ES2306790T3 - Capa de alineamiento que comprende una primera y una segunda subcapa. - Google Patents
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Abstract
Una capa de alineamiento capaz de alinear el material de cristal líquido, comprendiendo la capa de alineamiento: Una primera subcapa (3) que tiene regiones capaces de alinear el material de cristal líquido en un primer alineamiento, Una segunda subcapa (4) que tiene regiones capaces de alinear el material de cristal líquido en un segundo alineamiento, siendo diferentes el primer y segundo alineamiento, La segunda subcapa que cubre la primera subcapa y cubre la primera subcapa según una plantilla modelo predeterminada para proporcionar, en ubicaciones deseadas, regiones de la segunda subcapa capaces de alinear el material de cristal líquido y, en ubicaciones deseadas, regiones de la primera subcapa subyacente que no son cubiertas por la segunda subcapa, caracterizada porque la primera subcapa está, en una interfaz de las primera y segunda subcapas, vinculada químicamente a la segunda subcapa.
Description
Capa de alineamiento que comprende un primera y
segunda subcapa.
La invención se refiere a una capa de
alineamiento capaz de alinear material de cristal líquido. La
invención se refiere adicionalmente a un dispositivo óptico o
electro óptico que comprende la capa de alineamiento, y a un método
para elaborar dicha capa.
Las capas de alineamiento para alinear un
material de cristal líquido (también se les refiere como a capas de
orientación) están convencionalmente hechas de poliimida frotada.
El proceso de frotamiento crea polvo y causa carga estática al
sustrato al que la capa es aplicada, haciéndolo incompatible con
los ambientes de locales limpios, e introduciendo defectos en las
capas de alineamiento.
Las capas de alineamiento alternativas son capas
de polímeros isotrópicos que llevan microsurcos grabados, y capas
fotoalineadas de fotopolímeros, que pueden ser modificadas para ser
capaces de alinear el material de cristal líquido por medio de
irradiación de la luz polarizada.
Los tipos de alineamiento (planar, homeotrópico,
azimutal), que están disponibles cuando tales capas son usadas son
limitados y es difícil establecer con exactitud una preinclinación
a un valor seleccionado.
Además, las capas de alineamiento que comprenden
monocapas autoordenadas (SAM's) proporcionadas sobre un sustrato de
oro adolecen de una transparencia limitada debido a la absorción de
luz por el sustrato de oro. Fue mostrado por Gupta y Abbott,
Science, 276, pp. 1533-1536, 1997, que es posible
usar las SAM's de alcanotioles sobre oro para inducir el
alineamiento controlado de cristales líquidos depositados sobre
monocapas. A través de las técnicas de impresión por micro contacto
fue posible producir tanto el alineamiento planar como el
homeotrópico dentro de un sustrato. Dependiendo del tipo de
alcanotiol y el método de deposición de oro puede ser controlado
tanto el ángulo azimutal (en el plano del sustrato), como el ángulo
polar (lejos del sustrato) de sujeción del cristal líquido. Sin
embargo, los métodos informados por Abbott (y otros) están
restringidos con respecto a las propiedades ópticas de estos
conjuntos. El grosor de las capas de oro que son usadas es igual a
o significativamente mayor que 10 nm, las capas son solamente
semitransparentes y poseen una banda de absorción fuerte en la
región de longitudes de onda visible (la absorción es
aproximadamente 50% en \lambda = 500 nm). Por supuesto, esta
absorción de luz influye en el rendimiento de displays de pantallas
planas independientemente de si son usados en el modo de
transmisión, transreflectivo, o reflectivo. En todos los casos, la
absorción de luz causa pérdidas de luz y una reducción en la
eficacia energética de la vida de la batería del display de cristal
líquido. Más importante, la producción de displays a color completo
con alta pureza de color se vuelve por lo menos muy
problemática.
En el documento JP 10-153783 fue
descrita una película de alineamiento sin necesidad de un
tratamiento de frotamiento. La película de alineamiento fue aplicada
en una resina novolak, que fue expuesta a la irradiación UV a
través de una pantalla (filtro) para constituir una capa
monomolecular por reacción química con un compuesto de
tetraalquilsilano. De esta manera puede ser formada una película de
alineamiento con regiones capaces de orientar el material
cristalino líquido. Este dispositivo, sin embargo, admite la
orientación solamente en una dirección.
La Patente de los EE.UU. 4,277,144 describe en
la columna 4 una primera capa (inorgánica) (15) que puede actuar
como una capa de alineamiento, y que está cubierta por una segunda
capa de alineamiento (inorgánica) (16) Las capas 15 y 16 no se
vinculan químicamente entre sí.
La Patente de los EE.UU. 5,745,206 describe
capas de alineamiento doble en la Fig. 5 (24a y 24b) por las que
son formados dominios diferentes. Estas capas no están vinculadas
químicamente entre sí.
El documento EP 613,037 describe en la Fig. 15
un dispositivo que comprende una capa de alineamiento. Esta capa,
es una sola capa que no comprende a dos subcapas que estén
vinculadas entre sí químicamente.
En la Patente de los EE.UU. 5,853,818 fue
descrita una capa de alineamiento con regiones que admiten la
orientación en dos direcciones. Sin embargo, las regiones con
diferente orientación de alineamiento son proporcionadas en una sola
capa de alineamiento. Cuando las dos regiones de orientación de
diferente alineamiento son colocadas en una capa, no es viable
obtener varios tipos de alineamiento, i.e., no es posible obtener
una capa de alineamiento que tenga dos de los tipos de alineamiento
planar, homeotrópico, y azimutal. Un objeto de la presente
invención es proporcionar en una capa de alineamiento que contenga
dos tipos diferentes de alineamiento.
