das Abknicken der Schichten 31 kann entsprechend der gezeigten C1- und C2-Ausrichtung in zwei Arten verursacht werden. Flüssigkristallmoleküle an den Trägeroberflächen sind bekanntlich derart ausgerichtet, daß sie als Folge des Reibens in einer Richtung A einen bestimmten Winkel α (Vor-Kippungswinkel) derart bilden, daß ihre Köpfe (vorderen Enden) in der Reibrichtung von den Trägeroberflächen 11a und 11b nach oben (oder weg) gerichtet sind. Die Ausrichtungszustände C1 und C2 sind einander wegen der Vor- Kippung in bezug auf ihre elastische Energie nicht gleichwertig, und bei einer bestimmten Temperatur oder beim Einwirken einer mechanischen Spannung kann ein Übergang zwischen diesen Zuständen verursacht werden. Wenn die in Fig. 4 gezeigte Schichtstruktur in Draufsicht betrachtet wird wie in dem oberen Teil von Fig. 4 gezeigt, sieht eine Grenze 34 des Übergangs von der C1-Ausrichtung (32) zu der C2-Ausrichtung (33) in der Reibrichtung A wie ein Zickzackblitz aus und wird als Blitzdefekt bezeichnet, und eine Grenze 35 des Übergangs von der C2- Ausrichtung (33) zu der C1-Ausrichtung (32) bildet eine breite und mäßige Kurve und wird als Haarnadeldefekt bezeichnet.
Wenn ein chiraler smektischer Flüssigkristall zwischen einem Paar Trägern 11a und 11b, die durch eine uniaxiale Ausrichtungsbehandlung wie z. B. Reiben mit uniaxialen Ausrichtungsachsen, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und identische Richtungen haben, versehen worden sind, angeordnet ist und der Flüssigkristall in einen Ausrichtungszustand gebracht wird, der die folgende Beziehung erfüllt:
Θ < α + δ ... (1),
worin α einen Vor-Kippungswinkel des Flüssigkristalls bezeichnet, Θ einen Kippungswinkel (die Hälfte des Kegelwinkels) bezeichnet und δ einen Neigungswinkel der SmC*-Schicht bezeichnet, gibt es in dem C1-Ausrichtungszustand vier Zustände, die jeweils eine Sparrenstruktur haben. Diese vier C1-Ausrichtungszustände unterscheiden sich von dem bekannten C1-Ausrichtungszustand. Ferner bilden zwei der vier C1-Ausrichtungszustände bistabile Zustände (gleichmäßige Ausrichtung). Hierbei werden von den vier C1-Ausrichtungszuständen zwei Zustände, die in Abwesenheit eines elektrischen Feldes dazwischen einen scheinbaren Kippungswinkel θa ergeben, der die folgende Beziehung erfüllt:
Θ > θa > Θ/2 ... (2),
zusammen als gleichmäßiger Zustand bezeichnet.
Im Hinblick auf optische Eigenschaften der Direktoren wird angenommen, daß die Direktoren im gleichmäßigen Zustand nicht zwischen den Trägern verdrillt sind. Fig. 5A ist eine schematische Zeichnung, die Lagen von Direktoren zwischen den Trägern in den jeweiligen Zuständen in der C1-Ausrichtung veranschaulicht. Im einzelnen sind bei 51 bis 54 jeweils Veränderungen der Lagen von Direktoren zwischen den Trägern in Form von Projektionen der Direktoren auf Kegelgrundflächen, wie sie von jeder Grundfläche her gesehen werden, gezeigt. Bei 51 und 52 ist ein schräger Zustand gezeigt, und bei 53 und 54 ist eine Anord nung von Direktoren gezeigt, von der angenommen wird, daß sie einen gleichmäßigen Ausrichtungszustand wiedergibt. Wie aus Fig. 5A ersichtlich ist, unterscheidet sich die Moleküllage (Direktor) bei 53 und 54, die einen gleichmäßigen Zustand wiedergeben, von der Moleküllage in dem schrägen Zustand entweder bei dem oberen Träger oder bei dem unteren Träger. Fig. 5B zeigt zwei Zustände 55 und 56 in der C2-Anordnung, zwischen denen an den Grenzen keine Umschaltung beobachtet wird, jedoch eine innere Umschaltung beobachtet wird. Die gleichmäßigen Zustände 53 und 54 in der C1-Ausrichtung ergeben einen größeren Kippungswinkel θa und somit eine höhere Leuchtkraft und einen höheren Kontrast als der herkömmlicherweise angewendete bistabile Zustand in der C2-Ausrichtung.
Im Gegensatz dazu zeigen Fig. 6A und 6B schematisch smektische Schichtstrukturen mit einer im Rahmen der Erfindung nicht eingeschlossenen Bücherbordstruktur einschließlich einer in Fig. 6A gezeigten schrägen Bücherbordstruktur mit einem kleinen Vor-Kippungswinkel (α&sub1;) und einer in Fig. 6B gezeigten schrägen Bücherbordstruktur mit einem großen Vor-Kippungswinkel (α&sub2; > α&sub1;).
Es wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, daß die Sparrenstruktur mit einem großen Vor-Kippungswinkel in einer C1-Ausrichtung mit einem Vor-Kippungswinkel von mindestens 10 Grad und vorzugsweise 10 bis 25 Grad angewendet wird.

[Zellenstruktur]

