Способ изготовления устойчивого к нагрузкам жидкокристаллического переключающего и индикаторного устройства

(в) ЮУ (и) (я) я 0 аг г 1 зз йской Федерац товарным знак Комитет Рос о патентам Е ИЗОБРЕТЕН П ТЕНТУ(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОГОК НАГРУЗКАМ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГОПЕРЕКЛЮЧАЮЩЕГО И ИНДИКАТОРНОГО УСТРОИСТВА(57) Сущность изобретения: добавление коронандов или криптандов к сегнетоэлектрическим жидкокристаллическим (СЖК)-смесям может перевести СЖК-материал в состояние с "букшелф" - или "квази-букшелф"-геометрией. При использовании СЖК-смесей такого типа поврежденные под действием нагрузок дисплеи могут регенерироваться за счет кратковременной обработки электрическим полем. 4 з.п.ф-лы,9 ил 3 табл2002286 Составитель Н,НазароТехред М,Моргентал Редактор Т.Лошкарева С,Патрушева Кор Заказ 3 Тираж Подпис НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,4/5-О О - -О О -40 -О-МВ-,СН;(-СН;-СН,Д-Сн,или НПри содержании соединений с общими - Е Е-формулами (1) илив СЖК-смеси от 0,01 до10 мол.о, получается лучший результат,-Е- -ИВПереключающие и индикаторные устройства, содержащие сегментоэлектрические жидкокристаллические смеси (СЖК-световые модуляторы) используются как индикаторные элементы часов и карманных калькуляторов или жидкокристаллические дисплеи для автоматизации конторских работ или в телевидении, а также в копировальных машинах, печатающих устройствах, очках для сварки, полосных очках для объемного видения и т.д,Наиболее близким является способ изготовления устойчивого к нагрузкам жидкокристаллического устройства, в котором используется сегнетоэлектрический жидкий кристалл, а на электроды подают переменное электрическое напряжение для ориентации слоя в виде "букшелф" или "квази-букшелф" геометрии,Недостатком его является неустойчивость к нагрузкам.Цель изобретения - регенерация устройства при шоковом повреждении.Для этого в способе изготовления устойчивого к нагрузкам жидкокристаллического переключающего и индикаторного устройства, в котором пространство между двух несущих пластин с электродами и ориентирующим слоем и поляризатором хотя бы на одной из них заполняют жидкокристаллическим материалом, в качестве которого используется сегнетоэлектрическая жидкокристаллическая смесь, содержащая по меньшей мере один базовый жидкокристаллический компонент и кроме того один криптанд или коронанд, пода 1 от на электроды этого переключающего и индикаторного устройства перед его использованием непрерывное переменное электрическое напряжение до тех пор, пока жидкокристаллический слой не приобретает "букшелф"- или "квази-букшелф"-геометрию.В качестве криптандов или коронандов предпочтительное использование находят следующие соединения общей формулы (1) или (Н):СН;(-СН;Х-СНЫ;С 2(И в которой 2 - это -о- или - Я ип 1, и означают целые числа больше нуля,причемги + и = от 2 до 6,- Х - , - Х - одинаковы или различны;1 2-Х - , - Х - вместе являются группами1 2М-СН,(-СН -2-СН,);СН;11илиМ-СО-(-СН 2 - Е - СН 2) 1 - СО-М.5 причем- В - означает алкил или алканоил с числом атомов С от 1 до 15, фенил, бензил илибензоил и 1 - означает число 1 или 2,в которой-В,-В, - В и В независимодруг 1 2 3 4 20 от друга означают группы;-сн,соон или -сн;друг от друга являются целым числом от 2 до4, причем р+ ц+ г+ 5 от 8 до 16.Кроме того, предпочтительное исполь 30 зова н ие находят такие соединения формулы, в которых- является атомом кислорода,п 1, и означают целые числа больше нуля 35 п 1 + ги = ат 2 до 4,-Х - , -Х - одинаковы или различны и озна 1 2 чают группы:-В- означает алкил или алканоил с числом атомов С от 1 до 15, фенил, бензил илибензоил и50- равен 1 или 2,Из соединений формулы (П) предпочтение отдается таким, у которых2002286 2510 15 Предпочтительным вариантом является и такой, когда смесь содержит несколько различных соединений с общими формуламии/или , но при этом общее их содержание предпочтительнее поддерживать в пределах от 0,01 до 10 мол,.