DE2431482C3 - Elektro-optisches Flüssig-Kristallelement - Google Patents
Elektro-optisches Flüssig-KristallelementInfo
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- DE2431482C3 DE2431482C3 DE19742431482 DE2431482A DE2431482C3 DE 2431482 C3 DE2431482 C3 DE 2431482C3 DE 19742431482 DE19742431482 DE 19742431482 DE 2431482 A DE2431482 A DE 2431482A DE 2431482 C3 DE2431482 C3 DE 2431482C3
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektro-optisches Flüssig-Kristallelement mit einem Paar einander gegenüberstehender
Elektrodenplatten und zwischen den beiden Platten einer dünnen Schicht eines nematischen
Flüssig-Kristallmaterials mit einer positiven dielektrischen Anisotropie, bei dem wenigstens eine der
Elektrodenplatten auf ihrer Innenfläche mit einer dünnen organischen, entlang einer Richtung geriebenen
Schicht überzogen ist.
Es ist bekannt, daß nematische Flüssig-Kristallmaterialien (nachfolgend als N-Flüssig-Kristalle bezeichnet)
zur Lichtmodulation unter Ausnutzung ihrer spezifischen Eigenschaften, daß ihre optischen Eigenschaften
und Einwirkung von elektrischen Feldern, magnetischen Feldern und Ultraschallwellen verändert werden,
eingesetzt werden können. Derartige Elemente umfassen im allgemeinen eine Schicht aus dem N-Flüssig-Kristallmaterial,
die zwischen zwei Substraten vorliegt, die so angeordnet sind, daß sie einander in einem Abstand
von weniger als etwa 50 μ gegenüberstehen, wobei wenigstens eines der Substrate transparent ist. Die unter
Anwendung von elektrischen Feldern, magnetischen Feldern oder Ultraschallwellen verursachte Änderung
der Molekülanordnung wird zur Lichtmodulation verwendet.
Verbindungen, die derartige N-Flüssig-Kristalle bilden, werden in zwei Typen je nach der Molekularstruktur
und den dielektrischen Eigenschaften eingeteilt, wobei ein Typ dadurch gekennzeichnet, ist, daß die
Molekularachse und der elektrische Dipol im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen (der Flüssig-Kristall
dieses Typs wird nachfolgend als »Nn-Flüssig-Kri-
-χ- stalk bezeichnet) und der andere Typ dadurcl·
"'charakterisiert ist, daß die Molekülachse und dei
elektrische Dipol praktisch parallel zueinander sind (dei FIüssig-Kristall dieses Typs wird nachfolgend al:
»Np-Flüssig-Kristall« bezeichnet). Somit gibt dei
Nn-Flüssig-Kristall einen N-Flüssig-Kristall mit einei
negativen dielektrischen Anisotropie an, und dei Np-Flüssig-Kristall gibt einen N-FIüssig-Kristall mi
einer positiven dielektrischen Anisotropie an.
ι ο Ein übliches elektrooptisches Np-Flüssig-Kristall-EIe
ment umfaßt ein Paar Elektrodenplatten, die se angeordnet sind, daß sie einander gegenüberstehen unc
eine zwischen diesen Platten zwischengelagerte Np Flüssig-Kristallschicht Die Molekülachsen des Np-Flüs
sig-Kristalls sind parallel zu den Elektrodenflächer
angeordnet und in einer parallelen Ebene jeweils in dei gleichen Richtung orientiert. In den verschiedener
Ebenen sind die Molekülachsen in kontinuierlicl gegeneinander verdrehten Richtungen angeordnet
Eine derartige Orientierung der Molekülachsen wire durch Reiben der Elektrodenflächen längs einei
Richtung mit Tüchern, Papier od. dgl. und Aufeinander schichten der beiden geriebenen Elektroden, so daß die
Reibrichtungen im rechten Winkel zueinander verlau fen, hergestellt. Die Molekülachsen in der Nähe dei
Elektrodenfläche sind längs der Reibrichtung orientiert während die Molekülachsen in der FIüssig-Kristall
schicht in kontinuierlich deformierten Zustand orien tiert sind. Wenn polarisiertes Licht durch diese
jo Flüssig-Kristallschicht hindurchgeht, wird die Polarisa
tionsebene des Lichtes in Abhängigkeit von dem Grac der Deformierung der Molekülachsenrichtung gedreht
Diese Deformierung der Richtung der Molekülachse kann durch Anwendung eines entsprechenden elektri
J5 sehen Feldes entspannt werden. Folglich wird es durcl
Einstellung der Stärke des elektrischen Feldes ermög licht, die Drehung der Polarisationsebene des durch dai
Element hindurchgehenden polarisierten Lichtes einzu stellen.
Wenn das Np-Flüssig-Kristallelement zwischen zwe
polarisierende Platten eingefügt wird, ändert es siel
vom lichtundurchlässigen Zustand zum lichtdurchlässi gen Zustand oder vom lichtdurchlässigen Zustand zun
lichtundurchlässigen Zustand je nach der angelegter Spannung, und diese Lichtmodulation wird zur Anzeigi
verwendet.
