DE2604293A1

DE2604293A1 - Verfahren zur ausbildung eines homogen orientierten filmes eines nematischen fluessigkristalls

Info

Publication number: DE2604293A1
Application number: DE19762604293
Authority: DE
Inventors: Vladimir Stepanovitsc Bannikov
Original assignee: BANNIKOV
Current assignee: BANNIKOV
Priority date: 1976-02-04
Filing date: 1976-02-04
Publication date: 1977-08-11

Description

VERFAHREN ZUR AUSBILDUNG EINES HOMOGEN ORIENTIERTEN FILMES
EINES NEMATISCHEN FLÜSSIGKRISTALLS Die Erfindung betrifft Verfahren zur Ausbildung eines Flüssigkristallfilmes, insbesondere ein Verfahren zur Ausbildung eines homogen orientierten hauptsächlich bei Anzeigeeinrichtungen, optischen Modulatoren, Matrizen als Einrichtungen zur Informationsdarstellung verwendeten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls.
Zur Zeit finden Flüssigkristalleinrichtungen, insbesondere Anzeigeeinrichtungen, eine immer weitere Anwendung, und deren künftige Bedeutung wird durch geringen Energierverbrauch, niedrige Arbeitsspannung und Ermöglichung ihrer Verkettung mit integrierten Schaltungen bestimmt.
Die Einrichtungen auf nematischen Flüssigkristallen werden konstruktiv in Form einer flachen Eüvette ausgeführt, die aus zwei parallelen Glasplatten ausgebildet wird, auf deren Innenflächen Elektroden aufgebracht sind. Die Küvette wird. mit einem Flüssigkristall (s. beispielsweise einen überblick über Anzeigeeinrichtungen in der Zeitschrift "Elektronik", eine Übersetzung ins Russische aus dem Englischen, Nr. 8, 5.28,1973) gefüllt. Ein in dieser Weise gebildeter Film eines flüssigen Kristalls (mit einer Dicke von in der Regel 10 bis 20,km stellt ein aktives v Medium dar,das seine optischen Eigenschaften unter der Einwirkung eines an die Elektroden angelegten elektrischen Potentials oder unter der Einwirkung eines durch den Flüssigkristall fließenden Stromes ändert.
Bei der Arbeit im Betrieb einer dynamischen Streuung sind die Moleküle des Flüssigkristalls mit den langen Achsen meist normal zur. Oberfläche von den Flüssigkristallfilm begrenzenden Platten (derartige Orientierung wird homöotrop genannt) orientiert. Beim Stromdurchgang durch einen derartigen Film wird der Flüssigkristall trüb.
In den eine homogen orientierte Struktur aufweisenden Flüssigkristallfilmen ist die Richtung der großen Achsen von Molekülen des flüssigen Kristalls an der Oberfläche einer der Platten (im Falle der Anordnung der großen Achsen der Moleküle des Flüssigkristalls längs der festen abgrenzenden Oberflächen) normal zur Richtung der großen Achsen der an der Oberfläche der anderen Platte befindlichen Moleküle. Die Überlagerung solch eines Flüssigmetallfilmes mit einem elektrischen Feld ruft strunk turelle änderungen hervor, die bei gekreuzten Polaroiden leicht zu registrieren sind.
Viele Parameter der Flüssigkristalleinrichtungen, wie sie die Spannungs-Kontrast-Kennlinie, Ein- und Abschaltgeschwindigkeit sind, hängen vom Homogenitätsgrad der Orientierung der Moleküle eines nicht angeregten Flüssigkristalls in der Nähe der Oberfläche der Platten ab.
Der Homogenitätsgrad der Orientierung der Moleküle eines Flüssigkristalls wird durch einen Parameter der Orientierungsordnung gekennzeichnet und als S = 1/2 (3cos²#- 1) bestimmt, wobei zu - der Winkel zwischen der Richtung der großen Achse eines individuellen. Ploleküls eines Flüssigkristalls und der gemittelten Orientierung der umgebenden Gesamtheit von Molekeulen ist, der Parameter S sich im Bereich von (o,i) (s. beispielsweise W.Zwetkoff, Acta Physicochim, URSS, 15.132.1942).
bewegt.
Die gewünschte Orientierung der Moleküle eines Flüssigkristalls wird durch. eine spezielle Oberflächenbearbeitung der die Molekale des Flüssigkristalls berührenden Platten (s.beispielsweise F.I. Kan, G.N. Teiler, G. Shonhorn "Orientierungsmethoden für Flüssigkristalle unter Benutzung der SubstratoberflächeI, "TIIER", eine Ubersetzung ins Russische aus dem Englischen, Nr. 7, Bd. 61, S.28,1973) erreicht.
Bei der Ausbildung eines homöotrop orientierten Flüssigkristallfilmes erfolgt die Oberflachenbehandlung der Platten durch Abscheiden von oberflächenaktiven Stoffen aus einem -Volumen wäßriger oder organischer Lösungen. Die Urheber dieses Verfahrens (s. zum Beispiel J.E.Proust, Ter-Ninassian-Saraga, "Solid State Communication", II, 1227. bis 1230,1972) sind der Auffassung, daß bei derartiger Oberflächenbearbeitung der Platten monomolekulare Schichten von oberflächenaktiven Stoffen abgesetzt werden; die als ueberzug und orientierende Matrix für einen Flüssigkristall dienen.