La invención más particularmente, se refiere al
alineamiento molecular de cristales líquidos en interfaces de las
capas. El alineamiento presenta una relevancia práctica para los
displays basados en cristales líquidos, para marcas de seguridad y
para dispositivos electro ópticos que son usados como interruptores
de luz, por ejemplo en sistemas de telecomunicaciones. Los
cristales líquidos son bien conocidos por su capacidad de conmutar
la luz cuando son llevados de un tipo de alineamiento a otro, por
ejemplo, por un campo eléctrico. En este modo, el campo de
alineamiento es establecido sometiendo los cristales líquidos en
contacto con sustratos que son suministrados con capas especiales.
Los recubrimientos que se conocen, crean el alineamiento de
cristales líquidos y que son en la actualidad ampliamente usados,
son finos, por ejemplo, capas de poliimida de 200 nm., las que son
frotadas por tejidos blandos. Este frotamiento o pulido proporcionan
una orientación preferencial en la superficie de la poliimida, que
por su naturaleza puede ser molecular (con cadenas poliméricas
alineadas) o macroscópica (grietas a escala de nanómetros). El
alineamiento se condiciona al depositar un cristal líquido sobre la
poliimida frotada. El alineamiento es planar o planar con un ángulo
de inclinación pequeño, dependiendo de la composición de la
poliimida. Otro principio de alineamiento está basado en el
tratamiento de la superficie con moléculas del tipo de agentes
tensioactivos. Son conocidas superficies, por ejemplo de oro, que
son tratadas con moléculas de tioles, los que proporcionan
alineamiento planar o vertical (homeotrópico), dependiendo del tipo
de tioles y método de tratamiento. Por estos métodos de
alineamiento es difícil conseguir orientaciones de alineamiento
múltiples en un solo sustrato. Para este caso han sido elaborados
otros principios de alineamiento sobre la base del
fotoalineamiento. Las películas de policinamato o polímeros con
unidades olefínicas similares son expuestas a través de una
pantalla con luz UV polarizada. La dirección de la polarización
impone una orientación preferencial en el cristal líquido que es
soportado encima, que puede ser paralela o perpendicular a la
polarización de la luz dependiendo del material. Por una segunda
exposición a la luz polarizada sin una pantalla, las áreas
inicialmente no expuestas también se vuelven orientadas. De este
modo dos o más orientaciones de los cristales líquidos pueden ser
establecidas sobre un solo sustrato. Sin embargo, las orientaciones
están siempre en el plano con el sustrato, o con una preinclinación
pequeña. Sin embargo, no posible combinar el alineamiento planar con
un alineamiento homeotrópico en pasos simples de procesamiento.
La invención ahora proporciona unos medios para
crear una capa de polímeros de orientación que puede combinar el
alineamiento planar de los cristales líquidos en varias
orientaciones con el alineamiento vertical o azimutal. Más en
general, la invención proporciona una capa, en la que la primera
y/o la segunda subcapa son capaces de alinear el material de
cristal líquido en un alineamiento planar, azimutal o uno
homeotrópico.
La invención por tanto se refiere a una capa de
alineamiento capaz de alinear el material de cristal líquido,
comprendiendo la capa de alineamiento:
Una primera subcapa que tiene regiones capaces
de alinear el material de cristal líquido en un primer
alineamiento,
Una segunda subcapa que tiene regiones capaces
de alinear el material de cristal líquido en un segundo
alineamiento, siendo diferentes el primero y segundo
alineamiento,
La segunda subcapa cubriendo la primera subcapa,
y cubre según una plantilla modelo predeterminada la primera
subcapa para proporcionar, en ubicaciones deseadas, regiones de la
segunda subcapa capaces de alinear el material de cristal líquido y,
en ubicaciones deseadas, regiones de la primera subcapa subyacente
que no son cubiertas por la segunda subcapa, en la que las primeras
subcapas en una interfaz de las primera y segunda subcapas, se han
vinculado químicamente a la segunda subcapa.
En otro objeto la invención se refiere a un
método de la fabricación de una capa de alineamiento, capaz de
alinear un material de cristal líquido, método que comprende:
- Proporcionar una primera subcapa;
- Proporcionar una segunda subcapa según
plantilla modelo sobre la primera subcapa para dividir la primera
subcapa en regiones cubiertas y regiones no cubiertas;
- Volver regiones no cubiertas de la primera
subcapa capaces de alinear el material de cristal líquido en un
primer alineamiento; y
- Volver regiones de la segunda subcapa, que
cubren la primera subcapa, capaces de alinear el material de
cristal líquido en un segundo alineamiento, el cual es diferente
del primer alineamiento y vincular químicamente las primera y
segunda subcapas y una interfaz de las primera y segunda
subcapas.
