способ создания ориентирующего слоя жидкокристаллического индикатора

Формула изобретения

1. СПОСОБ СОЗДАНИЯ ОРИЕНТИРУЮЩЕГО СЛОЯ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ИНДИКАТОРА, включающий приготовление на подложке полиимидной пленки с фторсодержащими группами и формирование на ней микрорельефа механическим натиранием, отличающийся тем, что полиимидную пленку с фторсодержащими группами готовят путем нанесения на подложку полиимидного лака с последующим воздействием радикалов фторуглеродов в высокочастотной плазме с поверхностной плотностью потока энергии 30 - 300 мВт/см² в течение 10 - 100 с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полиимидную пленку с фторсодержащими и алкильными группами готовят путем нанесения на подложку полиимидного лака с последующим воздействием радикалов фторуглеродов в высокочастотной плазме с поверхностной плотностью потока энергии 30 - 90 мВт/см² в течение 10 - 75 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к индикаторной технике, предназначено для создания ориентации молекул жидкого кристалла (ЖК) в индикаторных устройствах и может быть использовано в технологии изготовления приборов отображения визуальной информации индивидуального (электронные часы, калькуляторы, персональные компьютеры) и коллективного использования (электроизмерительные приборы, табло, плоские телевизионные экраны и т.д.).

В настоящее время существует большое разнообразие методов создания ориентации молекул ЖК на поверхности подложки. Выбор способа создания ориентирующей поверхности в конкретном случае связан с рядом факторов: используемым электрооптическим эффектом в ЖК, назначением индикатора и его габаритными размерами, особенностями технологического маршрута изготовления в целом. В частности, используемый электрооптический эффект в ЖК предъявляет вполне определенные требования к параметрам граничной упорядоченности молекул на подложке: величине угла предварительного наклона (_o) и азимутальному направлению директора ЖК. Так, появление индикаторов на электрооптических эффектах в сверхзакрученных структурах ЖК (НВЕ- и SВЕ-эффекты) поставило технологическую проблему создания ориентации с увеличенным углом преднаклона (3-10^о для НВЕ и 20-30^о для SВЕ), причем, на подложках с диагональю до 30 см и более.

В серийном производстве ЖК-индикаторов получили распространение способы, предлагающие создание определенного микрорельефа на поверхности подложки, что обусловливает доминирующее действие вязкоупругого механизма ориентации молекул ЖК.

Известно техническое решение, позволяющее воспроизводимо получать однородную ориентацию молекул ЖК, в том числе и высокие углы преднаклона (15-40^о) наклонным вакуумным напылением окислов на подложку [1] В этом случае поверхностный микрорельеф пленки окисла представляет собой систему призм или колонн, наклонных к плоскости подложки под некоторым углом. Минимизация упругой энергии упаковки ЖК реализуется в том случае, когда направление директора длинных молекулярных осей приблизительно совпадает с углом наклона колонн.

Однако значительный размер ЖК-экранов (диагональю с несколько десятков сантиметров) делает невозможным применение этой технологии, поскольку нереально осуществить идентичность условий напыления по площади и исключить случайные дефекты ориентации.

Согласно другому техническому решению [2] создание микрорельефа осуществляется механическим текстурированием поверхности (натиранием). В этом чрезвычайно широко применяемом способе используются различные материалы ориентантов, как органические, так и неорганические. Упругий механизм ориентации ЖК играет здесь свою роль наравне с комплексом межмолекулярных взаимодействий: межмолекулярные силы в системе ЖК-ориентант обусловливают планарную (параллельную подложке) ориентацию, а сформированная система микробороздок задает азимутальное направление директора ЖК.

Этот способ не имеет существенных ограничений на размер подложек индикаторов, однако существенной проблемой является получение высокого угла преднаклона. Варьированием собственно способа натирания не удается сколько-нибудь заметно увеличить значение угла преднаклона для фиксированной комбинации ЖК-ориентирующая пленка.