Ein anderes Verfahren zur Ausbildung eines homöotrop orientierten Flüssigkristallfilmes geht dahin, daß auf die Oberflächen der den Flüssigkristall berührenden Platten im Vakuum Stoffe aufgedampft werden, deren Moleküle eine molekulare Matrix spontan bilden, auf der eine Epitaxie der Moleküle des Blüssigkristalls (s.beispielsweise ein französisches Patent N.2186294), erfolgt. 1 Nachteil der bekannten Verfahren zur Ausbildung von homöostrop orientierten Flüssigkristallfilmen sind die Unmöglichkeit des Erhalts einer perfekten Struktur der Oberflächenschicht der den Flüssigkristallfilm begrenzenden Platten, was sich in einer Inhomogenität der Dicke der abgeschiedenen Schichten, Baufehlern der Struktur der abgeschiedenen Schichten unter dem Einfluß von Mikroinhomogenitäten der Plattenoberflächen und der Elektroden darauf äußert, und als Folge davon eine geringe Steilheit der Spannungs-ontrast-Kennlinie, ein schwacher Rostschutz seitens des erhaltenen überzuges und ein schwacher Schutz des flüssigen Kristalls vor. der elektrochemischen Zerstörung auf den Elektroden. Ein weiterer von der Unvollkommenheit der Struktur der orienterenden Matrix herrührender wesentlicher Nachteil sind Schwierigkeiten oder gar Unmöglichkeit der Ausbildung von homogen orientierten Flüssigkristallfilmen mit einem weiten Temperaturbereich (über 75 bis 85°C) der Existenz eines flüssigkristallinen Zustandes. Solche Flüssigkristalle werden durch eine geringere intermolekulare Wechselwirkung und folglich durch einen schlechteren gegenseitigen Ordnungszustand gekennzeichnet und erfordern für das wpitaxiewachstum eine strakturmäßig perfekter molekulare Natrix.
Bei der Ausbildung eines homogen orientierten Blüssigkristallfilmes hat weite Verbreiterung eine Behandlung geSunden,bei der die Plattenoberflächen mit einem Diamantenstaub oder einem anderen Schleifmittel in einer bestimmten Richtung geschliffen (gekratzt) werden.Nach derartiger Bearbeitung besitzen die Oberflächenplatten die Eigenschaft, die an ihnen anliegenden Moleküle des Flüssigkristalls längs der beim Schleifen gebildeten mikroskopischen Rillen anzulagern.
Es ist ein Verfahren zur Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls bekannt, das sich auf eine Beeinflussung der Moleküle des Flüssigkristalls, der durch zwei Platten begrenzt ist, durch eine orientierende Matrix die auf den die Noleküle des Flüssigkristalls berührenden Plattenoberflächen (s.beispielsweise ein französisches Patent N. 2179841) erzeugt wird, gründet.
Beim genannten Verfahren wird die orientierende Matrix durch Vakuumbedampfung der Plattenoberflächen mit einer meist anorganischen Verbindung, beispielsweise mit SiOoder GeO, erzeugt, die mikroskopische Inhomogenitäten schafft, die befähigt sind, die an ihnen anliegenden Moleküle des Flüssigkristalls zu orientieren.
Solch einem Bearbeitungsverfähren für die Plattenoberflächen sind Kompliziertheit des die Ausnutzung der Technologie einer Vakuumbedampfung verlangenden Arbeitsganges und Unvollkommenheit der Orientierung der Moleküle eines Flüssigkristalls in der Nähe der Plattenoberflächen eigen. Die Unvollkommenheit der Orientierung der Moleküle eines Flüssigkristalls hängt mit der Unvollkommenheit der Mikrostruktur der erhaltenen Oberfläche zusammen und rührt von der Natur des Verfahrens einer schiefen Vakuumbedampfung selbst her, bei der mikroskopische geometrische und energetische Unhomogenitäten der Ausgangsfläche der Platten und Elektroden in Richtung der Abscheidung des aufzudampfenden Stoffes auftreten und verstärkt werden. Infolgedessen hängt die orientierende Wirkung der Plattenoberfläche auf die hIoleküle des Flüssigkristalls in starkem Maße von den mikroskopischen Inhomogenitäten der Plattenoberflächen vor der Operation der Vakuumbedampfung ab, was eine Kontrolle und eine Wahl der Oberflächengüte der Platten und Elektroden notwendig macht.
