DE69032379T2

DE69032379T2 - Verfahren zur Ausrichtung eines Flüssigkristallmediums

Info

Publication number: DE69032379T2
Application number: DE69032379T
Authority: DE
Inventors: Wayne Michael Gibbons; Shao-Tang Sun; Brian Joseph Swetlin
Original assignee: Hercules LLC
Current assignee: Elsicon Inc
Priority date: 1989-03-08
Filing date: 1990-03-08
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2010-03-09
Also published as: US4974941A; FI901183A0; US5032009A; DE387059T1; JPH02277025A; ES2116976T3; DK0387059T3; EP0387059A3; ATE167308T1; NO901075L; CA2011383C; EP0387059A2; EP0387059B1; DE69032379D1; JP2575224B2; CA2011383A1; NO901075D0

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Orientierung anisotroper Moleküle in einem Flüssigkristallmedium.
Flüssigkristallverbindungen werden in personen- und maschinenlesbaren Anzeigen verwendet, z.B. in Instrumentensteuerungen für Kraftfahrzeuge und Verfahrenskontrollgeräten und in Zeitmeßvorrichtungen wie Uhren. Solche Anzeigevorrichtungen bestehen primar aus einem Flüssigkristallmedium, das zwischen Glas oder anderen transparenten Substraten eingebettet ist, um eine Zelle zu bilden, wobei ein transparentes, elektrisch leitfähiges Material selektiv auf beide Substrate aufgetragen ist, um bildgebende, leitfahige Muster zu liefern.
Die Lichtdurchlässigkeit durch diese Zellen wird herkömmlich durch Änderung der Orientierung des Flüssigkristallmediums reguliert, so daß alles, etwas oder keines des vorhandenen Lichts hindurchtritt. Das Flussigkristallmedium kann durch Anlegen einer Spannung oder eines Magnetfeldes an die Zelle orientiert werden. Es ist ebenfalls bekannt, einen oder zwei Polarisatoren zu verwenden, um die Lichtdurchlässigkeit durch das orientierte Flüssigkristallmedium zu regulieren.
Das Flüssigkristallmedium kann gelöste anisotrope Farbstoffe ebenso wie Flüssigkristalle enthalten. Solch ein Medium, das ein oder mehr Flüssigkristallverbindungen mit ein oder mehr darin gelösten Farbstoffen umfaßt, wird als "Wirt-Gast"-System bezeichnet.
Die anisotropen Farbstoffe in "Wirt-Gast"-Systemen, die am besten für Anzeigen geeignet sind, sind dichroitische Farbstoffe, die mehr Licht entlang einer Achse und weniger Licht entlang einer zweiten absorbieren. Wenn die Wirt-Flüssigkristallzusammensetzung und der darin gelöst Gast- Farbstoff geeignet abgestimmt sind, kann die Orientierung der Mischung durch eine angelegte Spannung reguliert werden, so daß nur die gewünschte Lichtmenge hindurchgelassen wird.
Die Komponenten dieser Anzeige werden als anisotrop bezeichnet, weil sie (a) Eigenschaften mit unterschiedlichen Werten aufweisen, wenn diese entlang Achsen in unterschiedlichen Richtungen gemessen werden, und (b) unterschiedliche Positionen als Antwort auf externe Anregungen annehmen, wie z.B. eine angelegte Spannung, die verwendet werden kann, um die Flüssigkristalle um eine feststehende Achse zu drehen, so daß sie ihre optischen Eigenschaften ändern. Noch spezieller sind sie doppelbrechend.
In Flüssigkristallzellen, die zur Zeit in handelsüblichem Gebrauch sind, wurden die Moleküle orientiert, um eine homogene oder homöotrope Ausrichtung anzunehmen. Ohne externe Anreize wird die Anzeige entweder opak oder transparent erscheinen. Viele Techniken sind bekannt zur Ausrichtung von Flüssigkristallmedien. Typischerweise bestehen die inneren Oberflächen der transparenten Substrate aus einer transparenten Ausrichtungsschicht, wie einem Film aus Polyalkylsiloxanen oder Lecithin.
Zur homogenen Ausrichtung wird die Beschichtung mit einem Tuch entlang einer gegebenen Richtung angerieben, bevor die Zelle mit dem Flüssigkristallmedium gefüllt wird, so daß der Oberflächenzustand in bevorzugter Weise geändert wird und die langen Molekülachsen der Flüssigkristalle dazu gebracht werden, sich entlang oder beinahe parallel zur Reibrichtung auszurichten. Nachdem die Zelle gefüllt ist, wird die Ausrichtung auf das Volumen des flüssigen Mediums über intermolekulare Kräfte übertragen.
Eine homöotrope Ausrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die langen Achsen der Flüssigkristalle entlang oder beinahe parallel zu einer zum Substrat senkrechten Linie ausgerichtet sind, und sie wird herkömmlich erreicht, indem eine chemisch modifizierte Ausrichtungsschicht verwendet wird oder ein elektrisches Feld durch die Zelle angelegt wird.
Es gibt einen Bedarf für eine einfache Technik zur Ausrichtung oder Wiederausrichtung eines Flüssigkristallmediums. Zusätzlich ist es wünschenswert, in der Lage zu sein, eine Flüssigkristallzelle mit zwei oder mehr Bereichen zur Verfügung zu stellen, die in unterschiedlichen homogenen oder homöotropen Ausrichtungen ausgerichtet sind, und in manchen Fällen auch in der Lage zu sein, auf die in Flüssigkristallanzeigen verwendeten Ausrichtungsschichten zu verzichten.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Ausrichtung oder Wiederausrichtung eines Flüssigkristallmediums mit einer einem Substrat benachbarten Oberfläche zur Verfügung, worin die Flüssigkristalle im Medium ein Molekulargewicht von weniger als 1 500 haben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß anisotrop absorbierende Moleküle im Medium oder in oder an dem benachbarten Substrat mit linear polarisiertem Licht einer Wellenlänge innerhalb der Absorptionsbande der anisotrop absorbierenden Moleküle bestrahlt werden, wodurch eine Ausrichtung oder Wiederausrichtung des Flüssigkristallmediums mit einem Winkel + und - θ bezüglich der Richtung der linearen Polarisation des einfallenden Lichtstrahls und entlang einer durch das Substrat definierten Ebene durch die bestrahlten, anisotrop absorbierenden Moleküle induziert wird, und daß die Bestrahlung beendet wird, wodurch das durch den Bestrahlungsschritt ausgerichtete oder wieder ausgerichtete Flüssigkristallmedium so ausgerichtet oder wieder ausgerichtet bleibt.
Mit "anisotrop absorbierende Moleküle" sind Verbindungen gemeint, die Lichtabsorptionseigenschaften mit unterschiedlichen Werten aufweisen, wenn diese entlang der Achsen in unterschiedlichen Richtungen gemessen werden. Der Begriff Flüssigkristall wird verwendet, um Moleküle mit anisotroper Geometrie zu bezeichnen, wie stäbchenförmige oder scheibchenförmige, die stabile Zwischenzustände zwischen flüssig und fest aufweisen, und die ein Molekulargewicht von weniger als etwa 1 500, bevorzugt 1 000 oder weniger und am meisten bevorzugt 650 oder weniger aufweisen. Das Flüssigkristall medium dieser Erfindung kann jede Flüssigkristallverbindung enthalten, die herkömmlich in Flüssigkristallanzeigen und anderen Flüssigkristallvorrichtungen verwendet wird. Thermotrope Flüssigkristalle, die nematische und smektische (einschließlich ferroelektrischer) Phasen aufweisen, sind bevorzugt.