Die Flüssigkristallzelle (-vorrichtung) gemäß der vorliegenden Erfindung kann aus einem Paar Trägern gebildet werden, die aus irgendeinem Material bestehen können, solange mindestens einer davon lichtdurchlässig ist. Beispiele für das lichtdurchlässige Trägermaterial können Glas, Quarz und Kunststoffolien einschließen. Andererseits kann ein Träger, der keine Lichtdurchlässigkeit erfordert, aus irgendwelchen Materialien einschließlich Metallen, Halbleitern und isolierender Materialien bestehen, solange er eine geeignete Trägeroberfläche bereitstellt.
Mindestens eine der einander gegenüberstehenden Elektroden, die jeweils auf dem Paar Trägern gebildet werden, kann erwünschtermaßen aus einem lichtdurchlässigen Leiter bestehen, wobei geeignete Beispiele dafür Zinnoxid, Indiumoxid und Indiumzinnoxid (ITO) einschließen können. Eine lichtdurchlässige Elektrode kann nötigenfalls mit einer Metallelektrode ergänzt werden, die einen niedrigen spezifischen Widerstand hat und längs einer Seite davon angeordnet ist. Die Elektrode kann vorzugsweise eine Dicke von 40 bis 200 nm haben.
Die Träger können mit einer Ausrichtungsschicht bzw. einem Abgleichfilm beschichtet werden, wobei Beispiele dafür Filme bzw. Folien aus organischen Materialien wie z. B. Polyimid, Polypyrrol, Polyvinylalkohol, Polyamidimid, Polyesterimid, Polyparaxylylen, Polyester, Polycarbonat, Polyvinylacetal, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polystyrol, Polyanilin, Celluloseharz, Acrylharz und Melaminharz und anorganische Filme bzw. Schichten wie z. B. eine schräg aufgedampfte SiO-Schicht einschließen können. Die Ausrichtungsschicht kann vorzugsweise eine Dicke in der Größenordnung von 5 bis 100 nm haben. Ein gewünschter Vor-Kippungswinkel kann durch eine geeignete Kombination eines Flüssigkristallmaterials und einer Ausrichtungsschicht erzielt werden; es wird jedoch bevorzugt, daß ein gewünschter Vor-Kippungswinkel erhalten wird, indem der Grad des Reibens (z. B. die Stärke des Reibens, die Zahl der Reibbehandlungen usw.) zweckmäßig gewählt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann unterhalb der Ausrichtungsschicht auch eine Isolationsschicht angeordnet werden. Die Isolationsschicht kann vorzugsweise ein isolierendes Material wie z. B. TixSiyOz (x + y + z = 1), SiO&sub2;, TiO oder Ta&sub2;O&sub5; umfassen. In dem Fall, daß die Innenoberfläche eines Trägers angerauht wird, wird es bevorzugt, daß in der Isolationsschicht feine Teilchen aus z. B. Oxiden wie SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; usw. verteilt werden.
Eine Isolationsschicht für die Bereitstellung einer angerauhten Innenoberfläche kann beispielsweise hergestellt werden, indem eine Lösung oder Dispersion eines Vorläufers einer anorganischen Schicht (z. B. eines Vorläufers, der Ti und Si in einem Verhältnis von 1 : 10 bis 10 : 1 und vorzugsweise etwa 1 : 1 enthält), die darin dispergierte feine Teilchen enthält, auf einen Träger aufgetragen wird, worauf Hitzebehandlung folgt. Der Unebenheitsgrad kann eingestellt werden, indem die Dichte der Dispersion und die mittlere Teilchengröße der feinen Teilchen und die Dicke der Isolationsschicht, die die feinen Teilchen bedeckt, verändert werden. Die feinen Teilchen für die Bereitstellung einer angerauhten Innenoberfläche können vorzugsweise eine Teilchengröße von etwa 1 bis 100 nm haben. Die Isolationsschicht, in der die feinen Teilchen gehalten werden, kann vorzugsweise eine Dicke von etwa 20 bis 30 nm haben.
Eine Ausrichtung mit einem großen Vor-Kippungswinkel und vorzugsweise eine homöotrope Ausrichtung kann in dem peripheren Bereich erzeugt werden, indem auf dem Träger in diesem Bereich die Isolationsschicht und/oder die Ausrichtungsschicht angeordnet wird, wobei diese Schichten jedoch keiner uniaxialen Ausrichtungsbehandlung wie z. B. Reiben unterzogen werden.
Die Richtung der z. B. durch Reiben erzielten uniaxialen Ausrichtungsachse kann derart angeordnet sein, daß beide Seiten in einer Richtung, die die Ausrichtungsachse kreuzt, mit den peripheren Bereichen versehen sind, wodurch Flüssigkristallmoleküle, die sich in einer smektischen Schicht bewegen, einen der peripheren Bereiche mit einem großen Vor-Kippungswinkel, die an beiden Enden der smektischen Schicht angeordnet sind, erreichen.

(Herstellung einer Flüssigkristallzelle)

Eine Flüssigkristallzelle kann beispielsweise folgendermaßen hergestellt werden.
Es kann ein Paar lichtdurchlässiger Träger aus z. B. Glas bereitgestellt werden. Jeder Träger wird durch Aufdampfung wie z. B. CVD (chemische Aufdampfung), Zerstäubung oder Ionenplat tierung mit einer lichtdurchlässigen Leiterschicht versehen, worauf eine Strukturierung der Leiterschicht durch z. B. photolithographische Schritte unter Bildung von Streifen folgt. Die Streifenelektroden können dann z. B. durch Aufdampfung mit einer Isolationsschicht beschichtet werden. Zur Bereitstellung einer angerauhten Innenoberfläche kann darauf eine Lösung eines Vorläufers einer anorganischen Schicht, die darin dispergierte feine Teilchen enthält, aufgetragen, calciniert und hitzebehandelt werden, um eine Isolationsschicht zu bilden, die eine angerauhte Oberfläche bereitstellt. Dann kann z. B. durch Auftragen einer Polyamidsäurelösung mittels Schleuderauftrag eine Ausrichtungsschicht gebildet werden, worauf Hitzebehandlung folgt. Die Ausrichtungsschicht wird dann einer Reibbehandlung unterzogen. Auf dem so behandelten Träger werden Abstandshalterperlen verteilt, und unter Ausnahme eines Bereichs, der eine Einspritzöffnung ergibt, wird ein peripheres Dichtungselement aufgebracht, und ein anderer Träger, der ähnlich behandelt worden ist, wird darauf aufgebracht, wobei gewünschtenfalls zusätzlich Klebstoffperlen verteilt werden, um eine Leerzelle zu bilden. Die Leerzelle wird dann nach und nach mit einem Flüssigkristallmaterial gefüllt, das unter Erzielung einer Phase höherer Temperatur erhitzt worden ist und durch eine Einspritzöffnung eingespritzt und nach und nach abgekühlt wird, um einen Übergang zu einer chiralen smektischen Phase zu bewirken.
Der Anzeigebereich und der periphere Bereich, die verschiedene Vor-Kippungswinkel bereitstellen, können gebildet werden, indem auf der gesamten Innenoberfläche eines Trägers eine homöotrope Ausrichtungsschicht gebildet wird und dann ein Teil des Trägers, der den Anzeigebereich ergibt, selektiv gerieben wird, während der übrige Teil des Trägers, der den peripheren Bereich ergibt, maskiert wird, oder indem auf dem Anzeigebereich und auf dem peripheren Bereich des Trägers eine Ausrichtungsschicht für einen kleinen Vor-Kippungswinkel, die einen kleinen Vor- Kippungswinkel verursacht, bzw. eine Ausrichtungsschicht für einen großen Vor-Kippungswinkel, die einen großen Vor-Kippungswinkel verursacht, angeordnet werden.
Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren, bei dem eine Lösung eines Vorläufers einer Isolationsschicht, die darin dispergierte feine Teilchen enthält, aufgetragen wird, kann das Anrauhen einer Trägerinnenoberfläche zweckmäßig durch Verfahren durchgeführt werden, die in der EP-A 0550846 (US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 07/988,830) offenbart sind.
Als nächstes wird eine bevorzugte Reibungsart beschrieben.
Fig. 7A und 7B sind eine perspektivische Ansicht bzw. eine Seitenansicht, die schematisch eine Art der Reibbehandlung veranschaulichen. Unter Bezugnahme auf diese Figuren umfaßt eine Reibvorrichtung (nicht vollständig gezeigt) eine Reibwalze 120, die aus einer zylindrischen Walze 121 und einem Reibtuch 122 wie z. B. einem mit Polyamidfasern besetzten Tuch, das um die Walze herumgewickelt ist, besteht. Die Reibwalze 120 wird in einer Richtung C gedreht, und gleichzeitig wird veranlaßt, daß sie unter einem vorgeschriebenen Druck mit einer Ausrichtungsschicht 14a (oder 14b) auf einem Träger 11a (oder 11b) in Berührung kommt, während der Glasträger 11a (oder 11b) in einer Richtung B bewegt wird oder die Walze 120 in der Gegenrichtung bewegt wird. Als Ergebnis wird die Ausrichtungsschicht 14a (14b) mit der Reibwalze 120 gerieben, so daß ihr ein Ausrichtungseinstellungsvermögen erteilt wird. Das Ausrichtungseinstellungsvermögen kann hauptsächlich durch die Berührungskraft, die zwischen der Reibwalze 120 und dem Träger 11a (oder 11b) wirkt, und gewöhnlich dadurch, daß die Reibwalze 120 nach oben und nach unten bewegt wird, wodurch die Preßtiefe 8 (Fig. 7B) des Reibtuches 122 gegen die Ausrichtungsschicht 14a (14b) verändert wird, eingestellt bzw. gesteuert werden. Die Ausrichtungsbedingungen einschließlich der Einstellung des Vor-Kippungswinkels können gesteuert werden, indem zusätzlich zu der Preßtiefe c die Drehzahl der Walze, die Zuführungsgeschwindigkeit der Walze (relativ zu dem Träger) und die Zahl der Reibvorgänge verändert werden.
Parameter, die das Ausrichtungsverhalten einer Flüssigkristallzelle zeigen, auf die hierin Bezug genommen wird, basieren auf Werten, die durch Verfahren gemessen werden, die nachstehend beschrieben werden.