Одним из перспективных направлений технологического поиска является исследование в качестве ориентантов полимеров с модифицированной молекулярной структурой, имеющей разветвленные боковые цепи или сильнополярные группы. Смысл этих попыток по сути заключается в том, чтобы задействовать для получения наклонной ориентации механизм собственно межмолекулярного взаимодействия ЖК с подложкой, а механическим натиранием добиться однонаправленности угла преднаклона директора ЖК. Учитывая весь комплекс требований к материалу ориентанта химической инертности к ЖК, диэлектрических свойств, термостабильности и влагостойкости, поиски модифицированных полимерных структур ведут преимущественно внутри класса полиимидных соединений.

Наиболее близким техническим решением к изобретению прототипом является способ получения ориентирующего слоя [3] заключающийся в том, что на электродную подложку наносят полиимидную ориентирующую пленку, полученную из полиамидокислоты (ПАК), синтезированной из диаминных соединений с длинноцепочечной углеродной группой, диаминных соединений, содержащих трифторметиловые группы, и диангидрида тетракарбоновой кислоты. После нанесения на подложки пленку ПАК имидизируют при температуре 300^оС, затем натирают с тем, чтобы задать направление угла преднаклона.

Отличительной особенностью приведенных полиимидных соединений является наличие в их структуре фторсодержащих боковых цепей. Измерения угла преднаклона в зависимости от типа полимера дают значения 3-4,7^о. Такая величина угла преднаклона позволяет использовать данные ориентации для ЖК-экранов на эффекте НВЕ с углом закручивания от 200 до 250^о.

Эта технология позволяет устойчиво получать указанные углы преднаклона, однако для индикаторов с большими углами закручивания спирали требуются соответственно и большие значения углов преднаклона с тем, чтобы реализовать бездоменные структуры ЖК при работе индикатора.

Контролируемое увеличение углов преднаклона директора ЖК достигается тем, что по способу создания ориентирующего слоя жидкокристаллического индикатора, включающему нанесение на подложку пленки полиимидного лака, формирование на пленке микрорельефа механическим натиранием, полиимидную пленку перед формированием на ней микрорельефа подвергают воздействию радикалов фторуглеродов в высокочастотной плазме мощностью 30-300 мВт/см² в течение 10-100 с.

П р и м е р 1. В качестве полимерного покрытия поверхности подложки использовался полиимидный лак АД 9103 (ТУ 6-19-283-85). Раствор полимера в диметилформамиде наносился на поверхность подложки размером 65х35 мм центрифугированием при 2500-3000 об/мин. Толщина пленки полиимида варьировалась в зависимости от вязкости раствора в диапазоне 300-1000 . Термическая имидизация проводилась ступенчато с максимальной температурой 300^оС в течение 30 мин. Плазмохимическая обработка осуществлялась на установке 08 ПХО 100Т 005. Натирание пленки полиимида осуществлялось на установке роторного типа вращающимися полимерными щетками со скоростью 1000-1500 об/мин и скоростью движения пластин под щеткой 3-5 см/с. В качестве ЖК использовались высокомультиплексные смеси на основе фенилциклогексанов, применяемые для индикаторов на супертвист-эффекте. Измерения угла преднаклона директора ЖК осуществлялись лазерным интерференционным методом. Однородность текстур контролировалась с помощью поляризационного микроскопа.

П р и м е р 2. В качестве полимерного покрытия использовался дифенилоксидный лак ПАК-ДФО-А (ТУ 6-05-211-1337-83). Обработки и контроль параметров проводились аналогично указанным в примере 1.

Сравнительные данные прототипа и изобретения приведены в табл. 1.

Режимы обработки полимерной пленки, используемые в примерах 1 и 2, приведены в табл. 2. Граничные интервалы способа формирования ориентирующего слоя в соответствии с изобретением.