Da das Lichtmodulationsverfahren unter Verwen dung des zwischen zwei polarisierende Platten angeord
neten Np-Flüssig-Kristallelementes, wobei die Plattei
so angeordnet sind, daß die Oszillationsebenen de: Lichts einander kreuzen, einen Mechanismus liefert, de
sich von einem elektro-optischen Nn-Flüssig-Kristall element vollkommen unterscheidet, kann ein höhere:
Kontrastverhältnis bei der Verwendung zur Anzeigi eines Musters erhalten werden.
Ferner kann das elektro-optische Np-Flüssig-Kristall element als logisches Element für die Boolesch!
Algebra, logisches Produktgatter, ein »nor«-Gatte oder kompliziertere logische Schaltungen verwende
werden. Wenn ein elektro-optisches Np-Flüssig-Kri Stallelement, das rasch ansprechen kann, verwende
wird, kann es zur Anzeige eines drei-dimensicnalei Fernseh- oder Kinobildes verwendet werden. Ferne
kann das elektro-optische Flüssig-Kristallelement, di der Wellenlängenbereich von hindurchgelassenen
Licht je nach der elektrischen Spannung variiert, wem sie sich innerhalb des Bereichs vom Schwellenwert bi
zur Sättigungsspannung ändert, zur Darstellung voi
Farben verwendet werden.
Bei den üblichen elektro-optischen Np-Flüssig-Kristallelementen
wird das Verfahren des Reibens der Elektrodenfläche entlang einer Richtung zur Orientierung
der Flüssig-Kristallmoleküle, wie vorstehend angegeben, verwendet. Es ist jedoch dabei unmöglich,
die Flüssig-Kristallmoleküle gleichmäßig zu orientieren, so daß die Anzeige bzw. Darstellung in dem erhaltenen
Element ungleichmäßig wird und es können keine zufriedenstellenden Eigenschaften erhalten werden.
Beispielsweise sollte in einem Lichtmodulationssystem, in welchem das Element, in dem die Reibungsrichtungen
in rechten Winkeln zueinander verlaufen, zwischen zwei polarisierenden Platten, deren Polarisierungsachsen
parallel zueinander sind, angeordnet ist, die Darstellung
ohne Anwendung eines elektrischen Feldes schwarz sein. Jedoch erscheint die Darstellung tatsächlich
dunkelgrau, weil das Element mehr oder weniger Licht auf Grund ungleichmäßiger Orientierung der Flüssig-Kristallmoleküle
durchläßt
Da das FIüssig-Kristallmaterial in Kontakt mit der Elektrodenfläche kommt und daher eine elektrochemische
Reaktion an der Grenzfläche stattfindet, wird die Lebensdauer des Elementes kurz.
Als Mittel zur Orientierung der Np-Flüssig-Kristallmoleküle
wird in der Veröffentlichung »Appl. Phys. Letters« 21 (1972), S. 173-174 ein Verfahren beschrieben,
bei dem Platin, Gold, Aluminium, Kupfer, Siliciummonoxid oder Chrom auf die Elektrodenfläche
in Form eines ausgerichteten Films durch Aufdampfen jo unter streifendem Einfall aufgebracht wird.
Die US-PS 25 24 286 beschreibt Polarisatoren, in welchen ein Film aus Celluloseacetat oder Acrylharz
gerieben wird, um die Oberfläche anisotrop zu machen, worauf ein nematischer Farbstoff aufgebracht, durch
den nematischen Zustand geführt und getrocknet wird.
Die US-PS 25 24 280 betrifft jedoch Polarisatoren und keine elektro-optischen Elemente.
Ferner beschreibt die Veröffentlichung »IBM Techn. Discl. Bull.« 13, (1971), S. 3237 ein elekiro-optisches
Element, welches eine dünne Schicht von einem Flüssig-Kristallmaterial und Elektroden umfaßt, deren
Oberflächen mit 2-p-Octylphenoxyäthanol überzogen
sind und mit einem Tuch in einer Richtung gerieben werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung von elektro-optischen Flüssig-Kristalitlernenten der eingangs
angegebenen Art mit einer gleichmäßigen Orientierung der Np-Fiüssig-Kristallmoleküle auf einer
Elektrodenfläche, die eine verlängerte Lebensdauer besitzen und bei der Herstellung im großtechnischen
Maßstab eine verminderte Abweichung der elektro-optischen Eigenschaften der einzelnen Elemente aufweisen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß die organische Schicht aus
einem Celluloseharz aus der Gruppe von Nitrocellulose, Acetylcellulose, Celluloseacetatbutyrat und Celluloseacetatpropionat
besteht.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schicht aus dem Celluloseharz
eine Dicke von weniger als 5 μηι auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen die Celluloseharzschicht und
die Innenfläche der Elektrodenplatte ferner eine dünne Schicht aus einem hitzehärtbaren Harz aufgebracht.