Bei- sämtlichen genannten Verfahren zur Ausbildung von Filmen aus einem homogen orientierten Flüssigkristall ruft die Operation der Oberflächenbearbeitung der Platten also eine Verschlechterung des Reinheitsgrades ihrer Oberflächen hervor, was seinerseits eine Unvollkommenheit der Orientierung der Moleküle des flüssigen Kristalls in der Nähe der Plattenoberflächen herbeifuhrt, während das Vorhandensein von geometrischen Inhomogenitraten große elektrische Gradienten bewirkt, was seinerseits elektrochemische Vorgänge auf den Elektroden begünstigt und die Lebensdauer der Flüssigkristalleinrichtungen verringert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nem&tischen Flüssigkristalls zu schaffen, bei dem die Ausnutzung als orientierende Matrix eines nach der Dicke homogenen, molekular geordneten Filmes mit einer für eine Epitaxie der MolekS e des nematischen Flüssigkristalls sorgenden Struktur den Erhalt einer homogenen oder homöotropen Orientierung der flüssigen Kristalle mit einem weiten Temperaturbereich des flüssigkristallinen-Zustandes und eine Verbesserung der Homogenität der Orientierung der Moleküle des Flüssigkristalls in der Nahe der Oberfläche der den Flüssigkristallfilm begrenzenden Platten sichert.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Verfahren zur Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls, bestehend in der Einwirkung auf die Moleküle des Flüssigkristalls, der durch zwei Platten begrenzt ist, durch eine orientierende Matrix, die auf den die Moleküle des Flüssigkristalls berührenden Plattenoberflächen erzeugt wird, als orientierende Matrix gemäß der Erfindung mindestens eine monomolekulare Schicht eines oberflächenaktiven Stoffes verwendet wird, die vor dem Auftragen auf die die Moleküle des Flüssigkristalls berührenden Plattenoberflächen an der Phasengrenze Flüssigkeit-Gas gebildet und nach dem Auf tragen einer thermischen Bearbeitung bei einer Temperatur von 80 bis 180°C unterworfen wird.
Zweckmäßig ist, daß als oberflächenaktiver Stoff in Wasser unlösliche Verbindungen der Gesamtformel: eingesetzt werden, die den. Erhalt eines Flüssigkristallfilmes mit homöotroper Orientierung gewährleisten.
Es ist vorteilhaft, daß als oberflächenaktiven Stoff Trifluor - 3,4 - Epoxygeneicosylsilan oder Oxy - 1,2 - Epoxydocosan, oder # Trichlor - 1,2 - 4,5 - Diepoxyheptatriacontan, oder& - Trichlor - 1 - Sulfodo.cosan,-oder Trimethoxy (2,3 -Epoxy) silan verwendet werden.
Zweckmäßig ist es auch, daß als aberflächenaktiver Stoff Polyvinylalkohol oder dessen Derivate der Gesamtformel: åst,v.erwendet- werden, die den Erhalt v eines Flüssigkristallfilmes mit homogener Orientierung gewährleisten.
Es ist vorteilhaft, daß als oberflächenaktiver Stoff Vinylalkohol-Vinylacetat- oder Vinylalkohol-ethoxyäthylen-, oder Vinylalkohol-Äthoxyäthylen-Copolymer verwendet wird.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausb,ildung eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls gestattet es, die Vorteile der Struktur einer molekular geordneten orientierenden Matrix aus oberflächenaktiven Stoffen gegenüber den bestehenden Verfahren zu realisieren, die zuerst auf einer molekular glatten Phasengrenzfläche Flüssigkeit-Gas erzeugt und dann auf Plattenoberflächen übertragen -wird, die den Flüssigkristallfilm abgrenzen.
Dank eines hohen Ordnungszustand der Moleküle der oberflächenaktiven Stoffe in der dichten monomolekularen Schicht an der Phasengrenze Flüssigkeit-Gas und der Beibehaltung dieses Ordnuqgseustandes beim Ubertragen auf feste Substrate wird eine molekulare orientierende Matrix zur Epitaxie eines nematischen Flüssigkristalls sowohl für homöotrop als auch für homogen orientierte Filme (in Abhangigkeit von der Strukturund der Packung der Noleküle des oberflächenaktiven Stoffes in der monomolekularen Schicht) des Flüssigkristalls mit einem weiten Temperatur--bereich des flüssigkristallinen Zustandes, die daher vom größten praktischen Interesse sind, erzeugt.
Die andere Folge des hohen Ordnungszustandes der molekularen orientierenden Matrix ist eine Verbesserung der Spnnnungs-Kontrast-Kennlinie und eine Verringerung der Relaxationszeit bei der Abschaltung der Erregerspannung, was eine unentbehrliche Eigenschaft von beispielsweise flüssigkristallinen Uhrindikatoren bei Ziffernanzeige von Sekunden und Sekundenbruchteilen ist.
Die herstellungstechnisch bedingte Möglichkeit, eine nach der Dicke homogene molekulare orientierende Matrix zu erhalten, und die Ausnutzung von gegenüber dem Flüssigkristall chemischinerten oberflächenaktiven Stoffen gestattet es, die elektrochemischen Reaktionen an den Elektroden zu verlangsamen und die Lebensdauer von Flüssigkristalleinrichfungen zu verlängern.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand einer Beschreibung der konkreten Ausführungsbeispiele und beiliegender Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt Fig. a schematisch einen homöotropen Film eines nematischen Flüssigkristalls mit drei Schichten von Molekülen eines oberflächenaktiven Stoffes auf den Plattenoberflächen (im Querschnitt) gemäß der Erfindung; Fig. 2 die Gesamtansicht eines zur Ausbildung und Ubertragung von monomolekularen Schichten eines oberflächenaktiven Stoffes auf ein festes Substrat vorgesehenen Bades, gemäß der Erfindung; -Fig. 3 ein Substrat mit einer darauf teilweise auftetragenen, schematisch angedeuteten monomolekularen Schicht eines oberflchenaktiven Stoffes, gemäß der Erfindung; Fig. 4 einen homogen orientierten Film eines nematischen Flüssigkristalls mit zwei Schichten von Molekülen eines linearen oberflächenaktiven Polymeres auf den Plattenoberflächen (im Querschnitt), gemäß der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls beruht auf der Einwirkung auf die Moleküle 1 (Fig.I) eines Blüssigkristalls, der durch zwei Glasplatten 2 begrenzt ist, durch eine orientierende Matrix 3, die auf den die Moleküle 1 des Flüssigkristalls berührenden Oberflächen von Platten 2 und Elektroden 4 erzeugt wird.
