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Elektrooptische Einrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrooptische
Einrichtung mit einer zwischen zwei Trägern, von denen zumindest einer lichtdurchlässig
ist, angeordneten Schicht aus nematischen Flttssigkristallen und mit einem zumindest
in der Nachbarschaft eines der beiden Träger angeordneten Elektrodenpaar zum Anlegen
eines elektrischen Feldes an die FltssigkristalXe.
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Bei einer solchen Einrichtung, wie sie beispielsweise in der US-PS
3 499 122 beschrieben ist, läBt sich durch die Anlage eines elektrischen Feldes
an das Elektrodenpaar die Orientierung der Flüssigkristalle in der FlUssigkristallschicht
ändern, so daß einfall endes Licht gestreut oder gebrochen wird. Wird eine solche
mit FlUssigkristallen arbeitende elektrooptische Einrichtung als optisches Anzeigegerät
verwendet, so kommen die Fltlssigkristalle unter Einschluß
in einen
genau definierten Behälter- oder unter AuPbringung auf eine Substratplatte zum Einsatz,
da sie selbst keine Formbeständigkeit aufweisen. In diesem Falle hängt die Orientierung
der Flüssigkristalle auch von den zwischen~molekularen Kräften ab, die zwischen
den Flüssigkristallen einerseits und der Oberfläche der Behälterwände bzw. der Substratplatteandererseits
herrschen, und es kommt zu einer Einstellung in den stabilsten Orientierungszustand.
In diesem Falle lassen sich die Fltlssigkristalle im Normalzustand nicht in einer
festgelegten Richtung ausrichten, wie sich ohne weiteres aus-Untersuchungen mit
Polarisationsmikroskopen uæw. ersehen läßt, Dies bedeutet aber, daß die FlüssigkristalLe
in einer solchen Einrichtung eine willktlrliche Ausrichtung zeigen und in polykristallinem
Zustand vorliegen. Bei einem solchen Zustand ändert sich die Orientierung der Flüssig
kristalle in Abhängigkeit von Temperaturänderungen, -wiederholter Warmezufuhr, der
Anlage elektrischer oder magnetischer Felder von Zeit zu Zeit, und entsprechend
ändern sich auch die optischen Eigenschaften der gesamten Einrichtung entsprechend
diesen Ori enti erungsänderungen.' Insbesondere erfährt die Lichtdurchlässigkeit
der Einrichtung entsprechende Änderungen, und gleichzeitig kommt es zu Anderungen
in der Intensität des Streulichtes. Dies bedeutet aber, daß sich mit eine* olchen
Einrichtung keine definierten Werte für die optische Anzeige erzielen lassen, und
darin liegt naturgemäß ein schwerer Mangel der bekannten Einrichtungen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrooptische
Einrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sich unter Vermeidung
der oben geschilderten
Nachteile der bekannten Einrichtungen die
Orientierung der FlUssigkristalle ohne Anlage eines elektrischen Feldes steuern
läßt, wobei weiter durch eine gleichförmige Ausrichtung der Flüssigkristalle das
bei einer optischen Anzeigeeinrichtung erreichbare Kontrastverhältnis verbessert
und außerdem eine Art Lichtzerhacken mit einem hohen Lichtzerhackungsverhältnis,
also einem großen Intensitätsunterschied zwischen dem ii eingeschaltetem und in
ausgeschaltetem Zustand durchgelassenen Licht geschaffen werden soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Moleküle
der Flüssigkristalle hydrophobe Gruppen enthalten und daß an einer Grenzfläche zwischen
der Flüssigkristallschicht einerseits und den Trägern andererseits ein Film aus
einer Organosilikonverbindung angeordnet ist, deren Moleküle hydrophobe Gruppen
enthalten, dank deren Affinität zu den hydrophoben Gruppen in den Molekülen der
Flüssigkristalle diese Moleküle ohne Anlage eines elektrischen Feldes im wesentlichen
gleichförmig ausgerichtet sind.
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Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten elektrooptischen EinrichtunC
wird also durch eine Behandlung der mit den Flüssigkristallen in Berührung stehenden
Trägeroberflächen mit einer Organosilikonverbindung eine gleichförmige Ausrichtung
der Flüssigkristalle in makroskopischem Maßstab erreicht, wodurch sich eine Steigerung
des durch ein der Steuerung der Kristallausrichtung dienendes elektrisches Feld.
erzielbaren Kontrastes bei einer optischen Anzeigeeinrichtung und ein hohes Lichtzerhackungsverhältnis
bei Anwendung der Erfindung auf einen Lichtzerhacker erhalten lassen.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann die Organosilikonverbindung zumindest
ein Mitglied aus der Gruppe der Organochlorosilan-, der Organoalkoxysilan-, der
Organosilanol- und der Silikonverbindungen der allgemeinen Formel
sein, in der n für eine beliebige ganze Zahl und die verschiedenen R für gleiche
oder verschiedene Reste stehen, die Wasserstoff, Al tz1-, Phenyl- oder blkylsubstituierte
Phenylgruppen sein können. Dabei ist als solche Organosilikonverbindung insbesondere
das Phenylmethyl silikon bevorzugt.