Messung des wahren Kippungswinkels θ

Eine Probe einer Flüssigkristallzelle wird zwischen im rechten Winkel gekreuzten Nicolschen Polarisatoren angeordnet und wird mit bipolaren Impulsen versorgt, die ausreichend größer sind als die Schwellenspannung eines Impulses (z. B. in dem Fall, daß die Schwellenspannung für einen Einzelimpuls 10 Volt und 50 us umfaßt, mit Wechselstromimpulsen von 10 Volt und 10 Hz). Die Zellenprobe wird unter Anlegen der Spannung horizontal relativ zu den Polarisatoren gedreht, während der Durchlässigkeitsgrad durch die Zelle gemessen wird, wobei eine erste Auslöschungsstellung (eine Stellung, die den niedrigsten Durchlässigkeitsgrad liefert) und eine zweite Auslöschungsstellung gefunden werden. Der wahre Kippungswinkel θ wird als die Hälfte des Winkels zwischen der ersten und der zweiten Auslöschungsstellung gemessen.

Messung des scheinbaren Kippungswinkels θa

Eine Probe einer Flüssigkristallzelle, die zwischen im rechten Winkel gekreuzten Nicolschen Polarisatoren angeordnet ist, wird mit einem Einzelimpuls mit einer Polarität, der die Schwellenspannung der Zelle überschreitet, versorgt, und wird dann ohne Einwirkung eines elektrischen Feldes horizontal relativ zu den Polarisatoren gedreht, wobei eine erste Auslöschungsstellung gefunden wird. Dann wird die Zelle mit einem Einzelimpuls mit der entgegengesetzten Polarität, der die Schwellenspannung der Zelle überschreitet, versorgt, und wird dann ohne Einwirkung eines elektrischen Feldes relativ zu den Polarisatoren gedreht, wobei eine zweite Auslöschungsstellung gefunden wird. Der scheinbare Kippungswinkel 6a wird als die Hälfte des Winkels zwischen der ersten und der zweiten Auslöschungsstellung gemessen.

