Жидкокристаллический элемент

(31) 584083 ( 33) СШАОпубликовано 150480,Бюллетень14Дата опубликования опнсання 20. 04. 80 Союз Советских Социалистических Республик.ССС Р по делам изобретений н открытий(72) Автор изобретения Иностранец Джерард Джон СпрокелИностранная фирма Интернэшнл Бизнес Машинз Корпорейшн(54) ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИИ ЭЛЕМЕНТ Изобретение относится к жидкокристаллическим элементам, в частности к устройствам с термической адресацией, имеющим слой для поглощения энергии в инфракрасном диапазоне, и может б быть использовано в устройствах отображения информации. Устройства с термической записью на слоях жидкого кристалла весьма выгодны, поскольку количество тепла, требующееся для фазового перехода, мало по сравнению со скрытой теплотой плавления типичных органических компаундов. Для локального нагре ва участков слоя жидкого кристалла Часто используются. инфракрасные световые пучки. Однако. известные жидкие кристаллы практически прозрачны ь области инфракрасного спектра. В результате энергия инфракрасного светового пучка поглощается не в слое жидкого кристалла, а в располагающейся по обе стороны от него гораздо более толстой стеклянной подложке. Обычно стеклянная подложка и жи-,кий кристалл совместно поглощают не более 10-15 энергии светового пучка, причем большая часть этой энергии поглощается стеклом (1).зо Ближайшим к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является жидкокристаллический элемент, содержащий слойжидкого кристалла, помещенного междудвумя стеклянными подложками, на внутренних сторонах которых имеются прозрачные электроды, при этом в составжидкого кристалла введены добавки,повышающие поглощение световой энергии в инфракрасной части спектра 2).Присутствие взвешенных поглотителей в ячейках жидких кристаллов отрицательно влияет на некоторые их свойстваОднако эти красители обычно поглощают больше энергии в видимой области спектра, чем в инфракрасной областиВ результате жидкокристаллический элемент приобретает однотоннуюокраску, что снижает выигрыа в поглощении инфракрасного излучения. Введение добавок может приводить к изменению электрических свойств жидкого кристалла, поскольку добавки, восновном, являются солями,Возможно использование чекоторыхсоединений, типа комплексов бис (дитиобензил) никель, которые, как былообнаружено, поглощают,энергию в ин 728731инфракрасного спектра и относительно небольшую энергию в видимом спектрео(3500-7000 А ), В предпочтительном варианте осуществления изобретения поглощающий слой 5 - это продукт реакции бис (дитиобензил) никеля, имеющего структуру М 1 Д той реакции ит для погло на арсениде от 850 до пропускает мида. Продук то хорошо подхозлучения лазерс длинами волни в то же времсвет. а- и полиособенщениягаллия875 нмвидимы М Д сиз) З)г 1 ис (диметиламинодитиобензил) ник Н 7 7 Мс н,ис(дитиооктадион 5 никел фталоцианин никеляСлой жидкого кристалла 2, электр О ды 3, 4 и,поглощающий слой 5 заключены между стеклянными подложками 6 и 7.Изображенный на фиг, 2 жидкокристаллический элемент 8 содержит поглощающие слои 9 и 10, расположенные по обеим сторонам от слоя жидкого кристалла 11. Прозрачные электроды 12 и 13 находятся в контакте с пог" лощающими слоями 9 и 10. Проводящие электроды 12 и 13 нанесены на стек лянные подложки 14 и 15.В поглощающих слоях сокраситель, например продумежду никелевым комплексоамидом, обеспечивающий по5 60 до 70 в каждом слое. держитсякт реакциим и полиглощение отПолное пофракрасной части спектра и не поглощают в видимой области. Однако обычно полоса поглощения этих соединений узкая и раствор этого соединения в М-метилпирролидиноне сильно поглощает на длинах волн 940 нм, но очень ,слабо поглощает на длинах волн 850 нм, т. е. на длине волн лазера на арсениде галлияВ результате такой раствор не может поглотить достаточное для термической записи количество энергии излучения на арсениде галлия.Целью изобретения является повышение чувствительности к тепловому воздействию инфракрасного излучения.