DE2652223A1

DE2652223A1 - Verfahren und vorrichtungen fuer schraege ausrichtung der molekuele in einem fluessigkeitskristall

Info

Publication number: DE2652223A1
Application number: DE19762652223
Authority: DE
Inventors: Gregoire Porte
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1975-11-19
Filing date: 1976-11-16
Publication date: 1977-06-02
Also published as: NL7612952A; JPS5263746A; FR2332550B1; FR2332550A1; DE2652223C2; CH611434A5

Description

COMMISSARIAT A L¹ENERGIE ATOMIQUE 29, rue de la Federation

Paris 15e/Frankreich

Verfahren und Vorrichtungen für schräge Ausrichtung der Moleküle

in einem Flüssigkeitskristall

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schrägen Ausrichten der Moleküle eines Flüssigkristalls, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und eine Flüssigkristallanzeigezelle, in der die Erfindung zur Anwendung kommt.

Das Ausrichten der Moleküle eines Flüssigkristalls in der Grenzschicht zu einer festen Oberfläche ist eine bekannte Erscheinung und wird in Anzeigevorrichtungen verwendet, die einen Flüssigkristallfilm benützen, der zwischen zwei Platten eingeschlossen ist. Arbeiten, die auf diesem Gebiet durchgeführt wurden, haben zur Bestimmung zweier Faktoren geführt, durch die der Ausrichtmechanismus bestimmt wird. Zum ersten sind intermolekulare Kräfte an der Grenzschicht der festen Substanz mit dem Flüssigkristall wirksam:

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Dispersionskräfte von kurzer Reichweite und dipolarer Einwirkung. Derartige Kräfte hängen von Oberflächenspannungen des festen Körpers und des Flüssigkristalls ab, und sie bestimmen die Ausrichtung der Moleküle, die in unmittelbarer Berührung mit dem festen Körper sind. Der zweite Faktor nimmt an der speziellen Topographie der Oberfläche des festen Körpers teil und bestimmt die Ausrichtung über größere Entfernung innerhalb des Flüssigkristallfilms.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten unter Verwendung der Mechanismen der ersten:Kategorie, so daß also intermolekulare Kräfte im Bereich der Grenzschicht des festen Körpers mit dem Flüssigkristall verwendet werden. Zusätzlich kann das Verfahren mit den bekannten Verfahren verbunden werden, die die Mechanismen der zweiten Kategorie benützen, bei denen der Einfluß einer speziellen Topographie der Oberfläche des festen Körpers ausgenützt wird.

Die Verfahren zum Ausrichten der Moleküle eines Flüssigkristalls, bei denen intermolekulare Kräfte benutzt werden, die an der Grenzfläche zwischen dem festen Körper und dem Flüssigkristall auftreten, werden im wesentlichen durch die Verwendung oberflächenbeeinflussender Mittel durchgeführt. Es sind dies auf der Oberfläche wirksame Substanzen, die entweder unmittelbar auf den Bereich der Wandung aufgetragen werden, wo das Ausrichten der Moleküle des Flüssigkristalls gewünscht wird, oder in den Flüssigkristall eingebracht.

Es sind zahlreiche Oberflächenmittel bekannt. Zum Beispiel nennt die US-PS 3 656 834 Zusätze, die in nematische Flüssigkristalle eingemischt werden können. Die US-PS 3 694 053 gibt an, daß Substanzen verwendet werden können, wie Hexadecyltrimethylammoniumbromid, Stearinsäure oder Lecithin. In der US-PS 3 803 050 wiederum ist angegeben, daß Harze als Oberflächenmittel verwendet werden können. Schließlich beschreibt die US-PS 3 854 793, daß Verbindungen auf der Basis von Silan auf der Wand verwendet werden können, insbesondere in monomolekularen Schichten.