Messung des Vor-Kippungswinkels α

Die Messung kann gemäß dem Kristallrotationsverfahren durchgeführt werden, wie es in Jpn. J. Appl. Phys., Bd. 19 (1980), Nr. 10, Short Notes 2013, beschrieben ist.
Im einzelnen wird ein Paar Träger, die in einander parallelen und entgegengesetzten Richtungen gerieben worden sind, aufeinander aufgebracht, um eine Zelle mit einem Zellenzwischenraum von 20 um zu bilden, die dann mit einer Flüssigkristallmischung gefüllt wird, die im Temperaturbereich von 10 bis 55ºC eine SmA-Phase annimmt und erhalten wird, indem 80 Masse% eines ferroelektrischen Flüssigkristalls ("CS-1014", hergestellt durch Chisso K. K.) mit 20 Masse% einer Verbindung, die durch die folgende Formel wiedergegeben wird:
vermischt werden.
Zur Messung wird das Flüssigkristall-Anzeigefeld in einer Ebene gedreht, die sich senkrecht zu dem Paar Trägern erstreckt und die Ausrichtungsbehandlungsachse (Reibachse) einschließt, und das Anzeigefeld wird während der Drehung in einer zu der Drehungsebene senkrechten Richtung mit einem Laserstrahl eines Helium- Neon-Lasers beleuchtet, dessen Polarisationsebene mit der Drehungsebene einen Winkel von 45 Grad bildet, wodurch die Intensität des durch einen Polarisator, dessen Durchlaßachse der Polarisationsebene des einfallenden Lichts parallel ist, durchgelassenen Lichts mit einer Photodiode von der entgegengesetzten Seite gemessen wird.
Das durch Interferenz erzeugte Spektrum der Intensität des durchgelassenen Lichts wird durch Simulation an die folgenden theoretischen Formeln (3) und (4) angepaßt, wobei ein Vor-Kippungswinkel α erhalten wird.
In den vorstehenden Formeln haben die Symbole die folgenden Bedeutungen:
No: Brechungsindex des ordentlichen Strahls,
Ne: Brechungsindex des außerordentlichen Strahls,
: Drehwinkel des Flüssigkristall-Anzeigefeldes,
T( ): Intensität des durchgelassenen Lichts,
d: Zellendicke und
λ: Wellenlänge des einfallenden Lichts.
Nun wird eine Bildanzeigevorrichtung beschrieben, die eine Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einschließt.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm so einer Bildanzeigevorrichtung und vor allem eines Steuersystems davon. Die Anzeigevorrichtung umfaßt unter Bezugnahme auf Fig. 8 eine Anzeigeeinrichtung 200, die eine Flüssigkristallvorrichtung (Anzeigefeld) 1, die den wirksamen Anzeigebereich 2 und den peripheren Bereich 3, die vorstehend beschrieben wurden, umfaßt, und zusätzlich gekreuzte Nicolsche Polarisatoren (oder einen Polarisator im Fall einer Anzeigeeinrichtung vom Reflexionstyp) und eine rückseitige Lichtquelle, die wahlweise angewendet wird, einschließt. Die Anzeigevorrichtung umfaßt ferner eine Abtastzeilen-Treiberschaltung 201, die einen Dekodierer und Schalter einschließt; eine Datenzeilen-Treiberschaltung 202, die eine bistabile Kippstufe, ein Schieberegister und Schalter einschließt; eine Referenzspannungserzeugungsschaltung 203 zum Anlegen mehrstufiger Referenzspan nungen an die Schaltungen 201 und 202; eine Steuerschaltung 204, die eine ZVE (Zentralverarbeitungseinheit) und einen RAM (Direktzugriffsspeicher) zum Bewahren von Bilddaten einschließt; und einen Bildsignalvorrat 210 für die Lieferung von Bildeingabedaten wie z. B. einen Bildsensor oder einen Computer für die Ausführung eines Anwendungsprogramms.
Als nächstes wird eine bildgebende Vorrichtung (Bilderzeugungsvorrichtung) beschrieben, die eine Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einschließt. Fig. 9 ist eine schematische Zeichnung so einer bildgebenden Vorrichtung. Die bildgebende Vorrichtung umfaßt unter Bezugnahme auf Fig. 9 eine Belichtungseinrichtung 210 für die Erzeugung eines elektrostatischen Bildes auf einem photoempfindlichen Element 213, das einen Photoleiter wie z. B. wasserstoff- und kohlenstoffhaltiges amorphes Silicium oder einen organischen Photoleiter (OPC) umfaßt. Die Belichtungseinrichtung 210 schließt eine Flüssigkristallvorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, in Kombination mit einer Polarisationseinrichtung als Anordnung oder Matrix von Lichtventilen ein und ist mit einer rückseitigen Lichtquelle 215 ausgestattet. Die bildgebende Vorrichtung umfaßt ferner eine Entwicklungseinrichtung 211 für die Entwicklung des auf dem photoempfindlichen Element 213 befindlichen elektrostatischen Bildes mit einem Entwickler zur Erzeugung eines Tonerbildes auf dem photoempfindlichen Element 213. Das auf dem photoempfindlichen Element erzeugte Tonerbild wird auf einen Aufzeichnungsträger 214 wie z. B. Normalpapier übertragen. Der auf dem photoempfindlichen Element 213 zurückgebliebene Toner wird durch eine Reinigungseinrichtung 212 entfernt.
Eine Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, kann durch eine Gruppe von Steuersignalen, wie sie in Fig. 10A in Form einer typischen Gruppe gezeigt ist, angesteuert werden. Die in Fig. 10A gezeigten Steuersignale umfassen Abtastsignale S&sub1;, S&sub2; und S&sub3;, die von einer Abtastzeilen-Treiberschaltung (201 in Fig. 8) zu Abtastzeilen S&sub1;, S&sub2; bzw. S&sub3; geliefert werden; ein Datensignal von einer Datenzeilen-Treiberschaltung (202 in Fig. 8) zu einer Datenzeile I und kombinierte Spannungskurvenformen I-S&sub1;, I-S&sub2; und I-S&sub3;, die an Bildelemente an Schnittpunkten der Datenzeile I und der Abtastzeile S&sub1;, S&sub2; bzw. S&sub3; angelegt werden, um einen Anzeigezustand zu erzielen, wie er in Fig. 10B gezeigt ist, der aus weißen (W), schwarzen (B) und weißen (W) Bildelementen besteht.
Nachstehend werden einige besondere Ausführungsformen der Flüssigkristallvorrichtung (Anzeigefeld) gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.

(Erste Ausführungsform)

Fig. 11 ist eine Draufsicht eines Flüssigkristall-Anzeigefeldes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Fig. 12 ist eine Schnittzeichnung entlang der Linie B-B' in Fig. 11. Das Flüssigkristall-Anzeigefeld umfaßt unter Bezugnahme auf diese Figuren ein Paar Träger aus einem oberen Träger 11a und einem unteren Träger 11b, die parallel zueinander angeordnet sind und auf denen sich jeweils lichtdurchlässige Elektroden 12a und 12b befinden, die jeweils eine Dicke von z. B. etwa 400 bis 2500 Å haben. Bei dieser Ausführungsform sind Teile der Träger 11a und 11b, die einem peripheren Bereich 3 entsprechen, mit etwa 100 bis 1000 Å dicken Isolationsschichten 13a und 13b, die Siliciumdioxidperlen mit einem Durchmesser von etwa 100 bis 1000 Å enthalten und durch Auftragen einer Lösung gebildet worden sind, beschichtet, damit in dem peripheren Bereich 3 ein Vor-Kippungswinkel erhalten wird, der größer ist als der Vor-Kippungswinkel in einem Anzeigebereich 2, der mit Streifenelektroden 12a und 12b versehen ist und von dem peripheren Bereich 3 umgeben ist, und damit in dem peripheren Bereich 3 eine homöotrope Ausrichtung erzielt wird. Ferner sind die Träger 11a und 11b sowohl in dem Anzeigebereich 2 als auch in dem peripheren Bereich 3 mit Ausrichtungsschichten 14a und 14b beschichtet, zwischen denen ein ferroelektrischer Flüssigkristall 15 angeordnet ist. Die Ausrichtungsschichten 14a und 14b sind in dem Anzeigebereich 2 selektiv einer Ausrichtungsbehandlung unterzogen worden, um den ferroelektrischen Flüssig kristall 15 in dem Anzeigebereich 2 auszurichten. Der Ausrichtungszustand eines ferroelektrischen Flüssigkristalls wird nicht nur durch die Ausrichtungsbehandlungsbedingung, sondern auch durch den Oberflächenzustand unterhalb der Ausrichtungsschicht beeinflußt. Wenn die Ausrichtungsschicht bei dieser Ausführungsform unter der Bedingung, daß in dem Anzeigebereich ein ferroelektrischer Flüssigkristall in einer gleichmäßigen Ausrichtung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, erhalten wird, einer Ausrichtungsbehandlung unterzogen wird, wird der ferroelektrische Flüssigkristall in dem peripheren Bereich mit einem größeren Vor-Kippungswinkel oder homöotrop ausgerichtet. Dies ist durch unsere Versuche bestätigt worden. Die Realisierung so eines Ausrichtungszustands in dem peripheren Bereich kann auch durch ein anderes Verfahren erzielt werden.
Es ist möglich, daß zwischen der lichtdurchlässigen Elektrode 12a (und/oder 12b) und der Ausrichtungsschicht 14a (und/oder 14b) eine Isolationsschicht (aus z. B. SiO&sub2;, TiO&sub2; oder Ta&sub2;O&sub5;) in einer Dicke von z. B. 200 bis 3000 Å angeordnet wird. Der Abstand zwischen den Trägern 11a und 11b kann durch Siliciumdioxidperlen 16 mit einem mittleren Durchmesser von etwa 1,5 um eingestellt werden, die innerhalb der Flüssigkristallschicht 15 verteilt bzw. dispergiert sind, und die Träger 11a und 11b werden mit einem Dichtungsmittel 17 (4), das eine hohe Klebkraft hat, miteinander verklebt.