Auf diese Weise kann ein Element mit guter Orientierung der Flüssig-Kristallmoleküle und ausge*
zeichneten elektro-optischen Eigenschaften erhalten werden, und ferner wird die Abweichung der elektrooptischen
Eigenschaften zwischen den einzelnen Elementen, die durch Massenproduktion erhalten wurden,
verringert
Die organische Schicht kann auch mit der Elektrodenfläche unter Anwendung von Druck und Wärme heftend
verbunden werden. Der Decküberzug kann unter Verwendung eines einzelnen Überzugmaterials oder
eines Gemisches gebildet werden, und kann auch eine Einzelschicht oder ein Laminatfilm sein.
Die Dicke des Decküberzugs ist nicht besonders kritisch, wenn jedoch die Dicke zu groß ist, spricht das
erhaltene Element zu langsam an. Vorzugsweise beträgt die Dicke des Decküberzuges weniger als etwa 5 μίτι,
besonders bevorzugt weniger als 1 μΐη.
Die dünne Schicht aus dem hitzehärtbaren Harz ist
vorzugsweise aus organischen, hochmolekularen Materialien wie Epoxy-, Phenol-, Urethan- und Acrylharzen
gebildet.
Die Schicht aus dem Celluloseharz auf der Elektrode wird dadurch erhalten, daß das Celluloseharz in einem
geeigneten. Lösungsmittel, wie beispielsweise n-Butylacetat,
Aceton, Methylacetat, Methyläthylketon, Methylisobutylketon, Butylcellosolve und Diäthylenglykoläther
unter Bildung einer Lösung mit einer Celluloseharzkonzentration von 0,1 bis 5 Gew.-%,
bevorzugt 0,5 bis 2 Gew.-°/o, gelöst wird und dann die Lösung auf die Elektrode nach einer üblichen Überzugsmethode, beispielsweise durch Tauchüberziehen, Sprühüberziehen,
Bürstenüberziehen, Walzenüberziehen oder dergleichen aufgezogen wird. Der Überzug wird
natürlich getrocknet oder durch Erhitzen bei 40 bis 8O0C
getrocknet. Das Celluloseharz kann einzeln oder in Form eines Gemisches von zwei oder mehreren
verwendet werden.
Die mit dem Celluloseharz überzogene Elektrode wird dann in einer Richtung mehrmals unter Anwendung
eines Drucks von wenigstens 1 g/cm2 mit einer Bürste, n.it Papier oder Tuch gerieben. Besonders gute
Orientierung kann in den Molekülen des Flüssig-Kristalls erhalten werden, wenn das Reiben unter
Anwendung eines Drucks von 5 bis 100 g/cm2 erfolgt und in diesem Fall können Elemente mit ausgezeichnetem
Kontrastverhältnis erhalten werden.
Ein Paar der so vorbehandelten Elektrodenplatten wird gegenüberliegend angeordnet, wobei ein Abstand
durch einen Abstandshalter konstant gehalten wird, und die Np-Flüssig-Kristalle werden in diesem Abstandsraum
unter Bildung eines Elementes eingespritzt.
Tabelle I zeigt Daten der Anfangsspannung und der Sättigungsspannung, die mit Bezug auf Elemente, bei
denen eine Elektrode mit dem Celluloseharz überzogen war, gemessen wurde. Die zur Messung verwendeten
Elemente wurden in folgender Weise hergestellt.
Ein Harz wurde in einem geeigneten Lösungsmittel unter Bildung einer Lösung mit einer Harzkonzentration
von 1,0% gelöst und die Lösung wurde auf eine transparente auf Glas befindliche Elektrode nach der
Tauchüberzugsmethode aufgezogen. Das Trocknen des Decküberzugs erfolgte bei 100"C während 10 min im
Fall des Celluloseharzes. In jedem Überzug wurde die Dicke auf etwa 1 μπι eingestellt Dann wurde die
überzogene Elektrodenfläche mit Baumwolltuch unter Anwendung eines Drucks von 10 g/cm2 gerieben.
In jedem Element wurde als das Np-Flüssig-Kristallmaterial
eine Np-Flüssig-Kristallmasse folgender Zusammensetzung
verwendet:
27 Gew.-% p-Methoxybenzyliden-p'-n-butyl-
anilin,
27 Gew.-% p-Äthoxybenzyliden-p'-n-butyl-
27 Gew.-% p-Äthoxybenzyliden-p'-n-butyl-
anilin,
26 Gew.-% p-Äthoxybenzyliden-p'-n-heptyl-
26 Gew.-% p-Äthoxybenzyliden-p'-n-heptyl-
anilin,
10 Gew.-% p-Cyanobenzylidenanilin und
10 Gew.-% p-Cyanophenyl-p'-n-octyloxybenzoat
10 Gew.-% p-Cyanophenyl-p'-n-octyloxybenzoat
und der Abstand zwischen den Elektrodenflächen wurde auf 7 ± 1,5 μηι eingestellt Mit jedem Harz wurde
eine Anzahl (100 Bahnen) von Elementen hergestellt und die Abweichungen der Anfangsspannung und
Sättigungsspannung wurden unter den Elementen geprüft In Tabelle I ist der Grad der Abweichung der
Spannung durch die Länge des Pfeils ausgedrückt und die Anfangsspannung bedeutet eine aufgegebene
Spannung, bei der 1G% Lichttransmission erhalten wurde, und die Sättigungsspannung bedeutet eine
aufgegebene Spannung, bei der !)O°/o Lichttransmission
erhalten wurde.