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Sämtliche Mittel zum Ausrichten der Moleküle eines Flüssigkristalls in unmittelbarer Nähe einer Wand haben eines gemeinsam: Die Ausrichtung ist entweder planar (die Moleküle liegen parallel zur Wandfläche) oder homöotrop (die Moleküle stehen senkrecht auf der Wandfläche). Mit keinem dieser Mittel kann eine schräge Ausrichtung der Moleküle erzielt werden, die einstellbar ist (eine schräge Siliciumoxid-Anlagerung ermöglicht, wie bekannt, eine schräge Ausrichtung der Moleküle, jedoch mit einem Winkel, der auf 60° fixiert ist ohne die Möglichkeit einer Regulierung). Die Erfindung hat nun, ein Verfahren zum Ziel, mit dem eine schräge, jedoch einregulierbare Orientierung möglich ist, wobei die auf kurze Entfernung wirkenden intermolekularen Kräfte ins Spiel gebracht werden.

Theoretische und experimentelle Arbeiten des Anmelders konnten zeigen, warum die im Stand der Technik verwendeten Mittel nur zu den beiden Orientierungen, nämlich der planaren und der homöotropen, führen konnten, und wie es möglich ist, mit der Erfindung eine schräge Ausrichtung der Moleküle zu erhalten.

In allen Verfahren-und Vorrichtungen im Stand der Technik ist die Oberflächenspannung des festen Körpers sehr von der Oberflächenspannung des Flüssigkristalls verschieden, und zwar entweder sehr, viel niedriger, was zu einer homöotropen Orientierung führt; oder sehr viel höher, wodurch sich eine planare Orientierung ergibt. Für den nematischen Flüssigkristall MBBA (Methoxybenzyliden-n-butylanilin) liegt die Oberflächenspannung etwa bei 30 dyn/cm, und die Oberflächenbeläge, die bisher verwendet wurden, hatten eine Oberflächenspannung von weniger als 25 dyn/cm (die Orientierung ist somit homöotrop), oder eine Oberflächenspannung von mehr als 35 dyn/cm (die Orientierung ist dann planar). Der Anmelder konnte die Beziehung ermitteln, die besteht zwischen der Oberflächenspannung eines festen Körpers und seiner Fähigkeit, die Moleküle von Flüssigkristallen, die mit ihm in Berührung sind, auszurichten. Er hat damit die überraschende Erscheinung geklärt: Wenn die zwei Oberflächen-

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Ir

spannungen einander nahe kommen, dann können die Moleküledes Flüssigkristalls eine zur Oberfläche des festen Körpers schräge Ausrichtung annehmen. Diese Orientierung hängt von den jeweiligen Werten der Oberflächenspannungen ab, so daß es möglich wird, durch geeignete Wahl der Spannungen jede Orientierung zwischen der planaren und der homöotropen zu erzielen.

Genauer gesagt, hat die Erfindung zum Ziel, ein Verfahren zur Ausrichtung der Moleküle eines Flüssigkristalls in Angrenzung an eine Wandfläche zu schaffen, "bei welchem die intermolekularen Kräfte ausgenutzt werden, die an der Grenzschicht zwischen Wandfläche und Flüssigkristall auftreten, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kräfte in dem Fall genutzt werden, in welchem die Oberflächenspannung der Wandfläche im wesentlichen gleich der Oberflächenspannung des Flüssigkristalls ist.

Ziel der Erfindung, ist es auch, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die sich dadurch auszeichnet, daß sie eine Flüssigkristallschicht aufweist, die mit einer Wandfläche in Berührung ist, deren Oberflächenspannung im wesentlichen gleich derjenigen des Flüssigkristalls ist, wobei die Moleküle des Flüssigkristalls eine schräg zur Wandfläche gerichtete Orientierung in der Nähe dieser Wandfläche haben.

In den Definitionen der Erfindung bedeutet der Ausdruck "im wesentlichen gleich", daß die relative Abweichung zwischen den Oberflächenspannungen der Wand und des Flüssigkristalls geringer als etwa 30 $> ist. Innerhalb dieser Zone wird im allgemeinen die schräge Orientierung beobachtet. In bestimmten Fällen kann jedoch die Abweichung zwischen den Oberflächenspannungen diesen Wert auch überschreiten.

