DE2336178C3 - Flüssigkristallzelle mit einem Überzug aus einem oberflächenaktiven Mittel auf den Trägerplatten - Google Patents

Description

als hydrophober Atom /,ruppe, bei der η eine Zahl von 5 bis 10 bedeutet, eine kationische Atomgruppe der Formel

worin R¹ eine Niedrigalkylgruppe und X eine Säuregruppe bedeutet, als hydrophile Atomgruppe aufweist.

2. Flüssigkristallzelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das oberflächenaktive Mittel eine Verbindung der Formel

25

_{2n + 1}SO₂NC₂H₄NMR¹I₃ ■ X

35

ist, worin η eine Zahl von 5 bis 10 darstellt, R¹ eine Niedrigalkylgruppe, X eine Säuregruppe und R⁴ ein Wasserstoffatom oder eine Niedrigalkylgruppe bedeutet.

3. Flüssigkristallzelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel eine Verbindung der Forme!

R⁴

C„F_{7n + I}CON(CH₂),N-(R')., X

ist, worin η für eine Zahl von 5 bis 10 steht, R¹ eine Niedrigalkylgruppe, X eine Säuregruppe, R⁴ ein Wasserstoffatom oder eine Niedrigalkylgruppe bedeutet und / eine Zahl von 1 bis 5 bedeutet.

4. Flüssigkristallzelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nematische Flüssigkristallsubstanz ein p-Alkoxybenzal-p'-butylanilin der Formel

und einer nematischen Flüssigknstallsubstan/, dazwischen den zwei Trägerplauen eingefüllt ist, wobei ein überzug aus einem eine Fluoralkangruppe en<haltenden oberflächenaktiven Mittel auf den suh gegenüberliegenden Flächen der zwei Tragerplatten

ausgebildet ist. . .

Flüssiokristallzciien, die aus einem nematischen fiüssi»en°Kristall und zwei Tragerplatten, die parallel zueinander anaeordnet sind und von denen mmuestens eine transparent ist, bestehen, sind bekannt. Eine solche Zelle weist das Phänomen auf, daß. wenn Ultraschallschwingung oder elektrische Spannung auf eine nematische flüssige Kristallschicht angewandt wird welche zwischen den beiden Trägerplatten anwesend ist. die transparente nematische flüssige Kristallschicht sich trübt. Es wurden Untersuchungen vorgenommen, um unter Verwendung dieses Phänomens Lichtabschirmvorrichtungen oder Vorfuhrvor-

'■tunsen zur Vorführung bzw. Zurschaustellung v» .. Buchstaben, Symbolen. Figuren usw. herzusteilen.

jedoch neiat bei den üblichen Flüssigkristallzellen die zwischen^den beiden Tragerplatten anwesende nematische flüssige Kristallschicht dazu, sich selbst in Abwesenheit von Ultraschallschwingungen oder elektrischer Spannung leicht zu trüben, da sich das nematische flüssige Kristallmater.al im ungeordneten Zustand befindet. Ls war sehr schwer. Kristall/eilen herzustellen, die diese Neigung nicht aufweisen.

Gemäß der älteren DT-OS 23 25 998 wird vorgeschlasien. die Innenfläche von Flüssigkristall/ellen mit einer eine funktioneile Gruppe mit Affinität oder Reaktivität zur Innenfläche der Flüssigkristallzellen aufweisenden Fluoralkylverbindung zu beschichten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Flüssigkristallzelle der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der ohne äußere Einwirkung auf die Zelle die Moleküle des Flüssigkristalle mit ihren Längsachsen senkrecht /u der Ptattenoberflächen ausgerichtet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, uuß das oberflächenaktive Mittel eine Verbindung ist, welche außer einer FIuorkohlenstolTgruppe

45

50

55

RO

,'- C₄Ji₉

ist, worin R eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlen-Stoffatomen bedeutet.

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallzelle mit fcwci Trägerplatlen, die parallel zueinander angeordnet lind und von denen mindestens eine transparent ist.

