Изобретение относится к области изготовления жидкокристаллических ячеек для жидкокристаллических приборов, которые широко используются в различных информационных системах.
Рабочим органом любого жидкокристаллического прибора является жидкокристаллическая ячейка, представляющая собой, например, стеклянные подложки с токопроводящим покрытием из окиси индия и двуокиси олова (токопроводящие электродные платы). На электродные платы наносят ультратонкий слой вещества-ориентанта, между платами помещают жидкий кристалл, например, ЖК-1282, представляющий собой смесь, состоящую из 65 мас.% RO-С6Н4-С6Н4-С≡N (R=CnH2n+1, n=3-8), 25 мас.% С4Н9-С6Н8-СОО-С6Н4-ОС2Н5 и 10 мас.%
С4Н9-С6Н8-СОО-С6Н4-С≡N.
В настоящее время к веществам-ориентантам предъявляются повышенные требования. Ориентирующая пленка должна обеспечивать однородную, стабильную во времени ориентацию жидкого кристалла, быть гидрофобной, свето-, термо-, морозостойкой и прочно связываться с подложкой. Наиболее полно отвечает этим требованиям ряд кремнийорганических соединений. Еще одним из специальных требований, сформированных в последнее время, является обеспечение веществом-ориентантом гомеотропной ориентации жидкого кристалла, т.е. такой ориентации, при которой молекулы соединений, входящих в состав жидкого кристалла, располагаются в пространстве близко к вертикали по отношению к пленке вещества-ориентанта.
Среди кремнийорганических соединений, способных образовывать ультратонкие пленки, гомеотропно ориентирующие жидкие кристаллы, известны диметилдихлорсилан, стеарилтрихлорсилан (Жак Коньяр. Ориентация нематических жидких кристаллов и их смесей. Перевод с английского В.И.Науменко, А.З.Абдулиной. Научный редактор кандидат физико-математических наук Г.Л.Некрасов. Минск. Издательство "Университетское". 1986 г.), смеси органотрихлорсиланов с длинноцепными заместителями (число атомов углерода в заместителе более 12) с 3-бромпропилтрихлорсиланом (Mino К., Ogawa К. Control of hiolecular tilt angles in oriented monolayers by chemical adsorption technique and application of the monolayers as air alignment film. // Lengmuir. 1991. V.7. P.1468-1472).
Однако образование пленки силоксана происходит на поверхности подложки за счет реакции гидролиза с выделением токсичного хлористого водорода, что неприемлемо с практической точки зрения.
Известно, что гомеотропно ориентируют жидкие кристаллы полиметил- и полиметилфенилсилоксановые пленки (Жак Коньяр. Ориентация нематических жидких кристаллов и их смесей. Перевод с английского В.И.Науменко, А.З.Абдулиной. Научный редактор кандидат физико-математических наук Г.Л.Некрасов. Минск. Издательство "Университетское". 1986 г.).
Однако в этом случае закрепление пленок на подложках требует высоких температур (150-180°C), что впоследствии затрудняет герметизацию ячеек.
Известен способ изготовления жидкокристаллической ячейки для жидкокристаллических приборов (Пат. Японии №56138718, МПК С 09 К 3/34, 1981 г.). Способ заключается в том, что на электродные платы, между которыми помещают жидкий кристалл, наносят тонкий слой силиконовой смолы, имеющей трехмерную сшиваемую структуру, содержащей повторяющиеся структурные единицы формулы:
где R=Н, F, алкилфенилы и другие.
Образующаяся пленка имеет высокую нагревоустойчивость, что позволяет герметизировать ячейку при нагревании до 450°С стеклянной фриттой. Однако такая температура герметизации превышает температуру разложения молекул, входящих в состав жидкого кристалла. Кроме того, пленки, содержащие повторяющиеся звенья, указанные в способе, не могут сохранять свои механические свойства при отрицательных температурах.