El principio puede ser a saber, por ejemplo: Una
primera subcapa de material del tipo de un polivinilcinamato es
hilado sobre un sustrato de vidrio. Esta capa puede ser expuesta a
la luz a través de una pantalla para tomar el alineamiento planar
local. La entera superficie, conteniendo áreas expuestas y no
expuestas, es expuesta ahora al contacto con una solución
conteniendo tioles. En presencia de un iniciador térmico y con uso
de un poco de calentamiento, los grupos tioles reaccionan con los
enlaces dobles que han quedado en la superficie después de la
primera exposición. El exceso de tioles es eliminado por lavado. En
las ubicaciones donde los grupos de tioles han reaccionado, la
superficie alinea el cristal líquido verticalmente. De este modo es
combinado un alineamiento planar de una manera muy controlada con
un alineamiento vertical.
Pueden ser usadas muchas variaciones de este
método, por ejemplo, pueden ser usados en lugar de un
polivinilcinamato otros polímeros de olefinas. Preferentemente,
estos materiales pueden pasar por una reacción de fotocicloadición
[2+2] que produce estructuras que se alinean cristales líquidos de
una manera controlada. Polímeros por ejemplo, conteniendo cumarin -
como los descritos por Schadt et al. Nature, (Schadt, M..,
Seiberle, H.., Schuster, A.., Nature, 381, 212-215
(1996)). La primera y la segunda subcapas son vinculadas
químicamente en una interfaz entre la primera y segunda subcapa.
Según la invención, el término "vinculadas químicamente"
quiere decir que es formado un enlace covalente, organometálico, o
fónico, o que las subcapas son unidas por formación de complejos.
Preferentemente la vinculación química es llevada a cabo por medio
de una reacción entre un primer grupo químico presente sobre la
primera subcapa en la interfaz y un segundo grupo químico presente
sobre la segunda subcapa en la interfaz.
En una realización preferente según la invención
el método comprende:
- Proporcionar una primera subcapa de material
fotoalineable que comprende primeros grupos químicos;
- Proporcionar sobre la primera subcapa y según
una plantilla modelo predeterminada, una segunda subcapa que tiene
regiones capaces de alinear el material de cristal líquido en un
segundo alineamiento, y que comprende segundos grupos químicos,
siendo la plantilla modelo tal como para dividir la primera subcapa
en regiones cubiertas por la segunda subcapa, y regiones no
cubiertas por la segunda subcapa;
- Formar vínculos químicos en la interfaz,
formada entre la primera y segunda subcapa, por reacción entre los
primeros y segundos grupos químicos;
- Someter por lo menos las regiones no cubiertas
de la primera subcapa a irradiación polarizada linealmente para
proporcionar regiones expuestas capaces de alinear el material de
cristal líquido en un primer alineamiento.
Más preferentemente el método comprende:
- Proporcionar una primera subcapa de material
de alineable que comprende primeros grupos químicos que son
susceptibles a la irradiación actínica de forma que al irradiar el
material, el primer grupo químico es transformado para hacer el
primer grupo químico por lo menos en menor grado capaz de
reaccionar con el segundo grupo químico;
- Irradiar la primera subcapa según una
plantilla modelo predeterminada para proporcionar regiones que
comprenden primeros grupos químicos, que comprenden preferentemente
un resto no saturado y regiones irradiadas, en las que los primeros
grupos químicos son vueltos por lo menos en menor grado capaces de
reaccionar con segundos grupos químicos;
- Someter la primera subcapa al alineamiento lo
que permite que los medios vuelvan la primera subcapa capaz de
alinear el material de cristal líquido en un primer
alineamiento;
- Proporcionar sobre la primera subcapa y
opcionalmente según una plantilla modelo predeterminada, una
segunda subcapa que tenga regiones capaces de alinear el material
de cristal líquido en un segundo alineamiento y que comprendan
segundos grupos químicos;
- Formar en la interfaz entre la primera y la
segunda subcapas, vínculos químicos formados por reacción entre los
primeros y segundos grupos químicos;
- Retirar el material de la segunda subcapa en
regiones irradiadas para descubrir regiones de la primera subcapa,
capaces de alinear el material de cristal líquido en un primer
alineamiento.
Puede ser ventajoso ejecutar simultáneamente los
pasos de irradiar la primera subcapa de material alineable, que
comprende primeros grupos químicos susceptibles a la irradiación
actínica, que vuelven la primera subcapa capaz de alinear el
material de cristal líquido en un primer alineamiento después de la
irradiación, y someter la primera subcapa al alineamiento.
Preferentemente, el primer grupo químico comprende un resto no
saturado, y el segundo grupo químico es un grupo tiol, un grupo
amino o un grupo que sea fotoescindirble o termoescindible para
producir un radical libre.
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(Esquema pasa a página
siguiente)
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Algunos ejemplos no limitativos de materiales
son:
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Las capas de alineamiento preferentes tienen una
primera subcapa, que es una capa orgánica sólida, preferentemente
una capa polimérica o una capa de un precursor de polímeros y
preferentemente la segunda subcapa es una capa orgánica sólida, una
capa orgánica fotoimpresionable, una monocapa orgánica, o una
monocapa orgánica autoordenada. Una capa precursora de polímeros es
una capa de un precursor que puede ser polimerizado aplicando
irradiación o calor. Tales capas incluyen las capas de
fotopolímeros.
En una realización de la invención, uno de los
primeros y segundos grupos químicos es susceptible a la irradiación
actínica de forma tal que, cuando haya recibido una dosis apropiada
de tal irradiación, dicho grupo químico será por lo menos en menor
grado capaz de reaccionar con el otro grupo químico, que cuando
dicho grupo químico no hubiera sido irradiado.