Nematische Phasen schließen herkömmliche, einachsige nematische, verdrillte nematische und cholesterische Mesophasen ein. Die nematischen Flüssigkristalle können entweder eine positive oder negative dielektrische Anisotropie haben. Die hier verwendeten Begriffe "positiv" und "negativ" bezeichnen die dielektrische Netto-Anisotropie einer Flüssigkristalle umfassenden Mischung.
Leicht erhältliche, positive nematische Flüssigkristallmaterialien, die für die Ausführung dieser Erfindung geeignet sind, schließen ein:
4-Cyano-4'-alkylbiphenyle, 4-cyano-4'-alkyloxybiphenyle, 4-Alkyl-(4'- cyanophenyl)cyclohexane, 4-Alkyl-(4'-cyanobiphenyl)cyclohexane, 4- cyanophenyl-4'-alkylbenzoate, 4-cyanophenyl-4'-alkyloxybenzoate, 4- Alkyloxyphenyl-4'-cyanobenzoate, 4-Alkylphenyl-4'-cyanobenzoate, 1(4'- Alkylphenyl)-4-alkylpyrimidine, 1-(4'-Alkylphenyl)-4-cyanopyrimidine, 1- (4'-Alkyloxyphenyl)-4-cyanopyrimidine und 1-(4-cyanophenyl)-4-alkylpyrimidine.
Spezielle Beispiele für Verbindungen innerhalb dieser Familien sind:
4-Cyano-4'-pentylbiphenyl, 4-Cyano-4'-hexyloxybiphenyl, trans-4- Pentyl-(4'-cyanophenyl)cyclohexan, trans-4-Hexyl-(4'-cyanobiphenyl)cyclohexan, 4-Cyanophenyl-4'-propylbenzoat, 4-Pentyloxyphenyl-4'-cyanobenzoat, 4-Hexylphenyl-4'-cyanobenzoat, 1-(4'-Pentylphenyl)-4-butylpyrimidin, 1-(4'-Butyloxyphenyl)-4-cyanopyrimidin, 1-(4-cyanophenyl)-4- alkylpyrimidin, 4-n-Hexylbenzyliden-4'-aminobenzonitril und 4-Cyanobenzyliden-4'-octyloxyanilin.
Eutektische Mischungen und Kombinationen aller obigen Verbindungen sind ebenfalls brauchbar. Veranschaulichend sind eutektische Mischungen von 4'-Alkyl-4-cyanobiphenylen mit entweder 4'-Alkyloxy-4-cyanobiphenylen, worin die 4'-Substituenten 3 bis 8 Kohlenstoffatome haben, oder Terphenyl- Flüssigkristallen mit 4-Alkyl- oder Alkyloxy-Substituenten mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen. Repräsentativ sind die handelsübliche E7-Mischung von BDH, Ltd., Poole, England; ROTN 404, eine eutektische Mischung aus Biphenylpyrimidin-Flüssigkristallen von Hoffman La Roche, Nutley, New Jersey; PCH 1132, eine Mischung, die 4-Alkyl-(4'-cyanobiphenyl)cyclohexane und 4-Alkyl-(4'-cyanophenyl)cyclohexane umfaßt, von EM Industries, Hawthorne, New York; und ZLI 1982, ebenfalls erhältlich von EM Industries.
Repräsentative nematische Flüssigkristalle mit negativer dielektrischer Anisotropie, die für diese Erfindung nützlich sein könnten, schließen ein: 4-Alkoxy-4'-alkyloxyazoxybenzole, 4-Alkyl-4'-alkyloxyazoxybenzole, 4-Alkyl-4'-acyloxyazoxybenzole, 4-Alkyl-4'-alkylazoxybenzole und 4-Alkyl-2-cyanophenyl-4'-alkylbiphenyl-1-carboxylate. Spezielle Beispiele schließen ein:
p-Azoxyanisol, 4-Butyl-4'-hexyloxyazoxybenzole, 4-Butyl-4'- acetoxyazoxybenzol, 4,4'-Bis(hexyl)azoxybenzol und 4-Pentyl-2-cyanophenyl-4'-heptylbiphenyl-1-carboxylat. Handelsüblich sind Licristal S1014 von EM Industries, Hawthorne, New York; und EN-18 von Chisso Corp., Yokomoma Japan.
Smektische A-Flüssigkristalle, die in dieser Erfindung nützlich sind, können entweder von positiver oder negativer dielektrischer Anisotropie sein. Smektische A-Flüssigkristalle mit positiver Anisotropie schließen ein: 4-Alkyl-4'-cyanobiphenyle und 4-Cyano-4'-alkylbenzylidenaniline, ebenso wie Mischungen aus 4-Alkyl-4"-cyano-p-terphenylen und 4-Alkyl-4"- cyanobiphenylen.
Ebenfalls nützlich sind smektische A-Mischungen, die aus Elektronenannehmenden und Elektronen-spendenden mesogenen Kernen stammen, z.B. 4'- Alkylphenyl-4-alkylbenzoaten und 4'-Cyanophenyl-4"-alkyloxybenzoyloxybenzoaten. Spezielle Beispiele für Verbindungen, die als smektische A- Flüssigkristalle mit positiver dielektrischer Anisotropie nützlich sind, sind: 4-Cyano-4'-octylbenzylidenanilin, 4-Decyl-4'-cyanobiphenyl, 4- Dodecyl-4"-cyano-p-terphenyl, 4'-Heptylphenyl-4-butylbenzoat und 4'- Cyanophenyl-4"-octyloxybenzoyloxybenzoat. Eutektische Mischungen und Kombinationen aller obigen smektischen A-Materialien sind brauchbar.
Repräsentative eutektische Mischungen und Kombinationen von smektischen A- Flüssigkristallen sind die handelsüblichen Materialien S1, S2, S3, S4, S5, S6 und S7 von EM Industries, Hawthorne, New York. Repräsentative smektische A-Flüssigkristalle mit negativer dielektrischer Anisotropie, die in dieser Erfindung brauchbar sind, sind: 4-Alkylphenyl-4-alkyloxy-3-cyanobenzoate, 4-Alkyloxyphenyl-4-alkyloxy-3-cyanobenzoate und 4"-Alkyloxyphenyl-4'- alkyloxybenzoyloxy-3-cyanobenzoate. Spezielle Beispiele schließen ein: 4'- Octylphenyl-4-decyloxy-3-cyanobenzoat, 4-Decyloxyphenyl-4-octyloxy-3- cyanobenzoat und 4'-Heptyloxyphenyl-4'-decyloxybenzoyl-3-cyanobenzoat Eutektische Mischungen davon können ebenfalls verwendet werden.
Repräsentative chirale smektische C-Flüssigkristalle, die in der Durchführung dieser Erfindung brauchbar sind, schließen ein: 4'-Alkyloxyphenyl-4-alkyloxybenzoate, 4'-Alkyloxybiphenyl-4-alkyloxybenzoate, 4- Alkyloxyphenyl-4-alkyloxybiphenylcarboxylate und Terpenolester von 4'-n- Alkyloxybiphenyl-4-carboxylaten. Spezielle Beispiele sind: 4-(4-Methylhexyloxy)phenyl-4-decyloxybenzoat, 4-Heptyloxyphenyl-4-(4-methylhexyloxy)benzoat, 4'-Octyloxybiphenyl-4-(2-methylbutyloxy) benzoat, 4-Nonyloxyphenyl-4'-(2-methylbutyloxy)biphenyl-4-carboxylat und Menthyl-4'-n-octyloxybiphenyl-4-carboxylat.
Handelsübliche Mischungen von chiralen smektischen C- Flüssigkristallen schließen ein: die von Chisso Corp., Yokohoma, Japan, angebotenen CS 1000-Serien; ZLI 4139, erhältlich von EM Industries, Hawthorne, New York; und die eutektischen Mischungen von seitlich fluorierten Estern, die von BDH, LTD. entwickelt wurden und durch EM Industries als SCE-Serie der eutektischen Mischungen SCE3 bis SCE12 erhältlich sind. Chirale smektische Einzelkomponenten-C-Materialien, die auf 4'-Alkyloxyphenyl-4-alkyloxybenzoaten basieren, W7, W37, W81 und W82, sind von Displaytech, Inc., Boulder, Colorado erhältlich.
