Способ изготовления жидкокристаллического дисплея (его варианты) - RU2017185C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к оптической обработке информации.

Наиболее близким является способ изготовления жидкокристаллического дисплея, содержащего прозрачные несущие пластины, электроды, по меньшей мере один поляризатор, сегнетоэлектрическую жидкокристаллическую среду, по меньшей мере один ориентирующий слой и при необходимости изолирующий слой, в котором ориентирующий слой содержит внутри слоя компонент, который делает ориентирующий слой амфифильным. Благодаря амфифилизации изменяется гидрофильное взаимодействие между ориентирующим слоем и жидкокристаллической средой. Это, в частности, предпочтительно, если взаимодействие уменьшается благодаря амфифилизации.

Вещество, по определению, является амфифильным, если оно обнаруживает гидрофильные, а также липофильные свойства. Тогда соединения обладают поверхностно-активными свойствами.

В данном изобретении предлагается в первом варианте изготовления наносить на ориентирующий слой, выполненный из полиамида, полиимида или поливинилового спирта, амфифилизирующие соединения из группы криптандов, коронандов, подандов, меркаптосоединений, макроциклов или ионофоров. А во втором варианте изготовления - вводить эти соединения в ориентирующий слой.

Амфифильные соединения могут как химически присоединяться к ориентирующему слою, так и наноситься лишь в виде дополнительного слоя, сильно или слабо физически сорбированного.

Эффективный дополнительный слой, например, из раствора надлежащих соединений в ацетоне, толуоле, циклогексаноне, изопро- ν -панола, N-метилпирролидоне и тому подобное, может наноситься способом под давлением, методом погружения, распыления, центробежным способом и тому подобное. Кроме того, подходящими являются способы осаждения в вакууме, как, например, простое напыление или также способ реактивного напыления (как, например, "осаждение химического пара").

При этом эффективный дополнительный слой может наноситься в нескольких позициях в процессе производства жидкокристаллических дисплеев, например, непосредственно после отверждения или сушки ориентирующего слоя, перед операцией растирания или непосредственно перед склеиванием ячеек. Вещества или смеси веществ могут наноситься также на мокрую пленку ориентирующего слоя и отверждаться, т.е. нагреваться, одновременно с ориентирующим слоем.

Предпочтительным является также введение эффективных веществ или смесей веществ в приготовленный для создания ориентирующего слоя раствор полимера или раствор полимера предварительной ступени и затем нанесение совместно с последним за одну операцию.

Эффективные соединения могут быть как мономерными, олигомерными, или также полимерными соединениями. В общем случае имеют липофильный характер от среднего до сильного с незначительной полярностью, или отличаются тем, что соединения имеют отдельно локализованные зоны более высокой и более низкой полярности (гидрофильности). Циклические соединения могут также иметь экзосферу с ранее липофильным характером и эндосферу с ранее гидрофильным характером.

Какой тип соединения пригоден, чтобы амфифилизировать в жидкокpисталлическом дисплее ориентирующий слой, зависит среди прочего от использованной жидкокристаллической среды и ориентирующего слоя.

В качестве ориентирующих слоев могут использоваться все обычно применяемые материалы, как, например, полиэфир-кетоны, полиамиды, полиимиды и поливиниловые спирты, в частности такие со свободными функциональными группами, как, например, ОН-группы, сложные эфиры, аминогруппы или карбоксильные группы, а также силоксаны, олигомеры или полимеры с SiO- или Si-единицами структуры и электропроводящие полимеры.

В качестве полиэфирных кетонов могут, в частности, применяться вещества, состоящие по меньшей мере из одной структурной единицы формулы (1)
-О-А-О-В- (I) причем А выбрана из групп

C (m или P)
C (m или P) и В выбрано из групп


D

B⁵


с R¹ и R², которые одинаковы или различны и представляют водород, галоген, предпочтительно бром, (С₁-С₈)-алкил или -алкокси, предпочтительно (С₁-С₄)-алкил или -алкокси, или обозначают арил, или арилокси с 6 - 12 атомами углерода в арильной группе, m и n одинаковы или различны и обозначают нуль или целое число 1, 2, 3 или 4, предпочтительно нуль, 1 или 2, в частности, нуль или 2. Если R¹ и R²представляют в группах В² и В³ галоген, то m и n предпочтительно обозначают 2. D выбран из двухвалентных групп D¹ -О-,²D² =С= О, D₃ -СН₂- D⁴ -С(СН₃)₂-, D⁵ - С(СF₃)₂-,
D⁶ , D⁷ , D⁸ ,
D⁹ C(CH₃) _(mилиp)
D¹⁰ C(CF₃ ) _(mилиp), причем молярное соотношение элементов А и В от 0,9 до 1,1 для 1,0 (предпочтительно 1:1).

Приведенные полимеры могут быть гомополиконденсатами, которые, следовательно, содержат только по одной единице типа А и по одной единице типа В каждой повторяющейся единицы, или сополиконденсатами, которые содержат две или более различных единиц типа А и/или два или более различных единиц типа В.