(Zweite Ausführungsform)

Fig. 13 zeigt eine zweite Ausführungsform, die eine Abwandlung der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform ist. Bei dieser Ausführungsform erstrecken sich die Elektroden 12a, die mit Abtastsignalen versorgt werden, und die Elektroden 12b, die mit Datensignalen versorgt werden, jeweils bis zu dem linken und dem rechten peripheren Bereich bzw. bis zu dem oberen und dem unteren peripheren Bereich. Folglich können alle vier Seiten der peripheren Bereiche mit bipolaren Impulsen zur Steuerung versorgt werden.
Als Ergebnis wird der Flüssigkristall in dem peripheren Bereich gemäß dieser Ausführungsform von der Neigung befreit, einen stabilen Zustand anzunehmen, und die Bewegung von Flüssigkristallmolekülen wird dort störungsfrei gemacht, so daß eine weiter erhöhte Wirkung der Verhinderung der Gelbtönung erzielt wird.

(Dritte Ausführungsform)

Fig. 14 zeigt eine dritte Ausführungsform, die eine weitere Abwandlung der zweiten Ausführungsform ist. Bei dieser Ausführungsform ist der periphere Bereich 3 in einen inneren Rahmenbereich 32a, der an den Anzeigebereich 2 angrenzt, und einen äußeren Rahmenbereich 32b, der den inneren Rahmenbereich 32a umgibt, aufgeteilt. Hierbei werden die Träger 11a und 11b in dem inneren Rahmenbereich 32a einer Ausrichtungsbehandlung unterzogen, die mit der in dem Anzeigebereich 2 angewandten Ausrichtungsbehandlung identisch ist, so daß der resultierende Vor-Kippungswinkel mit dem Vor-Kippungswinkel in dem Anzeigebereich identisch ist. Andererseits werden die Träger 11a und 11b in dem äußeren Rahmenbereich 32b einer Behandlung für die Erzielung eines großen Vor-Kippungswinkels unterzogen, so daß bewirkt wird, daß der Flüssigkristall in dem äußeren Rahmenbereich 32b einen großen Vor-Kippungswinkel von mindestens 20 Grad hat.
Bei dieser Ausführungsform sind der innere und der äußere Rahmenbereich 32a und 32b optisch maskiert, so daß die optische Veränderung, die in diesen Bereichen durch den Flüssigkristall verursacht wird, nicht wahrnehmbar gemacht wird.
Die Maskierung kann durchgeführt werden, indem auf mindestens einem der Träger 11a und 11b an den entsprechenden Teilen eine lichtunterbrechende (d. h. optisch maskierende) Schicht angeordnet wird oder indem die peripheren Bereiche an einem Teil angeordnet werden, der durch ein Gehäuse, an dem das Anzeigefeld befestigt ist, maskiert wird.

(Vierte Ausführungsform)

Fig. 15 zeigt eine vierte Ausführungsform, die eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform ist. Bei dieser Ausführungsform werden in dem peripheren Bereich neben allen vier Seiten des Anzeigebereichs jeweils an einem Schnittpunkt einer Abtastelektrode 12a und einer Datenelektrode 12b maskierte Bildelemente gebildet. Ferner werden vier Ecken 32c mit einem Dichtungsmittel, das eine hohe Klebkraft hat, gefüllt, so daß der periphere Bereich in vier separate periphere Bereiche (einen oberen, einen unteren, einen linken und einen rechten), die die maskierten Bildelemente einschließen, aufgeteilt wird. Bei dieser Ausführungsform werden alle Elektroden einschließlich der Elektroden, die die maskierten Bildelemente bilden, mit bipolaren Impulsen versorgt, die auf ein bestimmtes Referenzpotential (z. B. auf ein Potential, das einer nicht angewählten Abtastelektrode zugeteilt ist) bezogen positive und negative Spannungen haben.
Wie vorstehend beschrieben wurde, muß der periphere Bereich nicht derart angeordnet sein, daß er alle vier Seiten des Anzeigebereichs umgibt, und die Verhinderung einer Gelbtönung kann erzielt werden, wenn der periphere Bereich derart gebildet wird, daß er die Breite von mindestens einem Bildelement in dem Anzeigebereich hat. In Anbetracht einer lange andauernden wiederholten Erzeugung eines besonderen Anzeigemusters wie z. B. eines Streifenmusters oder eines ganz schwarzen oder ganz weißen Anzeigezustands durch eine Auffrischungsansteuerung ist es jedoch erwünscht, daß der periphere Bereich derart gebildet wird, daß er den gesamten Bereich des Anzeigebereichs umgibt, wie in Fig. 11 bis 14 gezeigt ist. Um die Schwierigkeit zu verhindern, die eine mögliche Ungleichmäßigkeit der Ausrichtung an der Grenze zwischen dem Ausrichtungsbereich mit kleinem Vor- Kippungswinkel und dem Ausrichtungsbereich mit großem Vor-Kippungswinkel, die mit dem Rand des Anzeigebereichs übereinstimmt, begleitet, und um eine ungünstige Wirkung zu verhindern, die die Anzeigequalität in dem Anzeigebereich beeinflußt, wird es bevorzugt, daß wie bei der Ausführungsform von Fig. 14 ein innerer Rahmenbereich mit einem kleinen Vor-Kippungswinkel angeordnet wird. Es ist in diesem Fall zweckmäßig, daß der innere Rahmenbereich ähnlich wie der äußere Rahmenbereich in einer Breite gebildet wird, die mindestens der Breite eines Bildelements entspricht. Die maskierten Bildelemente, die bei der Ausführungsform von Fig. 15 gebildet werden, können ähnlich wie in dem Anzeigebereich als Bereich mit einem kleinen Vor- Kippungswinkel gebildet werden.
Nachstehend werden auf der Grundlage von Versuchsbeispielen einige Betriebseigenschaften der Flüssigkristallvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Beispiel 1

