Способ изготовления устойчивого к нагрузкам жидкокристаллического переключающего и индикаторного устройства

 

Сущностьизобретения: добавление коронандов или криптандов к сегнетоэлектрическим жидкокристаллическим (СЖК)-смесям может перевести СЖК-материал в состояние с букшелф - или квази-букшелф -геометрией. При использовании СЖК-смесей такого типа поврежденные под действием нагрузок дисплеи могут регенерироваться за счет кратковременной обработки электрическим полем. 4зпф-лы. 9 ил, Зтабл.

(в) RU (11) (51)5 сагг зз

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТ 1

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4895088/25 (22) 10.04.91 (46) 30.10.93 Бюл. Ия 39 — 40 (71) Хехст АГ (Ое) (72) Клаус Эшер(ОЕ); Герхард Иллиан(ОЕ); Норберт

Реш(ОЕ}; Такамаса Харада(ЗР) (73) Хехст АГ (Ое) (5@) CflOCOS ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТОИЧИВОГО

К НАГРУЗКАМ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО

ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕГО И ИНДИКАТОРНОГО

УСТРОЙСТВА (57) Сущность изобретения: добавление коронандов или криптандов к сегнетоэлектрическим жидкокристаллическим (СЖК)-смесям может перевести

СЖК-материал в состояние с "букшелф" — или

"квази-букшелф"-геометрией. При использовании

СЖК-смесей такого типа поврежденные под действием нагрузок дисплеи могут регенерироваться за счет кратковременной обработки электрическим полем. 4 з.п.ф-лы, 9 ил„3 таба

ЬЭ

CO

ЬЭ

Ы

О1

2002286 и ! l

Й вЂ” (СНД вЂ” М

g g$ (СН Д() и-(сн ).-й

) ц" и

10.

15 и р, q, r, S — независимо

Дн

-ΠΠ— -О О—

40 -О-,-NR-, СН;(-СН -Z-СН2Д„- СН, или

Н При содержании соединений с общими формулами (I) или (II) a СЖК-смеси от 0,01 до

10 мол., получается лучший результат.

-2- -NRПереключа)ощие и индикаторные устройства, содержащие сегментоэлектрические жидкокристаллические смеси (СЖК-световые модуллторы} используются как индикаторные элементы часов и карманных калькуляторов или жидкокристаллические дисплеи для автоматизации конторских работ или в телевидении, а также в копировальных машинах, печатающих устройствах, очках для сварки, полосных очках длл объемного видения и т.д, Наиболее близким лвляется способ изготовления устойчивого к нагрузкам жидкокристаллического устройства, в котором используетсл сегнетоэлектрический жидкий кристалл, а на электроды подают переменное электрическое напряжение длл ориентации слал в виде "букшелф" или

"квази-букшелф" геометрии, Недостатком его является неустойчивость к нагрузкам.

Цель изобретения — регенерация устройства при шоковом повреждении.

Для этого в способе изготовления устойчивого к нагрузкам жидкокристаллического переключающего и индикаторного устройства, в котором пространство между двух несущих пластин с электродами и ориентирующим слоем и поляризатором хотя бы на одной из них заполня)от жидкокристаллическим материалом, в качестве которого используется сегнетоэлектрическая жидкокристаллическая смесь, содержащая по меньшей мере один базовый жидкокристаллический компонент и кроме того один криптанд или коронанд, пода)от на электроды этого переключающего и индикаторного устройства перед его использованием непрерывное переменное электрическое напряжение до тех пор, пока жидкокристаллический слой не приобретает "букшелф"или "квази-букшелф"-геометрию.

В качестве криптандов или коронандов предпочтительное использование находят следу)ощие соединенил общей формулы (I) или ())):

СН -(-CH -2 СНЫ)м Н2

Х1 Х2 (И

) ) в которой z — это -о- или - S u

m, и означают целые числа больше нуля, причем гл+ и = от 2 до 6, — Х вЂ”, — X — одинаковы или различны;

1 2

-Х вЂ”, — X — вместе являются группами

1 2

) )-СН (-СН -Z-СН2)1-СН2-) )., или

N-СО (СН2 — Е СН2 11 СО М

5 причем — R — означает алкил или алканоил с числом атомов С от 1 до 15, фенил, бензил или бензоил и 1 — означает число 1 или 2, в которой -R, -R, — R u R независимо друг

1 2 3 4

20 от друга означают группы;

-©-сн,—, -©-, -н-,-с,, -сн;©-соон или -сн;© друг от друга являются целым числом от 2 до

4, причем р+ q+ г+ S от 8 до 16.