Mit der Erfindung soll auch eine Anzeigezelle mit Flüssigkristall geschaffen werden, die aus einem zwischen zwei Platten eingeschlossenen Flüssigkristallfilm besteht, wobei das Kennzeichen darin besteht, daß wenigstens eine der Grenzwände eine Ober-

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flächenspannung hat, die im wesentlichen gleich derjenigen des Flüssigkristalls ist.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Anzeigezelle gedreht nematisch (in angelsächsischer Terminologie "twisted nematic"), wobei die Moleküle des Flussigkristalls in der Nähe wenigstens einer Wandfläche eine schräge Orientierung haben.

Die Erfindung wird nun in Verbindung mit der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau des Moleküls eines Stoffes, der sich für die Untersuchung des Einflusses der Oberflächenspannung einer Wandfläche auf die Ausrichtung der Moleküle eines nematischen Flussigkristalls gut eignet;

Fig. 2 schematisch die Anordnung der Moleküle dieses Stoffes, wenn er in Gestalt' eines molekularen Films an einer Wandfläche adsorbiert ist; ·■

Fig. 3 eine Graphik, die die Veränderung der Oberflächenspannung wiedergibt, welche der Film aus der Fig. 2 hat, wenn die Anzahl der Kohlenstoffatome in dem Molekül der Fig. 1 verändert wird;

Fig. 4 eine schematische Andeutung für das Vorhandensein einer Anisotropie der Oberflächenspannung eines Moleküls des Flussigkristalls;

Fig. 5 schematisch die Ausrichtung der Moleküle in der unmittelbaren Nähe der Wandflächen einer Anzeigezelle sowie den Einfluß der Eintrittsrichtung des Flussigkristalls auf diese Orientierung während des Füllens der Zelle;

Fig. 6 schematisch eine Anzeigezelle mit Flüssigkristall gemäß der Erfindung;

Fig. 7 die Orientierung der Moleküle in einer nematischen Flüssigkristallzelle mit gedrehter oder wendeiförmiger Molekülausrichtung, in welcher beide Wandflächen eine schräge Orientierungvermitteln;

Fig. 8 schematisch die Ausrichtung der Moleküle in einer Anzeigezelle, in der nur eine der Wandflächen eine schräge

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Orientierung bewirkt, während die andere eine planare Orientierung vermittelt.

Um experimentell den Einfluß zu studieren, den die Oberflächenspannungen im Mechanismus der Ausrichtung der Moleküle eines Flüssigkristalls in der Nähe der Wandflächen ausübt, ist es zweckmäßig, Oberflächen auszuwählen, deren Eigenheiten wie die chemische Natur, die freie Oberflächenenergie und die Topographie wohldefiniert sind und reproduziert werden können, so daß parasitäre Erscheinungen, die durch die Veränderung der Eigenheiten zwischen zwei Messungen auftreten, ausgeschlossen werden können und diese den tatsächlichen Einfluß, den die Oberflächenspannungen haben, nicht überdecken. Die vorliegende Beschreibung bezieht sich deshalb genau auf einen Körper, der sich für diese Zwecke gut eignet, denn er weist reproduzierbare Oberflächeneigenschaften auf, die eine Veränderung seiner Oberflächenspannung erlauben.' Der Körper oder die Substanz ist ein amphiphatisches Produkt, das als molekulare Schicht auf einer hydrophilen Oberfläche adsorbiert ist. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf die als Beispiel gewählte Substanz beschränkt ist, sondern im Gegenteil die Verwendung auch nichtmolekularer Filmschichten mit umfaßt oder auch solche Substanzen, die nicht-amphiphatisch sind oder die nicht auf hydrophilen Oberflächen adsorbiert sind, wenn nur die wesentlichen Eigenschaften der Erfindung hergestellt sind, nämlich die praktische Gleichheit der Oberflächenspannungen der Körpersubstanz und des Flüssigkristalls.