Цель достигается тем, что предлаг етый жидкокристаллический элемент снабжен, по крайней мере, одним поглощающим слоем из вещества с эффективным поглощением инфракрасного изЛучения и меньшим поглощением энергии видимого излучения, причем пог лощающий слой находится в тепловом контакте со слоем жидкого кристалла. Примером поглощающего слоя служит продукт реакции между комплексным никелевым соединением, например бис 25 (дитиобензил) никелем, и полиамидом. Такой слой поглощает не менее 90 на длине волны лазера на арсениде галлия, тогда как величина пропускания в видимой области спектра составляет не менее 80.Жидкокристаллический элемент может также содержать два поглощающих слоя, которые могут находиться пообе стороны от слоя жидкого кристалла и, в частности, между прозрачными электродами и стеклянными подложками, Оба поглощающих слоя содержат продуКт реакции между бис (дитиобензил) никелем и полиамидом.На фиг. 1 показан жидкокристалли ческий элемент, работающий на просвет, поперечное сечение; на фиг. 2 и 3 - то же, другие варианты; нафиг. 4 - график, иллюстрирующий поглощающую способность продукта реакции между бис (битиобензил) никелеми полиамидом.Жидкокристаллический элемент 1(фиг. 1) содержит слой жидкого кристалла 2. Может быть использовано любое подходящее жидкокристаллическоевещество. Примерами таких веществмогу 1 служить и-октилцианобифенил иего гомологи. По обе стороны от жидкого, кристаллического слоя 2 расположены прозрачные электроды 3 и 4, выполненные, наприМер, из смеси окисиолова и окиси индия. Поглощающий слой5 расположен между прозрачным электродом 4 и слоем жидкого кристаллаПоглощающий слой 5 может быть расположен либо непосредственно в контакте со слоем жидкого кристалла, либоотделен от него проводящим электродом. Слой 5 интенсивно поглощаетэнергию в определенной узкой области 6глощение, достигаемое при использовании двух проводящих слоев, составляет около 90.Преимущество использования двух поглощающих слоев заключается в том, что нагрев может происходить с обеих сторон слоя жидкого кристалла. В результате тепло проникает в слой жидкого кристалла с большей скоростью и поэтому уменьшается время адресации. Например, типичное время адресации двухслойного устройства,изображенного на фиг. 2, составляет около 25 мкс, для однослойного устройства, приведенного на фиг. 1-40 мкс.Использование двух поглощаюцих слоев обеспечивает воэможность уменьшения концентрации красителя в каждом слое и/или воэможность уменьшения толщины слоя. Эти красители обладают относительно малой растворимостью, так что использование малых20 концентраций помогает избежать трудностей, связанных с кристаллизацией частиц в растворе. Кроме того, желательно использование более тонких поглощающих слоев, поскольку такие слои оказываются более плоскими и гладкими, что улучшает обций вид по сравнению с толстыми слоями, которые могут иметь матовую поверхность,На фиг. 3 изображен жидкокристаллический элемент 16 с прозрачными электродами 17 и 18, расположенными по обеим сторонам слоя жидкого кристалла 19. Поглоцаюцие слои 20 и 21 помещены между прозрачными электродами 17 и 18 и стеклянными подложками 22 и 23. Различие между элементаЗО 35 ми, показанными на фиг. 2 и 3, заключается в расположении поглоцающих сло. ев по отношению к прозрачным электродам и к слою жидкого кристалла, 4 аПредпочтительным вариантом осуществления изобретения является устройство, показанное на фиг 3, потому чтов нем отсутствуют диэлектрические потерн в поглощаюцем слое, имеющиеся вустройстве, изображенном на фиг 2. Это дает воэможность производить стирание с помощью более низкого напряжения, Обычно напряжения стирания таких элементов примерно на 40 ниже. 50 Например, для стирания изображения на элементе по фиг. 2 требуется напряжение около 90 В, а для элемента по фиг. 3 - около 40 В,На фиг. 4 приведена спектральная характеристика прореагировавшей и непрореагировавшей смеси бис (дитиобенработки при 160 С в течение получаса прореагировавшая смесь интенсивно поглощает на 880 нм длине волны лазера зил) никеля и полиамида. Непрореагировавшая смесь в Н-метилпирролидиноне, как показано на кривой 24, характеризуется значительным поглощением 60 на длине волны 940 нм. После термообна арсеннде галлия. Это свойство иллюстрируется кривой 25.П р и м е р 1. 37 мг бис (дитиобензил) никеля растворяют в 500 млгорячего Б-метилпирролидинона. Этотраствор разбавляют так, чтобы на тысячу частей растворителя содержаласьодна часть бис (дитиобензил) никеля,Разбавленный раствор имеет максимальное поглощение на 940 нм с оптической плотностью, равной 0,65 на толщине в 10 мм. Поглощение на 850 нмдает оптическую плотность равную 0,2,т. е. почти полную прозрачность. Горячий раствор смешивают с 500 мг полиамида (В С 5057, выпущен Дюпоном). Раствор охлаждают и затем фильтруют.