Wirt-Gast-Formulierungen werden mit allen Arten von Flüssigkristallen hergestellt. In diesen Mischungen brauchbare Farbstoffe schließen dichroitische Azo-, Diazo-, Triazo-, Tetraazo-, Pentaazo-, Anthrachinon-, Mericyanin-, Methin-, 2-Phenylazothiazol-, 2-Phenylazobenzthiazol-, 4,4'- Bis(arylazo)stilben-, Perylen- und 4,8-Diamino-1,5-naphthochinon-Farbstoffe und andere Farbstoff ein, die dichroitische Absorptionsbanden aufweisen. Bevorzugt sind diejenigen, die dichroitische Absorptionsbanden zwischen etwa 150 nm und etwa 2 000 nm aufweisen. Einige spezielle Beispiele für Farbstoffe, die in dieser Erfindung brauchbar sind, sind in der in den Beispielen vorhergehenden Tabelle aufgeführt.
In den Figuren:
Figur 1 ist ein Schema einer typischen Flüssigkristallzelle.
Figur 2 zeigt ein Gerät, das zur Ausrichtung oder Wiederausrichtung von Flüssigkristallmedien nützlich ist.
Figur 3 ist eine Vorderansicht eines Wirt-Gast-Flüssigkristallmediums, das durch Reiben ausgerichtet wurde.
Figur 4 ist eine Vorderansicht des Wirt-Gast-Flüssigkristallmediums der Figur 3, nachdem es unter Verwendung des erfindungsgemaßen Verfahrens wieder ausgerichtet wurde.
Die beste bekannte Flüssigkristallvorrichtung ist eine Flüssigkristallanzeige. Ein Schema einer Basis-Flüssigkristallzelle, die die das aktive Bauteil einer solchen Anzeige ist, ist in Figur 1 gezeigt. Diese Schema ist nur exemplarisch, da das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausrichtung von Flüssigkristallmedien brauchbar ist, die in allen Arten von Flüssigkristallvorrichtungen verwendet werden.
Die in Figur 1 gezeigte Flüssigkristallzelle enthält ein Wirt-Gast- Flüssigkristallmedium (4). Die Wirt-Flüssigkristallmoleküle sind durch kurze Linien dargestellt, und die Gast-Farbstoffmoleküle sind durch Linien mit Kreisen an jedem Ende dargestellt. In dieser Figur umfaßt die Zelle zwei Substrate, deren Hauptkomponenten (1) (z.B. Glas) auf ihren nach innen zeigenden Seiten mit einer transparenten, leitfähigen Schicht (z.B. Indium- Zinn-Oxid) (2) beschichtet sind und die anschließend auf ihren nach innen zeigenden Seiten mit Ausrichtungsschichten beschichtet sind, die einen dünnen Film eines organischen Materials (3) (z.B. ein Polyimid) umfassen, das in diesem Fall linear in eine einzige Richtung mit einem Poliertuch gerieben wurde.
Die beschichteten Substrate werden in mit kleinen Glasfasern mit Durchmessern von etwa bis 20 um (in der Figur nicht gezeigt), die zur Regulierung des Abstandes verwendet werden, in eine sich gegenüberstehende, getrennte Beziehung gesetzt. Die Flüssigkristallschicht (4) wird z.B. mit Epoxidharz (nicht gezeigt) versiegelt. Die in der Figur gezeigten Symbole und stellen die angelegte Spannung dar. Flüssigkristallzellen können unter Verwendung von Wechsel- oder Gleichstromspannung betrieben werden, und die angezeigte Spannungsrichtung in dieser Figur ist nicht als Einschränkung gedacht.
Ein erhöhter Kontrast kann erhalten werden, durch Verwendung von zwei oder mehr oder solcher Zellen in Kombination. Z.B. können Substrate so geteilt werden, daß sie eine sogenannte "Dreiglas-Struktur" bilden.
Die in dieser Erfindung verwendete Lichtquelle muß linear polarisiert sein. Ferner muß das linear polarisierte Licht eine Wellenlänge in der Absorptionsbande des anisotropen Mediums haben. Hier wird Bezug genommen auf die Absorptionsbande von z.B. den Flüssigkristallen, den Farbstoffen in einem Wirt-Gast-Flüssigkristallmedium oder den Farbstoffen, die einen Teil eines Substrats bilden (z.B. aufgetragen auf einer Schicht des Substrats, die dem Flüssigkristallmedium benachbart ist, wie der leitfähigen Beschichtung oder eine Ausrichtungsschicht). Typischerweise wird das Licht im ultravioletten bis infraroten Bereich sein, weil die Farbstoffe und in manchen Fällen die Flüssigkristall-Verbindungen eine maximale Absorption in diesem Bereich haben werden.
Das Licht wird bevorzugt eine Wellenlänge innerhalb des Bereichs von etwa 150 nm bis etwa 2 000 nm haben. Die am meisten bevorzugte Lichtquelle ist ein Laser, z.B. ein Argon-, Helium-Neon- oder Helium-Cadmium-Laser. Mit Lasern geringerer Leistung kann es notwendig sein, den Lichtstrahl auf die Zelle zu fokussieren, aber im allgemeinen ist es nicht notwendig, den Lichtstrahl zu fokussieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann verwendet werden, um ein Flüssigkristallmedium auszurichten, das in einem zufällig ausgerichteten (isotropen) Zustand ist, oder um ein zuvor ausgerichtetes (homogenes oder homöotropes) Flüssigkristallmedium wieder auszurichten. Falls der einfallende Lichtstrahl senkrecht zum Substrat ist, wird seine ausrichtende Wirkung durch Drehung der geometrischen Projektion der längeren Achsen der bestrahlten anisotrop absorbierenden Moleküle erzielt, was bedeutet, daß das Drehmoment jedes Moleküls um eine kürzere Achse wahrscheinlich am größten für homogen ausgerichtete Moleküle ist und abnimmt, wenn der Winkel zwischen der Ebene des Substrats und der längeren Achse zunimmt, wobei Null bei einer homöotropen Orientierung parallel zur Richtung der Polarisation des einfallenden Lichtstrahls angenähert wird. Das gleiche wird wahrscheinlich wahr sein hinsichtlich der Ausrichtung von Flüssigkristallen, die durch die bestrahlten, anisotrop absorbierenden Moleküle induziert sind.
Das Flüssigkristallmedium ist bevorzugt von dem Typ, der leicht homogen ausgerichtet werden kann. Das linear polarisierte Licht wird auf das gesamte Medium angewendet, das ausgerichtet oder wieder ausgerichtet oder zu einem Teil davon (wieder) ausgerichtet werden soll. Der Lichtstrahl kann stationär oder gedreht sein. Die Bestrahlung kann in einem Schritt, in Stößen oder durch andere Verfahren erfolgen. Die Bestrahlungszeiten variieren weithin mit den verwendeten Materialien und anderen vohersagbaren Faktoren und können von weniger als 1 s bis über 1 h reichen. Es ist ersichtlich für den Fachmann, daß die Drehung der anisotrop absorbierenden und flüssigkristallinen Moleküle bei einem Winkel + und - θ hinsichtlich der Richtung der linearen Polarisation es einfallenden Lichtstrahls in zwei Dimensionen entlang einer Ebene ist. Im allgemeinen entspricht in einer Flüssigkristallzelle diese Ebene der Oberfläche eines Substrats der Zelle, definiert durch das Substrat bei einem relativen Winkel zur Polarisation des einfallenden Lichts.
Das erfindungsgemäße Verfahren sollte mit wenigstens einem Substrat, das das Flüssigkristallmedium berührt, durchgeführt werden. Im allgemeinen wird das Flüssigkristallmedium einen Teil einer Zelle mit zwei solcher Substrate bilden, z.B. wie in Figur 1 gezeigt. Wenn eine Ausrichtungsschicht verwendet wird, verbessert Reiben im allgemeinen die Leistung, ist aber nicht notwendig.