Кроме того, предпочтительное исполь30 зова н ие находят такие соединения формулы (I), в которых

z — является атомам кислорода, m, п означают целые числа больше нуля

35 п) + гп = ат 2 до 4, -Х вЂ”, -X — одинаковы или различны и озна1 2 ча)от группы: или -Х вЂ”, -X вместе означают группы

1 2 .й-Сй, - -н;0- 1, 1 1 причем

-R- означает алкил или алканоил с числом атомов С от I до 15, фенил, бензил или бензоил и

50 I — равен 1 или 2.

Из соединений формулы (Il} предпочтение отдается таким, у которых

-R1=- R =-R =-Н или R означает-Н, 1 2 3 4

-QO), -сн,-©-соон .

2002286

15

Предпочтительным вариантом является и такой, когда смесь содержит несколько различных соединений с общими формулами (i) и/или (ll), но при этом общее их содержание предпочтительнее поддерживать в пределах от 0,01 до 10 мол, 7;.

Для создания "букшелф" или "квазибукшелф"-геометрии в сегнетоэлектрической фазе на электроды подают переменное напряжение, причем лучше прямоугольной формы с частотой от 1 до 1000 Гц и напряженностью поля от 0,5 до 50 В/мкм в течение от 0,1 с до 10 мин. При этом частота тем больше и напряженность поля тем меньше, чем больше спонтанная поляризация и чем выше температура, при которой проводят обработку полем, Лучший результат получается, если на электроды в течение от 1 с до 2 мин подают переменное напряжение прямоугольной формы с напряженностью поля от 5 до 20

В/мкм и частотой от 2 до 50 Гц, причем обработка полем с подачей переменного напря>кения прямоугольной формы осуществляется при рабочей температуре или в узком температурном интервале (10оС) около рабочей температуры.

Особым преимуществом способа является то, что поврежденный дисплей при использовании указанных СЖК-смесей может быть снова приведен к исходному состоянию выполнением простых действий, предпринимаемых потребителем от случая к случаю или регулярно в процессе нормальной эксплуатации, а именно путем кратковременного воздействия электрического поля с соответствующими характеристиками.

Изобретение поясняется с помощью примеров, Пример 1. Приготавливают базовую жидкокристаллическую смесь, состоящую из следующих 8 компонентов, мол.%:

1г го н1гсе-0-ф -©-0-cåHî

4.4g н гсе 0 ф>©-0-сонтаг

14 ге н,„С,-О-ф)-©-О-Сцн, 8,14 нпсе-0-ф © 0 с|онг

20 й

8,1е Н1г е- О>©-0С„Н, N

19,04 нг ощ(0) ©-о-cD HcgH)

15 N

1г,ооН,„СЕ-0-(> ©-0-С„Н

20 N го.оо н1гС,(О)-©-000-C Н„

Смесь характеризуется следующей последовательностью фаз:

25 Sc71 Sa78 N93 1, В качестве хиральных дополнительных веществ используются следующие соединения:

Дополнительное вещество D1

30 и о

c,í,„-0.ссЭ ф-0сн - (s>

35 Дополнительное вещество 02

О с,н,„-оса)-@-о-сои „-с,н, N (Ю Я1

С1$

Дополнительное вещество D3 о

c,í,„-@>-QG-0-сн;. „-с,н, 45 (р (р РСИ1$

Состав сравнительной смеси (Y) для последующих опытов следующий, 7,:

50 (У)

Базовая смесь 87,67

Дополнительное вещество D1 4,53

Дополнительное вещество D2 2,70

Дополнительное вещество D3 5.10

55 и последовательность фаз: Sc* 61 5,* 69

N*85 l при спонтанной поляризации, равной 30 нкл.см при 25 С.