На фиг. 1 показана зависимость угла наклона директора ЖК от времени и мощности обработки полиимида АД 9103; на фиг. 2 зависимость угла преднаклона от времени и мощности обработки полиимида ПАК ДФО А.

В приведенных примерах 1 и 2 величина угла наклона практически слабо зависела от меры обработки поверхности натиранием эта зависимость не превышала 5% от величины _o. Реализуемая величина угла преднаклона, _о, согласно фиг. 1, 2 не изменялась в сторону уменьшения более чем на 5-7% при одно- и многократном термоциклировании образцов ячеек (переводе ЖК из мезофазы в изотропную и обратно). Эффект существенного (в 2-3 раза) уменьшения угла преднаклона ЖК при таком прогреве наблюдается на некоторых образцах полимеров, дающих изначально высокий (20^о и более) наклон.

Сущность получаемого положительного эффекта заключается в том, что воздействие фторуглеродных радикалов на полиимид приводит к модификации полимера. Так, например, в активной плазме фторуглеродов на первой стадии обработки полиимида АД 9103 протекают реакции замещения водорода в 3-, 5-положениях бензольного кольца остатка 4,4-диаминодифенилоксида (фрагмент А) и замена водорода на галоид в бензольном кольце полиимидной группы



При дальнейшем воздействии плазмы наибольшей атаке подвержены 2-, 6-положения, и далее процесс замещения протекает последовательно в кольце фрагмента Б

NNO

В случае полиимида ПАК ДФО А процесс фторирования идет более интенсивно, что связано с двумя факторами: наличием алкильной группы между двумя дифенилоксидами, что увеличивает скорость электрофильного замещения в бензольном ядре, и фторироваием боковых метильных групп диаминного фрагмента ПАК ДФО А



Таким образом, за счет фторирования в цепи полимера образуются сильнополярные центры фторированных фрагментов, обуславливающих появление локально-гомеотропной ориентации молекул ЖК. Увеличение концентрации таких центров за счет продолжительности воздействия плазмы на полиимиды (получение более регулярных по составу фторсодержащих звеньев) должно приводить к однородной гомеотропной ориентации на всей подложке, что подтверждается экспериментальными данными (фиг. 1 и 2). При увеличении в составе ЖК полярных компонент (молекул, имеющих собственный диапольный момент) гомеотропная ориентация реализуется при меньших временах плазменной обработки при прочих равных условиях.

Наибольший интерес, однако, представляет область монотонного изменения угла преднаклона в зависимости от времени или мощности воздействия на ориентант, поскольку позволяет в данном способе получать регулируемый угол преднаклона до 40^о. Эффект существования области монотонной зависимости _o (t) и _o (w) объясняется следующим образом. Если на гомогенно (параллельно подложке) ориентирующей поверхности, в нашем случае полиимидном лаке, существуют в некоторой концентрации микроскопические поверхностно-активные центры, задающие гомеотропную (перпендикулярную подложке) ориентацию взаимодействующих с ней молекул ЖК, то результирующая ориентация в слоях ЖК определяется условием минимизации объемной упругой энергии ЖК. В силу имеющихся признаков симметрии граничных условий: гомогенной ориентации с вырожденным азимутом и локальной гомеотропной ориентации результатом может явиться только либо гомогенная, либо гомеотропная ориентация. Здесь определяющее значение имеет концентрация поверхностно-активных центров и соотношение констант упругости ЖК. Если путем механической обработки поверхности создается анизотропия микрорельефа в виде микробороздок и их тонкой структуры, тем самым вводится в действие еще и стерический фактор механизм вязкоупругой ориентации ЖК, который снимает вырождение по азимуту в ориентации директора ЖК. При этом возникает тот фактор симметрии, который и может инициировать наклонную ориентацию. Собственно величина угла наклона здесь определяется, кроме характеристик ЖК, только концентрацией поверхностно-активных центров на поверхности полимера, что в предлагаемом способе достигается изменением условий плазменной обработки.