В качестве полиамидов могут применяться, в частности, соединения, состоящие из структурных единиц формулы (II)

-E- -NH-G-NH, (II) причем единицы E и G имеют следующее значение:
E = с R¹ и R², которые могут быть одинаковы или различны и обозначают водород, (С₁-С₆)-алкил, предпочтительно (С₄ -С₆)-алкокси, причем по меньшей мере один из радикалов R¹ или R² содержит третично замещенный атом углерода, предпочтительно группу -С(СН₃ )₃, или
= SO или или
=
G = X cR³, R⁴, R⁵, R⁶, которые одинаковы или различны и могут обозначать -СН₃, - CF₃, - ОСН₃, - F, - Сl- Br или - Н, а также Х, который обозначает - О-, -С(СН₃)₂ -, - С(СF₃)₂ -, - О₂-, - СО -, -СН₂ - или радикал
Y с R³ - R⁶, как определено выше, и Y = =-С(СН₃)₂-, -С(СF₃)₂-, SО₂-, СО-. -СН₂-, -О-, или
= - G¹- NH - - NH - G¹- ,, причем G¹ может быть предназначен для вышеупомянутых значений G.

Полимеризаторы в соответствии с изобретением со структурными единицами формулы (II) могут быть или гомоконденсатами, которые содержат только одинаковые структурные единицы формулы (II), или соконденсатами из различных структурных единиц формулы (II). Предпочтительными являются сополиамиды, которые содержат различные структурные единицы формулы (II) предпочтительно в статистическом распределении.

Кроме того, могут использоваться полимеризаты из соконденсатов, содержащие по меньшей мере 10 молярных процентов, в расчете на полимеризат, структурных единиц формулы (II), которые могут быть одинаковыми или различными, и структурные единицы формулы (III)

- L - - NH - C - NH (III), в которой L означает
или или и С имеет такое же значение, как и в формуле (II),
Молярное соотношение структурных единиц формул (II):(III) в сополиамидах, при предпочтительно статистическом распределении структурных единиц, предпочтительно находится в пределах от 1:9 до 9,5:0,5, в частности от 1:9 до 1:8.

В качестве характеристики молекулярного веса полимеризатов может приводиться характеристическая вязкость η , которая известным методом измерения может определяться на растворах полимеризатов. Характеристическая вязкость η полиамидов в соответствии с изобретением или сополиамидов может изменяться в широком диапазоне. Она составляет предпочтительно от 0,2 до 5 дл/г. в частности от 0,4 до 4,2 дл/г, измеренная в растворе N-метилпирролидона (N МР) при температуре 25^оС.

Кроме того, в качестве ориентирующего слоя могут использоваться ароматические полиамиды со структурными единицами формулы (IV)
-

- X - - NH - Y - NH, (IV) причем символы имеют следующее значение:
- X - = , , ,
- Y - = W прием R¹ и R² одинаковы или различны и обозначают перфторированный алкил с 1 - 4 атомами углерода, R³ и R⁴ одинаковы или различны и обозначают Н или СF₃ и причем символ -W- имеет значение -О -, - С(СН₃)₂-, -С(СF₃)₂-, -SO₂-, -СО-, -СН₂-, одинарной связи или радикала
Z причем R⁵, R⁶, R⁷ и R⁸ одинаковы или различны и обозначают СН₃, CF₃, ОСН₃, F, Cl, Br или Н, а символ -Z- означает - С(СН₃)₂-, -С(СF₃)₂-, - SO₂-, - СО-, -СН₂- или - О-.

Группа - Х - помимо этого может обозначать большое количество других бивалентных групп, так как в качестве компонента дикарбоновой кислоты могут использоваться также, например, 1,4-циклогексан-дикарбоновая кислота или пиридин-дикарбоновые кислоты.

В качестве полиамидов используются, в частности, фторированные полиимиды, а также такие со свободными функциональными группами, как, например, ОН-группы, сложные эфирные группы, аминогруппы, карбоксильные группы.

В качестве электропроводящих полимеров предпочтительно используются соединения с повторяющимися структурными единицами формулы (V)
H

H my^(-) , (V) причем символы в данной формуле обозначают: R¹, R² - независимо друг от друга Н или алкил с неразветвленной цепью или алкил с разветвленной цепью или алкокси с 1 - 16 атомами углерода или галоген,
Х -S или NY,
Y - BF₄^-, PF₆^-, PO₄^3-, AsF₆^-, SbCl₆^-, SO₄^2-, HSO₄^-, алкил-О₃^-, перфторалкил - SO₃^-, арил - SO₃^-, F^- или Cl^- ,
n -целое число от 4 до 100 и
m - целое число от 1 до 30.

Предпочтительно используется ориентирующий слой, который содержит полиимид, полиамид или поливиниловый спирт (PVA) в качестве основного компонента. При этом ориентирующий слой содержит предпочтительно от 50 до 99,99 мас. % полиимида, полиамида или поливинилового спирта и в целом от 0,01 до 50 мас.% одного или нескольких эффективных соединений.

В предпочтительном варианте выполнения с целью предотвращения коротких замыканий используются изолирующие слои, причем встречается следующая последовательность слоев:
(1) стекло,
(2) электроды 1ТО,
(3) изолирующий слой,
(4) ориентирующий слой, смешанный или химически, или физически соединенный на поверхности с добавкой.

Для подавления описанного выше "поверхностного эффекта памяти" электрическая емкость изолирующего и ориентирующего слоя должна была бы быть по возможности высокой.

Для достаточной изолирующей способности толщина изолирующего слоя должна была бы составлять по меньшей мре 50-100 нм. Чтобы при этой толщине слоя добиться еще достаточно высоких емкостей, должны использоваться изолирующие слои с большой диэлектрической постоянной, как, например, Та₂О₅, TiO₂ и т.д.

В качестве соединений, которые амфифилизируют ориентирующий слой, пригодными, в частности, являются макроциклические соединения, криптанды, коронанды, поданды, меркаптосоединения, ионофорные соединения, а также полимеры, которые содержат кольца, причем эти кольца могут вновь содержать гетероатомы (O, S, N и т.д.). В качестве примера последних следовало бы назвать:

причем n = 3 - 100.