В качестве коронанда С или криптанда

К используются оба следующих соединения:

2002286

2 2 2 2 0 СН<СН>-0(-СН2 )2-О-СН2СН2

OHN (сH z) g-0-(-сн, 11;о-(-сн717-н

Н 1 61-o-(-cH7);o сн,сн;о(-сн,1;осн,сн

В качестве примера СЖК-смеси, лежащей в основе предложенного в изобретении способа, готовят смесь Х, имеющую следующий состав, мол. Оь: (Х)

98,0 сравнительной смеси (Vj

1,5 коронанда (С(0,5 криптанда (К)

В качестве второй СЖК-смеси, содержа. щей один криптанд и/или коронанд, готовят смесь У. Ее состав следующий, мол.o/: (Y)

Н17с6-(О О О cpl 113 1 11 14.6

N н,„с,-ф>©-о-с„н„

N

Н17с6-ф>-©-о-с (,н17 16,1

Н1„С -О О) 0 (." -С -11 9,1

N и н,„с6-0+O O0 cÂH17 41.7

1р Н,7С6-0.ф ©-о-C„H6 6,6

Н17C6 0+0 00 С16Н71 7,7 й

16 Н71С14-ф) ©-О-СО.Я-С4НН 14 4

N

О

11 „С,-ф)-©-О-СН; - 4-С,Н, (S (Ю

10 N

76 14,„С4-о-ф -©-О-СН -g

N о

6Р пс4-МО) ©-О-СО- фСзн 6,6

15 N

Коронанд(С) (S):

1,5

Криптанд (К) 0,5

Смесь имеет при температуре 25 С

20 спонтанную поляризацию, равную 31 нкл,см, и обладает следующей последовательностью фаз:

Х вЂ” 3 $с 64 S1- (72 аз

Пример 2. Вышеописанный метод

25 изменения текстуры путем воздействия полем использован при исследовании смеси из примера 1, лежащей в основе предложенного в изобретении способа, и сравнительной смеси Y. На имеющийся в торговле

30 ЖК-элемент толщиной 2 мкм (изготовитель. фирма Е.X.КО энд Ко., лдт„Токио, Япония) с натертым параллельными слоями полиимидом (Р1Х 1400 фирмы Хитачи лдт., Токио, Япония) в качестве ориентирующего слоя

35 при комнатной температуре подается переменное напряжение прямоугольной формы с амплитудой 25 В и частотой 10 гц, Сделанные под микроскопом снимки (125-кратное увеличение) полученной в ре40 зультате "квази-букшелф"-геометрии для смеси Х и для сравнительной смеси Y представлены.на фиг, 1 и 2. На фиг. 2 четко видна макроскопически негомогенная текстура и на фиг, 1 микроскопически характерная по45 лосчатая, но макроскопически ориентированная текстура. Наложение биполярных импульсов (как это обычно имеет место при работе bio схеме уплотнения) позволяет получить показанные на фиг, 3 и 4 кривые опти50 ческого пропускания для СЖК смеси Х и для сравнительной смеси. Величина оптического пропускания измерялась при соответст2002286

10

35

50

S5 вующем позиционировании элемента, между двумя перекрещивающимися поляризаторами, Смесь X отличается высоким контрастом (примерно 3051) (фиг, 3) в отличие от сравнительной смеси (фиг,4), для которой характерен плохой контраст (примерно 3:1).

Пример 3, Для доказательства особых свойств СЖК-смесей, использующихся в соответствии с предложенным в изобретении способом, заключающихся в возможности регенерации выкристаллизовавшейся и снова расплавившейся жидкокристаллической смеси (поврежденного под действием температуры переключающего и индикаторного устройства) путем обработки полем с целью повторного восстановления первоначальных предпочтительных коммутационных свойств, каждая из описанных в примере 1 СЖК-смесей Х, Y.è сравнительная смесь Ч помещается в жидкокристаллический элемент толщиной 2 мкм. снабженный полиимидным слоем, служащим в качестве ориентирующего слоя толщиной 20 нм. На элементы в течение 3 мин подают непрерывное напряжение прямоугольной формы частотой 10 Гц и амплитудой 20 В.

При последующем наложении биполярных управляющих импульсов (например с напряженностью поля. равной 8 В,мкм и шириной импульсов, равной 0,5 мс) директор (ориентация осей молекул) в зависимости от знака используемых биполярных импульсов ориентируется в двух устойчивых позициях, расположенных по отношению друг к другу под углом коммутации 2 О,фф.

Элемент термостатируется при температуре 25 С и настраивается под поляризационным микроскопом таким образом, чтобы одно из обоих состояний было кэк можно с более низкими пропускающими свойствами, а другое коммутационное состояние — с высокими. Приведенные в табл, 1 значения степени оптического пропускания относятся к максимальной степени пропускания света через СЖК-элементы при параллельном расположении поляризаторов. В табл.