En otra realización, uno de los primeros y
segundos grupos químicos es obtenible por medio de la irradiación
actínica de un grupo precursor o de una combinación de grupos
precursores, y es por lo menos en menor grado capaz de reaccionar
con el otro grupo químico, de lo que sería el grupo obtenido
directamente a partir del grupo precursor o de la combinación de
grupos precursores.
Mientras que se creía que el alineamiento LC
(líquido cristalino) azimutal nace de la reacción de cicloadición
para cinamatos y cumarinos, la isomerización E/Z fotoinducida
también juega un papel junto a los cinamatos en el alineamiento LC.
En general, el alineamiento planar de cristales líquidos es
conseguido usando luz UV polarizada linealmente, y de esta forma
pueden ser logradas las orientaciones de alineamiento, tanto la
paralela como la perpendicular a la dirección de polarización de la
luz. Sin embargo, indudablemente han sido difícil de lograr altas
preinclinaciones de fijación de los cristales líquidos que den como
resultado un alineamiento homeotrópico, si se usa solamente un
material de fotoalineamiento presente dentro del sustrato. Para
ilustrar las opciones para una plantilla modelo, un material de
fotoalineamiento fue irradiado con luz UV polarizada. El tipo de
material de fotoalineamiento ha sido descrito en la literatura. El
alineamiento muestra un alineamiento paralelo del cristal líquido a
la dirección del campo eléctrico de la luz polarizada a la que fue
sometido, como se muestra para los derivados del cumarin. Al
material se le referirá como material fotopolimerizado lineal
(LPP).
Se encontró que las condiciones de irradiación
constituyen un parámetro importante para la fijación resultante del
cristal líquido. La irradiación del precursor de LPP por la luz UV
no colimada, no polarizada, como era de esperar, dio como resultado
un alineamiento aleatorio de cristales líquidos. El alineamiento
que resulta de la irradiación por luz UV polarizada linealmente (no
colimada) a su vez dependió fuertemente del tiempo de exposición.
Los tiempos de exposición breves (por ejemplo. 35 minutos) dieron
como resultado una fijación homeotrópica. Sin embargo, una fijación
homeotrópica no representa un estado estable y completamente
curado, ya que el alineamiento LC cambió de homeotrópico a planar
después de una exposición continuada a la luz UV (por ejemplo,
adicionalmente 25 minutos). Observaciones similares ya han sido
señaladas, en las que la dirección de alineamiento planar con
respecto a la dirección de polarización de la luz UV fue cambiada
después de una exposición más larga. Aunque, no fueron informadas
las transiciones de homeotrópico a alineamiento planar. La
versatilidad de la técnica de fotoalineamiento puede ser demostrada
por micrografías ópticas polarizadas. El alineamiento planar
bidireccional puede ser obtenido fácilmente ajustando la dirección
de polarización de la luz UV. Aunque las preinclinaciones altas que
den como resultado una fijación homeotrópica son todavía difíciles
de establecer, ya que la fijación homeotrópica da como resultado un
estado intermedio inestable que degenera después de una exposición
adicional para dar una fijación planar.
Según la presente invención, se introduce un
concepto nuevo que podría dar como resultado áreas alineadas
homeotrópicas y bidireccionales planares según una plantilla modelo
estable dentro de un sustrato. Para este propósito, puede ser
utilizada una reacción de adición de tioleno para vincular
covalentemente a una SAM con la capa de fotoalineamiento. El
término "SAM" como es usado en la presente invención representa
una monocapa autoordenada, o una capa similar que comprenda áreas
de un orden irregular y/o que pueden contener regiones con más de
una capa de moléculas.
Primero, la fijación planar es introducida por
técnicas convencionales de pantallas que dan como resultado un
fotoalineamiento por la luz UV polarizada. Posteriormente, el
sustrato es cubierto de un compuesto de tiol y es iniciada la
reacción de adición de tioleno. Después de retirar el tiol en
exceso y la siguiente construcción de celdas, debe ser observada la
fijación planar en las áreas fotoalineadas, mientras que la fijación
homeotrópica debe ser observada en esas áreas donde la SAM esta
vinculada covalentemente al material de fotoalineamiento, i.e., en
el área descubierta la adición de tioleno vincula covalentemente
una SAM con los grupos de vinilo no reaccionados, induciendo una
fijación homeotrópica.
Se hizo lo siguiente: el material de LPP fue
hilado sobre un sustrato y alineado en parte de modo planar con una
luz UV polarizada lineal. Para iniciar la reacción de adición de
tioleno, son posibles algunos métodos. La adición puede ser iniciada
por acoplamiento iniciado directamente por UV, con o sin la ayuda
de un fotoiniciador, o por otras fuentes de radicales libres, como
los iniciadores térmicos. Después de la inmersión del sustrato
parcialmente alineado en n-dodecanotiol, se intentó
el acoplamiento directo del tiol a los dobles enlaces aún no
reaccionados del material LPP, empleando la exposición directa a la
luz UV con o sin fotoiniciador adicionado al tiol líquido. Ésto no
dio como resultado un alineamiento homeotrópico del área designada.
Aparentemente, la reacción de cicloadición del material LPP
prevalece sobre la adición de tioleno. Además, intentos de
excitación selectiva de la reacción de adición de tioleno por
exposición a la luz UV de una sola longitud de onda (365 nm) dio el
mismo resultado negativo.
Según la invención, la iniciación de la reacción
de adición de tioleno fue provocada a través de iniciación térmica.