IM 1ItWl

65 als hydrophober Atomgruppe, bei der η eine Zahl von 5 bis IO bedeutet, eine kaiionische Atomgruppe der Formel

N (R¹)., X

worin R¹ eine Niedrigalkylgruppe und X ciik- Säuregruppe bedeutet, als hydrophile Atomgruppe aufweist.

Oie Niedrigalkylgruppe R¹ kann eine Methyl-, Äthyl-, Propyl- oder Hutylgruppe unü uie säuregruppe X ein Halogenatom oder eine Hydroxylgruppe oder eine Carbonsäuregruppe der Formel R² C OO, worin R² für einen Kohlenwasserstoffr.'sl. wie Methyl. Äthyl oder Phenyl steht, sein.

Typische Beispiele für die Fluor enthaltenden oberflächenaktiven Mittel sind Verbindungen der folgenden Strukturformeln:

R⁴
C₁₁F_2n+1SO₃NC₂H₄N¹W)₃-X

R⁴

C„F₂„ _{+ 1}CON(CH₂),N'(R'),-X

In diesen Formeln haben X. R¹ und η die vorstehende Bedeutung. R¹ steht für ein Wasserstoffatom oder eine Niedrigalkylgruppe. wie die Methyl-. Äthyl-. Propyl- oder Butylgruppe. und i kann die Zahl 1 bis 5 darstellen.

Bei den üblichen Flüssigknstallzellen. die zur Bestrahlung ihrer nematischen flüssigen Kristallschicht mit Uhraschallschwingur.gen vorgesehen sind, werden zwei transparent». Trägerplatten, wie Glas- oder Quarzplatten. parallel zueinander angeordnet. Andererseits werden bei üblichen Flüssigkeitszellen, die für die Anwendung von elektrischer Spannung au! ihre nematische flüssige Kristallschicht vo^ies^hen sind, zwei transparente Platten, von aenen ·■■>·<. auf ihrer einen Oberfläche eine transparente e'-xtrisch leitende Schicht aus Zinnoxid (Sr.O-1. Indiumoxid (In₂O₃I. Gold. Silber oder Platin \veist. parallel zueinander angeordnet, wöbe·. ^¹C o.etcinsch leitenden Oberflächen einander zugekci;··' sind. In flüssigen Kristailzellen der Art zur Anwendung \on elekirischer Spannung wird nun ein Überzug aus den Fluor enthaltenden oberflächenaktiven Mittel·, aut der transparenten elektrisch leitenden Schicht, die auf der transparenten Platte gebildet w,rd. gebildet.

W enn sc-lche Platten verwendet werden, die darauf cmc transparente elektrische Schicht aufweisen, erfordern die üblichen Techniken die wiederholte Waschung der transparenten elektrisch leitenden Schichten /ur /en der Zellenherstellung. Wenn jedoch ein Überzug des Fluor enthaltenden oberflächenaktiven Mittels auf die transparente leitende Schicht gebracht wird, kann eine solche Waschstufe durchgreifend ausgelassen werden.

hint solche 7elle kann dadurch hergestellt werden. dab man eine 0.0001- bis l.Ogewichtsprozentige wäßrige I ösung des Fluor enthaltenden oberflächenaktiven Mitt Is herstellt, daß man die erhaltene wäßrige Lösung auf die Oberflächen der I ragerpl.uien nach solchen Methoden, wie tintauchen. Sprühen oder Aufbürsten, aufträgt, den überzug bei Zimmertemperatur oder bei einer erhöhten Temperatur trocknet, wobei ein überzug aus dein Flur: enthaltenden oberflächenaktiven Mittel auf den Oberflachen der Iragerplatten gebildet wird, daß man die beiden Iragerplaiten parallel /ueinander ausrichtet, so daß die Oberflachen mit den überzügen einander zugekehrt sind, und daß man dann die Kanten der I ragerplatten abdichtet, wobei kleine Öffnungen gelassen worden um eine nematische flüssige Kristallsubstanz einzufüllen Alternativ kann eine ähnliche /eile dadurch hergestellt werden, daß m in zuerst die Κ.:"!-Γϊ 'J-J^r κ.·ιΛ.·η n:;r;illi-l zueinander ausgerichteten I rohrplatten abdichtet, wobei kleine t iffnungen ollengclasscp werden, dann eine wäßrige I osung des Fluor enthaltenden oberflächenaktiven Mit κ K in das (ieh.iuse einfüllt, dann die wäßrige Losung entleert und das Gehäuse in der Warme trockne! und zuieizt der? Flüssigkristall einfüllt

