Способ гомеотропной ориентации смектических жидких кристаллов

( ) 79 Ю 29 Сова Советских Социалистических Республик(61) Дополнительно т, свид-ву -1) М.Кл, 6 02 Г1 2) Заявлено 23.04,79 (21) 759268/8-2 соединением заявк Государственный комите СССР но делам изобретений) Дата опубликования описания 3 72) Авторы изобретени(54) СПОСОБ ГОМЕОТРОПНОЙ ОРИЕНТАЦИ СМЕКТИЧЕСКИХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВИзобретение относится к области оптического приборостроения, технике цифровой и буквенной индикации, а также может найти применение в приборах квантовой электроники, предназначенных для отображения информации.Известен способ создания гомеотропной ориентации жидких кристаллов, заключающийся в вакуумном напылении различных металлов или окислов под соответствующими углами 11.Недостатком этого способа является длительная и довольно трудная предварительная обработка опорных поверхностей. Кроме того, точность в выставлении угла напыления и точность получения заданной толщины напыленной пленки весьма относительны. Колебания в толщине пленки и в угле напыления могут приводить к получению неоднородной ориентации кристалла, что, таким образом, приводит к понижению контраста и разрешения электрооптического устройства.Наиболее близким техническим решением является способ создания гомеотропной ориентации жидких кристаллов, основанный на размещении жидкокристаллического вещества между двумя опорными поверхностями, образующими плоский капилляр, приложении внешней воздействующей силы к упомянутым опорным поверхностям и герметизации капилляра 21.Недостатком этого способа также является большая длительность процесса полу чения гомеотропной ориентации жидкогокристалла и в термооптической записи: при стирании изображения получить первоначальную гомеотропную ориентацию удается лишь за 2 - 3 часа. Кроме того, применение 1 О электрического поля возможно при наличиина опорных поверхностях металлизированного электропроводного слоя, который при термооптической записи приводит к ухудшению контраста и разрешения изображе ния вследствие большой теплопроводностиметаллического покрытия.Целью изобретения является ускорениепроцесса ориентации и улучшение электро- оптических характеристик.20 Для достижения поставленной цели вспособе, основанном на размещении жидкокристаллического вецества между двумя опорными поверхностями, образующими плоский капилляр, приложении внешней воздействующей силы к упомянутым опорным поверхностям и герметизации капилляра после размещения вещества между опорными поверхностями, одновременно с приложением внешней воздействующей силы З 0 производят сдвиг одной опорной поверхности относительно другой поверхности при температуре смектической фазы до полного просветления жидкокристаллического вещества в плоском капилляре, после чего производят герметизацию капилляра, В результате сдвига получается однородно ориентированная по всей поверхности капилляра строго упорядоченная текстура жидкого кристалла с улучшенными электрооптическими характеристиками, например пропускание при этом возрастает на 10 - 12%.Наиболее же важным с точки зрения применения в реверсивной термооптической записи является возможность повышения быстродействия процесса ориентации при одновременном упрощении способа, Повышение быстродействия и упрощение способа осуществляется за счет того, что по предлагаемому способу нет необходимости нагрева жидкокристаллического вещества до температуры изотропной жидкости и последующего медленного охлаждения до температуры мезофазы. Упрощение способа заключается также в том, что по предлагаемому способу не нужно специально обрабатывать опорные поверхности плоского капилляра (химическая обработка ориентации, вакуумное напыление, добавление примесей, приложение постоянных или переменных электрических полей и т, д.).Сущность предлагаемого способа заключается в следующем,На тщательно очищенную толуолом, ацетоном, спиртом и промытую в хромпике опорную поверхность из стекла накладывают майларовые или тефлоновые прокладки, обеспечивающие заданную толщину зазора плоского капилляра, и нанося жидкий кристалл, например 4-н-октил-цианодифенил. Жидкий кристалл покрывают второй опорной поверхностью, очищенной таким же образом. Затем опорные поверхности сжимают, при этом получается плоский капилляр с толщиной зазора в толщину прокладки.Неориентированная текстура жидкого кристалла, полученная после заправки плоского капилляра, представлена на чертеже,На просвет такая текстура полностью рассеивает падающий на нее свет. После этого производят сдвиг одной опорной поверхности относительно другой до полного просветления жидкокристаллического вещества в плоском капилляре. Сдвиг возможен как путем поворота одной опорной поверхности относительно другой, так и путем параллельного смещения одной поверхности относительно другой. Прозрачность плоского капилляра свидетельствует о получении гомеотропной ориентации. Затем опорные поверхности склеиваются эпОксидной смолой или клеем ПВА, После высыхания клея плоский капилляр готов к рабо. те. При необходимости многократного получения ориентации плоский капилляр не склеивается, а закрепляется в держателе.