Spannung (Vrms)
Anfangsspannung (oberer Pfeil) und Sättigungsspannung (unterer Pfeil)
4 6 8 IO 12 14 16 18 20
Nitrocellulose
Acetylcellulose
Celluloseacetatbutyrat
Celluloseacetatpropionat
Vergleichsversuche
Acrylharz
Melaminharz
Epoxyharz
Phenolharz
Wie sich aus Tabelle I ergibt, sind in den Elementen, die eine mit dem Celluloseharz überzogene Elektrode
aufweisen, sowohl die Anfangsspannung als auch die Sättigungsspannung viel geringer als in den Vergleichsweise
untersuchten Elementen, die eine mit Acrylharz, Melaminharz, Epoxyharz oder Phenolharz überzogene
Elektrode aufweisen. Die ersteren Elemente sind somit gegenüber den letzteren Elementen insofern vorteilhaft,
als die Einleitungsspannung sehr niedrig ist. Aus Tabelle I ist gleichfalls ersichtlich, daß im Fall der Massenproduktion
Abweichungen der Anfangsspannung und der Sättigungsspannung viel geringer unter den ersteren
Elementen als unter den letzteren Elementen sind.
Bei visueller Prüfung der Gleichmäßigkeit der elektro-optischen Empfindlichkeit bzw. des Ansprechens
mit Bezug au' ]«äes der in Tabelle I wiedergegebenen
Elemente wurde festgestellt, daß das Element, welches eine mit dem Celluloseharz überzogene
Elektrode aufwies, eine gleichmäßigere elektro-optische Empfindlichkeit über das gesamte Element aufwies
als die anderen Elemente. Ferner wurde bei den Elementen, bei denen eine Elektrode mit dem in Tabelle
60
65
I gezeigten Celluloseharz überzogen war, kein wesentlicher Unterschied der Einleitungsspannung in einem
Element beobachtet und es wurde festgestellt, daß der Unterschied der Einleitungsspannung in einem Element
1 % oder geringer war.
Tabelle II erläutert Daten des Variationsbereichs des maximalen Kontrastverhältnisses (Prozent-Transmission
unter keiner Spannung/Prozent-Transmission unter Sättigungsspannung), bestimmt mit Bezug auf
Elemente, die durch Überziehen einer Elektrode mit Nitrocellulose und Reiben der Nitrocellulose unter
Anwendung eines Drucks von 1 g/cm2 bis 1 kg/cm2 hergestellt worden waren, und zum Vergleich Elemente,
die durch Überziehen einer Elektrode mit einem Acrylharz, Melaminharz, Epoxyharz oder Phenolharz
und Reiben des Überzugs unter Anwendung eines Drucks von 10 kg/cm2 bis 50 kg/cm2 hergestellt worden
waren. In jedem der in Tabelle II wiedergegebenen Elemente waren die Überzugsdicke, die Zusammensetzung
des Np-Flüssig-Kristallmaterials und der Abstand
zwischen den Elektrodenflächen die gleichen wie die der in Tabelle I wiedergegebenen Elemente.
Harz | Maximales Kontrastverhältnis IO 20 30 40 |
< .. ... | 50 1 |
90 | 100 |
Nitrocellulose | < | < ■■■ > | -> | ||
Acrylharz | |||||
Melaminharz | |||||
Epoxyharz | |||||
Phenolharz | |||||
60 I |
|||||
70 1 |
|||||
80 I |
|||||
Wie aus Tabelle II ersichtlich, weisen die Elemente, bei denen eine Elektrode mit Nitrocellulose überzogen
ist, ein viel höheres maximales Kontrastverhältnis auf als die anderen Elemente und sie haben stets ein
maximales Kontrastverhältnis von wenigstens 30 :1. Ferner wurde festgestellt, daß, wenn der Nitrocelluloseüberzug
unter Anwendung eines Drucks von 5 bis 100 g/cm2 gerieben wird, besonders gute Kontrastverhältnisse
im Bereich von 50 :1 bis 100 :1 erhalten werden können. Gleiche Ergebnisse wurden erhalten,
wenn Acetylcellulose, Celluloseacetatbutyrat und CeIIuloseacetatpropionat
anstelle der Nitrocellulose verwendet wurde.