Fs kann eine Vielzahl von nematischen flüssigen Knstallsubslanzen verwendet werden, welche ζ B. Azoxyverbindungen wie p-Azoevanisol bzw p-Az.>cyan.inisol. gesättigt lienzolmonocarbonsaurcn. wie p-Huioxybenzoes.iure ( arbonate. wie Bulyl-4-|4-.ithoxjphenylcarbotiyli - p'runylcarbonat. und Azomelhinverbindungcn. vie p-Alkoxyb nzal-p-butylamlin. Anisidin ρ .imiriKjihenyiacet.il odet AmvT i v.inohenz t> lmiiHivinn.imal umfassen Inter diesen sird die p-Alkoxvbenzal-p-butylaniline der Forme!

RO

CH

worin R eine Alkylgiuppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet, sehr geeignet, da sie bei Zimmertemperatur in dem nematischen flüssigen Kristallzustand gehalten werden.

In den flüssigen Kristallzellen wird es bevorzugt, zwischen den Trägerplatten einen Abstand von lü bis 50 Mikron aufrechtzuerhalten. Wenn es erwünscht ist. das ieflekuerende Licht der nematischen flüssigen Kristallschicht in einer Vorführvorrichtung zu verwenden, ist es möglich, einen überzug auf einer Oberfläche der Trägerplatte aufzutragen oder einen Metaltüberzug anzubringen, um sie undurci: :chtig zu machen.

Der Lrfindungsgegenstand wird unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert:

F i g. 1 gibt eine Schnittansicht eines Teils der Flüssigknstallzelle wieder, und

F ι g. 2 gibt eine Schnittansicht wieder, die ein Beispiel der Verwendung der Flüssigkristallzelle veranschaulicht

!n der Flüssigknstallzelle werden auf den gegenüberliegenden Oberflächen der Trägerplatten 1.1. die parallel zueinander angeordnet sind und von denen mindestens eine transparent ist. überzüge 2.2 aus einem Fluor enthaltenden oberflächenaktiven Mittel gebildet, wie in Fig. 1 wiedergegeben wird. Wenn in diese Zelle eine nematische flüssige Kristallsubstan/. 3 eingefüllt wird, wird diese Substanz in einer Richtung senkrecht zu den Oberflächen der Trägerplatten 2.2 ausgerichtet. Als Folge der Tatsache, daß die flüssige Kristallsubstanz im orientierten (ausgerichteten) Zustand und nicht im Zufailszustand vorliegt, wei.-t die Flrssigkristallzelle ein hohes Ausmaß an Durchsichtigkeit auf. von der orientierten Richtung aus ge sehen, d h in Richtung des Pfeils A m den Zeichnungen, und es wird keine Trübung bemerkt

Der »DAP-Effekt--· kann unter Verwendung der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzellen erhalten werden. Dies wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 erläutert. Der DAP-Effekt wird in »Applied Physics Letters«. Bd. 19. S. 391 IT.. beschrieben: er beruht auf der Deformation von zunächst senkrecht zur Oberfläche ausgerichtete·.! Phasen des Flüssigkristalls durch ein angelegtes elektrisches Feld.

