CH621003A5

CH621003A5 -

Info

Publication number: CH621003A5
Application number: CH1014176A
Authority: CH
Inventors: Fumiaki Funada; Hiroshi Kuwagaki
Original assignee: Sharp Kk
Priority date: 1975-08-09
Filing date: 1976-08-09
Publication date: 1980-12-31
Also published as: JPS5220847A; DE2635630A1; DE2635630C3; US4151326A; DE2635630B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Trägerplatte für flüssige Kristalle, die in eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eingebaut werden kann und eine gute homogene Orientierung der flüssigen Kristalle im Ausgangsstadium (d. h. im nicht angeregten Zustand) zu gewährleisten vermag.

In Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen, bei denen die Modifizierung der Orientierung der Moleküle von nematischen oder cholesterinischen flüssigen Kristallen, die durch Variation der Intensitäten eines elektrischen Feldes, eines magnetischen Feldes, von Hitze und dergleichen verursacht wird, ausgenützt wird, ist es wichtig, diese Moleküle im Ausgangsstadium in einem Zustand guter homogener Orientierung anzuordnen.

Zur Verwirklichung einer solchen guten homogenen Orientierung ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Trägerplatte für die flüssigen Kristalle mit einem Baumwolltuch gerieben wird (P. Chatelaine, Bull. Soc. Fr. Mineral. Crystallogra. 66,105 (1943). Dieses Verfahren vermag zwar eine Ausrichtung der Richtungen der Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle, die äusserst wahllos auf einer Ebene angeordnet sind, in die Reiberichtung zu bewirken, aber sie bewirkt keine Richtung der Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle in horizontaler Beziehung zu der Oberfläche der Trägerplatte. Die Orientierung der Flüssigkristall-Moleküle hängt weitgehend und empfindlich von der Art des Materials ab, das die Oberfläche der Trägerplatte bildet, wobei eine horizontal homogene Orientierung im allgemeinen kaum erhältlich ist. Insbesondere ist es bei aus Azoxyverbindungen bestehenden flüssigen Kristallen unmöglich, nach dem Reibeverfahren eine horizontal homogene Orientierung auf einer Trägerplatte aus Glas zu bewirken.

Es wurde nun unerwarteterweise gefunden, dass die Aufbringung von bestimmten spezifischen Silanverbindungen auf die Oberfläche der Trägerplatte, die mit den flüssigen Kristallen in Berührung gebracht werden soll, es ermöglicht, die Moleküle der flüssigen Kristalle in einem Zustand der guten horizontal homogenen Orientierung anzuordnen. Die vorliegende Erfindung beruht auf dieser Feststellung.

Die erfindungsgemässe Trägerplatte für flüssige Kristalle mit einer Elektrode auf der Seite, die mit den flüssigen Kristallen in Berührung ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte mit einem Film überzogen ist, der eine Silanverbindung gemäss der unten gegebenen Definition enthält.

Die Silanverbindung, die den Überzugsfilm auf der Oberfläche der erfindungsgemässen Trägerplatte bildet, ist eine offenkettige Silanverbindung mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen, die ein Siliciumatom an dem einen endständigen Kohlenstoffatom und ein Siliciumatom oder ein Stickstoffatom an dem anderen endständigen Kohlenstoffatom trägt, wobei das Siliciumatom mindestens eine Hydroxylgruppe trägt und das Stickstoffatom das Stickstoffatom einer Aminogruppe ist. Somit kann die Grundstruktur der Silanverbindung einer der folgenden Formeln entsprechen:

HO-Si C-C Si-OH (I)

oder

HO-Si C-C N (II)

I II

Zur Bildung des Überzugsfilmes aus der Silanverbindung kann die Silanverbindung selbst auf die Oberfläche der Trägerplatte aufgebracht werden. Aus praktischen Gründen wird jedoch gewöhnlich anstelle einer solchen Silanverbindung eine Verbindung verwendet, die in Wasser die Silanverbindung zu bilden vermag und im folgenden als «Vorläuferverbindung» bezeichnet wird.