Для создания "букшелф" или "квазибукшелф"-геометрии в сегнетоэлектрической фазе на электроды подают переменное напряжение, причем лучше прямоугольной формы с частотой от 1 до 1000 Гц и напряженностью поля от 0,5 до 50 Вlмкм в течение от 0,1 с до 10 мин. При этом частота тем больше и.напряженность поля тем меньше, чем больше спонтанная поляризация и чем выше температура, при которой проводят обработку полем,Лучший результат получается, если на электроды в течение от 1 с до 2 мин подают переменное напряжение прямоугольной формы с напряженностью поля от 5 до 20 В/мкм и частотой от 2 до 50 Гц, причем обработка полем с подачей переменного напрякения прямоугольной формы осуществляется при рабочей температуре или в узком температурном интервале ( 10 оС) около рабочей температуры.Особым преимуществом способа является то, что поврежденный дисплей при использовании указанных СЖК-смесей может быть снова приведен к исходному состоянию выполнением простых действий, предпринимаемых потребителем от случая к случаю или регулярно в процессе нормальной эксплуатации, а именно путем кратковременного воздействия электрического поля с соответствующими характеристиками.Изобретение поясняется с помощью примеров,П р и м е р 1. Приготавливают базовую жидкокристаллическую смесь, состоящую из следующих 8 компонентов, мол.%: о оо н 17 Св-О-ф.-О-свно М 4.49 н 1 оСв-О ф-О-Свн 11 М1 в он 2 ощ ф .о-оо (Й-оно 30й 15 й 12,оон 1 оСв О 0 0 С 11 нв 35 20 М о оо нсв(0Осо-свн Смесь характеризуется следующей последовательностью фаз:25 ЗС 71 Яа 78 893 1,В качестве хиральных дополнительныхвеществ используются следующие соединения:Дополнительное вещество 01 30 й оС,н,-О СОф-Осн-(9 35 Дополнительное вещество 02 Освн,-ОсО)О-сО - -сзнтМ Я 1 Я 1С 13Дополнительное вещество РЗсвн,О-сн;,Ь-с,н,45(р р1 ГСИ 33 Состав сравнительной смеси (У) для последующих опытов следующий, ,ь:50 (У)Базовая смесь 87,67 Дополнительное вещество Р 1 4,53 Дополнительное вещество Р 2 2,70 Дополнительное вещество РЗ 5.10 55 и последовательность фаз: Яс 61 Я, 69И 85при спонтанной поляризации, равной 30нкл,см 2 при 25 С.В качестве коронанда С или криптандаК используются оба следующих соединения:5 10 15 20 25 30 35 40 50 вующем позиционировании элемента, между двумя перекрещивающимися поляризаторами, Смесь Х отличается высоким контрастом (примерно 3051) (фиг, 3) в отличие от сравнительной смеси (фиг,4), для которой характерен плохой контраст (примерно 3:1).П р и м е р 3, Для доказательства особых свойств СЖК-смесей, использующихся в соответствии с предложенным в изобретении способом, заключающихся в возможности регенерации выкристаллизовавшейся и снова расплавившейся жидкокристаллической смеси (поврежденного под действием температуры переключающего и индикаторного устройства) путем обработки полем с целью повторного восстановления первоначальных предпочтительных коммутационных свойств, каждая из описанных в примере 1 СЖК-смесей Х, У.и сравнительная смесью помещается в жидкокристаллический элемент толщиной 2 мкм. снабженный полиимидным слоем, служащим в качестве ориентирующего слоя толщиной 20 нм. На элементы в течение 3 мин подают непрерывное напряжение прямоугольной формы частотой 10 Гц и амплитудой 20 В.