Zwei Glasträger, die jeweils eine planare Größe von 300 mm · 320 mm und eine Dicke von 1,1 mm hatten, wurden jeweils durch Zerstäubung mit einer etwa 1500 Å dicken ITO-Schicht (Indiumzinnoxidschicht) beschichtet, die dann durch lithographische Schritte unter Bildung von Streifenelektroden strukturiert wurde.
Die Streifenelektroden wurden ferner mit einer etwa 900 Å dicken, durch Zerstäubung gebildeten Ta&sub2;O&sub5;-Schicht zur Verhinderung eines Kurzschlusses beschichtet. Wie in Fig. 13 gezeigt ist, wurde dann auf einen Anzeigebereich 2 und auf einen den Anzeigebereich 2 umgebenden peripheren Bereich 3 jedes Trägers durch Flexographie eine Lösung eines Vorläufers einer Isolationsschicht, die Siliciumdioxidperlen ("PAM 606EP", hergestellt durch Shokubai Kasei KK,.) mit einem Durchmesser von etwa 450 Å enthielt, aufgetragen und etwa 1 Stunde lang bei 300ºC hitzebehandelt, um eine etwa 200 Å dicke unebene Isolationsschicht zu bilden. Dann wurde auf die gesamte Oberfläche jedes Trägers einschließlich des Anzeigebereichs und des peripheren Bereichs durch Flexographie eine Lösung eines Polyimid-Vorläufers ("LQ1800", hergestellt durch Hitachi Kasei K. K.) aufgetragen und dann zur Imidierung etwa 1 Stunde lang bei etwa 270ºC hitzebehandelt, um eine etwa 200 Å dicke Polyimid-Ausrichtungs schicht zu bilden, die dann mit Ausnahme des peripheren Bereichs einer Reibungsbehandlung mit einem Reibtuch, das mit einem Polyamidfaserflor besetzt war, unterzogen wurde. Dann wurden auf einem der zwei in der vorstehend beschriebenen Weise behandelten Träger Siliciumdioxidperlen mit einem Durchmesser von etwa 1,5 um verteilt, und der andere Träger, auf dessen Umfang durch Flexographie ein Dichtungsmittel mit hoher Klebkraft aufgetragen worden war, wobei jedoch eine Einspritzöffnung 5 ausgespart wurde, wurde derart aufgebracht, daß die Reibrichtungen auf den Trägern im wesentlichen parallel zueinander verliefen und identische Richtungen hatten. (Im allgemeinen können die Reibrichtungen derart angeordnet werden, daß sie einander kreuzen). Auf diese Weise wurde ein leeres Anzeigefeld hergestellt, das einen Anzeigebereich mit einer Diagonalgröße von etwa 15 inch hatte. In dieser Stufe war das Anzeigefeld noch mit einer Einspritzöffnung 5 versehen, durch die ein Flüssigkristall einzuspritzen ist.
Zum Einspritzen des Flüssigkristalls wurde das leere Anzeigefeld in einen Einspritzbehälter eingebracht, dessen Innenraum erhitzt und zusammengepreßt werden konnte. Dann wurde der Einspritzbehälter evakuiert, um innerhalb des leeren Anzeigefeldes ein Vakuum zu erzeugen, und auf die Einspritzöffnung des Anzeigefeldes wurde ein Flüssigkristall aufgebracht.
Dann wurde die Temperatur innerhalb des Einspritzbehälters erhöht, um die Viskosität des Flüssigkristalls zu vermindern, und der Druck innerhalb des Behälters wurde erhöht, so daß der aufgebrachte Flüssigkristall durch die Einspritzöffnung in das Anzeigefeld eingespritzt wurde. Nach Beendigung des Einspritzens des Flüssigkristalls wurde das Anzeigefeld auf eine Temperatur der SmC*-Phase abgekühlt, und dann wurde die Einspritzöffnung mit einem Epoxyharz-Klebstoff zugestöpselt, um ein Flüssigkristall-Anzeigefeld dieses Beispiels herzustellen. Der verwendete Flüssigkristall war ein gemischter ferroelektrischer Flüssigkristall auf Pyrimidinbasis, der die folgende Phasenumwandlungsreihe zeigte.
Zur Bewertung der Vor-Kippungswinkel in dem Anzeigebereich und dem peripheren Bereich des in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Flüssigkristall-Anzeigefeldes wurden aus zwei Trägerpaaren separat zwei Arten von Versuchs-Flüssigkristall- Anzeigefeldern hergestellt. Jedes Trägerpaar hatte dieselbe Oberflächenschichtstruktur wie das Trägerpaar, mit dem das in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellte Flüssigkristall-Anzeigefeld gebildet wurde. Ferner wurden die Träger eines Trägerpaares jeweils in derselben Weise wie vorstehend beschrieben in einer Richtung gerieben, jedoch mit einem Zwischenraum von 20 um derart aufeinandergebracht, daß ihre Reibrichtungen parallel und einander entgegengesetzt waren, worauf Füllung mit einem nachstehend gezeigten Flüssigkristall folgte, wobei ein Versuchs-Anzeigefeld für die Messung eines dem Anzeigebereich des Anzeigefeldes dieses Beispiels entsprechenden Vor-Kippungswinkels erhalten wurde. Die Träger des anderen Trägerpaares wurden nicht in einer Richtung gerieben und wurden mit einem Zwischenraum von 20 um aufeinandergebracht, worauf Füllung mit dem nachstehend gezeigten Flüssigkristall folgte, wobei ein Versuchs-Anzeigefeld für die Messung eines dem peripheren Bereich des Anzeigefeldes dieses Beispiels entsprechenden Vor-Kippungswinkels erhalten wurde.
Der verwendete Flüssigkristall war eine Flüssigkristallmischung, die im Temperaturbereich von 10 bis 55ºC eine SmA-Phase annimmt und erhalten wird, indem 80 Masse% eines ferroelektrischen Flüssigkristalls ("CS-1014", hergestellt durch Chisso K. K.) mit 20 Masse% einer Verbindung, die durch die folgende Formel wiedergegeben wird:
vermischt werden.
Die in der vorstehend beschriebenen Weise gemessenen Vor-Kippungswinkel betrugen 17,5 Grad entsprechend dem Anzeigebereich und 58,5 Grad entsprechend dem peripheren Bereich. Bei dem eigentlichen Flüssigkristall-Anzeigefeld dieses Beispiels wurde in dem Anzeigebereich ein gleichmäßiger Ausrichtungszustand erzeugt, und in dem peripheren Bereich wurde ein Ausrichtungszustand erzeugt, der unter im rechten Winkel gekreuzten Nicolschen Polarisatoren im wesentlichen keinen hellen Zustand lieferte.
Dann wurden zur Bewertung des Grades der Bewegung von Flüssigkristallmolekülen in dem Flüssigkristall-Anzeigefeld zwei Streifenbereiche S&sub1; und S&sub2; derart gebildet, daß sie sich senkrecht zu der Reibrichtung R des Anzeigefeldes erstreckten, wie in Fig. 16 gezeigt ist. In dem Streifenbereich S&sub1; waren Flüssigkristallmoleküle gleichmäßig zu einem stabilen Zustand orientiert und hatten eine durchschnittliche Molekülachse a angenommen, und in dem Streifenbereich S&sub2; waren Flüssigkristallmoleküle gleichmäßig zu dem anderen stabilen Zustand orientiert und hatten eine durchschnittliche Molekülachse b angenommen. In diesem Zustand wurde das Anzeigefeld etwa 20 Stunden lang kontinuierlich mit Rechteck-Wechselstromimpulsen (Tastverhältnis: 1/2) versorgt, die eine Impulsdauer von 25 us und eine Spannungsamplitude von 40 Volt hatten. Danach wurde die Zellendicke an zwei Stellen A und B gemessen, d. h. an zwei Stellen an entgegengesetzten Seiten im Anzeigebereich. Als Ergebnis wurde im Vergleich zu der Zellendicke vor der vorstehend erwähnten Einwirkung eines elektrischen Feldes überhaupt keine Veränderung der Zellendicke beobachtet.

