RU2002286C1

RU2002286C1 - Способ изготовлени устойчивого к нагрузкам жидкокристаллического переключающего и индикаторного устройства

Info

Publication number: RU2002286C1
Application number: SU914895088A
Authority: RU
Inventors: Эшер Клаус; Иллиан Герхард; Реш Норберт; Харада Такамаса
Original assignee: Хехст АГ (DE)
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1991-04-10
Publication date: 1993-10-30
Also published as: AU7429191A; EP0451820A2; NO911435L; IL97818A0; CN1055823A; PT97342B; FI911721A0; CS101691A3; TW199923B; PT97342A; ZA912700B; JPH03296021A; FI911721A; NO911435D0; DE4011805A1; PL289847A1; EP0451820B1; US5206751A; HUT56828A; DE59107368D1

Abstract

Сущность- изобретени : добавление коронан- дов или криптандов к сегнетоэлектрическим жидкокристаллическим (СЖК)-смес м может перевести СЖК-материал в состо ние с букшелф - или квази-букшелф -геометрией. При использовании СЖК-смесей такого типа поврежденные под действием нагрузок дисплеи могут регенерироватьс за счет кратковременной обработки электрическим полем. 4зпф-лы. 9 ил, Зтабл.

Description

Переключающие и индикаторные устройства , содержащие сегментоэлектрические жидкокристаллические смеси {СЖК-световые модул торы) используютс как индикаторные элементы часов и карманных калькул торов или жидкокристаллические дисплеи дл автоматизации конторских работ или в телевидении , а также в копировальных машинах, печатающих устройствах, очках дл сварки, полосных очках дл объемного видени и т.д.

Наиболее близким вл етс способ изготовлени устойчивого к нагрузкам жидкокристаллического устройства, в котором используетс сегнетоэлектрический жидкий кристалл, а на электроды подают переменное электрическое напр жение дл ориентации сло в виде букшелф или квази-букшелф геометрии.

Недостатком его вл етс неустойчивость к нагрузкам.

Цель изобретени - регенераци устройства при шоковом повреждении.

Дл этого в способе изготовлени устойчивого к нагрузкам жидкокристаллического переключающего и индикаторного устройства, в котором пространство между двух несущих пластин с электродами и ориентирующим слоем и пол ризатором хот бы на одной из них заполн ют жидкокристаллическим материалом, в качестве которого используетс сегнетоэлектрическа жидкокристаллическа смесь, содержаща по меньшей мере один базовый жидкокристаллический компонент и кроме того один криптанд или коронанд, подают на электроды этого переключающего и индикаторного устройства перед его использованием непрерывное переменное электрическое напр жение до тех пор, пока жидкокристаллический слой не приобретает букшелф - или квази-букшелф -геометрию.

В качестве криптандов или коронандов предпочтительное использование наход т следующие соединени общей формулы (I) или (II):

снгкиг2-сн0пгс г

1 .I

К

U)

CHf(-CH2-2-CH2 -CH2

в которой z - это -о- или - S и

m, n означают целые числа больше нул , причем

m + n от 2 до 6,

-X -, -X - одинаковы или различны:

1п

-X -. -X - вместе вл ютс группами

М-СН,(-СН,-2-СНЛ-СНг-г или

N-CO-(-CH2-Z-CH{)rCO-NC , 5 причем

-R - означает алкил или алканоил с числом атомов С от 1 до 15, фенил, бензил или бензоил и 1 - означает число 1 или 2-,

10

15

R1Ч

Ы-(СНг)р-Ы (СН& CCH2lq

(И)

NI-(

в которой -R1, -R2, -R3 и R4 независимо друг 20 от друга означают группы:

а-ц-, , н-,-сьц,

-снХО)-соон иди -снги р, q, r, S - независимо

25

друг от друга вл ютс целым числом от 2 до 4, причем р + q + r + S от 8 до 16.

Кроме того, предпочтительное исполь- 30 зование наход т такие соединени формулы (I), в которых

z - вл етс атомом кислорода,

m, n означают целые числа больше нул

35 m + m от 2 до 4,

-X -, -X - одинаковы или различны и означают группы:

40 -0-,-NR-,

о оили -X1-, -X2 вместе означают группы

45 Ы СН2ССНл 0 СН2;| СН2 №ч. ,

причем

-R- означает алкил или алканоил с числом атомов С от 1 до 1ё, фенил, бензил или бензоил и 50 I - равен 1 или 2.