Die elektro-optischen Eigenschaften des Elementes werden durch das Molekulargewicht (Poiymerisationsgrad)
oder den Grad der Substitution des zum Überziehen der Elektrode verwendeten Celluloseharzes
kaum beeinflußt Speziell wurde, selbst wenn Celluloseharze, die sich im Molekulargewicht (Polyme
grad) und im Substitutionsgrad unterschieden, zum Überziehen der Elektrode verwendet wurden, kein
wesentlicher Unterschied der elektro-optischen Eigenschaften unter den erhaltenen Elementen beobachtet.
Dieses Merkmal ist leicht aus Tabelle III ersichtlich, in der Daten der Anfangsspannung und Sättigungsspannung
wiedergegeben sind, die mit Bezug auf Elemente gemessen wurden, die unter Verwendung von Nitrocellulose
und Celluloseacetatbutyratharzen, die sich hinsichtlich der Viskosität (eine höhere Viskostät zeigt ein
höheres Molekulargewicht an) und hinsichtlich des Substitutionsgrades unterschieden, als Elektrodenüberzugsmaterial
hergestellt wurden. In jedem der in Tabelle III wiedergegebenen Elemente waren der Reibdruck,
die Überzugsdicke, die Zusammensetzung des Np-Flüssig-Kristallmaterials
und der Abstand zwischen den Elektrodenflächen die gleichen, wie die der in Tabelle I
wiedergegebenen Elemente.
Tabelle III | Viskosität | Substitution-Grad | Anfangs | Sättigungs |
spannung | spannung | |||
(see) | (%) | (V) | (V) | |
Nitrocelluioseharze | 1,0-1,5 | 11,5-12,2 | 4,4 | 6,3 |
1 | 40 | 11,5-12,2 | 4,3 | 6,6 |
2 | 110,0-140,0 | 11,5-12,2 | 4,3 | 7,0 |
3 | 20-29 | 10,7-11,4 | 4,2 | 6,2 |
4 | Acetyl Buiyi | |||
Ceiiuioseacetatbutyratharze | 0,8-1,2 | 5,0 49 | 4,4 | 12,4 |
1 | 4,0-6,0 | 5,0 49 | 4,6 | 11,3 |
2 | 0,07-0,16 | 13,5 37 | 5,2 | 12,0 |
3 | 0,3-0,5 | 13,5 37 | 5,2 | 11,8 |
4 | 1,5-3,0 | 29,5 17 | 4,4 | 10,6 |
5 | 31-40 | 29,5 17 | 4,2 | 10,0 |
6 | ||||
Wie sich aus Tabelle III ergibt, ergibt sich bei jedem
der Nitrocellulose- und Ceiiuioseacetatbutyratharze kein wesentlicher Unterschied in der Anfangs- und
Sättigungsspannung, nämlich den elektro-optischen Eigenschaften, selbst wenn das Molekulargewicht und
der Substitutionsgrad verändert wurden. Auch im Fall
von Acetylcellulose und Celluloseacetatpropionat wurde festgestellt, daß die elektro-optischen Eigenschaften
der erhaltenen Elemente durch das Molekulargewicht und den Substitutionsgrad kaum beeinflußt wurden.
Ferner ist bei den Elementen nach der Erfindung der bei der Reibbehandlung anzuwendende Druck erheblich verringert und daher kann die Reibbehandlung sehr vereinfacht werden. Folglich kann bei Massenproduk-
Ferner ist bei den Elementen nach der Erfindung der bei der Reibbehandlung anzuwendende Druck erheblich verringert und daher kann die Reibbehandlung sehr vereinfacht werden. Folglich kann bei Massenproduk-
ίο
tion die Abweichung der elektrooptischen Eigenschaften
in hohem Maße verringert werden und es ist möglich, die Flüssig-Kristallelemente bei geringen
Kosten in großen Mengen herzustellen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Haftung des Celluloseharzüberzugs an der
Elektrodenfläche verbessert werden, indem zwischen dem Celluloseharz und den Elektrodenschichten eine
wärmehärtende organische hochmolekulare Substanzschicht mit guter Haftung sowohl an dem Celluloseharz
als auch an der Elektrode angeordnet wird. Zu Beispielen derartiger wärmehärtenden Substanzen
gehören Epoxy-, Phenol-, Urethan- und Acrylharze. Die dazwischen angeordnete wärmehärtende Substanzschicht
sollte im Hinblick auf die weitere Ausbildung der Celluloseharzschicht auf dieser Schicht nicht zu dick
sein und bevorzugt beträgt die Stärke weniger als etwa 1,0 μιη, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 μίτι.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.