De este modo, el sustrato puede ser protegido de la exposición
prematura da la luz UV y la cicloadición del material LPP puede ser
desacoplada de la adición de tioleno. La estabilidad térmica del
precursor LPP favorece el enfoque de desacoplamiento, como fue
confirmado por observación por espectroscopia UV - VIS de la banda
de absorción del precursor LPP a temperaturas elevadas (por ejemplo,
a 100ºC) por al menos durante una hora. Después de los pasos de
procesamiento térmico, fue construida una celda. La capa de LPP así
tratada se constituye por solamente un sustrato, mientras que el
sustrato opuesto comprende una capa de poliimida convencional plana
frotada en una dirección de orientación perpendicular al sustrato
fotoalineado. Las líneas fueron expuestas a la luz UV polarizada
linealmente que usaba una fotopantalla, mientras que una SAM fue
fijada a las áreas cuadradas aún no expuestas. Las SAMs que
constaban de un solo tiol (por ejemplo C_{12}) o un tiol mezclado
(por ejemplo C_{16}/C_{10}) dieron resultados idénticos.
Micrografías ópticas polarizadas muestran el arreglo deformado 90º
de la capa de cristal líquido. Las áreas donde la SAM estaba
covalentemente vinculada evidentemente muestran una orientación
híbrida, resultando de las condiciones de límite locales, planas y
homeotrópicas. Por el contrario a los materiales fotoalineados sin
SAM, la fijación homeotrópica se conservó incluso después de la
larga exposición a la luz UV durante la noche, lo que demostraba la
estabilidad del alineamiento homeotrópico.
Los resultados según la invención muestran la
versatilidad de los materiales de fotoalineamiento. La fijación
plana de cristales líquidos puede ser realizada en todas las
direcciones ajustando la dirección de polarización de la luz UV. Un
concepto nuevo, permitiendo una fijación homeotrópica estable
usando las SAM vinculadas covalentemente dentro de un solo
sustrato, abre un nuevo campo para el control completo de la
fijación de cristales líquidos. Esto es especialmente importante
para una mejora adicional de las características ópticas de los
dispositivos de cristales líquidos y podría ser el punto de partida
para el desarrollo de conceptos de displays totalmente nuevos.
El alineamiento inducido de cristales líquidos,
i.e., orientación homeotrópica o planar, puede ser controlado
lateralmente en un modo según una plantilla modelo. La elección con
respecto al tipo de la molécula usado para construir las SAM no está
limitada a las moléculas descritas anteriormente, sino que puede
ser seleccionada entre muchos compuestos apropiados, como resulta
evidente para el experto en esta técnica.
En otra realización según la invención también
es posible producir orientaciones lateralmente de una plantilla
modelo en capas de cristal líquido usando monocapas
funcionalizadas. Esta proporciona a una herramienta versátil y
potente para controlar adicionalmente la polimerización de, por
ejemplo, monómeros de tioleno y por consiguiente su morfología
correspondiente. Este concepto comprende la inducción de la
orientación, tanto planar como la homeotrópica, produciendo en la
capa de cristal líquido de una plantilla modelo. Por la
introducción selectiva de funcionalidades químicas a una de las
áreas, es posible crear estructuras poliméricas desde sitios
diferentes y en la dirección que es impuesta por la capa de
alineamiento local.
Las capas de cristales líquidos comprenden
regiones, que son funcionalizada por el alineamiento homeotrópico,
y regiones con alineamiento no funcionalizado (por ejemplo, el
planar). Las regiones homeotrópicas funcionalizadas pueden ser
aprovechadas para iniciar la polimerización en una dirección
homeotrópica. El ITO (óxido de estaño e indio) es el conductor
eléctrico transparente preferente.
Además, la presencia de un grupo extremo de
vinilo, originado del tiol usado, abre un interesante intervalo de
posibilidades. El grupo reactivo puede ser usado para
adicionalmente modificar la superficie de la SAM, por ejemplo,
ajustar la energía libre superficial y por lo tanto sus propiedades
humectantes, remplazando el grupo apolar vinilo por un grupo
extremo más polar. Además, el grupo vinilo puede ser aprovechado
como punto inicial para la polimerización de tioleno o como punto
inicial de la polimerización convencional por radicales libres,
extendiendo así las posibilidades para un control adicional de la
morfología y la promoción de la adherencia.
Fue conseguido el control bidireccional del
alineamiento planar usando capas de fotoalineamiento. Además, un
concepto nuevo de vinculación covalente de las SAM a los dobles
enlaces del material de fotoalineamiento permite una fijación
homeotrópica estable dentro del mismo sustrato.
Por el uso, por ejemplo, de las SAM
funcionalizadas, puede ser mejorado adicionalmente el control sobre
la morfología dentro de los dispositivos basados en cristal
líquidos. Esto es especialmente importante para la mejora de las
propiedades (electro)ópticas de los dispositivos de cristales
líquidos y proporciona nuevas oportunidades para el desarrollo de
los conceptos de displays.
En lugar del paso en el modo de exposición con
una sola pantalla y una sola dirección de polarización de la luz
UV, pueden ser utilizadas exposiciones múltiples antes de que tenga
lugar el tratamiento con tiol. De este modo pueden ser generadas
plantillas modelo complicadas con dos o más direcciones de
orientación planares y una dirección de orientación vertical. Esto
podría ser usado para las configuraciones especiales de displays,
pero también para las características de seguridad dentro, por
ejemplo, de los billetes de banco, y los objetos que llevarían tales
características de seguridad, sensores y actuadores.