Als orientierende Matrix wird im vorliegenden Verfahren mindestens eine monomolekulare Schicht eines eine homöotrope oder homogene (in Abhängigkeit von der Struktur und Packung der Moleküle in der monomolekularen Schicht) Orientierung der Moleküle I eines nematischen Flüssigkristalls sichernden oberflächenaktiven Stoffes benutzt.
Zum Erhalt der homöotropen Orientierung der MoleküLe I eines Flüssigkristalls sind als oberflächenaktiver Stoff zweckmäßigerweise Stoffe der Gesamtformel: zu verwenden.
Die orientierende Matrix 3 aus den Molekülen eines ober--flächenaktiven Stoffes zur homöotropel Orientierung der Molekälte I eines Blüssigkristalls wird wie folgt hergestellt.
Nach der Reinigung werden die Platten 2 in einer kassette 5 (Fig.2) in der Weise befestigt, daß die den Film eines nematischen Flüssigkristalls begrenzenden Oberflächen der Platten 2 mit darauf aufgeträgenen Elektroden 4 (Fig.I) offen liegen, und. in ein Bad 6 (Fig.2) mit destilliertem Wasser getaucht.
Dann wird auf die gereinigte Wasserfläche - Phasengrenze 7 Flüssigkeit-Gas ---die Lösung eines oberflächenaktiven Stoffes in-einem flüchtigen (leicht verdampfenden), mit Wasser nicht mischbaren organischen Lösungsnittel aufgfßtragen. Die Menge des aufgetragenen oberflächenaktiven Stoffes wird so gewählt, daß sich auf der Wasserfläche eine entladene monomolekulare Schicht ausbildet. Die durch die monomolekulare Schicht eingenommene Fläche ist nach dem Umfang von drei Seiten durch die wanten eines Bades 8 und von der vierten Seite durch eine bewegliche Barriere 9 begrenzt, die auf den Kanten des Bades 8 in der Weise gleitet, daß das Wasser-unter der Barriere 9 bei deren Bewegung leicht hindurchläuft. Für die auf der Oberfläche befindlichen Moleküle des oberflächenaktiven Stoffes ist die Barriere undurchlässig. Dann wird, indem die Oberflächenspannung des Wassers mit Hilfe eines Gebers 10 für die Oberflächenspannung überwacht wird, mit Hilfe der Barriere 9 die durch die monomolekulare Schicht besetzte Fläche reduziert. Bei der Vergrößerung der Oberflächenkonzentration der Moleküle des oberflächenaktiven Stoffes entsteht eine Wechselwirkung unter den Molekülen der monomolekularen ,Schicht, und sie werden normal zur Phasengrenze 7 (Fig.3) ausgerichtet. In derart geordneter Schichi sind die hydrophilen Gruppen II der oberflächenaktiven Moleküle der wäßrigen Phase und die hydrophoben Gruppen 12 der Moleküle der Gasphase zugewandt. Nach ihrer Struktur kommen die monomolekularen Schichten einem zweidimensionalen Kristall vom smektischen Typ nahe. Bei Gegenwart einer dichten monomolekularen Schicht eines oberflächenaktiven Stoffes kann die Oberflächenspannung von Wasser um einen Wert von 10 bis 50 dyn/cm abnehmen.
Nachdem die dichte monomolekulare Schicht 13 aus der Phasengrenzfläche 7 ausgebildet worden ist, wird die Kassette 5 (Fig.2) mit den Platten 2 langsam aus der Flüssigkeit in die Gasphase über die Phasengrenze 7 herausgezogen. Bei dieser Operation wird die monomolekulare Schicht 13 (Fig.3) auf die Platten 2 in der.Weise abgesetzt, daß die hydrophilen Gruppen II den Platten 2 zugewandt sind und die hydrophoben Gruppen 12 der r;oleküle nach außen hin zeigen. Während des Herausziehens der Xassette 5 (Fig.2) mit den Platten 2 ist der Benetzungswinkel g (Fig.3) der Plattenoberfläche spitz, und die Platten kommen aus dem Wasser trocken aus. Die Bewegungsgeschwindigkeit kann im Bereich von 0,001 bis 1 cm/sek liegen.