1 указанные значения для СЖК-смесей с содержанием коронандов и криптандов, указанных в примере 1, говорят о высоком качестве ориентации в темном состоянии (низкая степень пропускания, Тд), а также о предпочтительно большем угле коммутации (2 О фф), который приводит к высокой степени пропускания в светлом состоянии (максимальная степень пропускания, Ть) (см. пример а табл, 1).

У обеих элементов после термической нагрузки, кристаллизации и последующего расплавления степень пропускания и тем самым контраст ухудшаются (см.табл. 1, пример Ь).

Сравнение результатов измерений показывает. что контраст уменьшается на величину от 23 до 32%. Решающее преимущество СЖК-смесей. содержащих криптанды или коронанды, заключается в том, что за счет повторной обработки электрическим полем: возможно увеличение контраста в элементах. При сравнении результатов измерений. приведенных в примере с, с результатами, приведенными в примере Ь, можно видеть, что контраст за счет обработки полем может увеличиваться на величину от 24 до 29, и тем самым становится примерно равным контрасту элемента в первоначальном состоянии (до выкристаллизации СЖК-материала).

Поврежденное под действием нагрузок переключающее и индикаторное устройство, содержащее СЖК-смесь с криптантом и/или коронандом, может регенерироваться путем подачи простого непрерывного переменного напряжения до восстановления его первоначального качества.

Пример 4. Данный пример, с одной . стороны, демонстрирует более высокую устойчивость индукцинированной полем "квази-букшелф"-геометрии к механическим деформациям по сравнению с "шеврон"-геометрией и, с другой стороны, показывает возможность восстановления поврежденной под действием механических нагрузок

"квази-букшелф"-геометрии путем повторной обработки полем.

Для проведения сравнительных исследований свойств переключающих и индикаторных устройств по отношению к механическим деформациям испытательный элемент заполняют предложенной в изобретении смесью X. В элементе прокладка расположена только по периметру клеевой рамки, и поэтому он может легко деформироваться при наложении давления в середине элемента.

Элемент помещают на весы и, используя винтовое устройство, закрепленное нэ штативе при помощи муфты, пуансоном диаметром 1,5 мм давят сверху элемента в течение 10 с. Усилие давления пуансоном устанавливают на определенную величину по показаниям весов, и ее можно менять. До и после действия нагрузки в точке приложения силы (диаметр 1,5 мм) производит точное определение текстуры и коммутационных свойств при помощи микраскопа.

На фиг. 5-9 представлены сделанные под микроскопом фотографии текстуры с

2002286

Таблица 1

Толщина элемента

:/мкм/

Относительное ïðîïóскание света

Пример

Контраст

Th/Та

Угол комму тации

28 ос

Примечание

Темное состояние Тд

Светлое состояние Ть

70,9

1,30

64

70,3

1,30

1.6

70,1

1,2

1,30

76.3 t,31

0,79

70,7

1,31

105

70,7

0,67

1,31

"шеврон"-геометрией при 125-кратном увеличении без нагрузки (фиг. 5) и после наложения различных нагрузок (фиг. 6) 200 r; фиг. 7 — 300 г; фиг. 8 — 400 г.; фиг. 9 — 500 r.

На них четко видно изменение текстуры после действия нагрузки 400 г, Об этом говорит также и уменьшение контраста при наложении биполярных импульсов (см.табл.

2).

Восстановление первоначальной текстуры и первоначального контраста возможно только за счет нагревания до перехода в холестеричную или изотропную фазу, т.е. при использовании высоких температур, Если же устройство, в состав коз орого входит смесь, содержащая коронанды и/или криптанды, переводят в состояние с

"квази-букшелф"-геометрией воздействием электрического поля, как это описано выше, и затем проводят испытание наложением механических нагрузок, то в этом случае фотографии, снятые при 125-кратном увеличении, показывают, что значительное измерение текстуры происходит, лишь начиная с нагрузки 600 г. Об этом говорят также и величины контраста, укаэанные в табл, 3.

5 Пример 5. Элемент из примера 4 с нагрузкой 1000 r подвергается обработке электрическим полем (такой, которая уже использовалась раньше для превращения

"шеврон"-геометрии в "квази-букшелф"-ге10 ометрию), Неожиданно обнаруживается, что сильно поврежденный элемент также может быть снова полностью регенерирован.