Наиболее близким к предложенному техническому решению и принятым нами в качестве прототипа является способ изготовления жидкокристаллической ячейкой для жидкокристаллических приборов (Пат. Японии №57010118, 1982 г.). Способ заключается в том, что на токопроводящие электрические платы, между которыми помещают жидкий кристалл, наносят тонкий слой состава, содержащего силановый сшивающий агент с длинноцепными алкильными группами, тетраалкилтитанат (или его полимер) и арилсилоксан, после чего ячейку нагревают. При нагревании ячейки происходит отверждение состава, в результате чего помещенный между электродами жидкий кристалл приобретает способность гомеотропной (вертикальной) ориентации. В качестве примера указано, что на электродные платы наносят тонкий слой состава, включающего гексадецилтриэтоксисилан, тетрабутилтитанат и фенилсилоксан "лестничного" строения в органическом растворителе, и ячейку нагревают до 200°С для отверждения состава и удаления растворителя, при этом жидкий кристалл приобретает способность гомеотропной ориентации.
Недостатками способа являются высокая температура нагревания ячейки для образования ориентирующей пленки, многокомпонентность состава и сложность получения некоторых его ингредиентов, неспособность сохранения механических и ориентирующих свойств пленок при пониженной температуре.
Задачей изобретения является упрощение способа изготовления жидкокристаллической ячейки за счет снижения температуры нагревания при образовании ориентирующей пленки, повышение устойчивости ориентирующей пленки к перепадам температур без потери ориентирующей способности и снижения устойчивости к воздействию влаги.
Для решения указанной задачи предложен способ изготовления жидкокристаллической ячейки для жидкокристаллических приборов, заключающийся в том, что электродные токопроводящие платы, между которыми размещают жидкий кристалл, покрывают отверждаемой пленкой для гомеотропной ориентации кристалла из раствора на основе полиорганосилоксана в органическом растворителе с последующим удалением растворителя, в котором, согласно изобретению, в качестве полиорганосилоксана берут олигоалкилгидридсилоксан общей формулы:
где R1=СН3, C2H5, R2=СН3, С2Н5, R3=СН3, С2Н5, m=5-7, n=6-8, p=0-5,
с добавкой катализатора отверждения - γ-аминопропилтриэтоксисилана в количестве 3-5 мас.% от количества олигоалкигидридсилоксана (I).
Нами было обнаружено, что ультратонкие отвержденные пленки олигоалкилгидридсилоксана (I) обладают новым неожиданным свойством - способностью к гомеотропной ориентации нанесенных на них жидких кристаллов, например, ЖК-1282, представляющего собой смесь, состоящую из 65 мас.% RO-С6Н4-С6Н4-С≡N (R=CnH2n+1, n=3-8), 25 мас.% С4Н9-С6Н8-СОО-С6Н4-ОС2Н5 и 10 мас.% С4Н9-С6Н8-СОО-С6Н4-С≡N.
Для получения пленок используют разбавленные растворы олигомеров формулы (I) в органическом растворителе с концентрацией 1-5 мас.%. В качестве органического растворителя берут алканы (гексан, гептан), смесь углеводородов (бензин-галоша, бензин БР-2), ароматические углеводороды (бензол, толуол). Токопроводящие платы представляют собой стеклянную или любую другую пластину (подложку) с нанесенным на нее слоем токопроводящего соединения SnO2/In2О3. В процессе получения пленок время выдержки подложки в растворе олигомера составляет от 30 минут до 1 часа. При этом температуру растворов сохраняют постоянной (20-25°С). После выдержки подложки в растворе олигомера проводят дополнительную промывку обработанной подложки чистым растворителем с последующей сушкой при 120-125°С в течение часа. В результате на подложке получают прозрачную однородную пленку олигомера.