Используемые в соответствии с изобретением макроциклические соединения представлены общей формулой (VI)
(C

)_b (VI) (VI) причем a, b, c, d, e, f независимо друг от друга являются целым числом от нуля до 4, причем a + b + c + d + e + f ≥ 7, и
-A-, -В-, -С-, -D-, -E-, -F- - одинаковы или различны
-CH₂-, -CHR''-, -CH=CH-, -CR=CR¹-,-C^-=C-, -C CH- ,, -CO-, -COO-, -O O- ,, -CONH-, -CONR¹-, -NR¹-, - ,, - , - ,
, , , , ,
, , , , ,
или , причем R - алкил с 1 - 12 атомами углерода и
R¹ - алкил с 1 - 12 атомами углерода, причем - СН₂-группа может быть заменена группой -О-, -СОО- или -ОСО-, а также фенил или Cl, F или СN.

Криптанды и коронанды пригодны в качестве амфифилизирующих соединений.

Используемые криптанды или коронанды могут быть представлены общей формулой (VII) или (VIII)

(VII), причем -Z-, -О- или -S-,
m, n обозначают целые числа больше нуля и
m+m = от 2 до 6,
Х¹-, -Х² - одинаковы или различны
-Z-, -NR-
, -Х¹-, -Х²- вместе являются
N-CH₂(-CH₂-Z-CH₂)_l-CH₂-N^/ или
, причем R обозначает алкил или алканоил с 1-15 атомами углерода.

l - фенил, -бензил или бензоил и обозначает целое число 1 или 2

(VIII), причем - R¹, -R², -R³ и -R⁴ независимо друг от друга обозначают:
, , -H, -CH₃, --COOH или и p, q, r, s независимо друг от друга являются целым числом от 2 до 4, причем р + q + r + s = от 8 до 16.

Коронанды, которые являются предпочтительными, представлены на фиг.1-6.

Криптанды, которые являются предпочтительными, представлены на фиг.7-9.

Поданды, которые используются согласно изобретению, представлены на фиг.10,11.

Используемые в соответствии с изобретением маркаптосоединения представлены в формуле (IX)

(IX), причем R¹ R², R³, R⁴ независимо друг от друга обозначают атом водорода, алкил с 1-8 атомами углерода, алкил-окси с 1-8 атомами углерода;
-X- обозначает -О-, -S- или -NH-,
k, m независимо друг от друга обозначают целое число 1,2 или 3,
l - обозначает нуль или 1.

Используемые ионофоры определяются общей формулой (Х):

N x- -N (X), причем R¹, R², R³, R⁴ обозначают независимо друг от друга алкил с 1-15 атомами углерода, в котором -СН₂ -группа может быть заменена группой -СОО- или -СО- или косвенно связанная с атомом азота СН₂-группа может быть заменена атомом -О-, а также циклогексил, фенил или бензил и
Х является алкиленом с 2 - 9 атомами углерода, в котором одна или две не являющиеся соседними - СН₂-группы могут быть заменены на -О-, в котором две соседние -СН₂-группы могут быть заменены 1,2-фениленом или 1,2-циклогексиленом, в котором две соседние -СН₂-группы могут быть заменены -СН(СН₃)-СН(СН₃) - и в котором атом водорода СН₂ -группы может быть замещен радикалом R⁶ или R⁵, причем R⁵ обозначает алкил с 1 - 15 атомами углерода, R⁶ обозначает алкил с 1 - 15 атомами углерода или СН₂-О-СН₂-СО-NR¹ R².

Для указанных соединений имеются различные виды присоединения к ориентирующему слою или включения в ориентирующий слой.

I - химическое присоединение т.е. амфифилизирующее соединение присоединяется к/ вводится в ориентирующий слой предпочтительно с помощью ковалентных связей. Присоединяемое соединение имеет общую формулу
C_у - G - R_g.

При этом символы означают:
С_у - вышеупомянутые амфифилизирующие соединения;
С - алкиленовый элемент с 0 - 18 атомами углерода с неразветвленной или разветвленной цепью, в котором также одна или несколько -СН₂-групп могут быть заменены -О-, -S-, -С-,
-

O-, -CH= CH-, -C C-, - -, , - -SO₂-, -Si(CH₃)₂-, циклоалкандиил, арендиил или гетероарендиил, причем также один или несколько атомов водорода -СН₂-группы могут быть заменены F; R_g - реактивная группа (связывающая функциональность), например, -OH, -CO₂H, -CO₂R, -NH₂, -NHR', -H, - -R′, - -H, -CN, -N=C=O, -N=C=S, -CH=CH₂, -Si(CH₃)₂Cl, -Si(CH₃)₂OR', -Si(OR)₃, -N₃, галогенид, -N=C, SO₂CH=CH₂.

Предпочтение отдается соединениям, в которых С_у представляет описанные вначале макроциклены, криптанды или коронанды.

Особенно предпочтительными являются соединения, в которых С_у имеет следующее значение (см.фиг.12).

В наивысшей степени предпочтительными являются соединения. представленные на фиг.13, в которых обозначают:
G -O-(CH₂)_m-, -(CH₂)_m -
Y -O- или N-алкил или N-арил,
R_G-СО₂ R', -N=C=O, Si (CH₃)₂OR', -NH₂, -OH
Амфифилизирующие соединения благодаря более слабым или более сильным внутримолекулярным силам притяжения присоединяются к поверхности молекул ориентирующего слоя. Сила присоединения к поверхности может повышаться путем включения полярных или поляризуемых групп.