Eine derartige Substanz ist beispielsweise ein gesättigtes Monoamin, dessen Formel folgendermaßen ist: R-(CH₂)_n-R·,

mit R als hydrophobem Radikal und R^f als hydrophilem Radikal. Der Molekülaufbau dieser Substanz ist schematisch in der Fig. dargestellt. Das Radikal R kann beispielsweise sein CH,, CHpCl, CF, oder CCl,. Das Radikal R' kann gebildet sein durch beispielsweise NH₂, OH oder COOH.

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Das Verfahren der Adsorption einer derartigen Substanz auf einem hydrophilen Substrat ist sehr einfach. Es genügt, das Substrat in eine Lösung dieser Substanz einzutauchen, deren Lösungsmittel nicht-polar zu starken Oberflächenspannungen ist, und das Substrat nach etwa 10 min des Eintauchens wieder herauszuziehen. Beim schnellen Herausziehen aus der Lösung bleibt ein molekularer Mim trocken adsorbiert. Die Oberflächenspannung der durch dieses Verfahren erhaltenen Oberfläche ist sehr genau reproduzierbar (die Schwankungen sind kleiner als 0,3 dyn/cm), wenn beim Waschen des Substrats hinreichend Sorgfalt aufgewendet wird und reine Lösungen benützt werden. Die Struktur des erhaltenen monomolekularen Films ist sehr schematisch in der Pig. 2 angedeutet.

Die Oberflächenspannung," die mit einer solchen Substanz erhalten wird, hängt sehr wenig von der Natur der hydrophilen Funktionsgruppe R¹ ab. Sie hängt im Gegensatz von der Natur des Radikals R ab, das die Kette bestimmt. Für ein bestimmtes Radikal R ist die Oberflächenspannung abhängig von der Länge der Kette aus (CHp) , also von der Zahl n. Sie hängt außerdem von der Dichte des Films ab (Zahl der Moleküle je Flächeneinheit).

Im Falle daß die Methode der Adsorption nach vorbeschriebener Art verwendet wird, ist die Dichte für ein gegebenes η fest. Es ist jedoch-möglich, mit dieser Substanz und mit dieser Methode der Adsorption einen Bereich von Oberflächenspannungen zu erhalten, in dem lediglich die Länge η der gesättigten Kette variiert wird, um so unterschiedliche Oberflächen zu erhalten. So können beispielsweise Oberflächen mit η zwischen 6 und 16 erzeugt werden, deren Oberflächenspannungen sich innerhalb eines Bereichs zwischen 34 und 23 dyn/cm befinden.

Dieses zeigt die Kurve der Fig. 3, in der die Oberflächenspannung y des festen Körpers auf der Ordinate angetragen ist in Werten dyn/cm, während auf der Abszisse die Zahl η angetragen ist.

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AA

Die Ausrichtung der Moleküle des Flüssigkristalls, die von der Wand hervorgerufen wird, kann mit bekannten Mitteln beobachtet werden, nämlich mit einem Mikroskop zwischen gekreuzten Polarisationseinrichtungen und bei parallelem Licht als auch bei konvergierendem Licht (Konoskopie). Mit Hilfe dieser Methode hat der Anmelder die überraschende Erscheinung der schrägen Orientierung der Moleküle des Flüssigkristalls klargestellt, wenn die Oberflächenspannung des Kristalls nahe derjenigen der Wandfläche ist. Genauer gesagt ergibt sich für das MBBA, dessen Oberflächenspannung etwa 30 dyn/cm beträgt, daß die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle schräg ist, wenn die Oberflächenspannung der Grenzschicht zwischen etwa 26 dyn/cm und 34 dyn/cm liegt. Die Orientierung wird homöotrop (senkrecht zur Wand, θ = 0), wenn die Oberflächenspannung unter 26 dyn/cm absinkt und planar (parallel zur Wandfläche, θ = 90 °) bei einem Wert über 34 dyn/cm. Die nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht über' die Beziehung zwischen den Größen η, Υ und