En lugar de la exposición a la luz UV con la luz
entrante a lo largo de la exposición normal, también puede ser
usada la oblicua, dando como resultado un alineamiento inclinado en
las áreas fotoalineadas.
\newpage
En lugar de los alquiltioles descritos también
pueden ser usados otros grupos tioles, por ejemplo, funcionalizados
por grupos terminales especiales a los extremos de los
alquilos.
En lugar de los grupos tioles también pueden ser
considerados otros grupos reactivos que reaccionen con un enlace
doble. Estos mismos podrían incluso ser enlaces dobles comparables
a los que existen en la primera subcapa. En tal caso, los cinamatos
o grupos semejantes a los cinamatos deben ser aportados, por
ejemplo, con grupos alifáticos de extremos largos a fin de
proporcionar un alineamiento homeotrópico.
La invención admite el uso de muchas
variaciones. Por ejemplo, la primera subcapa de la capa de
alineamiento podría ser obtenible a parte de un material
fotoalineable, el que después de la irradiación con luz polarizada
linealmente, podría ser capaz de alinear el material de cristal
líquido en un primer alineamiento. Es también posible que las
regiones (no cubiertas) expuestas de la primera subcapa comprendan
el material de cristal líquido capaz de alinear el material en un
primer alineamiento, siendo obtenible dicho material al
proporcionar una capa de material fotoalineable que se vuelva capaz
de alinear el material de cristal líquido en un primer
alineamiento, cuando sea sometida a la luz polarizada linealmente,
y luego someter a la luz polarizada linealmente por lo menos en los
sitios correspondientes a las regiones expuestas.
En otra alternativa, la primera subcapa es
obtenible a partir de un material fotoalineable que tiene un grupo
químico susceptible a la irradiación actínica, que cuando está
presente en la interfaz entre la primera y segunda subcapa, es capaz
de reaccionar con el segundo grupo químico para constituir un
vínculo químico entre la primera y segunda subcapa. La segunda
subcapa podría ser una monocapa, como una monocapa de
R-SH, siendo R una sustancia orgánica, tal como un
alquilo, o un grupo organometálico. En una realización preferente,
el segundo grupo químico es un grupo tiol. En una capa de
alineamiento preferente según la invención, la reacción interfacial
es inducida térmicamente, inducida por irradiación, o fotoinducida,
opcionalmente, en presencia de iniciadores, sensibilizadores,
inhibidores, estabilizadores y/o agentes de transferencia. La
reacción interfacial es realizada preferentemente por la reacción
en ubicaciones seleccionadas según el modelo deseado, por ejemplo,
en el modo según plantilla modelo con calentamiento o en el modo
según plantilla modelo con irradiación, y luego retirar cualquier
material que cubra la primera subcapa en las ubicaciones no
seleccionadas. La segunda subcapa también podría ser obtenible por
el modo según plantilla modelo con deposición de material formador
de una segunda subcapa sobre la primera subcapa.
La primera subcapa también podría tener una
superficie frotada capaz de alinear el material de cristal líquido
o que comprenda el material fotoalineado capaz de alinear el
material de cristal líquido, opcionalmente según una plantilla
modelo deseada. La primera subcapa también podría comprender un
material fotoalineado capaz de alinear el material de cristal
líquido, opcionalmente según una plantilla modelo deseada obtenible
exponiendo una capa de material fotoalineable según la plantilla
modelo deseada anteriormente, simultánea a, y/o después del vinculo
químico de la primera subcapa a la segunda subcapa.
La plantilla modelo puede lograrse por medio,
por ejemplo, de un método de deposición húmeda como impresión,
impresión por microcontacto, impresión por chorro de tinta, o un
método de deposición en fase gaseosa como la deposición de vapores o
electrónica.
La invención adicionalmente se ilustra por medio
de los siguientes ejemplos no limitativos.
Los sustratos de vidrio fueron proporcionados
por Applied Film Corporation, Boulder, USA. Fueron recubiertas
láminas (de 0,7 milímetros de grosor) con una película de ITO con
una resistencia de superficie menor que 30 \Omega.
El detergente de limpieza, el jabón alcalino
Extran MA 01, la mezcla de cristal líquido nemático E7 y el quiral
dopante ZLI 811 fueron proporcionados por Merck, Amsterdam, The
Netherlands.
Los tioles 1-decanotiol (96%),
1-dodecanotiol (98%),
1-hexadecanotiol (95%; Fluka Chemika), fueron
adquiridos en Sigma-Aldrich Chem. Co., Zwijndrecht,
The Netherlands.
Los solventes etanol (99,9%) y
2-propanol (99,8%) fueron adquiridos en Biosolve
B.V., Valkenswaard, The Netherlands. Todos los reactivos químicos
fueron usados como se entregaron.
Un precursor LPP de fotoalineamiento
JP-265, fue adquirido en Rolic Ltd., Basel,
Switzerland.
Los espectros de transmisión
UV-VIS fueron obtenidos usando el espectrofotómetro
de barrido Shimadzu UV-3102 PC
UV-VIS-NIR. Todas las mediciones
fueron realizadas a temperatura ambiente tomando como referencia el
aire. El intervalo de longitudes de onda fue fijado en
300-700 nm con una anchura de rejilla de 2 mm a una
velocidad de medición rápida. Se determinó que el error en los
valores de transmitancia obtenidos estaba dentro de un 4%.