Die im oben genannten Verfahren abgeschiedenen monomolekularen Schichten besitzen die Fähigkeit, Nikroinhomogenitäten auf den festen Substraten (S.beispielsweise Gaines G.L. Ir., 'tInsoluble monolayers at liquid-gas interface", John Wiley £ Sons inc;, N.Y. london, Sydney,1966) zu glätten, und weisen Isoliereigenschaften (s.beispielsweise Handy R.M. and Scaba L.C. "Journal of the electrochemical Society", Vol. 113, N.2, S.109,1965) auf.
Der Vorgang der Abscheidung der monomolekularen Schichten kann mehrmals auf dem gleichen Substrat erfolgen (so liegen in Fig.I auf den Platten 2 und den Elektroden 4 drei monomolekulare Schichten 13), wobei der Effekt der Glättung der Mikroinhomogenitäten mit der Vergrößerung der Zahl der monomolekularen Schichten 13 verstärkt wird. Wie die Prüfungen ergeben haben, besitzen derartige monomolekulare Schichten eine sehr gute Adhäsion gegenüber dem Substrat, sind im Flüssigkristall unlöslich und orientieren die Flüssigkristallmischungen auf der Basis von Azoxyverbindungen, Äther , Schiffschen Basen oder Äthernitrilen.
In einem Elektronenmikroskop sind die Abdrücke von dennach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen molekularen orientierenden Matrizen für einen Flüssigkristall auf Grund ihrer Vollkommenheit leicht unterscheidbar von den Abdrücken der durch eine Adsorbtion von Molekülen eines oberflächenaktiven Stoffes aus wäBrigen oder organischen Lösungen erhaltenen molekularen orientierenden Matrizen.
Obwohl in der Praxis am ehesten annehmbar die Verbindung Wasser-Luft ist, können als flüssige Phase beliebige polare Lösungsmittel, beispielsweise Ammoniak oder Athylalkohol, auf deren Basis stabile monomolekulare Schichten von oberflachenaktiven Stoffen existieren können, und als Gasphase ein beliebiges Gas oder Gasgemisch, die die monomolekulare Schicht nicht zerstören, beispielsweise Stickstoff, Argon, Neon, eingesetzt werden.
Zum Erhalt- - einer homogenen Orientierung der Moleküle eines Flüssigkristalls sind zweckinäßigerweise als oberflächenaktiver Stoff Polyvinylalkohol oder dessen Derivate der Gesamtformel: einzusetzen.
Die orientierende molekulare Matrix aus linearen, in Wasser löslichen, jedoch eine positive Adsorbtion an der Phasengrenze aufweisenden polymeren Molekülen wird, wie im Falle de:s Erhalts einer molekularen Matrix zur homöotropen Orientierung, nach der Reinigung der Platten 2 mit den darauf aufgetragenen Elektroden 4 (Fig.4) geschaffen.
Die Platten 2 werden in einer Kassette 5 (Fig.2) befestigt und in ein Bad 6'mit wäßriger Lösung eines oberflächenaktiven linearen Polymeres eingetaucht. Dann wird die Oberfläche durch Abschütteln der Oberflächenschicht der Lösung gereinigt. Nach der Verringerung der Oberflächenspannung um 0,1 bis 0,5 da/cm erfolgt eine anisotrope Zusammenpressung der ausgebildeten adsorbierten entladenen monomolekularen Polymerschicht in durch einen Pfeil angedeuteter Richtung. Bei der Abnahme der Oberflächenspanuung um 2,0 bis 20,0 dyn/cm wird mit dem Herausziehen der Kassette 5 über die Phasengrenze begonnen. Beim Durchgang der Platten 2 über die Phasengrenze 7 wird darauf eine mono.
molekulare Schicht 13 abgeschieden, die der in Fig.3 wiedergegebenen analog ist, jedoch einen anderen Typ von Molekülen aufweist. Im Vorgang der anisötropen Zusammenpressung werden die an der Grenze 7 adsorbierten linearen polymeren Moleküle mit den großen Achsen normal zur Richtung der Zusammenpressung orien tiert. Die auf solche Weise abgesetzte molekulare Schicht 13 ist in der Lage, die sie berührenden Moleküle des Flüssigkristalls entlang der Ketten der polymeren Moleküle anzulagern, wie dies in Fig.4 gezeigt ist. Die Methodik der molekularen Schichten gestattet es, die Operationen der Auftragung von Schichten auf feste Substrate bzw. Platten 2 wiederholt zu verwirklichen.
Zum besseren Verständnis des Verfahrens sollen nachstehend Beispiele für konkrete Materialien-und Bedingungen zur Ausbildung einer molekularen orientierenden Matrix angeführt werden.
Beispiel 7. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Kristalls mit Hilfe einer molekularen Matrix aus Trichlor - 1,2 - 4,5 - diepoxyheptatriacontan.
Die zur Ausbildung eines Flüssigitristallfilmes vorgesehenen gereinigten Platten 2 (Fig. 2) werden in einer Kassette 5 befestigt. Die Kassette 5 wird in ein Bad 6 mit bidestilliertem Wasser getaucht. Die S;bmessungen des Bades sind: Länge - 60 cm, Breite - 15 cm, Tiefe - 8 cm. Es wird eine Lösung von g0- Trichlor - 1,2 - 4,5 - diepoxyheptatriacontan der Konzentration i,0 g in 1000 cm³ Heptan hergestellt.Eine Dosis von 0,10 cm³ wird mittels Mikrospritze auf die gereinigte Wasserfläche im Bad aufgetragen. Mit Hilfe einer Barriere 9 wird eine dichte monomolekulare Schicht 13 (Fig. 3) in der Weise gebildet, daß die Oberflächenspannung des Wassers von 71 auf 40 dyn/cm absinkt.