Если в качестве опорных поверхностей используются полированные щелочногалоидные монокристаллы К 1, КС 1, КВг, необхо 5 димо их предварительно еще раз непосредственно перед использованием отполироватьсмесью алмазной пасты и глицерина нашелке.Существование гомеотропной ориента 10 ции жидкого кристалла определяется наличием коноскопической картины, наблюдаемой в поляризационный микроскоп прискрещенных поляроидах и введенной линзеБертрана, Степень упорядоченности моле 15 кул жидкого кристалла определяется инвариантностью коноскопической картины относительно вращения образца, Однородностьгомеотропной ориентации по всей поверхности плоского капилляра характеризуетсяшириной коноскопической картины, приэтом, чем уже коноскопическая картина,чем она четче, тем выше однородность ориентации по поверхности и, наоборот, размытие коноскопической картины свидетельствует о неоднородности гомеотропной ориентации,Качество упорядоченности и степень однородности ориентации, полученной попредлагаемому способу, проверялись наЗ 0 микроскопе Полам-С 111. Во всех случаях ориентации по предлагаемому способунаблюдалась четкая коноскопическая картина в виде узкого креста, который был инвариантен относительно вращения образца.З 5 Способ был опробован на веществах исмесях, названия, структурные формулы иинтервалы мезофаз которых представленыв таблице.Жидкие кристаллы 1, 4, 5, 6, 7 имеют40 смектическую фазу при комнатной температуре, поэтому сдвиг поверхности для этихкристаллов производили при комнатнойтемпературе сразу же после заправки плоского капилляра. Жидкие кристаллы 2 и 345 имеют смектическую фазу выше комнатнойтемпературы, поэтому вещества предварительно нагревали до температуры смектической фазы, а затем производили сдвигповерхностей. Полученная гомеотропная,60 ориентация оставалась стабильной во всеминтервале мезофазы.Следует при этом отметить, что по пред.лагаемому способу удалось получить гомеотропную ориентацию жидких кристаллов 255 и 3, не имеющих нематической фазы. Получить же гомеотропную ориентацию этих веществ при различных способах химическойобработки опорных поверхностей и при различных режимах охлаждения не удалось.60 Для исследования качества ориентацииполученной по предлагаемому способу и носпособу, описанному в прототипе, было исследовано пропускание (распределение интенсивности рассеянного света) плоских ка 65 пилляров,Жидкие кристаллы нематик смектик 33,0 - 37,5 20,9 - 33;0 42,8 50,7 40,2 - 47,8 3,1 - 43,5 5,0 - 38,0 43,5 - 45,1 38,0 - 42,5 42,0 - 48,7 0,0 - 420 49,3 - 51,2 12,0 - 49,3 33,0 - 51;5 10,0 - 33,0 4-н-октил-цианодифенил4-н-децил-циаподифенил4-н-октил-цианоднфенпл - 20% 4-н-децил.цианодифенил - 80% 4-и-октил-цианодифенил - 50% 4-н-децнл.цианодифенил - 50% 4-н-октил-цианодифенил - 80% 4-н-децил-цианодифенил - 20% 4-н-пентил-цианодифенил - 45% 4-и-гексилфениловый эфир 4-бутилбензойной кислоты - 55%4-н-октпл-цианодифенил - 35% 4.н-гексилфениловый эфир 4-бутилбензойной кислоты - 65%4.н-цианофениловый эфир 4-гептилбензойной кислоты - 47,5% 4-н-гексилфениловый эфир 4-бутилбензойной кислоты - 52,5% Схема установки для исследования пропускания представлена на чертеже.Монохроматический свет от Не - Ме лазера 1 (Л = 0,63 мкм), пройдя через ограничительные диафрагмы 2 и 3, попадает на плоский капилляр с ориентированным жид- . кокристаллическим веществом 4, Прошедший через плоский капилляр с жидким кристаллом свет попадает на матовую поверхность 5. Распределение интенсивности рассеянного света на матовой поверхности фотографируется с помощью фотоаппарата 7. Во избежание попадания белого света в объектив фотоаппарата непосредственно перед объективом крепится красный фильтр 6, 15При хорошей ориентации жидкого кристалла свет практически полностью проходит через плоский капилляр, не рассеиваясь на неоднородностях жидкокристаллической текстуры (полигональные и конфокальные 20 домены), которых при хорошей ориентации нет. При этом индикатрисса рассеяния узко- направлена и на матовом стекле отчетливо . виден прошедший через плоский капилляр лазерный пучок. При плохой ориентации 25 жидкого кристалла свет рассеивается на неоднородностях текстуры и на матовом стекле лазерный пучок или отсутствует, или виден очень слабо на фоне рассеивающей поверхности.30Испытание с жидкими кристаллами, представленными в таблице, показали наличие совершенно стабильного гомеотропного слоя с высокими электрооптическимихарактеристиками в течение более года,Формула изобретения Способ гомеотропной ориентации смектических жидких кристаллов, основанный на размещении жидкокристаллического вещества между двумя опорными поверхностями, образующими плоский капилляр, приложении внешней воздействующей силы к опорным поверхностями и герметизации капилляра, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса ориентации и улучшения электрооптических характеристик, одновременно с приложением внешней воздействующей силы производят сдвиг одной опорной поверхности относительно другой поверхности при температуре смектической фазы до полного просветления жидкокристаллического вещества в плоском капилляре. Источники информации, принятые ве внимание при экспертизе:1. 3. 1., 1 апп 1 пд. Арр 1 Роуз. 1.е 11, 1972, 21, 173.2, Авторское свидетельство СССР576559, кл. б 02 Р ИЗ, опублик. 1977.