η =

' 16™ 14 12 10

Y_e (dyn ./cn)

23,0	+	0,	3
24,0	+	0,	3
26.0	+	0,	3
29, 7	t	0,	3
30,8	+	0,	3
32,1		0,	3
33,2	T	0,	6
34,0	-h	0,	8

12° 22° 30° 55° 70°

Ohne daß damit die Reichweite der Erfindung eingeschränkt wird, glaubt der Anmelder das Phänomen der schrägen Ausrichtung in folgender Weise erklären zu können. Es ist bekannt, daß 'viele physikalische Eigenschaften der Flüssigkristalle, insbesondere der nematischen, anisotrop sind. Nach Ansicht des Anmelders ist auch die Oberflächenspannung in einem Flüssigkristall eine anisotrope Größe.

Fig. 4 zeigt diese Hypothese. Sie stellt schematisch ein Molekül des Flüssigkristalls dar, das durch eine Zentralgruppe C und Endgruppen T und T' gebildet ist. Die Oberflächenspannung

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-y-

in Richtung D, die mit der Molekülachse einen Winkel θ einschließt, ändert sich von einem Wert V(O) (wenn 9=0) bis Y (%) (wenn 9 = 4), nach dem gestrichelt gezeichneten Bogen A. Die von der Kreisform abweichende Gestalt des Bogens spiegelt die Anisotropie der Oberflächenspannung wieder.

In der Nähe der Wandfläche S ist die vom Flüssigkristall dargebotene Oberflächenspannung diejenige, welche der Richtung D normal auf der Wandfläche S entspricht. Diese Oberflächenspannung kann sich aber nach der Ausrichtung der Moleküle zwischen zwei Extremwerten ändern, von denen der eine ein Minimalwert ist (wenn das Molekül senkrecht auf der Wandfläche steht), während der andere ein Maximalwert ist (wenn das Molekül parallel zur Wandfläche liegt). Die freie Energie des Systems Flüssigkristall - Wand hängt von der Oberflächenspannung der Wandfläche und der des Flüssigkristalls ab. Die Oberflächenspannung der Wandfläche ist festgelegt, während die des Flüssigkristalls vom Winkel 9 ab, unter dem das Molekül gegenüber der Wandfläche ausgerichtet ist, und das Molekül hat die Tendenz, sich so auszurichten, daß die freie Energie ein Minimum wird. Aus theoretischen Überlegungen, die den Rahmen der vorliegenden Beschreibung überschreiten, laßt sich annehmen, daß diese freie Energie dann ihren Minimalwert hat, wenn die Oberflächenspannungen der Wandfläche und des Flüssigkristalls praktisch gleich sind. Wenn die Oberflächenspannung Y der Wandfläche S

s ^,

innerhalb des Feldes zwischen T(O) und Y(^) liegt, dann gibt es einen Winkel 9, bei welchem die Oberflächenspannung Y(θ) des Flüssigkristalls gleich der Oberflächenspannung Y ist. Das Molekül des Flüssigkristalls orientiert sich folglich derart, daß die Normale D auf der Wandfläche diesen Winkel 9 zur Achse des Moleküls hat.

Wenn die Oberflächenspannung Y^ der Wandfläche kleiner als Y(O) ist, dann kann die Anisotropie des Flüssigkristalls nicht mehr der der Wandfläche gleich werden, sondern die Energie des Systems versucht den kleinst möglichen Wert anzunehmen, so daß das Molekül sich senkrecht zur Wandfläche stellt. Das Gleiche