Положительное воздействие амфифилизирующих соединений на ориентирующий слой существенно усиливается с помощью жидкокристаллических смесей, которые также содержат эти соединения, в частности коронанды и криптанды.

Обработанный в соответствии с изобретением ориентирующий слой в дисплеях способствует, в частности, подавлению состояний закручивания и побочных изображений и тем самым улучшению оптической контрастности. Кроме того, с помощью амфифилизированного ориентирующего слоя получается максимально стабильное жидкокристаллическое переключающее и индикаторное устройство. Благодаря добавлению используемых в соответствии с изобретением соединений, в частности коронандов и криптандов, к ориентирующим слоям жидкокристаллические смеси путем приложения непрерывного периодического электрического напряжения могут переводиться в однородную и свободную от закручивания в виде "книжной полки" или "квази-книжной полки" ориентацию.

Поврежденные сотрясением жидкокристаллические дисплеи могут вновь регенерироваться при использовании амфифилизирующих субстанций путем приложения непрерывного периодического напряжения.

Изобретение более подробно поясняется с помощью примеров.

П р и м е р 1 (формула соединения представлена на фиг.14). Смесь из 15 мл 8-циклогексадецен-1-она, 10 мл триметилортоформиата и 0,1 г бензолсульфокислоты нагревается в течение 2 ч до температуры 60^оС; отгоняется образовавшийся метилформиат. Затем в течение 1 ч при температуре 120^оС отгоняется избыточный триметилортоформиат.

После добавления 10 мл 6-хлор-гексанола-1 смесь нагревается в течение 1 ч до 120^оС, причем метанол отгоняется. Путем перегонки получают 18 г вязкого желтоватого масла с температурой кипения 140-165^оС при давлении 0,05 мбар, смесь изомерного циклогексадиенил-6-хлор-гексилового простого эфира.

Путем гидрирования (80^оС/100 бар) в тетрагидрофуране при катализе палладия получается циклогексадецил-(6-хлоргексиловый) простой эфир.

5 г этого соединения нагреваются с 2 г NaCN, а также 0,5 г KI в 50 мл диметилформамида в течение 2 дней до 150^оС. После водной обработки и экстракции с помощью дихлорметана получается 5 г 6-цианогексил-циклогексадеканового простого эфира.

В раствор этого соединения в 100 мл этанола подают газ HCl при температуре -10^оC до насыщения. После удаления избыточного HCl при температуре 0^оС в потоке азота в растворе с использованием стеклянного электрода для измерения величины рН доводят путем добавления концентрированного NaOH величину рН до 2. Полученная совокупность кристаллов и маточного раствора добавляется в 150 мл Н₂О и экстрагируется с помощью дихлорметана. Экстракт после хроматографической очистки дает 1,5 г бесцветного масла.

П р и м е р 2 (см.фиг.14). Получается по аналогии с примером 1.

П р и м е р 3 (см.фиг.14). 0,9 г 8-циклогексадецен-1-ола, полученного путем восстановления 8-циклогексадецен-1-она с помощью NaBН₄в этаноле, смешивают с 1 мл 3-изоцианатопропил-триэтоксисилана и 50 мг триэтиламина и выдерживают в течение 24 ч при температуре 80^оС. При температуре 90^оС и давлении 0,1 мбар удаляются низкокипящие компоненты. Остаток затвердевает при охлаждении в виде воска и показывает в инфракрасном спектре только следы полосы изоцианата, зато одинаково интенсивную полосу (1700 см^-1 )
-O

N-группы.¹H-NMR: δ=3,1 (q, 2H, -NHCH₂); 4,8 (m, 1H, - OC-); 5,2 (m, 2H,
-CH=CH-); 0,6 (m, -CH₂Si).

После г-ж-х соединение имеет температуру кипения (экстраполированную) 427^оС.

П р и м е р 4 (см.фиг.14). 1 г 8-циклогексадецен-1-ола, полученного, как в примере 3, нагревают вместе с 5 мл 1, 6-гексаметилендиизоцианата и 0,1 мл триэтиламина в течение 24 ч до температуры 80^оС. Низкокипящие компоненты удаляются при температуре 110^оС и давлении 0,1 мбаp. Остаток 1,55 г вязкого масла имеет в инфракрасной полосе одинаковую интенсивность при 2260 (изоцианат) и 1700 см^-1 (-О

H-).

П р и м е р 5 (см.фиг.14). Раствор из 4 мл 6-хлоргексилового простого эфира, полученного, как указано в примере 1, в 20 мл диметилформамида нагревают вместе с 2 г NaN₃ 0,5 г KI в течение 42 ч до температуры 50^оС. Смешивают со 100 мл Н₂О и четырежды экстрагируют соответственно с помощью 25 мл дихлорметана. Экстракт хроматографически очищают (силикагель, дихлорметан). Получают 1,24 г бесцветной жидкости, которая в инфракрасном спектре при 2090 см^-1 имеет интенсивную полосу азида и в¹Н-NMR при δ = 3, 1-3,4 мультиплет, эквивалентный для 5 протонов относительно остатка алифатических протонов при 1,3 мг/кг. Из GLC может определяться экстраполированная температура кипения, равная 396^оС при давлении 1000 мбар.

П р и м е р 6 (см.фиг.15). 4 мл 6-хлоргексилового простого эфира, полученного, как указано в примере 1, нагревают в автоклаве вместе с 40 мл концентрированного водного раствора аммиака, а также 0,1 г KI в течение 20 ч до температуры 130^оС. После охлаждения помещают в 100 мл 2-нормального раствора Na₂CO₃ и трижды экстрагируют соответственно с помощью 50 мл дихлорметана. Путем дистилляции экстракта получают 1,8 г продукта.