La microscopía óptica polarizada fue realizada
en un microscopio de obtención de imágenes Axioplan 2 equipado con
una cámara digital.
Las mediciones de ángulo de contacto (sistema
DSA10 para análisis de la forma de gota según Krüss) fueron
llevadas a cabo midiendo el ángulo entre una gotita de agua y la
superficie a través de un objetivo de microscopio. Los resultados de
varias mediciones fueron promediados para determinar el ángulo de
contacto.
Las monocapas autoordenadas fueron preparadas a
partir de soluciones 1 mM de un tiol en etanol o en
tetrahidrofurano. Los sustratos con una película de oro depositada
fueron sumergidos en aproximadamente 15 ml de la solución durante
tres minutos. Posteriormente, los sustratos fueron lavados con el
solvente correspondiente y secados en nitrógeno.
Fueron preparados impresos por microcontacto a
partir de estampados de polidimetilsiloxano (PDMS), y entintados
con el tiol apropiado.
Los sustratos usados constan de varias capas
depositadas sobre un sustrato de vidrio. Una configuración típica
es mostrada en la Figura 1. Encima del sustrato de vidrio 1, es
aplicado un conductor eléctrico transparente 2, preferentemente
óxido de estaño e indio (ITO). Cubriendo al ITO se encuentra una
primera subcapa 3, por ejemplo, una capa de fotoalineamiento. La
segunda subcapa 4 es depositada, por ejemplo, depositando una SAM
por impresión de microcontacto. Sobre la primera y segunda subcapas
es aplicada una capa 5 de cristal líquido. Opcionalmente, también
pueden ser aplicadas otras capas, como una capa de recubrimiento
(no mostrada).
Los sustratos de vidrio 1, ya conteniendo la
capa 2 de ITO, fueron limpiados con una solución de jabón alcalino
Extran MA-01, 5% v/v, enjuagando exhaustivamente con
agua demineralizada, lavando con isopropanol y secando al vacío (30
minutos, 40ºC). Fueron depositadas películas delgadas 3 (de
aproximadamente 70 nm) de un precursor de fotoalineamiento (LPP
JP-265) por método de hilado (recubridor spin
coater Karlsuss RC8, CT62; a 500 r.p.m. (5 segundos, abierto),
a 1100 r.p.m (30 segundos, cerrado), a 900 r.p.m (17 segundos,
abierto)) y un secado posterior a 100ºC durante 20 minutos.
El curado del material de fotoalineamiento fue
hecho sometiendo el sustrato a una fuente de luz UV no colimada
(Philips tipo HB172, 75 W, 4x Philips 15 W UV-tipo
3), e irradiando la superficie a través de un polarizador UV.
La anexión covalente de una SAM 4 a un material
de fotoalineamiento que todavía no ha reaccionado fue realizada por
disolución 1% p/p de un iniciador térmico
(2,2-azobis (isobutironitrilo); AIBN; vida media 12
minutos a 101ºC), en un tiol colocando la solución en un baño
ultrasónico durante al menos 10 minutos. Los tioles usados fueron
n-dodecanotiol, o una mezcla 20/80 p/p de
1-hexadecanotiol y 1-decanotiol. La
solución de tiol fue añadida al sustrato, colocada un armario
termostatado (95-120ºC), usando una jeringa equipada
con un filtro de 0,2 p.m., cubriendo toda la superficie.
Ocasionalmente, la solución de tiol fue añadida cuando fue
observada la desecación de la superficie. Después de 2 horas, el
sustrato fue retirado, y el exceso de tiol y del iniciador retirados
enjuagando suavemente con etanol y posterior secado en
nitrógeno.
Las celdas fueron construidas emparejando dos
sustratos y fijándolos usando un adhesivo, basado en acrilato
(diacrilato de bisfenol A etoxilado conteniendo
1-hidroxi-ciclohexil-fenil-cetona
0,5% p/p), curable con luz UV. El ancho de la celda se fijó usando
separadores de vidrio (típicamente 4-15 \mu.m.;
Philips Research, Eindhoven, The Netherlands). Las celdas fueron
llenadas ("capa 5") usando movimiento capilar con un cristal
líquido a temperatura elevada, bien por encima del punto de aclarado
del mesógeno. Después de completado el llenado, la celda se le dejó
enfriarse gradualmente hasta temperatura ambiente.
\vskip1.000000\baselineskip
\bullet J P 10153783 A
\bullet US 4277144 A
\bullet US 5745206 A
\bullet EP 613037 A
\bullet US 5853818 A
\bulletGUPTA; ABBOTT.
Science, 1997, vol. 276,
1533-1536.
\bulletSCHADT, M.; SEIBERLE,
H.; SCHUSTER, A. Nature, 1996, vol. 381,
212-215.
Claims (11)
1. Una capa de alineamiento capaz de alinear el
material de cristal líquido, comprendiendo la capa de
alineamiento:
Una primera subcapa (3) que tiene regiones
capaces de alinear el material de cristal líquido en un primer
alineamiento,
Una segunda subcapa (4) que tiene regiones
capaces de alinear el material de cristal líquido en un segundo
alineamiento, siendo diferentes el primer y segundo
alineamiento,
La segunda subcapa que cubre la primera subcapa
y cubre la primera subcapa según una plantilla modelo
predeterminada para proporcionar, en ubicaciones deseadas, regiones
de la segunda subcapa capaces de alinear el material de cristal
líquido y, en ubicaciones deseadas, regiones de la primera subcapa
subyacente que no son cubiertas por la segunda subcapa,
caracterizada porque la primera subcapa está, en una interfaz
de las primera y segunda subcapas, vinculada químicamente a la
segunda subcapa.