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Im Sinne der Erfindung von Vorteil ist es weiter, wenn die Organosilikonverbindung
adsorptive Kompatibilität zu den Oberflächen der Trägersubstrate und der Elektroden
aufweist.
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Die Flüssigkristallmoleküle können eine hydrophobe Gruppe an mindestens
einem Molekülende aufweisen, sie können aber auch so aufgebaut sein, daß an beiden
Molekülenden hydrophobe Gruppen sitzen. Bevorzugt ist insbesondere ein Aufbau der
Flüssigkristallmoleküle nach der allgemeinen Formel
in der X entweder für -CH=N- oder für -COO- und R1 und R2 jeweils
für eine Alkylgruppe stehen, von denen mindestens eine nicht wenigerals 3 und beide
zusammen nicht weniger als 4 Kohlenstoffatome enthalten.
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Bei Ausgestaltung einer erfindungsgemäß ausgebildeten elektrooptischen
Einrichtung als elektrooptische Anzeigeeinrichtung ist ein Aufbau in der Weise bevorzugt,
daß die Träger für die Ausbildung der Flüssigkristallschicht zwei Platten sind,
von denen mindestens eine lichtdurchlässig ist, und daß von den beiden Elektroden
für die Anlage eines elektrischen Feldes an die Plüssigkristallschicht die eine
aus zwei oder mehr auf der einen Trägerplatte vorgesehenen Segmentelektroden und
die andere aus einer oder mehr auf der anderen Trägerplatte vorgesehenen Segmentelektroden
besteht.
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Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung
bezug genommen; in dieser zeigen: Fig. 1 einen schematisch gehaltenen Schnitt durch
eine mit Lichtreflexion arbeitende erfindungsgemäß ausgebildete elektrooptische
Anzeigeeinrichtung mit einer Flüssigkristallschicht; Fig. 2 eine entsprechm de Darstellung
für einen erfindungsgemäß ausgebildeten elektrooptischen Lichtzerhacker mit einer
lichtdurchlässigen elektrooptischen Einrichtun«}: auf Flüssigkristallbasi s; Fig.3
eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäß erreichbaren
Orientierungszustandes für die Flüssigkri s talimol ekül e;
Fig.
4a und 4b mit einem Polarisationsmikroskop aufgenommene Bilder, aus denen der Orientierungszustand
der Flüssigkristalle bei einer elektrooptischen Einrichtung bisher bekannter Art
einerseits und bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtungandererseits ersichtlieh
ist; Fig. 5 eine schematische Darstellung für ein Gerät zur Beobachtung des Orientierungszustandes
der Flüssigkristalle in einer elektrooptischen Einrichtung: Fig. 6 graphische Darstellungen
für den Vergleich zwischen den Orientierungszuständen von nematischen Flüssigkristallen;
Fig. 7 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung,des Zusammenhanges zwischen
der Dicke einer Flüssigkristallschicht einerseits und ihrem Orientierungsverhalten
andererseits und Fig. 8 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Vergleichs
zwischen den Kontrastverhältnissen bei reflektierend arbeitenden elektrooptischen
Einrichtungen auf Flüssigkristallbasis.
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In Fig. 3 wird eine optische Anzeigeeinrichtung, die eine transparente
Elektrode 1, eine reflektierende Elektrode 2 und eine Flüssigkristallschicht 9 aufweist,
von einem Beobachterauge 4 betrachtet, und die optischen Eigenschaften der Flüssigkristallschicht
3 lassen sich durch Anlage eines geeigneten elektrischen Feldes unter Verwendung
der transparenten-Elektrode 2 und der reflektierenden
Elektrode
5 ändern. In abgeschaltetem Zustand ohne Anlage einer elektrischen Spannung wird
einfallendes Licht I an der reflektierenden Elektrode 2 als reflektiertes Licht
Ir reflektiert, und auf diese Weise ist für das Beobachterauge 4 nur Streulicht
1off wahrnehmbar.
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In eingeschaltetem Zustand mit einer zwischen der transparenten Elektrode
1 und der reflektierenden Elektrode 2 anliegenden elektrischen Spannung wird die
Orientierung der Flüssigkristalle dynamisch gestört, wobei diese Störung von der
Größe der angelegten elektrischen Spannung abhängt, und das einfallende Licht I
wird an den gestörten Flüssigkristallen gestreut und sogar zum Beobachterauge 4
hin reflektiert. Dieses Streulicht wird im folgenden als Ion bezeichnet.