¹H- NMR: δ = 3,3 (m, 3Н, -CHCH₂-);
2,75 (t, 2H, -CH₂NH₂).

П р и м е р 7 (см.фиг.15). При комнатной температуре 10,7 г трифенилметилбромистого фосфония добавляют к смеси из 20 мл n-бутиллития (1,55-молярный раствор в гексане) и 60 мл диэтилового простого эфира. После выдержки в течение 4 ч при комнатной температуре каплями добавляют 7,3 г 8-циклогексадецен-1-она и нагревают в течение 18 ч до образования флегмы. После фильтрации отгоняют растворитель и хроматографически очищают остаток (SiO₂, гексан/этилацетат 95: 5); в результате получают 2,5 г 1-метилен-8-циклогексадецена, идентифицированный с помощью спектра¹Н-NMR: δ = 5-2 (t, -CH= CH-); δ = 4, 75 (S, C=CH₂).

2,5 г вышеупомянутого соединения нагревают вместе с 2,0 мл диметилхлорсилана и 0,5 мл комплекса платиндивинил-тетраметилдисилоксана (10% в ксилоле) в сосуде высокого давления в течение 24 ч до температуры 60^оС. После дистилляции получают 3,1 г продукта с температурой кипения 105-110^оС при давлении 0,01 мбар;¹Н- NMR: δ = =5,2 (m, 2H, -CH=CH-); 0,85 (m,2H, -CH₂Si); 0,3 (S, 6H, -CH₃).

П р и м е р 8 (см.фиг.15). Смесь из 0,6 г гидроксиметил-18-кроун-6 (полученного по Монтанари и Тундо, ТHL 1979, 5055), 2,0 мл 1,6-диизоцианатогексана и 50 мг триэтиламина нагревают в течение 24 ч до температуру 80^оС. Низкокипящие компоненты удаляют при температуре 100^оС и давлении 0,1 мбар. Остаток 0,8 г вязкого масла имеет в инфракрасном спектре полосы одинаковой интенсивности при 2260 (изоцианат ) и 1700 см^-1 (карбамат). Из г ж х получается экстраполированная температура кипения 444^оС при давлении 1000 мбар.

П р и м е р 9 (см.фиг.15). Получается по аналогии с примером 8.

П р и м е р 10 (см.фиг.15). К раствору из 0,43 мл ангидрида уксусной кислоты и 0,69 мл уксусной кислоты в 10 мл полифосфорной кислоты добавляют 1 г бензо-18-кроун-6 и перемешивают в течение 2 ч при температуре 70^оС. После добавления 65 г льда перемешивание продолжают в течение 2 ч. Полученная после пятикратной экстракции с помощью дихлорметана органическая фаза высушивается и остаток вываривается с помощью гептана. Из гептановой фазы получают 0,7 г ацетилового соединения с температурой плавления 77^оС.

Раствор из 1,6 г вышеупомянутого ацетилового соединения в 90 мл этанола смешивают с 0,33 г NaBH₄ и перемешивают в течение 3 ч при температуре 20^оС. После обычной обработки получают 1,4 г гидроэтилового соединения.

Раствор из 1, 4 г этого гидроксиэтилового соединения в 5 мл диметилформамида последовательно смешивают при температуре 20^оС с 1,06 г 5-(хлордиметилсилил)-сложного эфира пентановой кислоты, а также 0,53 г имидазола и перемешивают в течение 7 ч при температуре 50^оС. После охлаждения смесь выливают в 20 мл очень холодного 20%-ного раствора лимонной кислоты. Смесь четырежды экстрагируют с помощью дихлорметана, промывают экстракт раствором лимонной кислоты, а также насыщенным раствором поваренной соли, высушивают и выпаривают растворитель. После хроматографической очистки получают 0,7 г продукта. Характеристические сигналы¹H- NMR: δ = 0,1-0,5 (m, 8H, Si-CH₃ + Si -CH₂); 1,3 (t, 3H, -CH₂CH₃).

П р и м е р 11 (см.фиг.15). По аналогии с примером 10 бензо-18-кроун-6 с помощью 6-бромгексановой кислоты переводится в соответствующий 6-бром-гексаноилбензо-18-кроун-6.

4,5 ммоля этого соединения растворяют в 35 мл трифторуксусной кислоты и смешивают с 1,8 мл триэтилсилана. После выдержки в течение 48 ч при комнатной температуре смесь смешивают с водой и дихлорметаном, отделяют органическую фазу и высушивают с водой и дихлорметаном, отделяют органическую фазу и высушивают. Растворитель и гексаэтилсилоксан удаляют в вакууме.

В течение 1 ч после добавления 2,1 ммоля NaH к раствору из 2,1 ммоля диметилового сложного эфира малоновой кислоты в 30 мл метанола добавляют 2,1 ммоля вышеупомянутого ω -бромоктилбензо-18-кроун-6. После выдержки в течение 4 ч при температуре 70^оС осуществляют выпаривание и распределение между Н₂О и дихлорметаном. Органическую фазу очищают хроматографическим способом. Характеристические сигналы спектра¹Н-NMR: δ = 2,5 (t, br, 2H, арил-СН₂-); 3, 4 (m, 3H, -CH(CO₂CH₃)₂ + + -CH₂CH(CO₂CH₃)₂).