Ein wichtiges Merkmal dieser Erfindung ist, daß, nachdem das Verfahren beendet ist, das Flüssigkristallmedium ein "Gedächtnis" hat, d.h. es wird die Ausrichtung beibehalten, die durch die linear polarisierte Lichtquelle induziert ist. Das anisotrope Medium kann selbstverständlich zum Original oder einer dritten Ausrichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren wieder ausgerichtet werden. Normalerweise leisten Flüssigkristallmedien (und damit hergestellte Zellen), die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Techniken ausgerichtet wurden, in der gleichen Weise wie Anzeigen, die unter Verwendung herkömmlicher Techniken ausgerichtet wurden.
Die Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens können unter Verwendung von Polarisatoren beobachtet werden. D.h., wenn weißes Licht auf eine Zelle mit einem einzelnen Polarisator gelenkt wird, beobachtet man, daß es eine Anderung in der Winkelposition der maximalen Farbstoffabsorption (oder der Flüssigkristallabsorption, wenn das Licht innerhalb der Absorptionsbande des Flüssigkristalls ist) relativ zum Hintergrund gibt. Wenn weißes Licht auf eine Zelle mit Polarisator auf jeder Seite gestrahlt wird, beobachtet man eine Farbveränderung im bestrahlten Bereich relativ zum Hintergrund, was auf eine Änderung in der Winkelposition der Flüssigkristallmoleküle und somit einer Änderung in der Doppelbrechung der Zelle hinweist. Die Ergebnisse sind empfindlich für die Bestrahlungszeit, -intensität, -wellenlänge und die Richtung des linear polarisierten Lichts; für die Probentemperatur, die verwendeten Flüssigkristalle und Farbstoffe und ihre Konzentrationen, die Gegenwart oder Abwesenheit einer Ausrichtungsschicht und, wo zugegen, für die Art der Ausrichtungsschicht und für den Ort, die Menge und die Eigenschaften der anisotrop absorbierenden Moleküle.
Flüssigkristallanzeigen, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden, haben herkömmliche Anzeigekonfigurationen (z.B. zwei, drei oder mehr Substratstrukturen) und können ein oder mehr Polarisatoren, Beleuchtungsmittel, reflektive Schichten, trans flektive Schichten, elastomere Verbindungen und Leiterplatten, wie sie herkömmlich auf diesem Gebiet verwendet werden, einschließen.
Es ist nicht erforderlich, herkömmliche Ausrichtungsschichten in den Zellen zu verwenden, wie die im Stand der Technik gewöhnlich verwendeten polierten Ausrichtungsschichten. In vielen Fällen wird jedoch die Leistung mit einer polierten oder geriebenen Ausrichtungsschicht verbessert. Andere Orientierungsschichten und -techniken können ebenfalls mit dieser Erfindung verwendet werden.
Das Verfahren dieser Erfindung kann verwendet werden, um Schichten oder Bereiche davon wieder auszurichten, die zuvor durch eine polierte Ausrichtungsschicht des Verfahrens dieser Erfindung ausgerichtet waren. Höchst bemerkenswert ist, daß ein oder mehr Bereiche einer Flüssigkristall vorrichtung in einer anderen Orientierung ausgerichtet werden können als der Rest der Vorrichtung. Solche Zellen können hergestellt werden durch Wiederausrichten von einer oder mehr Bereichen eines zuvor ausgerichteten Flüssigkristallmediums. Figur 3 zeigt ein Flüssigkristall-Wirtmedium, das in einer Richtung ausgerichtet wurde. Figur 4 zeigt einen Bereich des Mediums, das unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder ausgerichtet wurde. Diese Figur veranschaulicht den Fall, daß die Flüssigkristallmoleküle um 90º zu sowohl der Polarisation des einfallenden Lichts als auch der ursprünglichen Ausrichtungsrichtung gedreht wurden.
Ein weiteres, interessantes Merkmal dieser Erfindung ist, daß das Verfahren durch Zugabe der anisotrop absorbierenden Moleküle zu einem Substrat, z.B. in einem organischen Material, das auf das Flüssigkristallmedium, wie eine Ausrichtungsschicht oder die transparente leitfähige Schicht, beschichtet oder in anderer Weise benachbart aufgetragen wurde, und durch anschließendes Bestrahlen der anisotrop absorbierenden Moleküle durchgeführt werden kann. Diese Ausführungsform kann unter Verwendung eines Flüssigkristallmediums, das anisotrop absorbierende Moleküle enthält, oder eines Flüssigkristallmediums ohne solche Moleküle durchgeführt werden. Ferner kann in diesen Ausführungsformen die Bestrahlung durch das linear polarisierte Licht zu jeder Zeit vor oder nach dem Befüllen der Zelle mit dem Flüssigkristallmedium erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Gegenwart eines elektrischen Feldes (Wechselspannung oder Gleichspannung) durchgeführt werden. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß ein elektrisches Feld vorhanden ist, und in den meisten Fällen wird das Verfahren in Abwesenheit eines elektrischen Feldes durchgeführt werden.
Im allgemeinen ist diese Erfindung am besten zur Ausrichtung oder Wiederausrichtung homogener Flüssigkristallsysteme geeignet. In Gegenwart eines elektrischen Feldes nehmen jedoch auch homöotrope Flüssigkristalle mit negativer dielektrischer Anisotropie einen homogenen Zustand ein. Das homogene System kann unter Verwendung von polarisiertem Licht gemäß dieser Erfindung ausgerichtet oder wieder ausgerichtet werden. Wenn das elektrische Feld entfernt wird, fallen die Flüssigkristalle im allgemeinen in einen homöotropen Zustand zurück. In diesem Fall werden sie sich ein weiteres Mal im homogenen Zustand ausrichten, der durch das polarisierte Licht induziert wird, wenn ein elektrisches Feld später angelegt wird.
Andere herkömmliche Materialien wie leitendende ionische Dotierungsmittel, chirale Dotierungsmittel, Photostabilisatoren und Viskositätsmodifizierer etc. können verwendet werden. Diese Materialien müssen nicht vorhanden sein, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Obwohl diese Erfindung hinsichtlich Zellen für Flüssigkristallanzeigen beschrieben wird, sollte es ersichtlich sein, daß sie für andere Flüssigkristallvorrichtungen, z.B. voll-optische Lichtmodulatoren, löschbare optische Lese/Schreib-Datenspeichermedien etc., brauchbar ist.
Diese Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen demonstriert, die veranschaulichend sind und nicht als Einschränkung gedacht sind, und worin alle Prozentgehalte gewichtsbezogen sind.
Die in der nachfolgenden Tabelle gezeigten Farbstoffe wurden in den Beispielen verwendet. Tabelle