Eine mit einer leitenden Schicht aus SnC>2 versehene
Glasplatte von 3x4 cm2 (als Glaselektrode in den
folgenden Beispielen bezeichnet) wurde in eine 3gew.-°/oige Lösung von Nitrocelluloseharz in n-Butylacetat
eingetaucht Der so erhaltene Decküberzug wurde bei Raumtemperatur getrocknet und dann
eingebrannt und in einem Trockner bei 1000C während
5 min getrocknet Die überzogene Elektrode wurde
längs einer Richtung mit Tüchern unter einem Druck von 10 kg/cm2 gerieben, und ein Paar der so vorbehandelten
Elektrodenplatten wurde so angeordnet, daß die Reibrichtungen in rechten Winkeln zueinander verliefen,
wobei die beiden Platten durch einen isolierenden Distanzhalter von 4 μιη Stärke eingestellt wurden.
Sämtliche anderen öffnungen als die öffnung zum Einspritzen eines Flüssig-Kristallmaterials wurden mit
einem Klebstoff abgedichtet.
Eine Np-Flüssig-Kristallzusammensetzung, bestehend
aus 80 Gew.-% eines Gemischs in gleichen Gewichtsverhältnissen von p-Methoxybenzyliden-p'-nbutylanilin
und p-Äthoxybenzyliden-p'-n-butylanilin und
20 Gew.-% einer Verbindung der folgenden Formel
O >CH==N
NO,
20
25
wurde in die Zelle eingespritzt und die Einspritzöffnung wurde mit Klebstoff verschlossen. Ein Bezugselement
wurde gebildet, indem die gleiche Zelle von Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt wurde, daß eine
nicht-überzogene Elektrode verwendet wurde, wobei die oben erwähnte Np-Flüssig-Kristallzusammensetzung
eingespritzt wurde und die Zelle verschlossen wurde.
Tabelle IV zeigt die Eigenschaften einer Lichtmodulationsvorrichtung,
wo das Element von Beispiel 1 und das Bezugselement zwischen zwei Polarisationsplatten
angeordnet wurden.
Tabelle IV | Kreuzung d. Polari sations- platten*1) |
Schwellen spannung und Sättigungs spannung Von*1) |
Helligkeit der Darstellung und Farbveränderungen |
Tempe- ratur- zyklus- test*3) Anzahl der Zyklen |
Strom test*4), h |
N-Ipt ι Zu Beginn |
Nach 500 Std. |
Stromdichte*'1) μΑ/cm2 Zu Nach Beginn 500 Std. |
1,3 |
Probe Nr. | 2,2-5,3 | Vollkommen gleich mäßige Helligkeit (Schwarz - Weiß) |
über 20mal |
>1500 | 59,9 | 59,8 | 0,91 | 7,4 | |
1 | = | 2,9-8,9 | Ungleichmäßige Helliekeit |
2mal | <100 | 61,0 | 57,3 | 1,30 | |
Bezugs element |
|||||||||
(Schwarz -* Weiß)
Zu den einzelnen Spalten seien folgende Erläuterungen gegeben:
*') = : Die Oszillationsebenen des Lichts verlaufen parallel zueinander.
*2) Die Schwellenwerte und Sättigungswerte der vorliegenden Elemente wurden visuell beobachtet Die tatsächliche Sättigungsspannung
(beispielsweise, wenn eine prozentuale Lichttransmission von 90% in der Farbänderung von Schwarz
zu Weiß erreicht würde) ist höher als der beobachtete Wert.
*3) Ein Zyklus umfaßt das Stehenlassen der Elemente bei -20"C während 14 Stunden und während 10 Stunden bei 7O11C
ohne Anlegung eines Feldes. Die Anzahl der Zyklen, bis das Kontrastverhältnis einen Wert von weniger als 50 % mit Bezug
auf den vorhergehenden Test erreicht hat Die Tatsache, daß die Anzahl der Zyklen groß ist, zeigt eine verbesserte Stabilität
der Orientierung.
**) Die Zeit (h) bis 5 Vrms für 50 Hz kontinuierlich bei 50 C aufgebracht sind und das Kontrastverhältnis einen Wert von
weniger als 50 %, bezogen auf den Wert vor Anlegung des Feldes, erreicht hat Eine lange Zeit zeigt eine verbesserte Stabilität
der Orientierung.
*5) 5 Vrms für 50Hz wurden kontinuierlich bei 25 C während 500 Stunden aufgegeben. N-Ipt (nematisch-isotrope Übergangstemperatur)
der Np-Flüssig-Kristallmasse bei Beginn der Anwendung und nach Ablauf von 500 Stunden. Wenn
eine elektro-chemische Reaktion an der Grenzfläche zwischen dem Flüssig-Kristallmaterial und den Elektrodenschichten
stattfindet wird der N-Ipt-Wert auf Grund der Zersetzung des Flüssig-Kristallmaterials verringert Folglich zeigen Elemente,
die einen großen Abfall des N-Ipt-Wertes nach 500 Stunden ergeben, daß die elektro-chemische Reaktion rasch
fortschreitet und daher wird die Lebensdauer des Elementes kurz. Die in den Beispielen verwendete Flüssig-Kristallzusammensetzung
besitzt einen mesomorphen Bereich von -15 C ~ 61 (S.