П р и м е р 12 (см.фиг.16). 1 ммоль гидрокси-бензо-15-кроун-5, растворенный в 20 мл диметилформамида, смешивают с 2 ммолями NaН. По истечении 30 мин добавляют раствор из 1,3 ммоля 5-бром-сложного метилового эфира гексановой кислоты в 4 мл диметилформамида и нагревают в течение 4 ч до температуры 60^оС. После добавления НСl до нейтрализации выпаривают растворитель, остаток помещают в воду/дихлорметан и хроматографическим способом очищают органическую фазу.¹Н-NMR - спектр и инфракрасный спектр полученного масла соответствуют структуре.

П р и м е р 13 (см. фиг.16). Как описано в примере 10, бензо-18-кроун-6 и 11-цианосложный метиловый эфир ундекановой кислоты превращают в полифосфорной кислоте.

Полученный ω -циано-ундеканоил-бензо-18-кроун переводят, как описано в примере 1, с помощью раствора HCl в этаноле в целевое соединение.

П р и м е р 14 (см.фиг.16). 5 г нитрила, полученного, как указано в примере 1, нагревают вместе с 10 мл концентрированного NaOH и 20 мл этиленгликоля в течение 48 ч до кипения. Добавляют до 50 мл Н₂О и доводят с помощью HCl до величины рН = 1. Путем экстракции с помощью диэтилового простого эфира получают 4,1 вязкого масла, которое очищают хроматографическим способом (силикагель, дихлорметан/этилацетат 9:1). Получают 3,2 г масла; в инфракрасном спектре полоса при 1710 см^-1(-СООН). Согласно г ж х соединение имеет экстраполированную температуру кипения 413^оС при давлении 1000 мбар.

П р и м е р 15 (см.фиг.16). Как описано в примере 1, превращают 6 мл 8-циклогексадецен-1-она и 4 мл сложного эфира ортомуравьиной кислоты.

При температуре 120^оС добавляют 5 г 12-гидрокси-додекан-1-карбоновой кислоты и после выдержки в течение 1 ч при температуре 120^оС и давлении 0,1 мбар удаляют низкокипящие компоненты. Кристаллизующийся после охлаждения остаток гидрируют в 50 мл тетрагидрофурана с помощью 0,2 Рd/C при температуре 80^оС и давлении 100 бар и очищают хроматографическим способом (силикагель, дихлорметан), получают 3,5 г бесцветного масла с экстраполированной температурой кипения ...^оС при давлении 1000 мбар (согласно г ж х).

П р и м е р 16 (см.фиг.16). Получают по аналогии с примером 11; в соответствии с GLC экстраполированная температура кипения 437^оС при давлении 1000 мбар.

П р и м е р 17 (см.фиг.16). Получают из примера 12 путем омыления с помощью этанольной КОН, подкисления с помощью HCl, экстракции с помощью дихлорметана и очищения хроматографическим способом (R P-18, дихлорметанметанол 97:3) в виде бесцветного масла.

Построение тестовых ячеек.

Для подтверждения предпочтительных свойств жидкокристаллических дисплеев в соответствии с изобретением были изготовлены тестовые ячейки, которые были заполнены жидкокристаллическими смесями и затем испытаны. Для этого стеклянные пластинки, которые были покрыты электродной поверхностью размером 4х4 мм² из окислов индия-олова (IТО), были очищены с помощью водного раствора тензида и затем очищены этанолом и после этого покрыты или мокрой пленкой из раствора полиамидкарбоновой кислоты, растворенной в N-метилпирролидоне (NMP), или водным раствором поливинилового спирта (PVA). Покрытие наносилось с помощью "струйного нанесения слоя", однако может осуществляться также с помощью других способов, например под давлением или погружением. Затем втирается ориентирующий слой с помощью бархатистого материала и стекла склеиваются до получения готовых тестовых ячеек.

В нижеследующих примерах вещества, уменьшающие гидрофильные свойства ориентирующего слоя, наносили на полимерный ориентирующий слой или вносили в полимерный ориентирующий слой предпочтительно тремя способами, а именно путем подмешивания амфифилизирующих веществ в раствор мономерных предварительных ступеней материалов ориентирующего слоя или подмешивания в растворенные полимерные материалы ориентирующего слоя и "струйного нанесения покрытия" этими растворами, причем мономерные предварительные ступени затем полимеризуются; "струйного нанесения слоя" мономерной предварительной ступени ориентирующего слоя или полимерных материаловв ориентирующего слоя и последующего покрытия амфифилизирующими веществами, причем эти вещества содержат реактивные группы, которые допускают химическое присоединение к ориентирующему слою. При этом при мономерных предварительных ступенях ориентирующего слоя (например, полиамидов) химическое присоединение происходит в конкуренции с реакцией имидирования. Напротив, при использовании уже полимеризованных ориентирующих слоев дополнительно еще должны быть получены свободные функциональные в полимере (например, карбоксильные, гидроксильные или эфирные группы); "струйного нанесения слоя" амфифилизирующих соединений.

Затем стеклянные пластинки были склеены с использованием прокладок в жидкокристаллические тестовые ячейки при параллельном направлении втирания с промежутком в 2,0 мкм. Полученные таким образом тестовые ячейки были исследованы с точки зрения их электрооптических параметров для ряда различных амфифилизирующих веществ.

Во втором случае информация трения проявляется после нанесения дополнительного слоя, в то время как в третьем случае втирание осуществляется до нанесения дополнительного вещества.

В качестве примеров нанесенных в дисплее в соответствии с изобретением на ориентирующий слой веществ (в качестве дополнительного слоя) служили нижеследующие соединения (см.фиг,17,18).