Vergleichsbeispiel

Ein Flüssigkristall-Anzeigefeld wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß der periphere Bereich nicht mit der unebenen Isolationsschicht, die Siliciumdioxidperlen enthielt, versehen wurde, sondern ähnlich wie in dem Anzeigebereich gerieben wurde. Als Ergebnis von Messungen, die in derselben Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt wurden, betrug der Vor-Kippungswinkel in dem Anzeigebereich 17,6 Grad und in dem peripheren Bereich 17,3 Grad. Der Ausrichtungszustand war in beiden Bereichen eine gleichmäßige Ausrichtung.
Dann wurde die Bewegung von Flüssigkristallmolekülen in derselben Weise wie in Beispiel 1 bewertet, wobei die Stellen A und B im Vergleich zu den Werten vor der Einwirkung eines elektrischen Feldes eine Zunahme der Zellendicke um 35% bzw. 39% zeigten.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wurde ein Flüssigkristall-Anzeigefeld unter Verwendung eines Ausrichtungsmittels für homöotrope Ausrichtung hergestellt, um in dem peripheren Bereich einen homöotropen Ausrichtungszustand zu erzielen. Im einzelnen wurden zwei Träger bis zur Bildung der Ta&sub2;O&sub5;-Schicht in derselben Weise wie in Beispiel 1 behandelt. Dann wurde jeder Träger mit einer Polyimid-Ausrichtungsschicht beschichtet, die mit der in Beispiel 1 gebildeten identisch war. Dann wurden zwei Träger in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 einer Reibbehandlung unterzogen, aufeinander aufgebracht und einer Einspritzung von Flüssigkristall unterzogen, wobei ein Flüssigkristall-Anzeigefeld hergestellt wurde.
Bei dem Anzeigefeld wurde in dem Anzeigebereich eine gleichmäßige Ausrichtung erzeugt und in dem peripheren Bereich eine im wesentlichen homöotrope Ausrichtung erzeugt.
Dann wurde die Bewegung von Flüssigkristallmolekülen in derselben Weise wie in Beispiel 1 bewertet, wobei im Vergleich zu dem Zustand vor der Einwirkung eines elektrischen Feldes weder an der Stelle A noch an der Stelle B eine Veränderung der Zellendicke beobachtet wurde.

Beispiel 4 (nicht im Rahmen der Erfindung eingeschlossen)

Ein Flüssigkristall-Anzeigefeld, das eine planare Struktur hatte, wie sie in Fig. 13 gezeigt ist, und einen smektischen Flüssigkristall enthielt, der in einer Bücherbordstruktur ausgerichtet war, wie sie in Fig. 6A gezeigt ist, wurde in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die in Form einer Lösung aufgetragene Isolationsschicht gebildet wurde, ohne daß die Siliciumdioxidperlen mit einem Durchmesser von 450 Å verwendet wurden, ein fluorhaltiger ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet wurde und die Träger derart aufeinander aufgebracht wurden, daß ihre Reibrichtungen parallel und einander entgegengesetzt waren.
Der Vor-Kippungswinkel in dem Anzeigebereich betrug 2 bis 3 Grad, und der Vor-Kippungswinkel in dem peripheren Bereich betrug 58,5 Grad.
Eine Gelbtönung oder eine Veränderung der Zellendicke wurde überhaupt nicht beobachtet, und zwar ähnlich wie in Beispiel 1 oder sogar in noch geringerem Maße, während die Innenoberflächen der Träger in dem peripheren Bereich nicht angerauht waren.
Als Ergebnis mehrerer Versuche, die durchgeführt wurden, während die Stärke des Reibens verändert wurde, wurde mit Anzeigefeldern, die einen Vor-Kippungswinkel von nicht mehr als 5 Grad zeigten, ein ausgezeichnetes Betriebsverhalten erzielt.

Beispiel 5

Beispiel 1 wurde wiederholt, während das Material der Ausrichtungsschicht und die Stärke des Reibens verändert wurden, wobei mehrere Flüssigkristall-Anzeigefelder hergestellt wurden, die eine Sparrenstruktur der gleichmäßigen C1-Ausrichtung und verschiedene Vor-Kippungswinkel in dem Anzeigebereich hatten.
In diesem Fall wurde von Flüssigkristall-Anzeigefeldern, die in dem Anzeigebereich einen Vor-Kippungswinkel von 10 Grad oder mehr und vor allem von 15 bis 25 Grad zeigten, in Kombination mit der durch Einschluß von Siliciumdioxidperlen angerauhten Innenoberfläche in dem Anzeigebereich eine gute gelbtönungsverhindernde Wirkung gezeigt.

Beispiel 6

In einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 wurde ein Flüssigkristall-Anzeigefeld mit einem peripheren Bereich, der einen inneren Rahmenbereich 32a, der gerieben wurde, und einen äußeren Rahmenbereich 32b, der nicht gerieben wurde, umfaßte, hergestellt, wie es in Fig. 14 gezeigt ist.
Der Vor-Kippungswinkel betrug in dem inneren Rahmenbereich 17 Grad.
Das Anzeigefeld wurde in bezug auf die Bewegung von Flüssigkristallmolekülen in derselben Weise wie in Beispiel 1 unter der Voraussetzung bewertet, daß die Elektroden, die den inneren Rahmenbereich bildeten, mit denselben Signalen wie in dem Anzeigebereich versorgt wurden.
Als Ergebnis wurde sogar nach über 60stündiger Fortdauer der Einwirkung eines elektrischen Feldes weder eine Veränderung der Zellendicke noch eine Gelbtönung beobachtet.

Beispiel 7

Proben von Flüssigkristall-Anzeigefeldern, die jeweils die folgenden Betriebseigenschaften hatten, wurden hergestellt, indem Beispiel 1 zweckmäßig abgeändert wurde.

[Bezugsprobe]

Ein Anzeigefeld, das eine planare Struktur hatte, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, und sowohl in dem Anzeigebereich als auch in dem peripheren Bereich einen Vor-Kippungswinkel von 18 Grad hatte und angerauhte Innenoberflächen hatte.

[Probe A]

Ein Anzeigefeld, das eine planare Struktur hatte, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, und nicht mit den Isolationsschichten zum Anrauhen der Oberflächen versehen war.

[Proben B1 und B2]

Anzeigefelder, die eine planare Struktur hatte, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, und einen Flüssigkristall in einer Sparrenstruktur mit einem Vor-Kippungswinkel von 18 Grad (B1) bzw. 8 Grad (B2) in dem Anzeigebereich enthielten.

[Proben C1 und C2]

Anzeigefelder, die eine planare Struktur hatten, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, und einen Flüssigkristall in einer Bücherbordstruktur mit einem Vor-Kippungswinkel von 2 Grad (C1) bzw. 6 Grad (C2) in dem Anzeigebereich enthielten.

[Probe D]

Ein Anzeigefeld, das eine planare Struktur hatte, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, und eine angerauhte Innenoberfläche hatte.

[Probe E]

Ein Anzeigefeld, das eine planare Struktur hatte, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, und Klebstoffperlen enthielt, die zusätzlich zu den Abstandshalterperlen in dem Anzeigebereich und in dem peripheren Bereich verteilt waren.