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-tr-

gilt, wenn die Oberflächenspannung der Wandfläche den Wert V (·|) übersteigt, wobei dann die Gleichgewichtsstellung einer Ausrichtung der Moleküle parallel zur Wandfläche entspricht, was einen Film mit einer Oberflächenspannung von Y (4-) ergibt. Diese beiden Extremfälle sind diejenigen, denen man im Stand der Technik begegnet, wo die Oberflächenspannung der Wandfläche außerhalb des engen Feldes liegt, innerhalb dessen sich diejenige des Flüssigkristalls bewegen kann. Die beiden Extremfälle sind diejenigen, die in dem Artikel von L. T. OREAGH und A. R. KMETZ unter der Bezeichnung "Mechanism of surface Alignment in Nematic Liquid Crystals" in "Molecular Crystals and Liquid Crystals", 1973, Band 24, Seiten 59-68 sowie in dem Artikel von F. J. KAHN unter der Bezeichnung "Surface Produced Alignment of Liquid Crystals" in "Proceedings of the IEEE", Band 61, Nr. 7, JuIi 1973, Seiten 823-828 veröffentlicht wurden.

Die Moleküle, die entsprechend dem Verfahren, das beschrieben worden ist, ausgerichtet werden, nehmen einen Winkel θ gegenüber der Normale zur Wandflache an, der zwischen 0 und 90 ° liegt. Jedes Molekül kann sich so auf einer Kegelmantelfläche gegenüber der Normale auf der Wandfläche anordnen, wobei der halbe Scheitelwinkel dieses Kegels den Wert θ hat. Wenn man darüber hinaus will, daß alle Moleküle parallel zu einer Ebene senkrecht auf den Wandflächen liegen, dann können bestimmte bekannte Mittel verwendet werden, indem von einer bestimmten Topographie der Oberfläche des festen Körpers Gebrauch gemacht wird. Es ist bekannt, daß dies z. B. durch Reiben, mit Hilfe von Strahlen oder Schräglage geschehen kann.

Man kann außerdem die Erscheinung benützen, welche der Anmelder beim Füllen der Flüssigkristallzelle beobachten konnten und die auf Kapillarwirkung zurückzuführen ist, wodurch eine gemeinsame Ausrichtung der Moleküle in der Richtung des Eintretens des Flüssigkristalls hervorgerufen wird. Dies ist in der Fig. angedeutet, die sehr schematisch die unter einem Winkel 9 gegenüber der Normalen auf der Oberfläche S geneigten Moleküle M

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zeigt, wobei diese Neigung aller Moleküle im Sinne des Eintretens des Flüssigkristalls in die Zelle während des Einfüllvorgangs entsteht, der mit dem Pfeil angedeutet ist.

Diese Erscheinung, die an Flächen auftritt, die mit einem grenzflächenaktiven Stoff beschichtet sind, kann ebenfalls direkt verwendet werden auf Wandflächen, die aus sich geeignete Eigenschaften haben, beispielsweise aus Polyäthylen bestehen.

Das vorstehend beschriebene Verfahren ermöglicht die Herstellung von Anzeigezellen mit Flüssigkristall, in denen wenigstens in der Nähe einer der Wandflächen die Ausrichtung der Moleküle schräg ist. Eine derartige Zelle, die in der Fig. 6 dargestellt ist, weist in üblicher Weise einen FlUssigkristallfilm 10 auf, der zwischen zwei Wände .12 und 14 eingegossen ist, die voneinander durch schmale Abstandstücke 16 getrennt gehalten werden. Die Wände 12 und 14 sind auf der Innenseite mit Schichten 18 und 20 bedeckt, die für die richtige Funktion der Zelle erforderlich sind und die z. B. transparente Leiterschichten sein können. Auf wenigstens einer der Schichten ist eine Lage einer Substanz adsorbiert, deren Oberflächenspannung im wesentlichen gleich derjenigen des Flüssigkristallfilms 10 ist. Diese Lage oder Schicht hat die Bezeichnung 22 erhalten. Durch ihre Berührung mit dieser Schicht läßt die Moleküle M eine schräge Ausrichtung annehmen, die nach obigen Erläuterungen bestimmt ist durch den Abstand der beiden Oberflächenspannungswerte. Die Wand 14 kann gegebenenfalls auch mit einer derartigen adsorbierten Lage oder Schicht bedeckt sein.