Ir der F ι g 2 ist die Flüssigkristallzelle mit / bezeichne: Die Bezugszahlen 1. i geben die transparenten Iragerplattei; wieder, von denen jede auf einer Oberfläche eine durchsichtige elektrisch leiter.de Schicht aufweist Die Zahlen 2.2 geben die auf den durchsichtigen ii-itenden Schichten der I ragerplatten 1. 1 gebildeten überzüge aus emem Fluor enthaltenden oberfiäfhfiiiiktiven Mittel wieder. Die Zahlen 4.4 geben Dichtungen zum Abdichten der beiden parallelen I ragerplatten 1. 1 wieder. 3 ist eine nematische flüssige Krislallsubstanz. Wenn die wie angegeben konstruierte Flüs: igkristallzelle zwischen einem Polarisator 5 und Analysator 5' angebracht wird, wobei die Polarisationsebene!! einander im rechten Winkel schneiden, und von Richtung des Pfeils B in der Zeichnung mit Licht bestrahlt wird, geht das polarisierte Licht durch eine Schicht der nematischen flüssigen Kristallsubstanz hindurch, kann jedoch nicht durch

den Polarisator 5 und Analysator 5' hindurchgehen, da der nematische flüssige Kristall, der in die Flüssigkrislall'/xllc / eingefüllt ist, in einer Richtung senkrecht zu den Oberflächen der Trägcrplatlen 1,1 orientiert ist. Wenn zu diesem Zeitpunkt eine Gleich- oder Wechselspannung (im allgemeinen werden 4 bis 15VoIt bevorzugt) an die transparenten elektrisch leitenden Schichten der Flüssigkristallzclle / angelegt wird, variiert der Oricnticrungswinkel der nematischen flüssigen Kristallsubstanz gegenüber den Ί ragerplatten 1.1 in Abhängigkeit von der angewandten Spannung, und dies auf (irund des Dipolmoments der ncmatischcn flüssigen Knslallsubstan/. Wenn demgemäß das durch den Polarisator 5 polarisierte I icht durch die nematische flüssige Kristallschichi hüidurchgeht. wird die Polarisationsebene gedreht, und dcm/ufolgc kann ein I eil des durch den Polarisator 5 polarisierten Lichtes durch den Analysator 5' hindurchtrctcn. Unter Verwendung des »DAP-Effekis« ist es möglich, eine Vorführvorrichtung mit hohem Kontrast "herzustellen. Wenn im vorstehenden Fall von der Richtung des Pfeils ß bestrahlt wird unter Variierung der auf die transparente elektrisch leitende Schicht angelegten Sparinung, wird der Oricnlicrungswinkel der nemaüschcn flüssigen KrisUillsubstaiiz gX'Sicnühcr den ■ TräperpläMen 1 I variiert, und der Rol.monswinkcl der polarisierten I liehe verändert sich in rbereinslimmung mit der Wellenlänge des Lichtes, wenn das licht durch dr nematische flüssige Kristallschichi hmdurchtriti Demzufolge können rote bis violette Lichtstrahlen aus dem Analysator 5 entnommen werden

Die folgenden Beispiele erinnern den I ilinduniisgegensland

H e : s ρ i

fs wurden die folgenden, in labeile I angegebenen Verbindungen als Fluor enthaltendes oberflächenaktives Mittel verwendet