Die Kassette 5 (Fig.2) mit den Platten 2 wird über die Phasengrenze 7 Wasser-Luft geführt, auf der sich die monomolekulare Schicht 13 befindet. Während der Operation wird die Oberflächenspannung konstant gehalten. Dann werden die Platten 2 einer thermischen Bearbeitung bei einer Temperatur von 150 bis 160°C im Laufe von 10 min unterworfen, während der eine Polymerisation der Moleküle in der monomolekularen Schicht 13 und eine Entfernung von Flüssigkeftsspuren erfolgen. Bei der Fixierung der Platten 2 in einer Entfernung von 10jf m und der Auffüllung des Zwischenraumes der Platten 2 mit einem Flüssigkristall ergibt sich ein homöotrop orientierter Flüssigkristallfilm.
Bei der beschriebenen Variante kommt als Flüssigkristall eine Flüssigkristallmischung 250 der Firma "Princeton Organics" in Betracht.
Beispiel 2. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus 3 - Perfiuordodecyl - 1,2 - epoxypropan.
Das'Verfahren wird in Analogie zum Beispiel I durchgeführt, die Lösung aber mit einer Konzentration von 0,5 g in 1000 cm3 Hexan hergestellt und als Flüssigkristall eine Flüssigkristallmischung "Phase 6" der Firma "E. Merck" eingesetzt.
Beispiel 3. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus der α-Cetylacrylsäure.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 2 geführt, die thermische Bearbeitung aber dauert 10 Minuten bei 1930C, worauf die . . Polymerisation in der nionomelekularen Schicht unter der Einwirkung der Ultraviolettbestrahlung einer Xenonlampe von 500 W Leistung auf einer, Entfernung von 50 cm erfolgt. Die Bestrahlungszeit beträgt 30 Minuten und als Flüssigkristall kommt eine nematische Mischung N. 11643 der Firma "Eastman Kodak" in Frage.
Beispiel 4. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter, Verwendung einer molekularen Matrix aus Oxa - 1,2 - epoxydoclosan.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 2 geführt, nur daß während . der Auftragung der monomolekularen Schicht auf die Platten die Oberflächenspannung von Wasser im Bereich von 41 bis 46 dyn/cm gehalten und als flüssiger Kristall eine Flüssigkristallmischung der Firma Liquid Crystal Industries" mit einem Temperaturbereich des nematischen Zustandes von 0 bis 70°C verwendet wird.
Beispiel 5. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Verwendung einer molekularen Matrix aus 2-Sulfotriaconten - I.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel I geführt, nur daß die Temperatur im Bad während der Ausbildung der monomolekularen Schicht im Bereich von 40 bis 50°C. gehalten und drei monomolekulare Schichten aufgetragen werden, während als Flüssig kristall eine Flüssigkristallmischung au£ der Basis von Azoxybenzolen mit einem Temperaturbereich des nematischen Zustandes von - 15 bis 690C in Frage kommt.
Beispiel 6. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus Trimethoxy (#- trifluor - 3,4 - epoxygeneicosyl)silan. , Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 2 durchgeführt.
Hierbei ergibt sich ein netzformiges Zusammennähen von ionomeren was die mechanische Festigkeit der orientierenden Matrix, die Unlöslichkeit im Flüssigkristall und die' Lebensdauer vergrößert.
Beispiel 7. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus 4 - Methylen - 1,2 - epoxydocosan.
Das Verfahren wird in Analogie zum Beispiel 2 geführt, nur daß als Flüssigkristall eine flüssigkristalline Phase 5 der Firma "E.Merok" in Betracht kommt.
Beispiel 8. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus 1, 2-Epoxyoctadec-an.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 2 durchgeführt, nur daß die thermische Bearbeitung bei einer Temperatur von 165+ 20C in der Atmosphäre eines inerten Gases im Laufe von 60 min geführt wird.
Beispiel 9. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus derW- Bromdocosyl - phosphonsäure.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 1 geführt, nur daß der wäßrigen Phase in Wasser lösliche Salze mehrwertiger Metalle Cu oder Al, oder Pb, oder Ba - bei der beschriebenan Variante Cu - in einer Konzentration von 10-6 6 bis 10 4 Mol/l zur Vergrößerung der Festigkeit der monomolekularen Schicht und zur Verbesserung der Adhäsion der monomolekularen Schicht gegenüber'der Plattenoberfläche zugesetzt werden.
Beispiel 10. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus der (1 2 -Phenyllauryl)-acrylsäure.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 1 geführt, nur daß die Lösung einer Konzentration 0,5 g in 1000 cm3 Benzol prä-| pariert und fünf monomolekulare Schichten aufgetragen werden.
Beispiel 11. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus Heptadecan - 1 - äther der Methacrylsäure.