Спектр поглощения полученного раство- ра практически такой же, как и переддобавлением полиамида.Для изготовления пленки толщинойв 1 мкм получающуюся смесь наносят нагорячую подложку методом центрифугирования и подвергают термообработкепри 180 С в течение получаса. Эта .пленка имеет оптическую плотность,равную 0,9 при 875 нм и 0,85 при850 нм. Такая пленка поглощает 85излучения лазера на арсениде галлия,работающего в непрерывном режиме при77 К. Оптическая плотность ее в видимом спектре составляет от 0,1 до 0,2Пленку исследуют под микроскопом ипри этом не обнаруживают никаких признаков выпадения кристаллов. Затемпленку проверяют с помощью проекционной системы, и она дает чистый фон.П р и м е р 2. Пленку изготавливают из продукта реакции между бис(диметиламинодитиобензил) никелем иполиамидом по тем же этапам, что и впримере 1. Максимум поглощения дляне прошедшего реакцию вещества соответствовал 1,12-1,15 нм. Диапазонпоглощения сдвигается после термообработки, приводя к широкой полосепоглощения в области 1,0 нм. Этотпоглощающий слой особенно полезендля инфракрасных лазеров на арсенидегаллия, излучающих энергию на 1,06 нм.Было изготовлено несколько, образцовпленки с поглощением 40 и 60 при 1,06 нм.П р и м е р 3. Поглощающую пленку изготавливают из раствора, содержащего 100 мг бис (дитиооктадион 4,5)никеля, 1 млИ-метилпирролидинона и2 г полиамида по этапам, описанным впримере 1. Пленка из продукта реакциисильно поглощает между 0,7 и 0,9 нм. Термоустойчивость э 1 ой пленки быланизкая и она легко разрушалась пучкомлазера.П р и м е р ,4. Было изготовлено устройство со структурой, показанной на фиг. 3, Поглощающие слои выполнены с использованием продукта реакции между бис (дитиобензил) никеля и по728731 формула изобретения г ФжЗИПИ Заказ 1180/5 Тираж 56 11 одписноеоектная,иал ППППатент" , г. Ужгород, ул лиамидом и имеют толщину порядка 1 мкм после выдержки при 180 С в течениеополучаса, Прозрачные проводящие поверхности выполнены путем напыления окиси индия олова. Эти сси имеют толщину примерно в 1000 А . Толщина стеклянных подложек равна 1,5 мм. Обращение к устройству производят с помощью пучка лазера на арсениде галлия. Оптическая плотность составляет от 1,2 до 1,4 на 840 нм. Запись страницы на это устройство с использованием лазера проведена приблизительно за 1 с. Затем эта запись стерта за время от 10 до 20 мс напряжением от 40 до 50 В.Предлагаемый жидкокристаллический 15 элемент позволяет работать при более низких уровнях мощности источника записи, имеет повышенную скорость записи, поскольку энергия записывающего источника эффективно поглощается, Щ и одновременно не увеличиваются потери полезного светового потока. 1. Жидкокристаллический элемент, включающий слой жидкого кристалла, помещенного уаежду двумя стеклянными подложками, на внутренних сторонах которых имеются прозрачные электроды, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности элемента на тепловое воздействие инфракрасного излучения, элемент снабжен, по крайней мере, одним поглоща ющим слоем из вещества с эффективнымпоглощением инфракрасного излученияи меньшим поглощением энергии видимого излучения, причем поглощающий слойнаходится в тепловом контакте со слоемжидкого кристалла.2. Элемент по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что поглощающийслой содержит продукт реакции комплексного никелевого соединения с полиамидом.3. Элемент по и. 2, о т л и ч аю щ и й с я тем, что поглощающийслой содержит продукт реакции междубис (дитиобензил) никелем и полиамидом.4. Элемент по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что он содержитдва поглощающих слоя, расположенныхпо обе стороны от слоя жидкого кристалла.5. Элемент по и. 4, о т л и ч аю щ и й с я тем, что поглощающиеслои расположены между прозрачнымиэлектродами и стеклянными подложками,6. Элемент по п. 4, о т л и ч аю щ и й с я тем, что оба поглощающих слоя содержат продукт реакциимежду бис (дитиобензил) никелем ипол иамидом,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США Р 3796999,кл. 340-173, опублик. 1975.2, Патент США Р 3666947,кл. 250 в , опублик. 1972 (прототип).