"Libelle I

CJ ,-SOjNHCH^'lljN ΙΠΙ,Ι, I C_nF₁-S(KNHCH₂CH₂N (CH,), OH

C_KI ,-SOA[ICH₂(UN (C"!l_t), ()()(

C₁₁₁I₂₁SOjNHCH₂C-H₂N(CH.1 Cl

(I --Ii H-IIi

K-IlI) (F-IVi (F-Vi

Tabelle II

F-cnlhallende
oberflächenaktive MiHd

CM₁₅CONHCH₂Ch₂CH₂N(CH,), Cl

Is wurde von jedem Fluor enthaltenden oberflächenaktiven Mittel eine 0.1 gewichlsprozentige waßrige Lösung hergestellt und jeweils auf eine Oberfläche von zwei Glasplatten aufgetragen, wonach bei Zimmertemperatur getrocknet wurde, um einen überzug des Fluor enthaltenden oberflächenaktiven Mittels /u bilden Diese beiden Glasplatten wurden in einer Entfernung von 20 Mikron parallel zueinander ausgerichtet, wobei die überzogenen Oberflächen einander zugekehrt waren, und die Kanten wurden abgedichtet. wobei kleine öffnungen zum Einfüllen einer nematischen flüssigen Krislallsubstanz beibehalten wurden. Jede der in Tabelle II aufgeführten nematischen flüssigen Kristaiisubstanzen wurde durch die kleinen öffnungen in die erhaltene Zelle eingefüllt. Die so el 1

kleinen Öffnungen wurden geschlossen, um eine flüssige KnstJlzclle /u erhalten Die Iransparen/ der Zelle und d.is Ausmaß der Orientierung der nematischen flüssigen Krist.illsubstan/ der erhaltenen flüssigen Kristall/clle wurden gemessen Die Frgcbnis¹-'" sind in Tabelle Il angegeben

Das Ausmaß der Orientierung der ncm.iiischen flüssigen Knslallsubstan/ «uiü iiuith Legen tier in F 1 g 2 gezeigten flussigen Krislallzclk /wischet: zwei Ablenkplatten, deren Polansationsebcnen sieh senkrecht schneiden, und Strahlen von Licht von der Richtung des Pfeils B gemessen. Das mit ® in Tab angezeigte Oncntierungsausmaß bcdeutcL daß die nematische flüssige Knstallsubstan/ 100% in einer Richtung senkrecht zu den Glasoberflachen orientier! ist. mit anderen Worten da das durch den Polarisator 5 polarisierte Licht direkt durch die nematische flüssige Knstallschicht hindurchtritt, wird das I chi. das durch die nematische flüssige Knstallschicht hindurchgetreten ist. vollständig durch den Analysator 5' abgeschirmt. Das mit O gekennzeichnete Orientierungsausmaß bedeutet, daß dsc nematische flüssige Krislallsubsidnz etwa 80% in einer Richtung senkrecht zu den Glasoberflachen orientiert ist. mit anderen Worten: geht das Licht, das durch die nematische flüssige Knstallschicht hindurchgetreten ist, geringfügig durch den Analysator 5', was darauf zurückzuführen ist. daß. wenn das beim Polarisator 5 polar sierte Licht durch die nematische flüssige Kristallschicht hmdurchtntt. die Polarisationsebene gedreht bzw. rotiert wird.

Nematische flüssige Krislallsubstan/en Transparen/

Ausmaß der Oricnlierum:

CHjO -;-^: _/- CH = N- -f -C₁H₉ CH,O-^ CH N C_xH,

gut

gut

I III

CU,O

CH N '' C\H_U (50 Gewichtsprozenti gut

CH N

C₄ «ut

Fortsetzung

f-'-crifhiillcndc Nematische flüssige' Krisliillst.bslan/efi «heriliichcn-

•fclivc Mittel

F-IV

F-V

CH.,0

CII₁O

- N

cn \ C₄ H,

Trans-	AiisniiiH der Orieiiiieniny
gut	©
gut	®

Beispiel 2

(jlasplattcn. auf deren einer Ohcrfiachc cmc durchiichlige elektrisch leitende Schicht gebildet wurde, die aus Zinnoxid. Indiumoxid, Gold. Silber oder Platin fccstand, wurden als Trägcrpfallcn verwendet. Fs Kurde jeweils eine O.Sgcwichtspro/entigc wäßrige Losung der angegebenen. Fluor enthaltenden oberflächenaktiven Mitte! auf die transparente leitende Schicht einer jeden der Trägerplatte!! aufgetragen und bei Zimmertemperatur getrocknet, um einen t'ber/ug des Fluor enthaltenden oberflächenaktiven Mittels auf der transparenten leitenden Schicht /ti erhalten. Dann wurden die beiden Trägcrplattcn in einem