Beispiel 1

Dieses Beispiel zeigt die Wiederausrichtung eines Wirt-Gast-Systems, das einen in einem nematischen Flüssigkristall gelösten Diazodiamin- Farbstoff umfaßt, unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der nematische Wirt-Flüssigkristall war ZLI 1982 (EM Industries, Hawthorne, New York). 0,38 Gew.-% des Farbstoffs 1, bezogen auf das Gewicht des Flüssigkristalls, wurde im Wirt gelöst.
Eine 25 Gew.-%ige Lösung von Polyimid in 1-Methyl-2-pyrrolidinon (NMP) wurde mit NMP p.a. auf eine Polyimid-Endkonzentration von 0,5 Gew.-% verdünnt. Diese Lösung wurde auf die Oberseite einer Indium-Zinn-Oxid- Schicht (ITO) einer Glassubstratkomponente gegeben und für 5 min stehen gelassen, und danach wurde das Substrat für 30 s rotiert. Das Substrat wurde in einem Ofen erhitzt, um die Ausrichtungsbeschichtung zu härten, und dann wurde die gehärtete Beschichtung in einer linearen Richtung mit einem Poliertuch gerieben. Als nächstes wurden 11 um dicke Glasfasern auf das Substrat gegeben, und ein weiteres Substrat mit ähnlichen Beschichtungen wurde darauf geschichtet, wobei die Ausrichtungsschichten die inneren Oberflächen der resultierenden Zelle bildeten. Die zwei Stücke wurden auf einen Abstand von 11 um unter Verwendung von Klammern zusammengepreßt, Epoxidharz wurde entlang der Kanten aufgetragen, und das Epoxidharz wurde für 5 min gehärtet. Zwei Leerräume an gegenüberliegenden Kanten der Zelle wurden unversiegelt gelassen.
Die Zelle wurde unter Vakuum gesetzt, und ein unversiegelter Leerraum wurde in die Wirt-Gast-Mischung getaucht. Die Zelle füllte sich durch Kapillarwirkung. Nach dem Füllen wurde die Zelle aus dem Vakuum entfernt und sauber gewischt, und die unversiegelten Leerräume wurden mit Epoxidharz versiegelt. Das angeriebene Polyimid führte dazu, daß sich das Wirt-Gast- Material entlang der Reibrichtung ausrichtete.
Ein Gerät wie in Figur 2 gezeigt, ohne die optische Linse, wurde verwendet, um das Wirt-Gast-Medium wieder auszurichten. Die polarisierte Lichtquelle war ein Argonlaser (Modell Nr. 2020-03, Spectra-Physics, Piscataway, New Jersey) mit einer maximalen Leistung von etwa 1,2 W bei einer Wellenlänge von 514,5 nm. Der Laser war wie durch den Doppelpfeil in Figur 2 angedeutet polarisiert und führte durch einen Kameraverschluß mit variabler Öffnung, um die Bestrahlungszeit auf der Probe regulieren zu können. Der Verschluß war für die manuelle Regulierung eingestellt, weil längere Bestrahlungszeiten für die Wiederausrichtung erforderlich waren. Wenn der Verschluß geöffnet war, führte ein Laserlichtstrahl mit einem Durchmesser von 4 mm hindurch. Der Laserstrahl wurde wie in Figur 2 angedeutet in rechten Winkeln auf die Ebene des Substrats gerichtet.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine vergrößerte Vorderansicht der Zelle vor und nach der Bestrahlung mit dem polarisierten Lichtstrahl. Vor der Bestrahlung war die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts (dargestellt durch den zweiköpfigen Pfeil) parallel zur Reibrichtung der Polyimid-Oberfläche und somit zur langen Axis des Farbstoffs (dargestellt durch eine Linie mit einem Kreis an jedem Ende) und zu den Flüssigkristallmolekülen (dargestellt durch eine Linie). Nach der Bestrahlung wurde gefunden, daß die Farbstoff- und Flüssigkristallmoleküle in manchen Bereichen um einen Winkel + θ in der durch das Zellsubstrat definierten Ebene und relativ zur Polarisation des einfallenden Lichts gedreht waren. In anderen Bereichen hatten sich die Farbstoff- und Flüssigkristallmoleküle um einen Winkel - θ in der durch das Zellsubstrat definierten Ebene und relativ zur Polarisation des einfallenden Lichts gedreht. (In allen nachfolgenden Verweisen auf den Rotationswinkel ist es ersichtlich, daß die Rotation in der durch das Zellsubstrat definierten Ebene ist).
Wenn die Größe von θ gleich 90 ist, degenerieren die zwei Bereiche zu einem Bereich (d.h. alle Flüssigkristalle richten sich in einer Richtung aus), wobei die Ausrichtung senkrecht zur Polarisation des einfallenden Lichts ist. Für jeden Wert + oder - θ, der von Null abweicht, beobachtet man mit einem einzelnen Polarisator, daß es eine Änderung in der Winkelposition der maximalen Farbstoffabsorption relativ zum Hintergrund gibt.
Ebenfalls beobachtet man unter Verwendung von zwei Polarisatoren (einen auf jeder Seite der Zelle) einen Farbwechsel im bestrahlten Bereich relativ zum Hintergrund, der einen Wechsel in der Winkelposition des Flüssigkristallmoleküls anzeigt.
In diesem Beispiel wurde unter Verwendung einer Laserleistung von 1,2 W bei 514,5 nm und einer Bestrahlungszeit von 45 min eine Größe von + und - θ von etwa 45º beobachtet.

Beispiel 2

Dieses Beispiel demonstriert, daß die Flüssigkristalle (ohne Farbstoff) unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder ausgerichtet werden können, wenn das polarisierte Licht innerhalb der Absorptionsbande einer Flüssigkristallverbindung ist.
Der Flüssigkristall war ZLI 4139 (EM Industries, Inc., Hawthorne, New York), ein ferroelektrischer Flüssigkristall (der bei Raumtemperatur eine chirale smektische C-Phase aufweist). ZLI 4139 zeigt eine starke Absorptionsbande im ultravioletten Bereich. Kein Farbstoff wurde zum Flüssigkristall hinzugegeben. Eine Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß Pyrex Objektträger (erhältlich von VWR Scientific, San Francisco, Kalifornien) ohne ITO-Beschichtungen verwendet wurden, um eine niedrige Absorption im Ultravioletten sicherzustellen, und 5 um Fasern verwendet wurden, um den Abstand zu ergeben. Die Zelle wurde unter Verwendung der Kapillarwirkung bei 130ºC gefüllt.
Eine Anordnung wie in Figur 2 ohne die Linse wurde verwendet, um die fertige Zelle zu bestrahlen. Die Lichtquelle war ein polarisierter Helium- Cadmium-Laser, erhältlich von Liconix, Sunnyvale, Kalifornien, der eine Wellenlänge von 325 nm emittiert. Der Strahldurchmesser betrug etwa 1 mm, und die Laserleitung betrug etwa 1,0 mW. Die Zelle wurde für 1 min bestrahlt und untersucht. Die Winkelposition der Flüssigkristallmoleküle im bestrahlten Bereich war von der Hintergrundposition verschieden. Da die Absorption des Laserlichts wesentlich war, änderten die Moleküle auf der Eingangsseite der Zelle ihre Orientierung relativ zur Polarisation des einfallenden Lichts, aber die Moleküle auf der Ausgangsseite der Zelle waren unbeeinflußt (d.h. das Licht wurde absorbiert und drang nicht durch das Flüssigkristallmedium, um die Moleküle auf der hinteren Seite der Zelle zu bestrahlen). Eine verdrillte Ausrichtung des Flüssigkristalls in der Zelle resultierte.

Beispiel 3

Dieses Beispiel demonstriert die Wiederausrichtung eines Wirt-Gast- Systems durch diese Erfindung unter Verwendung von polarisiertem Licht mit einer Wellenlänge innerhalb der Absorptionsbande des Flüssigkristalls.
Eine Zelle wurde wie in Beispiel 2 hergestellt und gefüllt, außer daß 0,6 Gew.-% des im Wirt-Flüssigkristall gelösten Farbstoffs Nr. 2, bezogen auf das Gewicht des Flüssigkristalls, verwendet wurde.
Eine Anordnung wie in Figur 2 (ohne die Linse) wurde verwendet, um die fertige Zelle zu bestrahlen. Die Lichtquelle war ein polarisierter Helium-Cadmium-Laser wie in Beispiel 2 beschrieben. Die Zelle wurde für 15 min bestrahlt und untersucht. Der Dichroismus des beleuchteten Bereichs war vom Hintergrunddichroismus verschieden. Der Drehwinkel betrug etwa 30º zur Polarisation des einfallenden Lichts. Da die Absorption des polarisierten Lichts wesentlich war, änderten die Moleküle auf der Eingangsseite der Zelle die Orientierung relativ zur Polarisation des einfallenden Lichts, aber die Moleküle auf der Ausgangsseite der Zelle waren unbeeinflußt. Eine verdrillte Ausrichtung des Flüssigkristalls und der Farbstoffmoleküle in der Zelle resultierte.