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In einer optischen Anzeigeeinrichtung ist der erzielbare Effekt umso
besser,je größer das Verhältnis zwischen den beiden Streulichtwerten lon und Ioff
ist. Bei einer willkürlichen Ausrichtung der Flüssigkristalle tritt nun auch in
abgeschaltetem Zustand ohne Anlage einer elekttrischen Spannung eine Lichtstreuung
auf, und auf diese Weise wird der Wert für Io größer, was zu einer,terminderung
des Verhältnisses 1on/1 off führt. Dies bedeutet aber, daß sich der mit einer solchen
optischen Anzeigeeinrichtung erzielbare Kontrast erniedrigt. Ist die Störung in
der Kristallorientierung ungleic7qmäßig über die Oberfläche der Anzeigeeinrichtung
verteilt, so kann außerdem eine lokale Lichtstreuung auftreten, und für das Beobachterauge
erscheinen dann helle Lichtflecke. Daher kann dann, wenn es gelingt, in der Flüssigkristallschicht
einer solchen Anzeigeeinrichtung in abgeschaltetem Zustand, also ohne eine äußere
Anregung wie die Anlage einer elektrischen Spannung oder der gleichen, eine gleichförmige
Orientierung der Flüssigkristalle in einer bestimmten Richtung zu
erreichen,
der mit dieser Anzeigeeinrichtung erzielbare Kontrast wesentlich erhöht werden.
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In Fig,2 ist als ein zweites Beispiel fUr-ei-ne mit Flüssigkristallen
arbeitende elektrooptische SInrichtung ein Lichtzerhacker dargestellt. Der in Fig.
2 dargestellte Lichtzerhacker besitzt wieder eine Flüssigkristallschicht 5, die
zwischen zwei transparente Elektroden 1 und 2 eingeschlossen ist. FUr einfalendes
Licht I vor dem Lichtzerhacker ist ein Polarisator 5 angeordnet, während dahinter
zwischen dem Liehtzerha¢ker und einem Beobachterauge 4 ein Analysator 6 inden -Strahlengang
eingefügt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig, 2 besteht die Flüssigkristallschicht
3 aus Flüssigkristallen, deren Moleküle mit ihren langen Achsen - optischen Achsen
- bei Anlage eine lektrischen Spannung zwischen den transparenten Elektroden 1 und
2 auf die Richtung des auf diese Weise in der FlUssigkristallschicht erzeugten elektrischen
Feldes ausgerichtet sind.
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Verläuft daher die Durchlaßrichtung des Polarisators 5 für das einfallende
Licht I senkrecht zur Durchlaßrichtung des Analysators 6, so wird dieses Licht vom
Analysator 6 zurückgehalten, und die Flüssigkristallschicht 3 erscheint für das
Beobachterauge 4 dunkel. Es scheint, daß das Licht, da die optischen Achsen der
FlUssigkristalleauf die Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet sind und mit
der Polarisationsachse für die Polarisation des Lichtes I durch den Polarisator
5 übereinstimmen, durch die Flüssigkristallschicht'5 hindurchgeht und erst am Analysator
6 zurückgehalten wird. Andererseits wird das beim Durchgang durch den Polarisator
5 polarisierte Licht, da die Flüssigkristalle in der Flüssigkristallschicht 5 ohne
Anlage eines elektrischen Feldes nach beliebigen Richtungen orientiert sind, von
diesen beliebig ausgerichteten Flüssigkristallen
polarisiert oder
gestreut, und daher kommt auch bei gekreuzter Durchlaßrichtung von Analysator 6
und Polarisator 5 zu einem Durchgang von Licht, und die Flüssigkristallschicht 3
erscheint für das Beobachterauge 4 in gewissem Umfange hell. Auf diese Weise läßt
sich eine Art von elektrooptischem Lichtzerhacker auf bauen.
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Wenn eine aus einem erhabenen Überzug bestehende Elektrode nach einem
bestimmten Muster ausgebildet wird, so läßt sich dieses Muster bei Anlage eines
elektrischen Feldes beobachten, Bei diesem Verfahren stellt die Orientierung der
langen Achsen - optischen Achsen - der Moleküle'der Flüssigkristalle in die Richtung
des elektrischen Feldes ein Grundprinzip für den elektrooptischen Lichtzerhacker
dar. Dies wiederum führt aber zu der Einschränkung, daß nematische Flüssigkristalle
verwendet werden müssen, die parallele elektrische Dipole oder eine Maximaiolarisierungsrichtung
entlang der langen Achsen der Moleküle aufweisen, also Flüssigkristalle mit positiver
dielektrischer Anisotropie sind.
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In den optischen Eigenschaften ist der helle Zustand ohne Anlage
eines elektrischen Feldes auf die willkürliche Orientierung der Flüssigkristalle
zurückzuführen, und wenn der Orientierungszustand ungleichmäßig ist, wird auch die
Helligkeit ungleichmäßig, und es entsteht ein Zustand mit Lichtflecken. Dies aber
bedeutet eine Verschlechterung in der Arbeitsweise des Lichtzerhackers.