*6) Stromdichte je 1 cm2 durch ein Element bei der Anfangsaufgabe und nach 500 Stunden. Die Anwendungsbedingungen
sind die gleichen wie in *5). Wenn die elektrochemische Reaktion an der Grenzfläche zwischen dem Flüssig-Kristall und
den Elektrodenschichten stattfindet wird die Stromdichte groß. Folglich zeigen Elemente, die einen großen Anstieg
in der Stromdichte nach 500 Stunden ergeben, daß die elektro-chemische Reaktion rasch fortschreitet und daher wird
die Lebensdauer des Elementes kurz.
hergestellten Elemente sind in Tabelle V wiedergegeben.
wurde durch Vakuumverdampfung auf eine quadratische Glasplatte mit einer Größe von
5 cm χ 5 cm aufgezogen, so daß der Oberflächenwiderstand 500 Ω · cm2 erreichte, wodurch eine transparente
Elektrodenplatte mit einer prozentualen Transmission von 89% gebildet wurde. Dann wurde eine l.Ogew.-%ige
Lösung von Nitrocellulose in n-Butylacetat auf die Elektrodenfläche durch Bürstenüberziehen aufgebracht
und bei 1000C 10 Minuten getrocknet. Die Stärke des so
gebildeten Nitrocelluloseüberzugs betrug etwa 1 μ. Sechs Paar auf diese Weise hergestellte Elektrodenplatten,
bei denen eine Elektrodenfläche mit Nitrocellulose überzogen war, wurden hergestellt und sie wurden
dreimal längs einer Richtung unter Anwendung von Drücken von 1 g/cm2, 5 g/cm2, 25 g/cm2, 125 g/cm2,
250 g/cm2 bzw. 1 kg/cm2 gerieben. Dann wurden sechs Paar der so geriebenen Elektrodenplatten zu 6
Flüssig-Kristallelementen ausgebildet, wobei als Np-Flüssig-Kristallmaterial
eine Zusammensetzung, bestehend aus 27 Gew.-% p-Methoxybenzyliden-p'-n-butylanilin,
27 Gew.-°/o p-Äthoxybenzyliden-p'-n-butylanilin,
26 Gew.-% p-Äthoxybenzyliden-p'-n-heptylanilin, 10
Gew.-% p-Cyanobenzylidenanilin und 10 Gew.-% p-Cyanophenyl-p'-octyloxybenzoat verwendet wurde.
In jedem Element wurde der Abstand zwischen den Elektrodenflächen auf 7 ±1,5 μ eingestellt. Jedes Element
ergab eine vollständig gleichmäßige elektro-optische Ansprechbarkeit bzw. Empfindlichkeit über das
gesamte Element. Diese Elemente besaßen eine Anfangsspannung von etwa 4,3 V und eine Sättigungsspannung von etwa 6,5 V. Jedes dieser Elemente besaß
ein maximales Kontrastverhältnis von wenigstens 30 :1. Speziell die Elemente, die durch Reiben unter einem
Druck von 5 g/cm2 und 25 g/cm2 erhalten wurden, besaßen ein maximales Kontrastverhältnis von 80 :1.
In2Ch wurde durch Vakuumverdampfen auf eine
quadratische Platte aus hartem Glas mit einer Größe von 5 cm χ 5 cm so aufgezogen, daß ein Oberflächenwiderstand
von 1 kfi. ■ cm2 erhalten wurde, wobei eine
transparente Elektrode mit einer prozentualen Transmission von 90% erhalten wurde. Vier Paar der so
gebildeten Elektrodenplatten wurden hergestellt Die Elektrodenflächen wurden durch die Tauchüberzugsmethode
unter Anwendung einer l,0gew.-%igen Lösung von Acetylcellulose, Celluloseacetatbutyrat oder Celluloseacetatpropionat
in n-Butylacetat überzogen und der überzug wurde bei i00=C während iö min getrocknet.