Beispiel 4

Dieses Beispiel demonstriert, daß Wirt-Gast-Systeme unter Verwendung von weißem polarisiertem Licht wieder ausgerichtet werden können.
Eine Zelle wurde wie in Beispiel 3 hergestellt und gefüllt. Ein Olympus BH-2-Polarisationsmikroskop (Olympus Optical Company, Tokyo, Japan) wurde verwendet, um die fertige Zelle zu bestrahlen. Das Mikroskop verwendet eine Xenonlampe, um weißes Licht zu erzeugen, das dann durch einen Polarisator geleitet wird. Bestrahlung der Zelle für 2 h bei Raumtemperatur verursachte keine Wiederausrichtung. Unter Verwendung einer Mettler FP52- Temperaturstufe und einer FPS-Temperaturregulierung (Mettler Instrument Corporation, Princeton, New Jersey) wurde die Zelle jedoch um 10ºC/min von Raumtemperatur (25ºC) auf 100ºC erhöht (die isotrope übergangstemperatur von ZLI 4139 ist 82ºC). Die Zelle wurde mit dem entlang der ursprünglichen Ausrichtungs-Richtung des Flüssigkristalls polarisierten weißen Licht bei Raumtemperatur bestrahlt. Während der Bestrahlung wurde die Zellentemperatur mit einer Geschwindigkeit von 1ºC/min von 100ºC auf Raumtemperatur abgekühlt. Es wurde gefunden, daß sich der bestrahlte Bereich zu etwa + und -30º zur Polarisation des einfallenden Lichts ausrichtete.

Beispiel 5

Beispiel 1 wurde unter Verwendung einer höheren Konzentration von Farbstoff 1 wiederholt, wodurch demonstriert wurde, daß mit höheren Konzentrationen des Farbstoffs niedrigere Energieanforderungen (kürzere Bestrahlungszeiten) notwendig sind, um die Wiederausrichtung zu erreichen. Die Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt und gefüllt, außer daß 7,0 Gew.-% des Farbstoffs 1, bezogen auf das Gewicht des Flüssigkristalls, verwendet wurde. Die Wiederausrichtung wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Größe von + und - θ betrug 90º relativ zur einfallenden Polarisation nach einer Bestrahlungszeit von 20 min. Die Größe von + und - θ stieg nicht über 90º, wenn die Bestrahlungszeit auf über 20 min erhöht wurde.

Beispiel 6

Beispiel 1 wurde unter Verwendung eines unterschiedlichen Azo- Farbstoffs im nematischen Flüssigkristall-Wirt wiederholt.
Die Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt und gefüllt, außer daß 1,25 Gew.-% des in den nematischen Wirt-Flüssigkristallen gelösten Farbstoffs 3, bezogen auf das Gewicht des Flüssigkristalls, verwendet wurde.
Die Wiederausrichtung wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Größe von + und - θ war 90º relativ zur Polarisation des einfallenden Lichts nach einer Bestrahlungszeit von 45 min.

Beispiel 7

Beispiel 1 wurde unter Verwendung eines Anthrachinon-Farbstoffs im nematischen Flüssigkristall-Wirt wiederholt.
Die Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt und gefüllt, außer daß 1,5 Gew.-% des im nematischen Flüssigkristall-Wirt gelösten Farbstoffs 4, bezogen auf das Gewicht des Flüssigkristalls, verwendet wurde.
Die Wiederausrichtung wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Größe von + und - θ war etwa 45º relativ zur Polarisation des einfallenden Lichts nach einer Bestrahlungszeit von 45 min.

Beispiel 8

Beispiel 1 wurde ohne die Polyimid-Ausrichtungsschicht wiederholt.
Die Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt und gefüllt, außer daß keine Polyimidschicht auf das ITO-beschichtete Glassubstrat geschichtet wurde (somit wurden die Oberflächen nicht gerieben) und 10 um Fasern anstelle von 11 um Fasern verwendet wurden. Zusätzlich wurde 0,28 Gew.-% des Farbstoffs 5, bezogen auf das Gewicht des Flüssigkristalls, anstelle des Farbstoffs 1 im Wirt gelöst.
Die Ausrichtung wurde unter Verwendung eines Lasers wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Größe von + und - θ war etwa 30 relativ zur Polarisation des einfallenden Licht nach einer Bestrahlungszeit von 80 min. Die Gleichförmigkeit der Ausrichtung über den bestrahlten Bereich war akzeptabel, aber nicht so gut wie mit einer angeriebenen Polyimid-Ausrichtungsschicht.

Beispiel 9

Dieses Beispiel zeigt die Laser-Wiederausrichtung eines Wirt-Gast- Flüssigkristallsystems, das zuvor durch das erfindungsgemäße Verfahren wieder ausgerichtet wurde.
Die Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt und gefüllt, außer daß 2,0 Gew.-% des Farbstoffs 1, bezogen auf das Gewicht des Flüssigkristalls, verwendet wurde. Die erste Wiederausrichtung wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Größe von + und - θ war etwa 90º relativ zur Polarisation des einfallenden Lichts nach einer Bestrahlungszeit von 5 min. Anschließend wurde die Zelle um 30º gedreht (in der zum einfallenden Laserstrahl senkrechten Ebene) und für 5 min auf dem gleichen Fleck bestrahlt, der zuvor bestrahlt wurde. Es wurde beobachtet, daß die Farbstoff- und Flüssigkristallmoleküle um + und - 90º zur Polarisation des einfallenden Lichts gedreht waren, was etwa 30º relativ zur zuvor wieder ausgerichteten Richtung war.

Beispiel 10

Dieses Beispiel zeigt die Ausrichtung eines Wirt-Gast-Flüssigkristallmediums, wobei ein Farbstoff in die Polyimid-Ausrichtungsschichten der Zelle eingearbeitet war.
Eine Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß 1 Gew.-% des Farbstoff 5, bezogen auf Gewicht von NMP, zu den 0,5 Gew.-% Polyimid in NMP hinzugegeben wurde. Diese Mischung wurde auf das ITO-beschichtete Substrat aufrotiert, und Härten wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Bevor die Zelle mit der bei der Zellherstellung beschriebenen Wirt- Gast-Mischung gefüllt wurde, wurde sie mit einem wie in Figur 2 (ohne die Linse) beschriebenen System unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Lasers bestrahlt. Die Polarisation des einfallenden Lichts war parallel zur linearen Reibrichtung der Zelle. Nach einer Bestrahlung für 15 s mit 1,2 W Laserleistung bei 514,5 nm wurde die Zelle mit der Wirt- Gast-Mischung unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens gefüllt, außer daß 0,28 Gew.-% des Farbstoff 5 (Struktur in Tabelle 1), bezogen auf das Gewicht des Flüssigkristalls, im nematischen Wirt- Flüssigkristall gelöst wurde. Der bestrahlte Bereich zeigte eine + und -90º-Drehung aus der einfallenden Laserpolarisation. Die bestrahlten Bereiche der Zelle richteten sich entlang der Reibrichtung aus. Durch Lokalisieren des Farbstoffs in der Polyimid-Ausrichtungsschicht waren die Bestrahlungszeiten, die erforderlich waren, um die Laser-induzierte Ausrichtung hervorzurufen, wesentlich reduziert im Vergleich zu den in den vorhergehenden Beispielen beobachteten.