Известно, что олигоакилгидридсилоксан в присутствии катализатора отверждения или при нагревании легко образует силоксановую пленку, что широко используется для гидрофобизации поверхностей различных материалов (М.В.Соболевский, О.А.Музовская, Г.С.Попелева. Свойства и области применения кремнийорганических продуктов. М.: Химия, 1975, 226 с.). Однако о возможности использования таких пленок в качестве ориентантов жидких кристаллов сведений не имеется. Определение возможной способности к ориентации и типа ориентации жидких кристаллов проводят известным методом с помощью поляризационного микроскопа, дающего качественную картину ориентации. Для оценки способности к ориентации собирают жидкокристаллическую ячейку, представляющую собой соединенные между собой стеклянные пластинки с нанесенными на них пленками исследуемых олигомеров. С помощью пипетки с торцевой стороны вводят жидкий кристалл на пластину, при этом жидкий кристалл распространяется между стекол за счет капиллярных сил. По истечении 20 минут, необходимых для перехода ориентации при течении в ориентацию, определяемую опорными поверхностями с нанесенными пленками олигоорганосилоксанов, ячейку помещают на столик поляризационного микроскопа и определяют наличие эффекта ориентации, ее однородность и характер ориентации по изменению цвета (темный или светлый) жидкокристаллической ячейки при вращении поляроида. Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется примерами. Результаты определения способности полученной ультратонкой пленки к ориентации жидких кристаллов, определения типа ориентации и ее устойчивости к перепаду температур и повышенной влажности представлены в таблице сравнительных результатов испытаний жидкокристаллической ячейки с ориентантами по изобретению и стандартным полиимидным ориентантом (АД-9103). Примеры 1-5 выполнены по предложенному способу, примеры 6-7 выполнены при значениях параметров, выходящих за границы предложенного интервала.
Пример 1.
1 г олигоалкилгидридсилоксана общей формулы
где R1=R2=R3=R4=R5=CH3, m=5, n=8, p=0, растворяют при перемешивании и температуре 20-25°С в 99 г осушенного и перегнанного толуола. К полученному 1% раствору при этих условиях добавляют 0,05 г 5 мас.% от количества соединения (I) катализатора отверждения - γ-аминопропилтриэтоксисилана и продолжают перемешивание в течение 10 минут. Далее приготовленный рабочий раствор помещают в 4 бюкса с притертыми крышками. В раствор погружают две обезжиренные стеклянные пластины 20×20 мм с "чистым" стеклом и две обезжиренные пластины с нанесенным на стекло электропроводящим покрытием SnO2/In2O3 и выдерживают их в растворе 30 минут при температуре 20-25°С. Пластины промывают чистым растворителем и прогревают образовавшиеся кремнийорганическое покрытие в течение 1 часа при 120-125°С для полного удаления растворителя и проводят их испытания на поляризационном микроскопе. Результаты определения способности полученной ультратонкой пленки к ориентации жидких кристаллов и определения типа ориентации и ее устойчивости к перепаду температур и повышенной влажности представлены в таблице (по примерам 1-7).
Пример 2.
В условиях примера 1 получают 3 мас.% раствор соединения (I), где R1=R2=R3=R4=R5=CH3, m=5, n=8, p=0, в осушенном и перегнанном гексане. В раствор вводят 3 мас.% от количества соединения (I) катализатора отверждения - γ-аминопропилтриэтоксисилана. Пластины обрабатывают и испытывают согласно примеру 1.
Пример 3.
В условиях примера (1) получают 3 мас.% раствор соединения (I), где R1=R2=R3=R4=R5=С2Н5, m=7, n=6, p=0, в осушенном бензине-галоша. В раствор вводят 5 мас.% от количества соединения (I) катализатора отверждения - γ-аминопропилтриэтоксисилана. Пластины обрабатывают и испытывают согласно примеру 1.
Пример 4.
В условиях примера (1) получают 1 мас.% раствор соединения (I), где R1=R2=R3=R4=R5=СН3, m=5, n=8, p=5, в осушенном и перегнанном бензоле. В раствор вводят 5 мас.% от количества соединения (I) катализатора отверждения - γ-аминопропилтриэтоксисилана. Пластины выдерживают в растворе 30 минут и прогревают и испытывают согласно примеру 1.
Пример 5.
В условиях примера (1) получают 1 мас.% раствор соединения (I), где R1=R2=R3=R4=R5=CH3, m=5, n=8, p=5, в осушенном и перегнанном бензоле. В раствор вводят 5 мас.% от количества соединения (I) катализатора отверждения - γ-аминопропилтриэтоксисилана. Пластины выдерживают в растворе 1 час и прогревают и испытывают согласно примеру 1.
Пример 6.
В условиях примера (1) получают 1 мас.% раствор соединения (I), где R1=R2=R3=R4=R5=CH3, m=5, n=8, p=5, в осушенном и перегнанном бензоле. В раствор вводят 2,5 мас.% от количества соединения (I) катализатора отверждения - γ-аминопропилтриэтоксисилана. Пластины выдерживают в растворе 20 минут и прогревают и испытывают согласно примеру 1. Полученная ультратонкая пленка в ячейке не обладает свойством однородной ориентации жидкого кристалла.