Из соединений формулы (II) предпочтение отдаетс таким, у которых

-R1 - R2 -R3 -Н или R означает -Н.

55

1п

-X -. -X - вместе вл ютс группами

М-СН,(-СН,-2-СНЛ-СНг-г или

N-CO-(-CH2-Z-CH{)rCO-NC , причем

R1Ч

Ы-(СНг)р-Ы (СН& CCH2lq

(И)

NI-(

а-ц-, , н-,-сьц,

-снХО)-соон иди -снги р, q, r, S - независимо

25

Кроме того, предпочтительное исполь- зование наход т такие соединени формулы (I), в которых

z - вл етс атомом кислорода,

m, n означают целые числа больше нул

m + m от 2 до 4,

40 -0-,-NR-,

о оПри содержании соединений с общими

формулами (I) или (II) в СЖК-смеси от 0,01 до

10 мол.% получаетс лучший результат

13,39

M7C8-0- OV OhO-c6H13

Предпочтительным вариантом вл етс и такой, когда смесь содержит несколько различных соединений с общими формулами (I) и/или (II), но при этом общее их содержание предпочтительнее поддерживать в пределах от 0,01 до 10 мол.%.

Дл создани букшелф или квази- букшелф -геометрии в сегнетоэлектриче- ской фазе на электроды подают переменное напр жение, причем лучше пр моугольной формы с частотой от 1 до 1000 Гц и напр женностью пол от 0,5 до 50 В/мкм в течение от 0,1 с до 10 мин. При этом частота тем больше и напр женность пол тем меньше, чем больше спонтанна пол ризаци и чем выше температура, при которой провод т обработку полем.

Лучший результат получаетс , если на электроды в течение от 1 с до 2 мин подают переменное напр жение пр моугольной формы с напр женностью пол от 5 до 20 В/мкм и частотой от 2 до 50 Гц, причем обработка полем с подачей переменного напр жени пр моугольной формы осуществл етс при рабочей температуре или в узком температурном интервале ( 10оС)около рабочей температуры.

Особым преимуществом способа вл етс то, что поврежденный дисплей при использовании указанных СЖК-смесей может быть снова приведен к исходному состо нию выполнением простых действий, предпринимаемых потребителем от случа к случаю или регул рно в процессе нормальной эксплуатации, а именно путем кратковременного воздействи электрического пол с соответствующими характеристиками .

Изобретение по сн етс с помощью примеров.

Пример 1. Приготавливают базовую жидкокристаллическую смесь, состо щую из следующих 8 компонентов, мол.%:

-N

/

Н

ю

0-CgHyj

15

14,78 НпС8-0-(Р -@-0-СцН9

20

25

30

19,04 Н21С10 0-СО- Н С5НИ

35

12,ооНпс8-о- о -о-спн|5

20.00 НПС8- 5Ь@ -ОСО-С6Н13

Смесь характеризуетс следующей последовательностью фаз:

SC71 Sa78 N93 1.

В качестве хиральных дополнительных веществ используютс следующие соединени :

Дополнительное вещество D1

C8H17-04g OCH2- O (S)

Дополнительное вещество D2

О

-ОЧОУ- О -0-со с3н7

СвНп- - т

as

Дополнительное вещество D3

О

0-сн2- сцнэ

(SI IS1 trans

Состав сравнительной смеси (Y) дл последующих опытов следующий, %: (Y)

Базова смесь

Дополнительное вещество D1 Дополнительное вещество D2 Дополнительное вещество D3 и последовательность фаз: Sc 61 I при спонтанной пол ризации, равной 30

87,67

4,53

2,70

5.10

а 69

спонтанной нкл. при 25°С.