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Zur 2berwindung dieser Nachteile müssen die Flüssigkristalle in der
Flüssigkristallschicht ohne die Anlage eines elektrischen Feldes in einr bestimmten
Richtung orientiert werden. Ist es nämlich möglich, die Flüssigkristalle nach einer
bestimmten Richtung zu orientieren, so
läßt sich ein gleichförmiger
Lichtzerhacker erhalten, bei dem das Lichtzerhackungsverhältnis groß wird.
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Eine bekannte Methode für eine solche Orientierung nematischer Flüssigkristalle
besteht darin, eine Glasoberfläche, die mit den Flüssigkristallen in Berührung kommt,
durch Polieren mit Papier oder Tuch in einer bestimmten Richtung mit Schrammen zu
versehen, um die Flüssigkristalle parallel zu dieser Glasoberfläche zu orientieren.
Weiter isdbekannt, daß sich die Flüssigkristalle senkrecht zu einer Glasoberfläche
ausrichten, die mit Säure vorbehandelt worden ist, während eine Vorbehandlung der
Glasoberfläche mit Alkali zu einer Ausrichtung der Flssigkristall parallel zur behandelten
Glasoberfläche führt. Es ist nicht so sehr schwierig, die Flüsigkristalle durch
eine chemische oder physikalische Behandlung einer Festkörperoberfläche zu orientieren,
die mit den Flüssigkristallen in Berührung kommt, wie dies oben beschrieben ist.
Es ist jedoch sehr schwierig, die Flüssigkristalle in einem breiteren Bereich wie
z. B, dem gesamten Gebiet einer Flüssigkristallschicht einer optischen Anzeigeeinrichtung
zu orientieren und weiter diesen Orientierungseffekt über länge Zeit hinweg aufrechtzuerhalten.
Das auf dem Anreiben der Glasoberfläche beruhende Verfahren läßt im wesentlichen
eine gewisse Art von Schrammen auf der Oberfläche entstehen, und es ist auf diese
Weise wegen der Ungleichmäßigkeit der Schrammen sehr schwer, eine gleichförmige
Orientierung der Flüssigkristalle zu erzielen. Die mit einer Säure- oder Alkali-Behandlung
arbeitende Methode läßt sich nicht auf mit Aluminium bedampfte Oberflächen und dergleichen
anwenden und stellt daher keine allgemeinen Ausweg aus den oben geschilderten Schwierigkeiten
dar.
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Eine praktisch brauchbare Orientierungsmethode ist von M.F. Schiekel
und K. Fabrenschon in Applied Physics Letters, Band 19 Nr. 10, 391 (i97l)bescirieer-wQrden-.
Bei dieser
bekannten Methode werden die langen Achsen - optischen
Achsen -der Moleküle von Flüssigkristallen senkrecht zur Elektrodenoberfläche orientlert,
wobei als transparente Elektrode Zinnoxyd verwendet wird, das eine durch eine Iiårmebehandlung
erzielbare spezifische Kristallstruktur aufweist.
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Die Orientierung der FlUssigkristalle ist das nur auf die Abschnitte
der Flüssigkristallschicht beschränkt, wo das entsprechende Zinnoxyd ausgebildet
ist, und die Methode weist daher den Nachteil auf, daß eine solche Ausrichtung auf
Glasoberflächen ohne Zinnoxydschicht nicht erzielbar ist.
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Nach der vorliegenden Erfindung dagegen wird die Ausrichtung der
Flüssigkristalle in eine bestimmte Richtung durch eine Behandlung der Oberfläche
der mit den Flüssigkristallen in Berührung kommenden Behälterwände mit Organosilikonverbindungen
erreicht. Die Steuerung dieser-Orlentierung der Kristalle läßt sich dabei in makroskopischen
Abmessungen erreichen, wie sie in der FlUssigkristallschicht einer elektrooptischen
Anzeigeeinrichtung vorliegen, und die Richtung für die Orientierung verläuft in
etwa senkrecht zur Festkörperoberfläche. Außerdem wird die Behandlung der Festkörperoberfläche
mit Organosilikonverbindungen sehr einfach und läßt sich auf jeder Art von Oberfläche
wie beispielsweise einer glatten Glasoberfläche, einer mit einem erhabenen Ueberzug
versehenen Elektrodenoberfläche, einer metallischen reflektierenden Oberfläche und
dergleichen vornehmen. Eine einmal behandelte Oberfläche erweist sich als sehr stabil.
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Zu den im Sinne der Erfindung brauchbaren Organosilikonverbindungen
gehören Silikone (Organopolysiloxane).