Das Verfahren wird in Analogie zum Beispiel 9 durchgeführt, Beispiel 12. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Fl'üssigkristalls unter Verwendung einer molekularen Matrix aus 2,4 - ITonadecadienol.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 3 durchgeführt nur daß die Temperatur von Wasser im Bad während der Ausbildung der monomolekularen Schicht und bei deren Übertragung auf die Platten im Bereich von 8 bis 1000 gehalten und vier monomolekulare Schichten aufgebracht werden.
Beispiel 13., Ausbildung eines homoötrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus - Stearinsäure.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 9 durchgeführt, und es werden zwei monomolekulare Schichten aufgetragen.
Beispiel 14. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus Vinyläther der Trifluorstearinsäure.
In Analogic zum Beispiel 9.
Beispiel 15. Ausbildung eines homöotrop orientierten Pilzes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus - Trichlor - 1 - sulfodocosan.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 1 durchgeführt.
Beispiel 16. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes einet nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus 1,2 - Epoxyoctadecen - 3.
Das Verfahren erfolgt analog zum Beispiel 8.
Beispiel 17. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus Vinyläther der Oleinsäure.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 3 durchgeführt.
'BeisDiel 18. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus 21 - Chlor - 1 - oxy - 3 - @oxageneicosen- 4.
Das Verfahren wird in Analogie zum Beispiel 1 durchgeführt.
Beispiel 19. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Verwendung einer molekularen Matrix aus der # - Bromheptadecylpyrotraubensäure.
Das Verfahren wird in Analogie zum Beispiel 9 durchgeführt.
Beispiel 20. Ausbildung eines homöotrop orientierten B mes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus 21 - Brom - 4 - oxogeneic'osinphosphonsäu re.
Das Verfahren wird analog wie im Beispiel 9 durchgeführt.
Beispiel 21. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines neratischen Flüssigfilmes unter Verwendung einer molekularen Matrix aus 4- Oxo - 1 - s'uIfogeneicosaii.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 2 geführt.
Beispiel 22. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Verwendung einer molekularen Matrix aus 3 - Thianonadecyläther der Methacrylsäure.
Das Verfahren wird in Analogie zum Beispiel 1 durchfe geführt.
Beispiel 23. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus 3 - Oxanonadecyläther der Methacrylsäure.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 1 durchgeführt.
Beispiel 24. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus Trimethoxy (2,3 - epoxyoctadecyl)silan.
Das Verfahren wird ähnlich- wie im Beispiel 6 durchgeführt Beispiel 25. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigfilmes unter Benutzung einer molekularen Matrix aus Trimethoxy (5 - thiatriçosyl)silan.
Das Verfahren geht analog zum Beispiel 2 vonstatten.
Beispiel 26. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus 1 - Oxy - 5 - thiatricosan -Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 4 durchgeführt.
Beispiel 27. Ausbildung eines honöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer mol.ekularen Matrix aus 2 - Epoxy - 4 - thiadocosan.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 4 verwirklicht.
ADeispiel 88. Ausbildung eines homöotrop orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls unter Benutzung einer molekularen Matrix aus Hexadecyltrimethoxysilan.
Das Verfahren wird analog mit dem Beispiel 1 geführt.
Beispiel 29. Ausbildung' eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls mit Hilfe einer molekularen Matrix aus Polyvinylalkohol mit mittlerem Molekulargewicht von 20 000.
Die Platten 2 werden in einer Kassette 5 (Fig.2) befestigt und in ein Bad 6 mit wäßriger Lösung von Polyvinylalkohol mit einer Konzentration von 10 mg in 1000 cm3 Wasser getaucht.
Dann wird die. Oberfläche der wäßrigen Lösung gereinigt. Nach der Abnahme der Oberflächenspannung um 0,5 dyn/cm wird die monomolekulare Schicht 13 (Fig.3) anisotrop bis zur Absenkung der Oberflächenspannung um 2,5 dyn/cm zusammengepreßt und die Kassette 5 (Fig.2) über die Phasengrenze 7 herausgezogen. Dann werden die Platten 2 einer thermischen Behandlung bei 1500C im Laufe von 60 min ausgesetzt. Bei der Fixierung der Platten 2 auf einer Entfernung von 15< m und der Auffüllung des Zwischenraumes der Platten mit einem Flüssigkristall ergibt sich ein homogen orientierter Flüssigkristallfilm.
Im beschriebenen Beispiel gelangt als Flüssigkristall eine Flüssigkristallmischung mit positiver Anisotropie auf der Basis von-Azobenzolen zum Einsatz.
Beispiel 30. Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls mit Hilfe einer molekularen' Matrix aus Vinylalkohol-Vinylacetat-copolymer, das 2,5% Vinylacetat enthält, mit mittlerem Molekulargewicht von 10 000.
Das Verfahren wird in Analogie zum Beispiel 29 verwirklicht, nur daß die Ccpolymerlösung mit einer Konzentration von 2 mg in 1000 , cm3 Wasser präpariert und mit der Zusammenpressung der molekularen Schicht nach der Verringerung der Oberflächenspannung um 0,1 dyn/cm begonnen wird, während als Blüssigkristall eine aus Azoxybenzolen und Azonitrilen bestehende Blüssigkristallmischung mit positiver Anisotropie in Betracht kommt.