Das Verfahren und die Vorrichtungen, die beschrieben sind, eignen sich besonders für Anzeigezellen des nematischen Wendeltyps. Es ist bekannt, daß ein derartiger Aufbau erhalten werden kann, indem zwei Wandflächen verwendet werden, deren Topographie bei der ersten eine Ausrichtung in einer ersten Richtung und bei der zweiten eine Ausrichtung in einer anderen Richtung hervorruft, die zur ersten nicht parallel ist. Im Inneren des Flüssigkristalls geht die Orientierung der Moleküle fort-

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schreitend von der ersten in die zweite Richtung über, bildet somit also die Struktur einer Wendel.

Eine derartige Vorrichtung wird speziell bei Anzeigesystemen von Uhren, Rechnern oder Meßapparaturen verwendet, in der Periinformatik oder zum Sichtbarmachen alphanumerischer Zeichen oder auch in der optischen Verarbeitung elektrisäier Signale. Diese Anwendungsfälle können wirklich nur beeinflusst werden, wenn die elektrische Störung der Zelle vielgestaltig ist. So leidet eine solche Vorrichtung unter einem schweren Mangel, der auf der Unbestimmtheit der Kipprichtung der Moleküle beruht, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Dieser Mangel führt dazu, daß die Moleküle in einzelnen Zonen in der verkehrten Richtung umkippen, welche Zonen von den anderen Zonen, in denen die Moleküle richtig gekippt sind, durch Diskontinuitätslinien getrennt sind, die das Erscheinungsbild der Anzeige erheblich stören.

Diese Unbestimmtheit der Kipp- oder Neigungsrichtung der Moleküle kann beseitigt werden, wenn wenigstens in der Nähe einer Wandfläche die Moleküle eine schräge Orientierung haben, wobei der Winkel, den sie mit der Normalen einschließen, nur klein sein muß, z. B. zwischen 5 und 10 °. Beim Anlegen eines elektrischen Feldes orientieren sich die Moleküle dann korrekt, und die Bereiche, in denen sie verkehrt kippen, verschwinden.

Eine solche wendelartige Struktur mit schräger Ausrichtung ist in der Fig. 7 dargestellt, in der die beiden Wandflächen gemäß der Erfindung bearbeitet sind, während bei der Dar-'stellung der Fig. 8 nur eine einzige Wandfläche in der erfindungsgemäßen Weise behandelt ist, um den Molekülen dort die schräge Ausrichtung zu geben, während die andere Wandfläche mit den bekannten Mitteln behandelt ist, wodurch erreicht wird, daß sich die Moleküle parallel zur Wandfläche ausrichten.

In allem bisher Beschriebenen wird als "Flüssigkristall die Substanz MBBA verwendet. Es versteht sich jedoch, daß die

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Erfindung nicht auf diese Substanz "beschränkt ist und auch nicht auf die Familie der nematischen Flüssigkristalle, sondern viel allgemeiner alle Flüssigkristalle einschließt.

Darüber hinaus ist in der Beschreibung nur der Fall aufgeführt, wo das Aufbringen des die Orientierung hervorrufenden Films mit der Methode der Adsorption in einem nicht-polaren Lösungsmittel durchgeführt wird. In diesem Fall hängt, wie bereits in der Beschreibung ausgeführt, die Oberflächendichte des Films mit festen Werten R und R¹ nur von der Länge der Kette ab, d. h. vom Wert n.

Andererseits kann die Oberflächendichte des Films und damit seine Oberflächenspannung bei gleicher chemischer Formel modifiziert werden, wenn andere Verfahren der Filmablagerung verwendet werden. Wenn insbesondere das amphiphatische Produkt in Wasser löslich ist (beispielsweise quaternäres Ammonium), kann die Adsorption in wässriger Phase in Betracht gezogen werden. Die sich dann ergebende Dichte des Films bei einem gegebenen Stoff hängt von seiner Konzentration in der wässrigen Lösung ab.