При последующем наложении биполярных управляющих импульсов (например с напряженностью поля. равной 8 В,мкм и шириной импульсов, равной 0,5 мс) директор (ориентация осей молекул) в зависимости от знака используемых биполярных импульсов ориентируется в двух устойчивых позициях, расположенных по отношению друг к другу под углом коммутации 2 О,фф, Элемент термостатируется при температуре 25 С и настраивается под поляризационным микроскопом таким образом, чтобы одно из обоих состояний было как можно с более низкими пропускающими свойствами, а другое коммутационное состояние - с высокими. Приведенные в табл, 1 значения степени оптического пропускания относятся к максимальной степени пропускания света через СЖК-элементы при параллельном расположении поляризаторов. В табл.1 указанные значения для СЖК-смесей с содержанием коронандов и криптандов, указанных в примере 1, говорят о высоком качестве ориентации в темном состоянии (низкая степень пропускания, Т), а также о предпочтительно большем угле коммутации (2 Орфф), который приводит к высокой степени пропускания в светлом состоянии (максимальная степень пропускания, Ть) (см, пример а табл, 1).У обеих элементов после термической нагрузки, кристаллизации и последующего расплавления степень пропускания и тем самым контраст ухудшаются (см.табл. 1, пример Ь),Сравнение результатов измерений показывает. что контраст уменьшается на величину от 23 до 32%. Решающее преимущество СЖК-смесей. содержащих криптанды или коронанды, заключается в том, что за счет повторной обработки электрическим полем возможно увеличениеконтраста 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 увеличиваться на величину от 24 до 29 , и тем самым становится примерно равным контрасту элемента в первоначальном состоянии (до выкристаллизации СЖК-материала).Поврежденное под действием нагрузок переключающее и индикаторное устройство, содержащее СЖК-смесь с криптантом и/или коронандом, может регенерироваться путем подачи простого непрерывного переменного напряжения до восстановления его первоначального качества.П р и м е р 4. Данный пример, с одной . стороны, демонстрирует более высокую устойчивость индукцинированной полем "квази-букшелф"-геометрии к механическимдеформациям по сравнению с "шеврон"-геометрией и, с другой стороны, показывает возможность восстановления поврежденной под действием механических нагрузо "квази-букшелф"-геометрии путем повторной обработки полем.Для проведения сравнительных исследований свойств переключающих и индикаторных устройств по отношению к механическим деформациям испытательный элемент заполняют предложенной визобретении смесью Х. В элементе прокладка расположена только по периметру клеевой рамки, и поэтому он может легкодеформироваться при наложении давленияв середине элемента.Элемент помещают на весы и, используя винтовое устройство, закрепленное на штативе при помощи муфты, пуансоном диаметром 1,5 мм давят сверху элемента в течение 10 с. Усилие давления пуансономустанавливают на определенную величинупо показаниям весов, и ее можно менять. До и после действия нагрузки в точке приложения силы (диаметр 1,5 мм) производит точное определение текстуры и коммутационных свойств при помощи микраскопа. На фиг. 5-9 представлены сделанные под микроскопом фотографии текстуры сУгол коммутации 2 Д."С Примечание Темное состояние Ти Светлое состояние Ть 70,9 1,30 50 64 70,3 50 1,30 1.6 44 50 1,2 1,30 76.3 1,31 96 0,79 70,7 1,31 74 105 70,7 0,67 1,31"шеврон"-геометрией при 125-кратном увеличении без нагрузки (фиг. 5) и после наложения 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 действия нагрузки 400 г, Об этом говорит также и уменьшение контраста при наложении биполярных импульсов (см.табл, 2).Восстановление первоначальной текстуры и первоначального контраста возможно только за счет нагревания до перехода в холестеричную или изотропную фазу, т.