Beispiel 11

Dieses Beispiel zeigt die Ausrichtung eines Flüssigkristallmediums durch diese Erfindung, wenn ein Farbstoff in die Polyimid-Ausrichtungsschichten der Zelle eingearbeitet war. Eine Zelle wurde wie in Beispiel 10 hergestellt und ausgerichtet, außer daß kein Farbstoff in den Flüssigkristall eingemischt wurde. Der bestrahlte Bereich zeigte eine + und -90º- Drehung zur Polarisation des einfallenden Lichts. Die Flüssigkristall moleküle in den unbestrahlten Bereichen der Zelle richteten sich entlang der Reibrichtung aus.

Beispiel 12

Dieses Beispiel zeigt die Ausrichtung eines Wirt-Gast-Systems für den Fall, daß ein Farbstoff in die nicht-angeriebenen Polyimid-Ausrichtungsschichten der Zelle eingearbeitet war.
Eine Zelle wurde wie in Beispiel 10 hergestellt und ausgerichtet, außer daß die gehärtete Polyimid/Farbstoff-Ausrichtungsschicht nicht angerieben wurde. Der bestrahlte Bereich zeigte eine + und -90º-Drehung zur Polarisation des einfallenden Lichts mit einer Gleichförmigkeit, die so gut wie die der in den Beispielen 10 und 11 ausgerichteten Zellen war. Die unbestrahlten Bereiche der Zelle richteten sich entlang der Fließrichtung während des Füllens aus.

Beispiel 13

Dieses Beispiel zeigt die Ausrichtung eines Flüssigkristalls im Fall, daß ein Farbstoff in die nicht-angeriebenen Poyimid-Ausrichtungsschichten der Zelle eingearbeitet war.
Eine Zelle wurde wie in Beispiel 12 hergestellt und ausgerichtet, außer daß kein Farbstoff im nematischen Flüssigkristall gelöst war. Die Ergebnisse waren wie in Beispiel 12.

Beispiel 14

Dieses Beispiel zeigt die Wiederausrichtung einer Zelle, die zuvor durch das erfindungsgemäße Verfahren ausgerichtet war, worin die Ausrichtungsschicht aus einer Mischung aus Polyimid und Farbstoff bestand.
Eine Zelle wurde wie in Beispiel 10 hergestellt und ausgerichtet, außer daß die gehärtete Polyimid/Farbstoff-Ausrichtungsschicht nicht angerieben wurde und die Zelle mit einem durch die Linse aufgeweiteten Strahl für 5 min bestrahlt wurde. Vor dem Füllen der Zelle mit der Wirt- Gast-Mischung wurde (a) der Strahl maskiert, so daß die Strahlgröße kleiner war als die Fläche des in der anfänglichen Bestrahlung verwendeten Strahls, (b) die Zelle um etwa 45º in der zum einfallenden Lichtstrahl senkrechten Ebene gedreht und (c) die Zelle anschließend für 5 min innerhalb des zuvor bestrahlten Bereichs bestrahlt. Die Zelle wurde dann mit der Wirt-Gast- Mischung unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens gefüllt. Der ursprünglich bestrahlte Bereich (der Bereich, der nur einmal bestrahlt war) zeigte eine + und -90º-Drehung zur Polarisation des einfallenden Lichts der ersten Bestrahlung, und der wiederbestrahlte Bereich (der Bereich, der zweimal bestrahlt wurde) hatte eine + und -90º-Drehung relativ zur Richtung der Polarisation des einfallenden Lichts der zweiten Bestrahlung. Die Ausrichtung der überlappenden Bereiche war genauso gut wie in den Zellen in den Beispielen 10 und 11. Die unbestrahlten Bereiche der Zelle richteten sich entlang der Fließrichtung aus, als die Zelle gefüllt wurde.

Beispiel 15

Dieses Beispiel zeigt die Laserausrichtung eines Wirt-Gast-Systems im Fall, daß ein Farbstoff direkt auf die transparente leitfähige Beschichtung auf der Glassubstratkomponente plaziert wird.
Eine Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß kein Polyimid auf die ITO-Schicht des jeweiligen Substrats aufrotiert wurde. Stattdessen wurde 1 Gew.-% des Farbstoffs 4, bezogen auf das Gewicht von NMP, zum NMP hinzugegeben und auf die LTO-Schichten aufrotiert. Das NMP wurde für 1 h verdampfen gelassen. Dies hinterließ einen dünnen Film von Farbstoffmolekülen, die auf der Oberseite der LTO-Schichten des Substrats lagen. Die Oberfläche wurde mit einem Poliertuch angerieben, und 10 um Fasern wurden verwendet, um einen Abstand bei der Herstellung der Zelle zu liefern.
Bevor die Zelle mit der bei der Zellherstellung beschriebenen Wirt- Gast-Flüssigkristallmischung gefüllt wurde, wurde sie mit einem wie in Figur 2 (ohne die Linse) gezeigten System unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Lasers bestrahlt. Die Polarisation des einfallenden Lichts war senkrecht zur linearen Reibrichtung der Zelle. Nach einer Bestrahlung für 10 s mit 1,2 W Laserleistung bei 514,5 nm wurde die Zelle mit dem Wirt- Gast-Flüssigkristallmaterial unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens gefüllt. Es wurde beobachtet, daß sich der Farbstoff auf der Oberfläche im Wirt-Gast-Material löste, während die Zelle gefüllt wurde. Der bestrahlte Bereich zeigte eine + und -90º-Drehung zur Polarisation des einfallenden Lichts. Die unbestrahlten Bereiche der Zelle richteten sich entlang der Reibrichtung aus.

Beispiel 16

Dieses Beispiel demonstriert, daß ein ferroelektrischer Flüssigkristall-Wirt mit einer chiralen smektischen C-Raumtemperatur-Phase unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder ausgerichtet werden kann.
Der Wirt-Flüssigkristall war BDH SCE-4 (BDH Limited, Poole, England), ein ferroelektrischer Flüssigkristall 2,0 Gew.-% des Farbstoffs 2, bezogen auf das Gewicht des Flüssigkristalls, wurden im ferroelektrischen Flüssigkristall-Wirt gelöst. Eine Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt und gefüllt.
Eine Anordnung wie in Figur 2 wurde verwendet, um die fertige Zelle unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Lasers zu bestrahlen. Der Strahldurchmesser wurde auf 1 cm unter Verwendung der Linse aufgeweitet. Eine Laserleistung von 1,0 W bei 514,5 nm wurde verwendet, um die Zelle für 25 min zu bestrahlen. Da die Energiedichte durch den 1 cm-Laserstrahl nicht einheitlich ist, variierte der Rotationswinkel relativ zur Polarisation des einfallenden Lichts durch den bestrahlten Fleck hindurch. Das polarisierte Licht richtete jedoch den Fleck unterschiedlich zur Ausrichtung in den unbestrahlten Bereichen aus.

Beispiel 17

Dieses Beispiel demonstriert, daß ein Flüssigkristall-Wirt mit einer smektischen A-Raumtemperaturphase unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder ausgerichtet werden kann.
Der Wirt-Flüssigkristall war BDH S2C (erhältlich von BDH Limited, Poole, England), der eine smektische A-Phase bei Raumtemperatur aufweist. 1,0 Gew.-% des Farbstoffs 6, bezogen auf das Gewicht des Flüssigkristalls, wurde im Flüssigkristall-Wirt gelöst. Eine Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Zelle wurde unter Verwendung der Kapillarwirkung bei 130ºC gefüllt und mit Epoxidharz versiegelt.
Die Ausrichtung wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt. Eine Laserleistung von 0,9 W bei 514,5 nm wurde Verwendung, um die Zelle für 45 min zu bestrahlen. Das polarisierte Licht richtete den Fleck etwa + und -90º zur Polarisation des einfallenden Lasers aus.