2. La capa de alineamiento de la reivindicación
1, en la que la primera subcapa (3) se vincula químicamente a la
segunda subcapa (4) por medio de una reacción entre un primer grupo
químico presente sobre la primera subcapa en la interfaz y un
segundo grupo químico presente en la segunda subcapa en la
interfaz.
3. La capa de alineamiento de la reivindicación
1 o 2, en la que la primera subcapa (3) es una capa orgánica
sólida, preferentemente una capa polimérica o una capa precursora
de polímeros y la segunda subcapa (4) es una capa orgánica sólida,
una capa orgánica fotoimpresionable, una monocapa orgánica, o una
monocapa orgánica autoordenada.
4. La capa de alineamiento de una cualquiera de
las reivindicaciones 1-3, en la que uno de los
primeros y segundos grupos químicos es susceptible a la irradiación
actínica de forma que cuando ha recibido una dosis apropiada de tal
irradiación, dicho grupo químico es por lo menos capaz de
reaccionar en menor grado con el otro grupo químico, que cuando
dicho grupo químico no ha sido irradiado.
5. La capa de alineamiento de una cualquiera de
las reivindicaciones 1-3, en la que uno de los
primeros y segundos grupos químicos es obtenible por medio de la
irradiación actínica de un grupo precursor o de una combinación de
grupos precursores, el cual es al menos capaz de reaccionar en
menor grado con el otro grupo químico, que el grupo obtenido del
grupo precursor o de la combinación de grupos precursores.
6. La capa de alineamiento de una cualquiera de
las reivindicaciones 1-5, en la que la segunda
subcapa (4) es obtenible por la deposición, según una plantilla
modelo, de un material, el cual forma una segunda subcapa sobre la
primera subcapa (3).
7. Un dispositivo óptico o electro óptico que
comprende la capa de alineamiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 1-6.
8. El dispositivo óptico o electro óptico de la
reivindicación 7, en la que el dispositivo es una característica de
seguridad dentro de un billete de banco, una tarjeta de crédito, u
otros objetos, que deben ser protegido de una falsificación.
9. Un método para elaborar una capa de
alineamiento capaz de alinear un material de cristal líquido, que
comprende:
- Proporcionar una primera subcapa (3);
- Proporcionar una segunda subcapa (4) según
plantilla modelo sobre la primera subcapa para dividir la primera
subcapa en regiones cubiertas y regiones no cubiertas;
- crear regiones no cubiertas de la primera
subcapa capaz de alinear el material de cristal líquido en un
primer alineamiento; y
- crear regiones de la segunda subcapa, que
cubren la primera subcapa, capaces de alinear el material de
cristal líquido en un segundo alineamiento, que es diferente al
primer alineamiento, caracterizado por el paso de vincular
químicamente las primera y segunda subcapas en una interfaz de las
primera y segunda subcapas.
10. El método según la reivindicación 9 que
comprende:
- Proporcionar una primera subcapa (3) de
material fotoalineable que comprende primeros grupos químicos;
- Proporcionar sobre la primera subcapa y según
un modelo predeterminado, una segunda subcapa (4) que tiene
regiones capaces de alinear el material de cristal líquido en un
segundo alineamiento y que comprende segundos grupos químicos, la
plantilla modelo siendo tal para dividir la primera subcapa en
regiones cubiertas por la segunda subcapa, y en regiones no
cubiertas por la segunda subcapa;
- Formar en la interfaz formada entre las
primera y segunda subcapas vínculos químicos haciendo reaccionar
los primeros y segundos grupos químicos;
- Someter por lo menos las regiones no cubiertas
de la primera subcapa a la irradiación polarizada linealmente para
proporcionar regiones expuestas capaces de alinear el material de
cristal líquido en un primer alineamiento.
11. El método según la reivindicación 9 que
comprende:
- Proporcionar una primera subcapa (3) de
material de alineable que comprende primeros grupos químicos que
son susceptibles a la irradiación actínica de forma tal, que al
irradiar el material el primer grupo químico es transformado para
volver al primer grupo químico por lo menos en menor grado capaz de
reaccionar con el segundo grupo químico;
- Irradiar la primera subcapa según una
plantilla modelo predeterminada para proporcionar regiones que
comprenden primeros grupos químicos, que comprenden preferentemente
un resto no saturado, y regiones irradiadas, en la que los primeros
grupos químicos son vueltos por lo menos en menor grado capaces de
reaccionar con los segundos grupos químicos;
- Someter la primera subcapa al alineamiento
permitiendo los medios en volver la primera subcapa capaz de
alinear el material de cristal líquido en un primer
alineamiento;
- Proporcionar sobre la primera subcapa y
opcionalmente según una plantilla modelo predeterminada, una
segunda subcapa (4) que tiene regiones capaces de alinear el
material de cristal líquido en un segundo alineamiento y que
comprenden segundos grupos químicos;
- Formar en la interfaz formada entre la primera
y segunda subcapa vínculos químicos, haciendo reaccionar los
primeros y segundos grupos químicos;
- Retirar el material de la segunda subcapa en
las regiones irradiadas para descubrir regiones de la primera
subcapa capaces de alinear el material de cristal líquido en un
primer alineamiento.
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