Tabelle III

l^;-jnt- Durchhaltende sichtige tober- leitende (lachen- Schicht

Nematische ftussipc fCrislallsubslan/cn

Abstand von 15 Mikron parallel zueinander ausgerichtet, wobei die überzogenen Oberflächen einander /ugckchrt waren, und es wurde, wie im Beispiel I angegeben, eine Zelle hergestellt. GcwünschtenfalK wurde eine nematische flüssige Kristallsubstan/ in die Zelle bei einer erhöhten Temperatur eingefüllt, um dadurch eine flüssige Kristallzellc herzustellen. Es wurden die Transparen/ und das Orienlicrungsausmaß der nematischcn flüssigen Krislallsubstanz gemessen.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengefaßt.

Trans- Ausmaß der

[raten/ Orientierung

Mute!

F-I SnO₂ CH₃O * CH ·- N

Au CH, O

Ag

SnO,

Pt

, CH --■ N -"

CH₃O —^ - CH = N ^

CH₃O S , CH N *

C₂H,Q- ^ - CIi N

CH₃O -^ s CH - N f

OC-CH₃ (100 C)

C₄H_P

gut

gut ©

/-C₄H₉ gul

xC₄Hq (50 Gewichtsprozent) gut

, C₄Hq (50 Gewichtsprozent) gut

,■ - C₄Hq (50 Gewichtsprozent) gut

C₂H₃O
F-II SnO, CH₃O

-CH N C₄Hq (50 Gewichtsprozent) gut

CH N

In₂O₃ CH₃O-" .-CH--- N gut

"Ul

609 625 259

roriscl/uMg	Durch
!■'-ein	sichtige
haltende	lullende
obcr-	Schicht
fliichfii-
aktive
Mittel

Nematische fiiis.igc Krislallsubsliin/iMi

10

paren/

AusmuU der Orientierung

!--in SnO₂ αΐ.,ο <ζ , cn ν ' \ c₄n„ gut ®

C₄Il₁, 132 Gewichtsprozent) gut ©

\ιι C	H,O	//	s cn	N
	2Μ5Ο		/ cn	N -'}
C	,H0(J		, cn	N ^
C12	H„O	//		-- N /;
SnO, C	!-I1O	J-	cn	- N -^

C₄II₄ (36 Gewiehlspro/cnl) gut

K-V SnO₂ CH₃O <

Bei Anwendung einer 15-Volt-Gleichspannung auf die transparente leitende Schicht der in diesem Beispiel erhaltenen Flüssigkristallzcllen wurde die transparente nematische flüssige Kristallschicht Irüb.

Wenn jede dieser flüssigen Kristallzellen /wischen «lern Polarisator 5 und dem Analysator 5', deren

/■ - C₄H₁, (22 Gewichtspro/cnl) gut ®

/ C₄H₉ (10 Gewichtsprozent) gut ®

y C₄IU, gut ©

-C₄H₁, gut ©

Polarisationsebencn senkrecht aufeinander waren, eingebracht wurde und eine Gleichspannung von 5 bis 8 Volt an die Iransparente leitende Schicht angelegt wurde und gleichzeitig von der Richtung des Pfeils B weißes Licht darauf eingestrahlt wurde, konnten rote bis violette Strahlen aus dem Analysator 5' entnommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Flüssigkristallzelle mit zwei Trägerplatten, die parallel zueinander angeordnet sind und von denen mindestens eine transparent ist, und einer nematischen Flüssigkristallsubstanz, die zwischen den zwei Trägerplatten eingefüllt ist, wobei ein überzug aus einem eine Fluoralkangruppe enthaltenden oberflächenaktiven Mittel auf den sich gegenüberliegenden Flächen der zwei Trägerplatten ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel eine Verbindung ist, welche außer einer Fluorkohlenstoffgruppe der Formel