В качестве коронанда С или криптанда К используютс оба следующих соединени :

о (-CH2)2-o-(CH2)2-o си2сн2- о (г сн2)2- о-сн2сн2

)n)N-(CH 2-oH-CH2vo-(-CH2)2-N

окн2)2-сн-сн2)го сн2снг о(-снг о-сн2сн

Сс)

В качестве примера СЖК-смеси, лежащей в основе предложенного в изобретении способа, готов т смесь X, имеющую следующий состав, мол.%:

(X)

98,0 сравнительной смеси (V)

1,5 коронанда(С(

0,5 криптанда (К)

В качестве второй СЖК-смеси, содержащей один криптанд и /или коронанд, готов т смесь Y. Ее состав следующий, мол.%1: (Y)

о-с6н,3

1,614,6

о-с

ЮН21

9,7

НПС8

нпсго

13,1

О -С6Н 9,1

5 НпСв-оХрН о-СвЬЦ., 4i2

10

нпс8-0- О

Криптанд (К) Смесь имеет

при температуре

0,5 25°С

Р) 9,6

о-с1Вн21

20 спонтанную пол ризацию, равную 31 нкл., и обладает следующей последовательностью фаз:

X-3Sc64 SA72N83 1

Пример 2. Вышеописанный метод

25 изменени текстуры путем воздействи полем использован при исследовании смеси из примера 1, лежащей в основе предложенного в изобретении способа, и сравнительной смеси Y, На имеющийс в торговле

30 ЖК-элемент толщиной 2 мкм (изготовитель: фирма Е.Х.КО энд Ко., лдтч, Токио, Япони ) с натертым параллельными сло ми полиими- дом (Р1Х 1400 фирмы Хитачи лдт., Токио, Япони ) в качестве ориентирующего сло

35 при комнатной температуре подаетс переменное напр жение пр моугольной формы с амплитудой 25 В и частотой 10 гц.

Сделанные под микроскопом снимки (125-кратное увеличение) полученной в ре40 зультате квази-букшелф -геометрии дл смеси X и дл сравнительной смеси Y представлены на фиг. 1 и 2. На фиг. 2 четко видна макроскопически негомогенна текстура и на фиг. 1 микроскопически характерна по45 лосчата , но макроскопически ориентированна текстура. Наложение бипол рных импульсов (как это обычно имеет место при работе по схеме уплотнени ) позвол ет пол- 7,7 учить показанные на фиг 3 и 4 кривые опти50 ческого пропускани дл СЖК смеси X и дл сравнительной смеси. Величина оптического пропускани измер лась при соответст (Ю

15

0-соCSH ,,

14.4

30

лп

н„с3о

0-CH2-ЈVC,,H9 (S) CS1

0° O-O-CO- -CjH,

35

Коронанд(С)

Криптанд (К) Смесь имеет

(S) (S)

при температуре

5,7 3,4

6,5

1.5

0,5 25°С

вующем позиционировании элемента, между двум перекрещивающимис пол ризаторами . Смесь X отличаетс высоким контрастом (примерно 3051) (фиг. 3) в отличие от сравнительной смеси (фиг.4), дл ко- торой характерен плохой контраст (примерно 3:1).

Пример 3. Дл доказательства особых свойств СЖК-смесей, использующихс в соответствии с предложенным в иэобрете- нии способом, заключающихс в возможности регенерации выкристаллизовавшейс и снова расплавившейс жидкокристаллической смеси (поврежденного под действием температуры переключающего и индика- торного устройства) путем обработки полем с целью повторного восстановлени первоначальных предпочтительных коммутационных свойств, кажда из описанных в примере 1 СЖК-смесей X, Y и сравнитель- на смесь V помещаетс в жидкокристалли- ческий элемент толщиной 2 мкм. снабженный полиимидным слоем, служащим в качестве ориентирующего сло толщиной 20 нм. На элементы в течение 3 мин подают непрерывное напр жение пр моугольной формы частотой 10 Гц и амплитудой 20 В.