[Probe F]

Ein Anzeigefeld, das eine planare Struktur hatte, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist, und ohne Anrauhen der Innenoberflächen hergestellt worden war.

[Proben G1 und G2]

Anzeigefelder, die eine planare Struktur hatten, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist, und einen Flüssigkristall in einer Sparrenstruktur mit einem Vor-Kippungswinkel von 18 Grad (G1) bzw. 8 Grad (G2) in dem Anzeigebereich enthielten.

[Proben H1 und H2]

Anzeigefelder, die eine planare Struktur hatten, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist, und einen Flüssigkristall in einer Bücherbordstruktur mit einem Vor-Kippungswinkel von 2 Grad (H1) bzw. 6 Grad (H2) in dem Anzeigebereich enthielten.

[Probe I]

Ein Anzeigefeld, das eine planare Struktur hatte, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist, und eine angerauhte Innenoberfläche hatte.

[Probe J]

Ein Anzeigefeld, das eine planare Struktur hatte, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist, und Klebstoffperlen enthielt, die zusätzlich zu den Abstandshalterperlen in dem Anzeigebereich und in dem peripheren Bereich verteilt waren.

[Probe K]

Ein Anzeigefeld, das eine planare Struktur hatte, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist, angerauhte Innenoberflächen hatte, einen Flüssigkristall in einer Sparrenstruktur mit einem Vor-Kippungswinkel von 18 Grad enthielt und Klebstoffperlen enthielt.

[Probe L]

Ein Anzeigefeld, das eine planare Struktur hatte, wie sie in Fig. 15 gezeigt ist, und ohne Anrauhen der Innenoberflächen hergestellt worden war.
Für jede Probe wurden 10 Anzeigefelder hergestellt und in bezug auf die folgenden Punkte bewertet: (1) Gelbtönung nach 20stündiger, 40stündiger bzw. 60stündiger Fortdauer der Einwirkung eines elektrischen Feldes im Anschluß an das Auftreten von Gelbtönung bei allen 10 Anzeigefeldern der Bezugsprobe; (2) Ausrichtung, durch Beobachtung des Auftretens von Ausrichtungsdefekten an den Seiten des Anzeigebereichs bewertet; und (3) Monostabilität, durch den Unterschied in der Schwellenspannung zwischen zwei Richtungen der Umschaltung zwischen zwei stabilen Zuständen bewertet.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt, worin bedeutet, daß 6 oder mehr Anzeigefelder bessere Betriebseigenschaften zeigten, O bedeutet, daß 2 bis 5 Anzeigefelder bessere Betriebseigenschaften zeigten, und Δ bedeutet, daß 0 bis 1 Anzeigefeld bessere Betriebseigenschaften zeigte (jeweils im Vergleich zu dem Anzeigefeld der Bezugsprobe).
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Vor-Kippungswinkel in einem peripheren Bereich, der einen Anzeigebereich umgibt, größer gemacht als der Vor- Kippungswinkel in dem Anzeigebereich oder wird der Flüssigkristall in dem peripheren Bereich in einen homöotropen Ausrichtungszustand gebracht, um das Auftreten eines örtlichen Druckunterschiedes längs einer Flüssigkristallvorrichtung (eines Anzeigefeldes), der unter fortdauernder Einwirkung eines elektrischen Feldes verursacht wird, zu verhindern oder zu unterdrücken, wodurch das Auftreten einer Veränderung der Zellendicke oder einer Gelbtönung, die die Veränderung der Zellendicke begleitet, verhindert wird.

Claims

1. Flüssigkristallvorrichtung, umfassend ein Paar gegenüberstehend angeordneter Träger (11a, 11b) mit sich gegenüberstehenden Innenoberflächen und mit sich gegenüberstehenden Elektroden darauf, und einen chiralen smektischen Flüssigkristall (15), der zwischen den sich gegenüberstehenden Elektroden angeordnet ist, wobei die Flüssigkristallvorrichtung einen wirksamen optischen Modulationsbereich (2) und einen peripheren Bereich (3) außerhalb des wirksamen optischen Modulationsbereiches aufweist, wobei Flüssigkristallmoleküle, im peripheren Bereich einen Vortiltwinkel aufweisen, der größer als ein Vortiltwinkel von Flüssigkristallmolekülen im wirksamen optischen Modulationsbereich ist;

dadurch gekennzeichnet, daß:

der chirale smektische Flüssigkristall im wirksamen optischen Modulationsbereich in einer Zickzackstruktur ausgerichtet ist, mit der ein Pretiltwinkel von mindestens 10 Grad bereitgestellt wird, und

die Innenoberfläche zumindest eines Trägers rauh ist.

2. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der periphere Bereich einen ersten am wirksamen optischen Modulationsbereich angrenzenden Bereich und einen zweiten Bereich außerhalb des ersten Bereichs einschließt, wobei die Flüssigkristallmoleküle im ersten Bereich einen Vortiltwinkel aufweisen, der im wesentlichen dem im wirksamen optischen Modulationsbereich gleicht und die Flüssigkristallmoleküle im zweiten Bereich einen Vortiltwinkel aufweisen, der größer als der im wirksamen optischen Modulationsbereich ist.

3. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Adhäsivteilchen und eine Vielzahl von Abstandsstücken zwischen den Trägern angeordnet sind.

4. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die sich gegenüberstehenden Elektroden mit einem Steuersignal versorgt werden, das bipolare Impulse, bezogen auf ein Referenzpotential, zur Steuerung umfasst.

5. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der periphere Bereich mit einem optischen Maskierungsteil bedeckt ist.

6. Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens einer der Träger feine darauf dispergierte Teilchen aufweist und ein Abgleichfilm die feinen Teilchen zur Bereitstellung einer angerauhten Innenoberfläche bedeckt, wobei die feinen Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 100 nm aufweisen.

7. Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der chirale smektische Flüssigkristall ein ferroelektrischer Flüssigkristall ist.

8. Bildgebende Vorrichtung, umfassend eine Belichtungseinrichtung, die eine Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 einschließt, eine durch die Belichtungseinrichtung zu belichtende photoempfindliche Einrichtung, eine Entwicklungseinrichtung und eine Übertragungseinrichtung.

9. Bildanzeigevorrichtung, umfassend eine Anzeigeeinrichtung, die eine Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 einschließt, eine Steuerungseinrichtung zur Versorgung der Anzeigeeinrichtung mit Steuersignalen und mindestens einen Polarisator.

10. Bildanzeigevorrichtung, umfassend eine Anzeigeeinrichtung, die eine Flüssigkristallvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 einschließt, eine Steuerungseinrichtung zur Versorgung der Anzeigeeinrichtung mit Steuersignalen, mindestens einen Polarisator und eine Bildquelle zur Aussendung anzuzeigender Bildsignale.

11. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Bildquelle einen Bildsensor umfasst.

12. Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Bildquelle einen Computer umfasst.