In jedem Paar betrug die Stärke des Überzugs etwa 1 μπι. Dann wurden die Elektrodenflächen dreimal in
einer Richtung unter einem Druck von 50 g/cm2 gerieben. Auf diese Weise wurden 3 Flüssig-Kristallelemente
hergestellt, wobei 3 Paar der so geriebenen Elektroden angewendet wurden, die sich hinsichtlich des
Überzugsmaterials der Elektrodenfläche unterschieden. Die gleiche Np-FIüssig-Kristallmasse wie in Beispiel 1
wurde verwendet und der Abstand zwischen der Elektrode war der gleiche wie in Beispiel 1. Jedes der so
erhaltenen Elemente lieferte eine vollkommen gleichmäßige elektro-optische Empfindlichkeit über das
gesamte Element Die Anfangsspannung, Sättigungsspannung und das maximale Kontrastverhältnis der so
Tabelle V | Anfangs | Sättigungs | 4 | Maximales |
Harz | spannung | spannung | Kontrast- | |
(V) | (V) | verhältnis | ||
5,2 | 12,0 | 50 : 1 | ||
10 Acetylcellulose | 4,4 | 10,6 | 60 : 1 | |
Celluloseacetat- | ||||
butyrat | 5,0 | 9,6 | 45 : 1 | |
Celluloseacetat- | ||||
I1S propionat | Beispiel | |||
wurde durch Vakuumverdampfung auf eine quadratische Platte aus Hartglas mit einer Größe von
5 cm χ 5 cm so aufgezogen, daß ein Oberflächenwiderstand von 1 kQ ■ cm2 erreicht wurde, wobei eine
transparente Elektrode gebildet wurde. Eine 0,3gew.-%ige Lösung von Phenolharz in Aceton wurde auf die
Elektrodenfläche durch Bürstenüberziehen aufgebracht und dann getrocknet und bei 2000C während 30
Minuten gehärtet. Die Stärke des Überzugs betrug etwa 0,3 μ. Ferner wurde eine l,0gew.-%ige Lösung von
Nitrocellulose in n-Butylacetat über den Phenolharzüberzug durch Bürstenüberziehen aufgebracht und dann
bei 100° C während 10 Minuten getrocknet.
Die Phenolharz- und Nitrocelluloseschichten besaßen eine Stärke von etwa 1,3 μ insgesamt
Der Obenüberzug der Elektrode wurde dreimal längs einer Richtung unter einem Druck von 10 g/cm2
gerieben. Aus 20 Platten der so behandelten Elektrode wurden 10 Flüssig-Kristallelemente hergestellt. Das
verwendete Np-Flüssig-Kristallmaterial und der Abstand
zwischen den Elektrodenflächen jeder Zelle waren die gleichen wie in Beispiel 2. Sämtliche 10
Elemente lieferten eine vollständig gleichmäßige elektro-optische Empfindlichkeit über das gesamte Element
Diese Elemente besaßen eine Anfangsspannung von etwa 4,5Vrms und eine Sättigungsspannung von
6,5Vrms, wobei wenig Unterschied zu Beispiel 15 beobachtet wurde.
Ferner wurden 10 Stück der Elemente dieses Beispiels
und 10 Stück der Elemente von Beispiel 2 einem Temperaturzyklustest unterworfen (ein Zyklus: Man
läßt die Elemente bei — 200C während 10 Stunden und
bei 7CrC während Ϊ4 Stunden stehen), im Faii von
Beispiel 2 ergaben 8 Stücke der 10 Stücke Ablösung des Decküberzugs von der Elektrodenfläche nach 20 Zyklen
und auf diese Weise wurden Blaslöcher in dem Element erzeugt. Dagegen wurde im Fall dieses Beispiels keine
Erzeugung von Blaslöchern in sämtlichen Elementen nach 20 Zyklen beobachtet
Unter Verwendung einer 0,3gew. %igen Lösung von Urethanharz in Methyläthylketon oder einer 0,3gew.-%igen
Lösung eines Gemischs aus 90 Gew.-% Epoxyharz und 10 Gew.-% Tri-(dimethylaminomethyl)-phenol-tri-2-äthylhexat
als Härtungsmittel in Butylcellosolve anstelle der oben erwähnten 0,lgew.-%igen
Lösung von Phenolharz in Aceton wurden die gleichen Effekte wie in diesem Beispiel erhalten.
Claims (4)
1. Elektrooptisches Flüssig-Kristallelement mit einem Paar einander gegenüberstehender Elektrodenplatten
und zwischen den beiden Platten einer dünnen Schicht eines nematischen Flüssig-Kristallmaterials
mit einer positiven dielektrischen Anisotropie, bei dem wenigstens eine der Elektrodenplatten
auf ihrer Innenfläche mit einer dünnen organischen, entlang einer Richtung geriebenen
Schicht überzogen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die organische Schicht aus einem Celluloseharz aus der Gruppe von Nitrocellulose,
Acetylcellulose, Celluloseacetatbutyrat und CeIIuIoseacetatproprionat
besteht
2. Elektrooptisches Flüssig-Kristallelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schicht aus dem Celluloseharz eine Dicke von weniger als 5 μ aufweist.
3. Elektrooptisches Flüssig-Kristallelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
die Celluloseharzschicht und die Innenfläche der Elektrodenplatte ferner eine dünne Schicht aus
einem hitzehärtbaren Harz aufgebracht ist
4. Elektrooptisches Flüssig-Kristallelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne
Schicht aus dem hitzehärtbaren Harz aus organischen, hochmolekularen Materialien wie Epoxy-,
Phenol-, Urethan- und Acrylharzen gebildet ist.
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Family
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Family Applications (1)
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CH (1) | CH583916A5 (de) |
DE (1) | DE2431482C3 (de) |
FR (1) | FR2235380B1 (de) |
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NL163026C (nl) | 1980-07-15 |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
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