Beispiel 31. Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nematische Flüssigkristalls mit Hilfe einer molekularen Matrix aus Vinylalkohol-Vinyltrifluoracetat-Copolymer, das 1% Vinyltrifluoracetat enthält, mit mittlerem Molekulargewicht von 2500.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 30 verwirklicht, nur daß die Copolymerlösung mit einer Konzentration von 30 mg in 1000 cm3 Wasser präpariert und mit dem Herausziehen der Kassette 5 bei der Verringerung der Oberflächenspannung von Wasser um 15dgn/cm begonnen wird.
Beispiel 32. Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls mit Hilfe einer molekularen Matrix aus Vinylalkohol-Vinylbenzoat-Copolymer, das 1, 5o/o Vinylbenzoat enthalt, mit mittlerem Molekulargewicht von 6200.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 31 verwirklicht, nur daß die Copolymerlösung mit einer Konzentration von 1 mg in 1000 cm³ Wasser -hergestellt und mit'dem Herausziehen der Kassette bei der Verkleinerung der Oberflächenspannung von Wasser um 10 @ t/cm begonnen wird.
Beispiel 33. Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls mit Hilfe einer molekularen Matrix aus Vinylalkohol-Vinylcinnamat-Copolymer, das 0,5% Vinylcinnamat enthält, mit mittlerem Molekulargewicht von 18 000.
Das Verfahren wird analog, wie im Beispiel 31 beschrieben, geführt.
Beispiel 34; Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls mit Hilfe einer molekularen Matrix aus Vinylalkohol-Methoxyäthylen-Copolymer, das 3,%' Methoxyäthylen enthält, mit mittlerem Molekulargewicht von 53 000.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 29 durch geführt.
Beispiel 35. Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls mit Hilfe einer molekularen Matrix aus Vinylalkohol-Äthoxyäthylen-Copolymer, das 4% Äthoxyäthylen enthält, mit mittlerem Molekulargewicht von 40 OOC Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 30 durchgeführt.
Beispiel 36. Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines" nematischen Flüssigkristalls mit Hilfe einer molekularen Matrix aus Vinylalkohol-Glyzidylvinyläther-Copolymer, das 4,5% Glyzidylvinyläther enthält, mit mittlerem Molekulargewicht von 300 000.
Das Verfahren wird ähnlich wie im Beispiel 30 verwirklicht, nur daß die thermische Behandlung bei 1650C im Laufe von min geführt wird.
Beispiel 37. Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls mit Hilfe einer molekularen Matrix aus Vinylalkohol-Allylvinyläther-Copolymer, das 3% Allylvinyläther enthält, mit mittlerem Molekulargewicht von 100 000.
Das Verfahren wird analog mit dem Beispiel 30 durchgeführt.
Die Vollkommenheit der Struktur einer molekular geordneten orientierenden Matrix, die auf einer molekular glatten Phasengrenzfläche Flüssigkeit-Gas ausgebildet wird, eröffnet umfangreiche Nöglichkeiten für eine technische Anwendung des vorliegenden Verfahrens zur Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls.
Die Einfachheit des Verfahrens zur Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls gestattet es, einen hohen Prozentsatz brauchbarer Geräte bei der Massenfertigung zu erhalten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Ausbildung eines homogen orientierten Filmes eines nematischen Flüssigkristalls, bestehend in der Einwirkung auf die Moleküle des von zwei Platten begrenzten Flüssig kristalls durch eine orientierende Matrix, die auf den die Moleküle des Blüssigkristalls berührenden Plattenoberflächen erzeugt wird, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als oriertierende Matrix (3) mindestens eine monomolekulare Schicht (13) eines oberflächenaktiven Stoffes verwendet wird, die vor dem Auftragen auf die die Nolekiile (i) des Blüssigkristalls berührenden Oberflächen der Platten (2) an der Phasengrenze (7) Flüssigkeit--Gas gebildeS und nach dem Auftragen einer thermischen Bearbeitung bei einer Temperatur von 80 bis 18000 unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h ne t, daß als oberflächenaktiver Stoff in Wasser unlösliche Verbindungen der Gesamtformel: eingesetzt werden, die den Erhalt eines nematischen Flüssigkristallfilmes mit homöotroper Orientierung gewährleisten.

5.Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß als oberflächenaktiver Stoff #- Trifluor-3,4-epoxygeneicosylsilan oder Oxy-1,2-epoxydocosan, oder #-Trichlor-1,2-4,5-diepoxyheptatriacontan, oder #- Trichlor - 1-sulfodocosan, oder Trimethoxy(2,3-epoxy)silan verwendet werden.

4. Verfähren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z-e i c h n e t,daß als oberflächenaktiver Stoff Polyvinylalkohol oder dessen Derivate der Gesamtformel: ist, verwendet werden, die den Erhalt eines nematischen Flüssigkristallfilmes mit homogener Orientierung gewährleisten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß als oberflächenaktiver Stoff Vinylalkohol-VinyXacetat- oder Vinylalkohol-methoxyäthylen-, oder Vinylalkohol-äthoxyäthylen-Copolymer verwendet wird.