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Als solche Silikone lassen sich vom praktischen Gesichtspunkt ohne
weiteres Silikonöle verwenden. Insbesondere
ist ein Methylsilikonöl
der allgemeinen Formel
brauchbar, in der n für eine beliebige ganze Zahl und die verschiedenen R für gleiche
oder verschiedene Reste stehen, die Wasserstoff, Alkyl-, Phenyl- oder alkylsubstituierte
Phenylgruppen sein können. Weitere brauchbare Verbindungen sind ein hydriertes Methylsilikonoly
bei dem ein Teil der Methylgruppen durch Wasserstoff ersetzt ist und das unter der
Bezeichnung KF99 von der Shinetsu Kagaku Kogyo-K.K. in Japan in den Handel gebracht
wird, und ein Methylphenylsilikonöl, in dem ein Teil der Reste R durch Phenylgruppen
ersetzt ist und das von der Shinetsu Kagaku Kogyo K.K. in Japan unter der Bezeichnung
KF50 in den Handel gebracht wird. Verwendbar sind weiter Organosilikonverbindungen,
in denen die Reste R in der allgemeinen Formel durch Alkylgruppen oder alkylsubstituierte
Phenylgruppen ersetzt sind, wobei die verschiedenen Reste gleich oder verschieden
sein können.
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Im Sinne der Erfindung verwendbar sind auch die den oben genannten
Silikonölen entsprechenden Silanmonomere.
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Zu diesen brauchbaren Silanmonomeren gehören Organochlorosilan, Methyltricblorosilan,
Äthyltrichlorosilan, Phenyltrichlorosilan, Methylphenyldichlorosilan, Athylphenyldichlorosilan,
Trimethyläthoxysilan, Dimethylbisäthoxysil an, Methyl triäthoxysilan, Diphenylbi
säthoxysilan,
Diphenylsilandiol, Triphenylsilanol, usw.
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Effektive Grenzbedingungen für die Orientierung der Flüssigkristalle
lassen sich durch eine Behandlung der mit den Flüssigkristallen in Berührung kommenden
Grenzfläche mit mindestens einer der oben genannten Organosilikonwverbindungen erzielen.
Obgleich noch nicht völlig geklärt ist, worauf der erzielbare Effekt beruht, kann
doch angenommen werden, daß die Flitssigkristallmoleküle durch einen sich auf der
Substratoberfläche ausbildenden Film aus Organosilikonverbindungen orientiert werden,
wie dies in Fig.5 veranschaulicht ist. Dies bedeutet, daß die -Si-O-Si-O-Bindung
der Silikone (Polysiloxane) an der Glasoberfläche stark adsorbiert wird, wenn ein
Silikonöl Verwendung findet, und daß dementsprechend die hydrophoben Alkylgruppen
nach außen orientiert werden.
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Im Falle der Verwendung eines Silanmonomeren wie beibeispielsweise
des Chlorosilans reagiert dieses Chlorosilan mit auf der Glasoberfläche adsorbiertem
Wasser oder mit in einer Oberflächenschicht auf dem Glas enthaltenen Silanolgruppen,
und es entsteht auf der Glasoberfläche ein stark hyarophober Film. Dieser aus den
hydrophoben Gruppen geschaffene Film bildet eine sogenannte Niedrigenergieoberfläche
mit einer sehr geringen kritischen Oberflächenspannung, und die mit dieser Niedrigenergieoberfläche
in Berührung kommenden Flüssigkristalle nehmen eine solche Orientierung an, daß
ihre eigene Oberflächenspannung erniedrigt wird. Daher kann angenommen werden, daS
die sPlüssigkristalle senkrecht zur Grenzfläche orientiert werden. Mit anderen Worten
ausgedrückt, müssen die im Rahmen der ¾Erfindung verwendeten Flüssigkristalle eine
truktur mit in den Molekülen enthaltenen hydrophoben Gruppen aufweisen. ntsprecElende
Fltissigkristallverbindungen sind
in der nachstehenden Tabelle
zusammengestellt. In dieser Tabelle sind die Alkylgruppen in den Flüssigkristallver
bindungen normale Substituenten, und für die Angabe des Orientierungszustandes sind
in der letzten Spalte der Tabelle nachstehende Symbole verwendet: +++ = gleichförmige
Orientierung in der gesamten Flüssigkristallsehieht ++ = Orientierung in der gesamten
Flüssigkristallschicht mit einigen lokalen Störungen-+ = nicht ausgerichtete Abschnitte
sind beobachtbar.
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Orien-Behandlungs- Strukturformel der tierungsagens Flüssigkristalle
zustand
| 1 KF50 01130 CH=N-4B c,H, |
| 2 KF96 ll |
| 3 KF99 lt ll |
| 4 KF965 t lt |
| Chlorosilan- |
| 5 Dri-FilmSC77 ., ., |
| 6 C6Hl3° < CH=N o CH3 lt |
| 7 KF50 C8H17° 9 CH=N t CH3 ++ |
| 8 ,. C2H50 t CH=N 4 02115 |
| 9 .. 0811170 t CH=N 4 C2H5 ++ |
| 10 " CqI190 |
| 11 , C9ElU° e cH=m 011=N 03117 ++ |
| 12 021150 < 0H-N b 04119 |
| 13 0611130 CH=N- 04119 ++ |
| 14 CB,O CH30 o CH=N o C5Hll f++ |
| 15 . C5Hl1° o GH=N < C5Hll ++ |
| 16 " C2H50 0H=N o C6Hl2 |
| 17 . C6Hl3° o CH=N t An- C,H13 |
| 18 " 7Hl50 o CH--N t OOCCH8 +++ |
| 19 n 08H170011=N ON ++ |
| 20 t C6Hl3° o COO t C4 9 +++ |
| 21 lt 0611130 ° o 000 t OC,B15 + |
| 22 " W CH=N o G4Hg +++01130 001111=N04H9 |
Wie die vorstehende Tabelle zeigt, sind Flüssigkristalle, deren
Moleküle sich durch die folgende allgemeine Formel wiedergeben lassen, für die Zwecke
der Erfindung bevorzugt.