е, при использовании высоких температур,Если же устройство, в состав которого входит смесь, содержащая коронанды и/или криптанды, переводят в состояние с "квази-букшелф"-геометрией воздействием электрического поля, как это описано выше, и затем проводят испытание наложением механических нагрузок, то в этом случае фотографии, снятые при 125-кратном увеличении, показывают, что значительное измерение текстуры происходит, лишь начиная с нагрузки 600 г. Об этом говоряттакже и величины контраста, укаэанные втабл, 3,5 П р и м е р 5. Элемент из примера 4 снагрузкой 1000 г подвергается обработкеэлектрическим полем (такой, которая ужеиспользовалась раньше для превращения"шеврон"-геометрии в "квази-букшелф"-ге 10 ометрию), Неожиданно обнаруживается,что сильно поврежденный элемент такжеможет быть снова полностью регенерирован.Это подтверждается результатами оп 15 ределения контраста, который для поврежденного элемента составляет 8:1, а длявосстановленного - 75.1,Сравнение с контрастом элемента доналожения нагрузки (табл, 3) показывает,20 что элемент за счет обработки полем можетполностью восстановить. также и свои оптические характеристики,(56) У. Зао ет аЗарапу 1, о 1 Арр 1, Рйуэ,1989, 28, 1. 484,Свежеориентированный обработанный полем СЖК-элемент (с СЖК-смесью Х) Тот же СЖК-элемент после кристаллизации и расплавления смеси Тот же СЖК-элемент после кристаллизации и расплавления и обработки полем Свежеориентированный обработанный полем СЖК-элемент(с СЖК-смесью У) Тот же СЖК-элемент после кристаллизации и расплавления смеси Тот же СЖК-элемент после кристаллизации и расплавления и после а ей об аботки полем14 2002286 Т;)блицаЗ Таблица 2 Формула изобретения 201. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТОЧ 1 ЧИБОГО К 1-1 АГРУЗКАМ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ПЕРЕКЛ 1 ОЧА 10 ЩЕГО ИИНДИКАТОРНОГО УСТРОИСТВР, в котором на обращенных одна к другой сторонах, связанных между собой двух несущих илпластин размещены электроды и по крайней мере на одной стороне - ориентирующий слой, между пластинами размещен З 0слой сегнетоэлектрического жидкокристаллического материала и по крайней мере наодной из пластин размещен поляризатор,заключающийся в том, что к электродам илприкладывается переменное электрическое напряжение для ориентации слоя ввиде букшелф или квази-букшелф геометрии, отлича)ощийся тем, что, с целью регенерации устройства при штоковомповреждении, между пластинами размещают слой из сегнетоэлектрического жидкокристаллического материала,содержащего криптанд или коронанд,2. Способ по п.1, отличающийся тем,что сегнетоэлектрический жидкокристаллический материал содержит криптанд общей формулы Я инаковые и яются группам Н-СН 1-СН -К-СН ) -СН -Н/ 2 21 причем Я - алк атомов углерода бензоил; 1=1 или 2,45 или коронанд об или алканоил с числ - 15, фенил, бензил и йф ы,хсн сн -х-сн )-снг г где й, Вг, 1 сзга группы ависимо доуг от др где - Е - =-О- илп)ииО-цел6; ЯО-; числа, причем щ + п = 2 СН зХ 1 -, -Хг - оди )браны из ряда конце или различные7-, -МйКонтраст перекл)оча)ощего и индикаторна- Контраст переключающего и инцикаторного устройства после воздействия силовой го устройства после воздействия силовойнагрузки (при "шеврон"-геометрии) 5 нагрузки (при "квази-букшелф-геометрии).0-, -,р, о, г, з независимо друг от друга являют.я целым числом 2-4 причем р+ ц+ г+ 8 ф 16,и на электроды подают переменное напряжение прямоугольной формы частотой - 1000 Гц и напряженностью поля 0,5 - 50,0 В/мкм в течение от 0,1 с до 10 мин.3, Способ па п.2, отличающийся тем, . что сегнетозлектрический жидкокристаллический материал содержит соединение общей формулы где К -.кислород;гп и и - целые числа больше нуля ив+п=2-4;Х 1, Х 2 - одинаковые или различные и означают группы или Х 1, Х 2- вместе группа причем й - алкил или алканоил с чИслом атомов углерода 1 - 15, фенил, бензил или бензоил;1=1 или 2.4. Способ по п.2, отличающийся тем, что сегнетоэлектрический жидкокристаллический;латериал содержит соединение общей формулы.л. я 2 ., ,одео25 Ял - водород,5. Способ по п,2, отличающийся тем,что на электроды в течение от 1 с до 2 мин подают переменное напряжение прямо уголыой формы с интенсивностью поля 520 В/мкм и частотой 2-50 Гц.