При последующем наложении бипол рных управл ющих импульсов (например, с напр женностью пол , равной 8 В.мкм и шириной импульсов, равной 0,5 мс) директор (ориентаци осей молекул) в зависимости от знака используемых бипол рных импульсов ориентируетс в двух устойчивых позици х, расположенных по отношению друг к другу под углом коммутации 2 0ЭФФ. Элемент термостатируетс при температуре 25°С и настраиваетс под пол ризационным микроскопом таким образом, чтобы одно из обоих состо ний было как можно с более низкими пропускающими свойствами , а другое коммутационное состо ние - с высокими. Приведенные в табл. 1 значение степени оптического пропускани относ т- с к максимальной степени пропускани света через СЖК-элементы при параллельном расположении пол ризаторов. В табл. 1 указанные значени дл СЖК-смесей с содержанием коронандов и криптандов, указанных в примере 1, говор т о высоком качестве ориентации в темном состо нии (низка степень пропускани , Td), а также о предпочтительно большем угле коммутации (2 #эфф), который приводит к высокой сте- пени пропускани в светлом состо нии (максимальна степень пропускани . Ти) (см. пример а табл. 1).

У обеих элементов после термической нагрузки, кристаллизации и последующего

расплавлени степень пропускани и тем самым контраст ухудшаютс (см табл. 1, пример Ь).

Сравнение результатов измерений показывает , что контраст уменьшаетс на величину от 23 о 32%. Решающее преимущество СЖ-К-смесей. содержащих криптанды или коронанды, заключаетс в том. что за счет повторной обработки электрическим полем возможно увеличение контраста в элементах. При сравнении результатов измерений, приведенных в примере с, с результатами, приведенными в примере Ь, можно видеть, что контраст за счет обработки полем может увеличиватьс на величину от 24 до 29% и тем самым становитс примерно равным контрасту элемента в первоначальном состо нии (до выкристаллизации СЖК-материала).

Поврежденное под действием нагрузок переключающее и индикаторное устройство , содержащее СЖК-смесь с криптантом и/или коронандом, может регенерироватьс путем подачи простого непрерывного переменного напр жени до восстановлени его первоначального качества.

Пример 4. Данный пример, с одной стороны, демонстрирует более высокую устойчивость индукцинированной полем ква- зи-букшелф -геометрии к механическим деформаци м по сравнению с шеврон -ге- ометрией и, с другой стороны, показывает возможность восстановлени поврежденной под действием механических нагрузок квази-букшелф -геометрии путем повторной обработки полем.

Дл проведени сравнительных исследований свойств переключающих и индика- торных устройств по отношению к механическим деформаци м испытательный элемент заполн ют предложенной в изобретении смесью X. В элементе прокладка расположена только по периметру клеевой рамки, и поэтому он может легко деформироватьс при наложении давлени в середине элемента.

Элемент помещают на весы и, использу винтовое устройство, закрепленное на штативе при помощи муфты, пуансоном диаметром 1,5 мм дав т сверху элемента в течение 10 с. Усилие давлени пуансоном устанавливают на определенную величину по показани м весов, и ее можно мен ть. До и после действи нагрузки в точке приложени силы (диаметр 1,5 мм) производит точное определение текстуры и коммутационных свойств при помощи микроскопа .

На фиг. 5-9 представлены сделанные под микроскопом фотографии текстуры с

шеврон -геометрией при 125-кратном увеличении без нагрузки (фиг. 5) и после наложени различных нагрузок (фиг. 6) 200 г; фиг. 7 - 300 г; фиг. 8 - 400 г; фиг. 9 - 500 г. На них четко видно изменение текстуры после действи нагрузки 400 г. Об этом говорит также и уменьшение контраста при наложении бипол рных импульсов (см.табл.

2).

Восстановление первоначальной текстуры и первоначального контраста возможно только за счет нагревани до перехода в холестеричную или изотропную фазу, т.е. при использовании высоких температур .

Если же устройство, в состав которого входит смесь, содержаща коронанды и/или криптанды, перевод т в состо ние с квази-букшелф -геометрией воздействием электрического пол , как это описано выше, и затем провод т испытание наложением механических нагрузок, то в этом случае фотографии , сн тые при 125-кратном увеличе- нии, показывают, что значительное

измерение текстуры происходит, лишь начина с нагрузки 600 г Об этом говор т также и величины контраста, указанные в табл. 3.

5Пример 5. Элемент из примера 4 с

нагрузкой 1000 г подвергаетс обработке электрическим полем (такой, котора уже использовалась раньше дл превращени шеврон -геометрии в квази-букшелф Че10 ометрию). Неожиданно обнаруживаетс , что сильно поврежденный элемент также может быть снова полностью регенерирован .