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Für die Orientierung der Flüssigkristalle ist allein die Aufbringung
dieser Organosilikonverbindungen auf die Grenzfläche wirksam, es ist aber wünschenswert,
nach der Aufbringung der Organosilikonverbindungen eine Wärmebehandlung vorzunehmen,
um eine Orientierungssteuerung über lange Zeit hinweg zu erhalten. Die Bedingungen
für diese Wärmebehandlungen können in Temperatur und Zeit den Anforderungen entsprechend
gewählt werden. Beispielsweise ist für den Fall eines Silikonöls eine Wärmebehandlung
in einem Temperaturbereich zwischen 180 und 5550C bevorzugt. Bei Verwendung von
Organosilanmonomeren wird die Wärmebehandlung vorzugsweise in einem Temperaturbereich
zwischen Zimmertemperatur und etwa 80°C vorgenommen.
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Die Organosilikonverbindungen werden auf die Grenzfläche aufgebracht,
indem diese mit den Verbindungen überzogen oder darin eingetaucht wird, wenn diese
Verbindungen von vornvherein in flüssigem Zustand vorliegen, oder indem die Verbindungen
in einem Lösungsmittel wie Benzol, Toluol, Xylol, Kohlenstofftetrachlorid und dergleichen
gelöst und dann in Form der entstehenden Lösung auf die zu behandelnde Oberfläche
aufgebracht werden.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sollen nunmehr einige Ausführungsbeispiele
im einzelnen beschrieben werden: Beispiele 1 bis 22 Die nachstehend aufgeführten
Organosilikonverbindungen, nämlich Silikonöl KF99, ein hydriertes Methylsilikon
der
Firma Shinetsu Kagaku Kogyo K.K. in Japan, Silikonöl KF96,
ein Dimethylsilikon der Firma Shinetsu Kagaku Kogyo K.K. in Japan, Silikonöl KR59,
ein Methylphenylsilikon der Shinetsu Kagaku Kogyo K.K. in Japan und Silikonöl KF965,
ein Phenylsilikon der Firma Shinetsu Kagaku Kagaku Kogyo K.K. in Japan, wurden j
eweise in eigen Lösungen in Benzol angesetzt und auf als Substrat dienende Glasplatten
von 40 x 50 mm Größe aufgebracht, auf denen zuvor erhabene Uberzugselektroden aus
Zinnoxyd durch Aufdampfen ausgebildet worden waren.
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Die mit den Organosilikonverbindungen behandelten Platten wurden in
einem Trockenofen getrocknet und 15 Stunden lang einer Wärmebehandlung in einem
thermostatisierten Gefäß unterzogen. Anschließend wurden die Platten mit Aceton
gewaschen, worauf die Zellen für die Aufnahme der Flüssigkristalle ausgebildet wurden.
Dazu wurde der Abstand zwischen den Elektroden durch 9 /u Starke Abstandselemente
aus Polyäthylenterephthalat festgelegt, und die begrenzenden Trägerplatten wurden
sandwicharttg zusammengefügt. Als nächster Schritt wurden nematische Flüssigkristalle
der in der vorstehenden Tabelle gezeigten Art in die entsprechenden Zellen eingegossen,
und das Auftreten und das Ausmaß der Molekül ausrichtung für diese Flüssigkristalle
wurde mit Hilfe eines Polarisationsmikroskops bestimmt, Dabei wurde angenommen,
daß die FlUssigkristallrolle ein gleichmäßig helles Muster zwischen gekreuzten Nikols
zeigen wUrde, wenn die Richtung der optischen Achse der Moleküle senkrecht zur Elektrodenoberfläche
verliefe.
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Außerdem wurde angenommen, daß sich eine der für einen optisch einaxialen
Kristall beobachtbaren konoskopischen Figur ähnliche Interferenzfigur beobachten
ließe.
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Das Auftreten und das Ausmaß der Wirkung der Oberflächenbehandlung
wurden
bei diesen Beobachtungen dadurch verglichen, daß die Bedingungen für die Oberflächenbehandlung
verändert wurden. Die Ergebnisse sind ebenfalls in der vorstehenden Tabelle zusammengefaßt.