Это подтверждается результатами on15 ределения контраста, который для поврежденного элемента составляет 8:1, а для восстановленного — 75 1.

Сравнение с контрастом элемента до наложения нагрузки (табл. 3) показывает, 20 что элемент за счет обработки полем может полностью восстановить также и свои оптические характеристики. (56) Y. Sato ec al., Japany i. of Арр1. Phys, 1989, 28, L. 484, Свежеориентированный обработанный полем СЖК-элемент (с

СЖК-смесью X) Тот же СЖК-элемент после кристаллизации и расплавления смеси

Тот же СЖК-элемент после кристаллизации и расплавления и обработки полем

Свежеориентированный обработанный полем СЖК-элемент(с

СЖК-смесью Y) Тот же СЖК-элемент после кристаллизации и расплавления смеси

Тот же СЖК-элемент после кристаллизации и расплавления и после ю ей об аботки полем

2002286

ТаблицаЗ

Таблица 2

Контраст переключа ощего и индикаторна- Контраст переключающего и инцикаторного устройства после воздействия силовой го устройства после воздействия силовой нагрузки (при "шеврон"-геометрии) 5 нагрузки (при "квази-букшелф -геометрии) 10

Формула изобретения

25 или одинаковые и являются группами

К-CH {-СН -Z-СН ) -СН -К

/ 2 2 2 1 н или

КО{-С)г -Z-СН ) -СО-й

2 21

R R

1 н-<сн > -н г р (сн > (сн > г 5 г н-(cR )-гг

1 2гI

B R

4 3

-сн (-сн- z-сн) -сн г г г а г к

„x сн -<-сн -z-ca >-сн г г

50 где R<, Rz, 1сз и Й4 независимо доуг от друга группы где - Z - =-О- или — S 0-;

rn и и > 0- целые числа, причем m + п = 26;

- Х1 -, -Xz - одинаковые или различные и выбрани из ряда - Z-, -NR1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТО1/1ЧИБОГО К 11АГРУЗКАМ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ПЕРЕКЛ1ОЧА10ЩЕГО И

ИНДИКАТОРНОГО УСТРОЙСТВА, в котором на обращенных одна к другой сторонах, связанных между собой двух несущих пластин размещены электроды и по крайней мере на одной стороне - ориентирующий слой, между пластинами размещен слой сегнетоэлектрическогп жидкокристаллического материала и по крайней мере на одной из пластин размещен поляризатор, заключающийся в том, что к электродам прикладывается переменное электрическое напряжение для ориентации слоя в виде букшелф или квази-букшелф геометрии, отличающийся тем, что, с целью регенерации устройства при штоковом повреждении, между пластинами размещают слой из сегнетоэлектрического жидкокристаллического материала, содержащего криптанд или коронанд, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сегнетоэлектрический жидкокристаллический материал содержит криптанд oGщей формулы

40 причем и - алкил или алканоил с числом атомов углерода 1 - 15, фенил, бензил или бензоил;

l.=1 или 2, 45 или коронанд общей формулы

2002206

-Н- -СНз30

СН3 или

-сн Q сан, г

-О-, -!!!!, р, q, г, s независимо другот друга являются целым числом 2-4, причем р+ q+ г+ s

8 . 16, и на электроды подают переменное напряжение прямоугольной формы частотой !1000 Гц и напряженностью поля 0,5 - 50,0

В/мкм в течение ог 0,1 с до IО мин.

3, Способ па п.2, отличающийся тем, . что сегнетозлектр ический жидкокри сталлический материал содержит соединение общей формулы где Z -.кислород;

m u n - целые числа больше нуля и

m+ n--2-4;

Х1, Х р - одинаковые или различные и означают группы

5 или Х1, Xz вместе группа причем 8 - -алкил или алкаиоил с числом атомов углерода 1 - 15, фенил, бензил или бензоил;

1=1 или 2.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что сегнетоэлектрический жидкокристаллический;латериал содержит соединение об åÀ Фс рмулы

re R> RgR - дууу

25 Ъ - водород, 5. Способ по п,2, отличающийся тем, что на электроды в течение от 1 с до 2 мин подают переменное напряжение прямо40 уголы!ой формы с интенсивностью поля 520 В/мкм! и частотой 2-50 Гц.

2002286

2002286

2002286

2002286

2002286

Заказ 3173

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель Н,Назарова

Редактор T.Ëoojêýðåâà Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С.Патрушева