Beispiel 18

Dieses Beispiel demonstriert die Ausrichtung von Flüssigkristallen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, worin eines der Substrate mit einer Polyimid-Ausrichtungsschicht beschichtet ist, die einen anisotrop absorbierenden Farbstoff enthält.
Eine Zelle wurde wie in Beispiel 10 hergestellt, außer daß die Polyimid/Farbstoff 5/NMP-Mischung auf eine LTO-Schicht des Substrats aufrotiert und eine Polyimid/NMP-Mischung auf die LTO-Schicht des anderen Substrats aufrotiert wurde. Das Härten für beide Substrate wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt. Beide Substrate wurden in linearer Weise mit einem Polierturch angerieben, und eine Zelle wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß 10 um Fasern verwendet wurden, um den Abstand zu regulieren.
Der Flüssigkristall wurde wie in Beispiel 1 unter Verwendung des Argonlasers als polarisierte Lichtquelle bestrahlt. Die Zelle wurde für 5 min bei 0,8 W bei Polarisation des einfallenden Lichts entlang der linearen Reibrichtung bestrahlt. Unter Verwendung zweier Polarisatoren wurde beobachtet, daß der bestrahlte Bereich eine verdrillte Ausrichtung hatte (d.h. die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle am Polyimid/Farbstoff-Substrat war 90º zu den Flüssigkristallmolekülen am Polyimid- Substrat).

Claims

1. Verfahren zur Ausrichtung oder Wiederausrichtung eines Flüssigkristallmediums mit einer einem Substrat benachbarten Oberfläche, worin Flüssigkristalle im Medium ein Molekulargewicht von weniger als 1 500 haben, gekennzeichnet durch Bestrahlen von anisotrop absorbierenden Molekülen im Medium oder in oder am dazu benachbarten Substrat mit linear polarisiertem Licht mit einer Wellenlänge innerhalb des Absorptionsbandes der anisotrop absorbierenden Moleküle, wodurch die Ausrichtung oder Wiederausrichtung des Flüssigkristallmediums mit einem Winkel + und - θ bezüglich der Richtung der linearen Polarisation des einfallenden Lichtstrahls und entlang einer durch das Substrat definierten Ebene durch die bestrahlten, anisotrop absorbierenden Moleküle induziert wird, und Beenden der Bestrahlung, wodurch das durch den Bestrahlungsschritt ausgerichtete oder wieder ausgerichtete Flüssigkristallmedium so ausgerichtet oder wieder ausgerichtet bleibt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die anisotrop absorbierenden Moleküle thermotrope Flüssigkristallverbindungen oder dichroitische Farbstoffe sind.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die anisotrop absorbierenden Moleküle thermotrope Flüssigkristallverbindungen oder dichroitische Farbstoffe sind, die dichroitische Absorptionsbanden zwischen etwa 150 nm und etwa 2 000 nm aufweisen.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die anisotrop absorbierenden Moleküle Moleküle eines dichroitischen Farbstoffs sind, der in einer thermotropen Flüssigkristallverbindung gelöst ist.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die anisotrop absorbierenden Moleküle dichroitische Farbstoffe sind, die ausgewählt sind aus Azo-, Diazo-, Triazo-, Tetraazo-, Pentaazo-, Anthrachinon-, Mericyanin-, Methin-, 2- Phenylazothiazol-, 2-Phenylazobenzthiazol-, 4,4'-Bis(arylazo)stilben-, Perylen- und 4,8-Diamino-1,5-naphthochinon-Farbstoffen.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die anisotrop absorbierenden Moleküle nematische oder smektische Flüssigkristallverbindungen sind.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine angeriebene Ausrichtungsschicht einschließt

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die anisotrop absorbierenden Moleküle Teil der Ausrichtungsschicht sind.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmedium die anisotrop absorbierenden Moleküle enthält.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat die anisotrop absorbierenden Moleküle enthält.

11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmedium homogen ausgerichtet wird, bevor die anisotrop absorbierenden Moleküle mit dem polarisierten Licht bestrahlt werden.

12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das linear polarisierte Licht aus einem Argon-, Helium-Neon- oder Helium-Cadmium-Laser emittiert wird.

13. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß es in Gegenwart eines elektrischen Feldes durchgeführt wird.

14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat einen Deckfilm aus anisotrop absorbierenden Farbstoffmolekülen umfaßt, zu denen die Oberfläche des Flüssigkristallmediums benachbart ist.

15. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß θ 90º ist.

16. Verwendung von anisotrop absorbierenden Molekülen zur Ausrichtung oder Wiederausrichtung eines Flüssigkristallmediums mit einer einem Substrat benachbarten Oberfläche, worin die Flüssigkristalle im Medium ein Molekulargewicht von weniger als 1 500 haben, worin die anisotrop absorbierenden Molekül im Medium oder in oder am dazu benachbarten Substrat angeordnet sind und mit linear polarisiertem Licht mit einer Wellenlänge innerhalb des Absorptionsbandes der anisotrop absorbierenden Moleküle bestrahlt werden, wodurch die Ausrichtung oder Wiederausrichtung des Flüssigkristallmediums mit einem Winkel + und -bezüglich der Richtung der linearen Polarisation des einfallenden Lichtstrahls und entlang einer durch das Substrat definierten Ebene durch die bestrahlten, anisotrop absorbierenden Moleküle induziert wird, und die Bestrahlung beendet wird, wodurch das durch den Bestrahlungsschritt ausgerichtete oder wieder ausgerichtete Flüssigkristallmedium so ausgerichtet oder wieder ausgerichtet bleibt.

17. Verwendung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die anisotrop absorbierenden Moleküle thermotrope Flüssigkristallverbindungen oder dichroitische Farbstoffe sind.

18. Verwendung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die anisotrop absorbierenden Moleküle thermotrope Flüssigkristallverbindungen oder dichroitische Farbstoffe sind, die dichroitische Absorptionsbanden zwischen etwa 150 nm und etwa 2 000 nm aufweisen.

19. Verwendung gemaß Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die anisotrop absorbierenden Moleküle Moleküle eines in einer thermotropen Flüssigkristallverbindung gelösten dichroitischen Farbstoffs sind.

20. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die anisotrop absorbierenden Moleküle dichroitische Farbstoff sind, die ausgewählt sind aus Azo-, Diazo-, Triazo-, Tetraazo-, Pentaazo-, Anthrachinon-, Mericyanin-, Methin-, 2- Phenylazothiazol-, 2-Phenylazobenzthiazol-, 4,4'-Bis(arylazo)stilben-, Perylen- und 4,8-Diamino-1,5-naphthochinon-Farbstoffen.

21. Verwendung gemäß Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die anisotrop absorbierenden Moleküle nematische oder smektische Flüssigkristallverbindungen sind.

22. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine angeriebene Ausrichtungsschicht einschließt.

23. Verwendung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet daß die anisotrop absorbierenden Moleküle Teil der Ausrichtungsschicht sind.

24. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmedium die anisotrop absorbierenden Moleküle enthält.

25. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat die anisotrop absorbierenden Moleküle enthält.

26. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristallmedium homogen ausgerichtet wird, bevor die anisotrop absorbierenden Moleküle mit dem polarisiertem Licht bestrahlt werden.

27. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das linear polarisierte Licht aus einem Argon-, Helium-Neon- oder Helium-Cadmium-Laser emittiert wird.

28. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Gegenwart eines elektrischen Feldes durchgeführt wird.

29. Verwendung gemäß Anspruch 16, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat einen Deckfilm aus anisotrop absorbierenden Farbstoffmolekülen umfaßt, zu denen die Oberfläche des Flüssigkristallmediums benachbart ist.

30. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß θ 90º ist.