Пример 7.
В условиях примера (1) получают 1 мас.% раствор соединения (I), где R1=R2=R3=R4=R5=CH3, m=5, n=8, p=5, в осушенном и перегнанном бензоле. В раствор вводят 5,5 мас.% от количества соединения (I) катализатора отверждения - γ-аминопропилтриэтоксисилана. Пластины выдерживают в растворе 75 минут и прогревают и испытывают согласно примеру 1. Полученная ультратонкая пленка в ячейке не обладает свойством однородной ориентации жидкого кристалла.
Как видно из представленных примеров, предложенный способ по сравнению со способом-прототипом обладает следующими преимуществами. Способ прост в осуществлении, т.к. для получения пленки-ориентанта жидкого кристалла используется одно соединение - олигоалкилгидридсилоксан с традиционным катализатором отверждения, которое происходит при комнатной температуре. Повышенная температура, которая значительно ниже, чем в известном способе, необходима для удаления используемого растворителя. Испытания полученных ячеек показали, что нанесенные пленки по предложенному способу обеспечивают однородную стабильную во времени гомеотропную ориентацию жидких кристаллов. Кроме того, в условиях перепада температур в интервале от минус 60°С до плюс 90°С и влажности до 100% пленки сохраняют свои ориентирующие свойства.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ | 2011 |
|
RU2491316C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГОМЕОТРОПНО ОРИЕНТИРОВАННОГО СЛОЯ ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА | 2015 |
|
RU2625121C2 |
ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ | 2015 |
|
RU2601616C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОЛИМЕРНОЙ ПЛЕНКИ | 2004 |
|
RU2317313C2 |
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АМПЛИТУДОЙ И НАПРАВЛЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В СЛОЕ ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА, УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АМПЛИТУДОЙ И НАПРАВЛЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В СЛОЕ ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА И ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР СВЕТА | 2014 |
|
RU2582208C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРИЕНТИРОВАННОГО СЛОЯ ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА | 2012 |
|
RU2497167C1 |
ТОНКИЙ ПОЛЯРИЗАТОР НА ЖИДКИХ КРИСТАЛЛАХ (ТПЖК) | 2014 |
|
RU2563212C1 |
Способ изготовления жидкокристаллической ячейки | 1991 |
|
SU1835530A1 |
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЛИПКИХ МАТЕРИАЛОВ | 1992 |
|
RU2011672C1 |
ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ | 2010 |
|
RU2485563C1 |
Описывается способ изготовления жидкокристаллической ячейки для жидкокристаллических приборов путем обработки раствором, включающим полиорганосилоксан, электродные токопроводящие платы, между которыми размещают жидкий кристалл, с последующим удалением растворителя и отверждением полиорганосилоксана, где в качестве полиорганосилоксана берут олигоалкилгидридсилоксан общей формулы: где R1=СН3, С2Н5, R2=СН3, C2H5, R3=СН3, С2Н5, m=5-7, n=6-8, р=0-5, с добавкой катализатора отверждения - γ-аминопропилтриэтоксисилана в количестве 3-5 мас.% от количества олигоалкигидридсилоксана (I). Техническим результатом является получение пленки, которая обеспечивает однородную стабильную во времени гомеотропную ориентацию жидких кристаллов и в условиях перепада температур в интервале от минус 60°С до плюс 90°С и влажности до 100% сохраняет свои ориентирующие свойства. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
где R1=CH3, C2H5, R2=СН3, С2Н5, R3=CH3, С2Н5, m=5-7, n=6-8, р=0-5, с добавкой катализатора отверждения - γ-аминопропилтриэтоксисилана в количестве от 3-5 мас.% от количества олигоалкигидридсилоксана (I).
JP 57010118, 19.01.1982 | |||
RU 2017185 C1, 30.07.1990 | |||
Способ электрошлаковой сварки и выплавки флюсов | 1961 |
|
SU140133A1 |
JP 56138718, 29.10.1981. |
Авторы
Даты
2006-09-10—Публикация
2005-07-07—Подача