Ist der Stoff in Wasser unlöslich (z. B. Carboxylsäure), dann kann eine monomolekulare Schicht dieser Substanz auf der Oberfläche einer Wasserschicht gebildet werden, in der die zu behandelnde Wand getaucht ist. Diese Schicht kann anschließend auf die feste Wandfläche übertragen werden durch Abdrucken letzterer auf der Fläche des Wassers. Die Dichte des Films für dasselbe Produkt hängt dann vom statischen Druck ab, der .seitlich auf die monomolekulare^: Schicht auf der Wasseroberfläche drückt.

Die Verwendung dieser Ablagerungsmethoden erlaubt es, die Oberflächenspannung stetig zu variieren, so daß damit auch der Neigungswinkel der Moleküle des Flüssigkristalls, der sich mit der so behandelten Wandfläche in Berührung befindet, verändert werden kann.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Ausrichten der Moleküle eines Flüssigkristalls " in unmittelbarer Nähe einer Wandfläche, wozu intermolekulare Kräfte ausgenützt werden, die an der Grenzfläche der Wand mit dem Flüssigkristall auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kräfte dann verwendet werden, wenn die Oberflächenspannung der Wandfläche im wesentlichen gleich der Oberflächenspannung des Flüssigkristalls ist, wodurch eine schräge Ausrichtung der Moleküle in Bezug auf die Wandfläche erhalten wird, die von .den entsprechenden Oberflächenspannungen der Wand und des Flüssigkristalls abhängen, wobei eine besondere Ausrichtung für einen bestimmten Flüssigkristall durch Wahl einer Wandfläche erhalten wird, die die geeignete Oberflächenspannung besitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausrichtung über große Entfernung durch eine spezielle Topographie der Wandfläche erhalten wird, die mit Hilfe bekannter Mittel, wie Reiben, Bestrahlung oder schräger Ablagerungen erzielt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausrichtung auf große Distanz erhalten wird durch eine Zelle, in der wenigstens eine der Wandflächen die zu behandelnde Wandfläche ist und indem der Flüssigkristall von einem Ende in die Zelle eingefüllt wird, wodurch die Ausrichtung in der langen Distanz, die so erteilt wird, in einer parallel zur Eingießrichtung liegenden Ebene vorhanden ist.

4. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellte Vorrichtung mit Flüssigkristall, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schicht aus Flüssigkristall enthält, die mit einer Wandfläche in Berührung ist, deren Oberflächenspannung im wesentlichen gleich derjenigen des Flüssigkristalls ist, wodurch die Moleküle des Flüssigkristalls

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in der Nähe der Wandfläche eine zu dieser schräg gerichtete Orientierung haben.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der relative Abstand zwischen den Oberflächenspannungen der Wandfläche und des Kristalls weniger als 30 ?« beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandfläche aus einem Substrat gebildet ist, die mit einer Schicht einer Substanz überdeckt ist, deren Oberflächenspannung im wesentlichen gleich derjenigen des Flüssigkristalle ist, der mit dieser Schicht in Berührung ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem amphiphatischen Stoff gebildet ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht monomolekular ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schicht bildende Substanz eine gesättigte Aminoverbindung ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz die Formel R-(CHp) -R^! hat, worin R ein hydrophobes Radikal und R¹ ein hydrophiles Radikal sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß η zwischen 6 und 12 liegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall MBBA ist.

13. Verfahren zur Regelung des Ausrichtwinkels der Moleküle des Flüssigkristalls in einer Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächendichte der

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Schicht reguliert wird.

14. Vervrendung der Vorrichtung nach Anspruch 4 zur Bildung einer FlUssigkristall-Anzeigezelle, "bei der ein Flüssigkristallfilm zwischen zwei Wandplatten eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Wandflächen der Zelle gemäß Anspruch 4 'beschaffen ist.

15. Zelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie wendelförmig nematisch ist, wobei die Flüssigkristallmolektile, die an wenigstens eine der Wandflächen angrenzen, eine schräge Ausrichtung haben.■

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