Dabei sind für die Beispiele 7 bis 22 nur die mit dem Silikonöl KF50 erhaltenen
Ergebnisse dargestellt, jedoch wurden ähnliche Ergebnisse auch mit den Silikonölen
KF965, KF96 und KF99 erhalten. Außerdem ist in deriTabelle als Beispiel 5 die Verwendung
von Ohlorosilan in Form des Dri-Film SC-77 der General Electric Company, USA, festgehalten,
wobei dieses Chlorosilan nach seiner Aufbringung zwei Stunden lang einer Wärmebehandlung
bei 7O0C unterzogen und für den Aufbau einer Flüssigkristallzelle verwendet wurde,
und die erzielten Ergebnisse sind ebensogut wie die für die oben erwähnten Silikonöle.
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In Fig. 4a und 4b sind mit einem Polarisationsmikroskop gemachte
Aufnahmen für den Orientierungszustand der Flüssigkristalle dargestellt. Dabei zeigt
Fig.4a die Verhältnisse bei einer nach bisher bekannter Art hergestellten FlU'ssigkistallschicht,
während in Fig.4b die dem Ausführungsbeispiel 1 für die vorliegende Erfindung entsprechenden
Verhältnisse festgehalten sind. Ein Vergleich von Fig. 4a und 4b zeigt deutlich,
daß die erfindungsgemäß ausgebildete Flüssigkristallzelle eine wesentlich bessere
Gleichförmigkeit in der Kristallorientierung aufweist.
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Für die Untersuchungen wurde ein Aufbau benutzt, wie er in Fig. 5
veranschaulicht ist. Dabei wurde eine erfindungsgemäß ausgebildete Zelle mit einer
Flüssigkristallschicht 5 auf einer drehbaren Unterlagen 7 befestigt und durch einen
Polarisator 5 hindurch Laserlicht I1 auf diese Zelle gerichtet. Das durch die Flüssigkristallzelle
hindurchgegangene
Licht wurde durch einen Analysator 6 hindurchgeschickt,
und hinter diesem wurde die Intensität des durchgegangenen Lichtes mit einem Lichtdetektor
8 bestimmt.
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Unter'ständiger Aufzeichnung der Intensität des durchgehenden Lichtes
mit Hilfe eines Schreibers 9 wurde die Flüssigkristallzelle um die Ausbreitungsrichtung
des Laserlichtes 11 als Drehachse gedreht, und die Beziehungen zwischen der Intensität
des durchgelassenen Lichtes (IC/Ip) und dem Drehwinkel (§) wurden untersucht. In
Fig.6 sind diese Beziehungen zwischen der Intensität des durchgelassenen Lichtes
(IC/Ip) und dem Drehwinkel () für den Fall der nematischen Flüssigkristalle nach
Beispiel l der vorstehenden Tabelle festgehalten, wobei der Ausdruck Ic/Ip ftir
das Verhältnis der Intensität 1c des bei gekreuzter Durchlaßrichtung von Polarisator
5 und Analysator 6 durchgehenden Lichtes zur Intensität Ip des bei paralleler Durchlaßrichtung
von Polarisator 5 und Analysator 6 durchgehenden Lichtes steht. Dabei gibt die Kurve
A in Fig.6 die Verhältnisse für den Polarisator 5 und den Analysator 6 allein ohne
eine dazwischen eingefügte Flüssigkristallzelle wieder, während die Kurve B in Fig.6
der Einfügung einer Flüssigkristallzelle nach dem Beispiel 1 der vorstehenden Tabelle
zwischen den Polarisator 5 und den Analysator 6 entspricht. Die Kurve C in Fig.6
schlitßlich gibt die Verhältnisse für den Fall einer Einfügung einer Flüssigkristallzelle
bisher bekannter Art zwischen Polarisator 5 und Analysator 6 wieder.
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Wie Fig. 6 deutlicljzeigt, liegt das Verhältnis Ic/Ip für die Kurve
C erheblich höher als für die Kurve B. Dies bedeutet, daß selbst bei gekreuzter
Durchlaßrichtung von Polarisator 5 und Analysator 6 wegen der willkürlichen Orientierung
der Flüssigkristalle in der Fltssigkristallzelle bisher üblicher Art ein Teil des
durchgehenden Lichtes
eine Drehung seiner Polarisationsebene erfährt
und daher den Analysator 6 passieren kann. Auch der Grund dafür, daß selbst bei
einer Änderung des Drehwinkels (Q) durch Verdrehung der Unterlage 7 mit der darauf
montierten Flüssigkristallzelle keine Änderung in der Intensität des durchgelassenen
Lichtes auftritt, liegt darin, daß die Flüssigkristalle in der Flüssigkristallzelle
bekannter Ausführung nicht gleichförmig orientiert waren.
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Sodann wurden die Zusammenhänge zwischen der Orientierung der Flüssigkristalle
und der Dicke der Flüssigkristallschicht untersucht. Als Flüssigkristalle wurden
dabei nematische Flüssigkristalle nach Beispiel 1 der vorstehenden Tabelle verwendet.