Это подтверждаетс результатами оп15 ределени контраста, который дл поврежденного элемента составл ет 8:1, а дл восстановленного - 75:1.

Сравнение с контрастом элемента до наложени нагрузки (табл. 3) показывает,

20 что элемент за счет обработки полем может полностью восстановить также и свои оптические характеристики. (56) Y. Sato et al., Japany I. of Appl. Phys. 1989, 28, L 484.

Таблица 1

132002286

Таблица 2

Контраст переключающего и индикаторного устройства после воздействи силовой нагрузки (при шеврон -геометрии)

Фор мула изобретени

Claims

1.СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО К НАГРУЗКАМ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕГО И ИНДИКАТОРНОГО УСТРОЙСТВА , в котором на обращенных одна к другой сторонах , св занных между собой двух несущих пластин размещены электроды и по крайней мере на одной стороне - ориентнрую щий слой, между пластинами размещен слой сегнетоэлектрического жидкокристаллического материала и по крайней мере на одной из пластин размещен пол ризатор, заключающийс в том, что к электродам прикладываетс переменное электрическое напр жение дл ориентации слол в оиде букшелф или квази-букшелф геометрии , отличающийс тем, что, с целью регенерации устройства при штокозом повреждении, между пластинами размещают слой из сегнетоэлектрического жидкокристаллическогоматериала , содержащего криптанд или коронзнд,

2.Способ по п.1, отличающийс тем, что сегнетоэлектрический жидкокристаллический материал содержит криптанд общей формулы

-сч -си - г -са i -си

.2 22. , г

к

XЛ

гвг-(-снг-г-сч2)-с

где Z - -0- или - S 0 -;

m и п 0 - целые числа, причем m - n 2

6;

- Xi -, -Х2 - одинаковые или различные и

выбраны из рлда - Z-, -NR14

Т и б л и ц а 3

Контраст переключающего и индикаторного устройства после воздействи силовой 5 нагрузки (при квази-букшелф -геометрии)

20

25

А А

или одинаковые и вл ютс группами

30

} N-CH (-СН -Z-QI ) -СН -К (

/222 I 2

или

35

} N-COKH -Z-CH ) -СОН ( 221

40

причем R - алкил или алканоил с числом атомов углерода 1-15, фенил, бензил или бензоил; I 1 или 2, или коронанд общей формулы

R. Г i

N-(C,Ia,p-N

(™Л ™ N-CCH2,-N

55

где RI, R2, Ra и независимо друг от друга группы

-Н-, -СНз/О )соон или -снг-О

р, q, r, s независимо друг от друга вл ютс цзлым числом 2-4, причем р + q + г + s ,

и на электроды подают переменное напр жение пр моугольной формы частотой 1 - 1000 Гц и напр женностью полп 0,5 - 50,0 В/мкм в течение от 0,1 о до 10 мин.

3, Способ по п.2, отличающийс том, что сегнетоэлектричесхий жидкокристаллический материал содержит соединение общей формулы

cy-oi.-z-cu.-ai.

I

Г

,/,

I -г-оу.-а,

где Z- кислород;

тип- целые числа больше нул и т + п 2 - 4;

Xi, X а одинаковые или различнычают группы

5 или Xi, X2 - вместе группа

оусиг-мп (

причем R - алкил пли алканоил с числом атомов углерода 1-15, фенил, бензил или бензоил; или 2.

4. Способ по п.2, отличающийс тем, что сегнетоэлектрическмй жидкокристаллический материал содержит соединение общей формулы

г I

Г1СНЛ-7 «; Л ,.

i ten i-k

I I

25

где - годопод;

R - водород,

30

-СНз- или

Я

-снг-/0)-соон.

5. Способ по п,2, отличающийс тем,

что на электроды в течение от 1 с до 2 мин

подают переменное напр жение пр моугольной формы с интенсивностью пол 5 20 В/мкм и частотой 2 - 50 Гц.

Фиг 1

Фиг.2.

if

t

-I-I-f

1

§

it

iF

J1ttil,. M|jUn ft«H r

t( ;,

#w:j

kj

t/f0- 3)

дгпф

9823002

дгпф

9822002

фиг. 9