В качестве примера, лежащего в основе дисплея в соответствии с изобретением ориентирующего слоя, служил слой из полиамида, который был получен из следующих предварительных ступеней путем полимеризации

H₂ N O NH₂ или поливиниловый спирт
CH₂-
Использованная жидкокристаллическая смесь МI имела следующую структуру (в мол.%): H₁₇C₈O OC₆H₁₃ 11,74 3,94 12,95 7,13 7,15 16,70 10,53 17,53 (S) 4,53 C₈H O O CO- -- - C₃H₇ 2,70 C₈H O O CH₂- -- - C₄H₉ 5,10
(S) trans (S) и последовательность фаз S^*_C 69,8 S^*_А 75 N^* 89,1 1, со спонтанной поляризацией 30 нс x x см^-2 при температуре 20^оС.

Использованная жидкокристаллическая смесь М2 имела следующий состав (мол.%):
99 мол.% жидкокристаллической смеси М1
1 мол.% соединения формулы (1) (см.фиг.16) и последовательность фаз S^*_C 61 S^*_A 65 N^* 85 1, со спонтанной поляризацией 26 нс^. см^-2 при температуре 20^оС.

Жидкокристаллическая смесь М3 имела следующий состав (мол.%): 12,28 C₈H

O OC₆H₁₃ 4,13 C₈H O OC₈H₁₇ 13,56 7,45 C₈H O OC₁₀H₂₁ 7,48 17,46 C₁₀H O O CO C₅H₁₃ 11,00 C₈H OC₁₂ H₂₅ 18,34 C₈H O CO C₆H₁₃ 7,00 C₉H O O CO CH (25, 35) 1,30 и последовательность фаз S^*_C 69 S^*_A 75 N^* 82,1, при спонтанной поляризации - 9,6 нс · см^-2.

П р и м е р применения 1.

Измерения относятся к дисплею с примешанными добавками, причем амфифилизирующие соединения были добавлены к растворенным предварительным ступеням полиамидного ориентирующего слоя. Для этого предварительные полиамидные ступени были соответственно смешаны с 10 мас.% Z 2 или 5 мас.% Z 5 (отнесенными к весу твердого тела) и тем самым был получен 2,5%-ный раствор в N-метил-пирролидоне. Этот раствор был затем путем "струйного нанесения слоя" нанесен на стекла, которые покрыты электродами из окиси индия-олова. С целью полимеризации и последующей имидизации до полиимида в течение 1-2 ч осуществлялось нагревание до температуры 200^оС. После натирания стекол осуществлялось приклеивание субстратов для готовых тестовых ячеек. Толщина ячеек в 2 мкм устанавливалась с помощью прокладок из стекла.

Углы переключения жидкокристаллической смеси М2 в тестовых ячейках в соответствии с изобретением и традиционных тестовых ячейках (Е.Н.С. Со., LTD. Токуо) в геометрии "шеврон" обобщены в табл.1.

В тестовых ячейках жидкокристаллическая смесь с амфифилизирующим ориентирующим слоем показывает явно более высокий угол переключения, что приводит к более высокой яркости уровня светлого. Параллельно с этим уменьшается также пропускание уровня темного, т.е. резко улучшается оптическая контрастность.

Примеры использования 2 - 5 относятся к дополнительному нанесению дополнительного слоя и к химическому присоединению к ориентирующему слою.

П р и м е р применения 2.

Полиимид из примера применения 1 был имидизирован не полностью, так что имелись еще свободные функциональные группы для присоединения амфифилизирующих соединений. Предварительная имидизация при температуре 100^оС осуществлялась для соединений Z 3 и Z 6 в течение нескольких секунд, в то время как для соединения Z 5 предварительная имидизация продолжалась 20 мин. Затем соответственно 3%-ный раствор соединений в метил-этил-кетоне наносится центрифугированием и стекла тестовых ячеек термически обрабатываются при температуре 200^оС, чтобы способствовать полной имидизации ориентирющего слоя и химическому присоединению дополнительного слоя.

В ячейки SSFLC заливают жидкокристаллическую смесь М2 и результаты измерения сравнивают с результатами измерения в традиционных тестовых ячейках (во всех ячейках имелась геометрия "шеврон").

Для этого дополнительно к углу переключения (2 θ_эфф) привлекалось отношение поверхностей очень темных однородных зон к поверхностям появляющихся голубоватых "искривленных" зон в тестовых ячейках для характеристики.

Соответствующие размерные величины приведены в табл.2.

В этом примере тестовые ячейки в соответствии с изобретением также имеют больший угол переключения и значительно меньшую часть поверхности с "искривленными" зонами (которые, как известно, уменьшают контрастность).

П р и м е р применения 3.

Полиамид из примера применения 1 был полностью имидизирован при температуре 300^оС и центробежным способом была нанесена добавка Z 8, растворенная в изопропаноле. Химическое присоединение осуществлялось затем путем нагревания субстрата (в течение 30 мин при температуре 180^оС). Избыточная неприсоединенная добавка была смыта большим количеством изопропанола в ультразвуковой ванне, Дальнейшее построение тестовых ячеек осуществлялось уже описанным способом.

Для характеристики тестовых ячеек с ориентирующим слоем в соответствии с изобретением применялись смеси М1 и М3 и результаты измерения сравнивались с результатами в ячейках без дополнительного слоя. Во всех ячейках имела место текстура"шеврон".

Здесь также для характеристики привлекались угол переключения 2 θ_эфф и отношение поверхностей очень темных однородных зон к поверхностям появляющихся голубоватых "искривленных" зон в тестовых ячейках. Результаты измерения приведены в табл.3.

Табл. 3 наглядно показывает преимущества добавок. Как увеличение угла переключения, так и появление однородного уровня темного обеспечивают высокую яркость светлого уровня накопителя и высокую оптическую контрастность.

