Способ гомеотропной ориентации смектических жидких кристаллов

Способ гомеотропной ориентации смектических жидких кристаллов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Rr,.„,, но ге„„.. о :а

И Е (ii) 79I029

Сова Соеетскнх

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.04.79 (21) 759268/18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (51) М Кл з G 02 F 1 i13

Государственный комитет (43) Опубликовано 30.01.82. Бюллетень № 4 (53) УДК 532.785 (688.8) по делам изобретений н открытий (45) Дата опубликования описания 30.01.82 (72) Авторы изобретения

А. Н. Несруллаев и А. С. Сонин (71) Заявитель (54) СПОСОБ ГОМЕОТРОПНОЙ ОРИЕНТАЦИИ

СМЕКТИЧЕСКИХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ

Изобретение 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 (1).

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 полу5 чения гомеотропной ориентации жидкого кристалла и в термооптической записи: при стирании изображения получить первоначальную гомеотропную ориентацию удается лишь за 2 — 3 часа. Кроме того, применение

10 электрического поля возможно при наличии на опорных поверхностях металлизированного электропроводного слоя, который при термооптической записи приводит к ухудшению контраста и разрешения изображения вследствие большой теплопроводности металлического покрытия.

Целью изобретения является ускорение процесса ориентации и улучшение электрооптических характеристик.

20 Для достижения поставленной цели в способе, основанном на размещении жидкокристаллического вещества 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 производят сдвиг одной опорной поверхнос791029 ти 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-4 -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 работе. При необходимости многократного получения ориентации плоский капилляр не склеивается, а закрепляется в держателе.

Если в качестве опорных поверхностей используются полированные щелочногалоидные монокристаллы К1, КС1, КВг, необхоь димо их предварительно еще раз непосредственно перед использованием отполировать смесью алмазной пасты и глицерина на шелке.

Существование гомеотропной ориентации жидкого кристалла определяется наличием коноскопической картины, наблюдаемой в поляризационный микроскоп при скрещенных поляроидах и введенной линзе

Бертрана. Степень упорядоченности молекул жидкого кристалла определяется инвариантностью коноскопической картины относительно вращения образца. Однородность гомеотропной ориентации по всей поверхности плоского капилляра характеризуется шириной коноскопической картины, при этом, 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 по .предлагаемому способу, проверялись на

30 микроскопе «Полам-С 111». Во всех случаях ориентации по предлагаемому способу наблюдалась четкая коноскопическая картина в виде узкого креста, который был инвариантен относительно вращения образца.

Способ был опробован на веществах и смесях, названия, структурные формулы и интервалы мезофаз которых представлены в таблице.

Жидкие кристаллы 1, 4, 5, 6, 7 имеют

40 смектическую фазу при комнатной температуре, поэтому сдвиг поверхности для этих кристаллов производили при комнатной температуре сразу же после заправки плоского капилляра. Жидкие кристаллы 2 и 3

45 имеют смектическую фазу выше комнатной температуры, поэтому вещества предварительно нагревали до температуры смектической фазы, а затем производили сдвиг поверхностей. Полученная гомеотропная, N ориентация оставалась стабильной во всем интервале мезофазы.

Следует при этом отметить, что по предлагаемому способу удалось получить гомеотропную ориентацию жидких кристаллов 2

56 и 3, не имеющих нематической фазы. Получить же гомеотропную ориентацию этих веществ при различных способах химической обработки опорных поверхностей и при различных режимах охлаждения не удалось.

60 Для исследования качества ориентации полученной по предлагаемому способу и но способу, описанному в прототипе, было исследовано пропускание (распределение интенсивности рассеянного света) плоских капилляров.

791029

Интервалы существования мезофаз, С

Жидкие кристаллы нематик смектик

33,0 — 37,5

20,9 — 33;О

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

О,Π— 42 0

49,3 — 51,2

12,0 — 49,3

33,0 — 51;5

10,0 — 33,0

4-н-октил-4 -цианодифеннл

4-н-децил-4 -циаподифенил

4-н-октил-4 -цианоднфенпл — 20%

4-н-децил-4 -цианодифенил — 80%

4-и-октил-4 -цианодифенил — 50%

4-н-децнл-4 -цианоднфенил — 50%

4-н-октил-4 -цианодифенил — 80%

4-н-децил-4 -цианодифенил — 20%

4-н-пентил-4 -цианодифенил — 45%

4-и-гексилфениловый эфир 4 -бутилбензойной кислоты — 55%

4-н-октпл-4 -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 — Ne лазера 1 (Х = 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.

При хорошей ориентации жидкого кристалла свет практически полностью проходит через плоский капилляр, не рассеиваясь на неоднородностях жидкокристаллической текстуры (полигональные и конфокальные домены), которых при хорошей ориентации нет. При этом индикатрисса рассеяния узконаправлена и на матовом стекле отчетливо . виден прошедший через плоский капилляр лазерный пучок. При плохой ориентации жидкого кристалла свет рассеивается на неоднородностях текстуры и на матовом стекле лазерный пучок или отсутствует, или виден очень слабо на фоне рассеивающей поверхности.

Испытание с жидкими кристаллами, представленными в таблице, показали наличие совершенно стабильного гомеотропного слоя с высокими электрооптическими характеристиками 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. L. Janning. Арр1 Phys. Lett, 1972, 21, 173.

2. Авторское свидетельство СССР № 576559, кл. G 02 Р ИЗ, опублик. 1977.