Bei diesem Vergleich wurde die Dicke der Flüssigkristallschicht durch Anderung der
Dicke der Abstandselemente aus Polyäthylenterephthalat von 9 /u auf 25 /u und 188
/u geändert. Die Ergebnisse der entsprechenden Untersuchungen sind in Fig, 7 veranschaulicht.
Ein Vergleich der verschiedenen Kurven in Fig. 7 zeigt, daß eine Anderung der Dicke
der Flüssigkristallschicht zu keiner wesentlichen Anderung in der Orientierung der
Flüssigkristalle fahrt, Die Tatsache, daß selbst bei so großen Werten wie 200 /u
für die Dicke der Flüssigkristallschicht eine Orientierung der Flüssigkristalle
erzielbar ist, zeigt deutlich, daß sich dann, wenn die Flüssigkristalle an der Grenzfläche
zwischen Behälterwand und Flüssigkristallschicht orientiert werden können, auch
die restlichen Flüssigkristalle der Reihe nach kettenartig oder kontinuierlich ausrichten
lassen.
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Wenn an die Zelle mit den ausgerichteten Flüssigkristallen ein elektrisches
Feld in Form einer Gleichspannung oder einer Wechselspannung angelegt wird, erfährt
die Ausrichtung der Flüssigkristalle durch dieses elektrische Feld
eine
Störung, und das eingestrahlte Licht wird gestreut pder polarisiert.
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Beispiel 23: Eine mit Lichtreflexion arbeitende elektrooptische Einrichtung
auf Flüssigkristallbasis wurde entsprechend Fi. 1 aufgebaut und mit einer analogen
Einrichtung bisher üblicher Art hinsichtlich des erzielbaren Montrastverhältnisses
verglichen. Dazu wurde eine Reflexionszelle aus einer als erhabener Überzug ausgebildeten
Elektrode und einer reflektierenden Elektrode mit einem aufgedampften Film aus Aluminium
aufgebaut, wobei die Zellenabmessun£en 40 x 50 mm betrugen und die Flüssigkristallschicht
eine Dicke von 9 /u aufwies, während die Wandoberflächen entsprechend Beispiel 1
mit Silikonöl KF50 behandelt waren.
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In diese Zelle wurden nematische Flüssigkristalle DI'TM-1 der Firma
Dainippon Toryo K.K. in Japan, also eine Mischung aus N-(P-Methoxybenzyliden)P-Butylanilin
und N- (P-Äthoxybenzyliden) P-Butylanilin .im Verhältnis 1:1, eingegossen, und an
diese Zelle wurden wiederholt Gleichstromimpulse mit einem Tastverhältnis von 1/4
und einer Impulsbreite von 4oo ms angelegt. Das bei der Anderung der anliegenden
Spannung reflektierte Licht wurde mit Hilfe eines Lichtdetektors gemessen, um das
Kontrastverhältnis Ion/If zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in
Fig. 8 festgehalten, wobei die Kurve D in Fig. 8 die mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten
elektrooptischen Einrichtung erzielten Ergebnisse darstellt, während die mit einer
in bisher üblicher Art aufgebauten elektrooptischen Einrichtung erhaltenen Ergebnisse
in Fig. 8 durch die Kurve E veranschaulicht sind. Ein Vergleich der beiden Kurven
D und E in Fig. 8 zeigt deutlich, daß sich die erfindungsgemäß ausgebildete elektrooptische
Einrichtung im Vergleich zu der bekannten Einrichtung durch ein wesentlich
besseres
Kontrastverhältnis auszeichnet.
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Beispiel 24: Eine entsprechend Beispiel 25 aufgebaute reflektierend
arbeitende elektrooptische Einrichtung auf Flüssigkristallbasis wurde für die Zwecke
einer Ziffernanzeige mit einer Elektrodenanordnung in Form einer aus zwei übereinander
angeordneten Rechtecken aufgebauten Acht ausgestattet, die aus sieben lichtdurchiässigen
Segmentelektroden bestand.
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Die Elektrodenoberflächen wurden entsprechend Beispiel 1 mit Silikonöl
KF50 behandelt, und die gleichen Flüssigkristalle wie in Beispiel 25 wurden in die
Elektrodenanordnung eingegossen. Die Segmentelektroden der elektrooptischen Einrichtung
wurden entsprechend dem gewünschten Ziffernmuster ausgewählt, und zwischen den reflektierenden
Elektroden wurden Gleichstromimpulse mit einer Amplitude von 50 Volt, einem Tastverhältnis
von 1/4 und einer Impulsbreite von 40 ms -angelegt, wodurch Ziffernmuster mit gutem
Kontrast erhalten wurden.
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Wie die vorstehende Besbhreibung zeigt, führt die Erfindung zu einer
elektrooptischen Einrichtung mit einem guten Kontrastverhältnis und einem elektrooptischen
Lichtzerhacker mit guter Leistung, der auch als lichtelektrischer Verschluß für
optische Geräte wie Kameras betrieben werden kann.