П р и м е р применения 4. 1,5%-ный раствор поливинилового спирта был нанесен методом "струйного нанесения покрытия" на стекла, которые были покрыты электродами из окиси индий-олова. Затем при температуре 180^оС осуществлялась сушка мокрой полимерной пленки. В процессе дальнейшей операции центробежным способом наносилась добавка Z 7, которая содержала небольшое количество свободной кислоты и была растворена в изопропаноле. Химическое присоединение осуществлялось при нагревании до 180^оС. После втирания клеточных субстратов они были склеены в использованные тестовые ячейки.

Для характеристики тестовых ячеек использовались смеси М1 и М2. Результаты измерений со смесью М1 в геометрии "шеврон" приведены в табл.4.

Преимущество ориентирующего слоя в соответствии с изобретением особенно очевидно в геометрии типа "книжная полка", Для этого ячейкам с Z 7 и опорные ячейки (Е.Н.С. СО. LTD., Токуо), заполненные жидкокристаллической смесью М2, подвергаются воздействию прямоугольного напряжения частотой 10 Гц при амплитуде олколо 10-15 В/мкм.

Ячейки запитывались при комнатной температуре с помощью управляющей схемы, которая состоит из биполярных переключающих импульсов. Ячейка находилась в поляризационном микроскопе, в ходе лучей которого установлен фотодиод. В качестве величины измерения служила оптическая контрастность. Путем изменения амплитуд импульсов при этой управляющей схеме может определяться максимально возможное отношение амплитуды управляющего импульса к амплитуде информационного импульса (-максимальный наклон) для мультиплексного режима. Это отношение должно быть по возможности большим, так как только при небольшой амплитуде информационного импульса возможна соответственно высокая контрастность. Табл.5 показывает максимальные величины наклона и оптическую контрастность при описанном выше адресовании.

П р и м е р применения 5.

Добавки Z 9 и Z 10 были присоединены к поливиниловому спирту, как описано в примере применения 4.

Тестовые и опорные ячейки были заполнены смесью М3 и для характеристики ячеек были привлечены угол переключения, а также образование однородной текстуры в геометрии "шеврон". Результы приведены в табл.6.

Благодаря использованию добавок Z 9 и Z 10 удалось создать полностью однородную текстуру. Кроме того, можно видеть явное увеличение угла переключения, вследствие чего улучшается как яркость уровня светлого, так и оптическая контрастность.

Для дальнейших исследований жидкокристаллическая смесь М1 заполнялась в тестовые ячейки с добавкой Z10 и соответствующие опорные ячейки (Е.Н.С. Со. LTD. , Токуо). Ячейки обрабатывались с помощью прямоугольного поля при частоте 10 Гц и амплитуде 10-15 В/мкм, чтобы создать геометрию типа "книжная полка",
Питание ячеек при комнатной температуре осуществлялось с помощью описанной в примере применения 4 управляющей схемы и для характеристики ячеек привлекались максимально возможный наклон, а также оптическая контрастность. Результаты приведены в табл.7.

По причине описанного выше "поверхностного эффекта памяти" опорная ячейка с помощью этой управляющей схемы переключаться не может, так как жидкокристаллическая смесь М1 не содержит комплексных лигандов для ионов. Тем самым оптическая контрастность равна единице при одинаковом пропускании уровня светлого и темного.

В противоположность этому тестовые ячейки с добавкой Z10 даже с жидкокристаллическими смесями, которые не содержат комплексных лигандов для ионов, могут переключаться. Химически присоединенные кольцевые простые эфиры подавляют не только вредные для контрастности "искривленные" состояния, но и устраняют также "поверхностный эффект памяти" и приводят таким образом к ощутимому улучшению оптической контрастности и характеристики переключения.

П р и м е р применения 6.

Опыты относятся к нанесению промежуточного слоя на готовый натертый ориентирующий слой. Для этого предварительные ступени полиамида из примера применения 1 были растворены в N-метилпирролидоне и нанесены методом "струйного нанесения покрытия" на стеклянные субстраты. Затем при температуре 200^оС в течение 3 ч осуществлялась имидизация и после этого поверхность полиимида натиралась с помощью терочной машины.

Нанесение добавок, которые были растворены в ацетоне до 0,5 мас.%, также осуществлялось центробежным способом. После сушки дополнительных слоев, состоящих из Z 1 или Z 4, стеклянные субстраты были склеены в готовые тестовые ячейки.

Для характеристики тестовых ячеек в этом случае также был привлечен угол наклона ( θ_эфф). Табл.8 обобщает результаты для жидкокристаллической смеси М1.

Реферат

Сущность изобретения: при изготовлении жидкокристаллического дисплея с сегнетоэлектрическим жидким кристаллом в первом варианте изготовления на ориентирующий слой, выполненный из полиамида, поливинила или поливинилового спирта, наносят амфифилизирующее соединение из группы криптандов, коронандов, подандов, меркаптосоединений, макроциклов или ионофоров. Во втором варианте изготовления в ориентирующий слой вводят соединение с амфифилизирующими свойствами. Возможно присоединение этого соединения к материалу ориентирующего слоя химическим путем. В ориентирующий слой вводят 0,01 - 50 мас.% амфифилизирующего соединения, преимущественно 0,1 - 25 мас.%. Кроме того, амфифилизирующее соединение может содержать жидкокристаллическая среда. Для ориентации жидкокристаллической среды в виде "букшелф" или "квази-букшелф" геометрии к электродам дисплея прикладывают переменное напряжение. 2 с. и 5. з.п. ф-лы, 8 табл., 18 ил.

Формула