Zu den Vorläuferverbindungen gehören solche der Formel:

R2-Si-Alk-Si-R2 (HI)

worin Ri, R2 und R3, die gleich oder verschieden sein können, Wasserstoff, Alkyl mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen (vorzugsweise Methyl), Alkoxy mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen (vorzugsweise Methoxy) oder Halogen (vorzugsweise Chlor) bedeuten, aber mindestens eines dieser Symbole Alkoxy mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder Halogen darstellt, und Alk Alkylen mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen (vorzugsweise Äthylen oder Trimethylen) bedeutet, sowie Vorläuferverbindungen der Formel:

R1

I

R„-Si-Alk-NH-X (IV)

worin Ri, R2, R3 und Alk den obigen Definitionen entsprechen und X Alkyl mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen (vorzugsweise Methyl, Äthyl oder Propyl), Alkenyl mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen (vorzugsweise Allyl), H2N-Alkyl mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen (vorzugsweise Aminoäthyl oder Aminopropyl), Alkoxycarbo-nylalkyl-NH-alkyl mit jeweils 1 bis 8 Kohlenstoffatomen in jeder Alkylgruppe (vorzugsweise Methoxycarbonylmethylami-noäthyl), Methoxycarbonylmethylaminopropyl, Äthoxycarbo-nylmethylaminoäthyl,Äthoxycarbonylmethylaminopropyl, Methoxycarbonyläthylaminoäthyl,Methoxycarbonyläthylami-

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nopropyl, Äthoxycarbonyläthylaminoäthyl oder Äthoxycarbo-nyläthylaminopropyl), H2N-(CH2CH2)n-, H2N-(CH2CH2CH2)n-, H-<NHCH2CH2n- oder H-(NHCH2CH2CH2)n- bedeutet, wobei n eine ganze Zahl von nicht mehr als 30, vorzugsweise von 1 bis 20, darstellt.

Spezifische Beispiele von Vorläuferverbindungen sind die folgenden:

(CH30)3Si(CH2)3NH(CH2)2NH2, (CH30)3Si(CH2)3NH(CH2)2NHCH2C00CH3, (CH30)3Si(CH2)2NH(CH2CH2NH)nH, Cl3Si(CH2)3NH(CH2)NHCH2COOCH3, Cl3Si(CH2)3NH(CH2CH2NH)„H,

Cl3Si(CH2)3NH(CH2)2NH2,

Cl2(CH3)Si(CH2)3NH(CH2)2NH2, (CH30)3Si(CH2)2NHCH2CH = CH2usw.

Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Trägerplatte ist dadurch gekennzeichnet, dass man eine Trägerplatte für flüssige Kristalle mit einer Elektrode auf der Seite, diernit den flüssigen Kristallen in Berührung ist, mit dem die im Patentanspruch 1 definierte Silanverbindung aufweisenden Film überzieht, indem man eine wässrige Lösung einer Vorläuferverbindung der Formel III oder einer Vorläuferverbindung der Formel IV aufbringt.

Man kann zum Beispiel so vorgehen, dass man die Vorläuferverbindung in Wasser zu einer Konzentration von 0,001 bis 0,1 Gew.-% (vorzugsweise etwa 0,01 Gew.-%) löst, eine Glasplatte mit einem durchscheinenden Film (100 Angstrom bis 1 p.m, vorzugsweise 500 bis 1000 Angstrom) aus einem elektrisch leitfähigen Material (zum Beispiel Indiumoxyd oder Stan-nioxyd) als Elektrode auf einer Oberfläche in die resultierende Lösung taucht und die Platte in dieser Lösung einer Ultraschallanregung unterwirft und danach aus der Lösung nimmt und trocknet.

Wenn Flüssigkristall-Moleküle mit der so überzogenen Oberfläche der Trägerplatte in Berührung gebracht werden, werden sie mit ihren Längsachsen parallel zu dieser Oberfläche ausgerichtet. Da jedoch die Richtungen der Längsachsen der Moleküle nicht gut innerhalb einer Ebene ausgerichtet sein können, wird die Molekülanordnung vorzugsweise nach der erwähnten Reibemethode in einer Richtung orientiert,

wodurch eine ganz befriedigende horizontal homogene Orientierung mit Gewissheit erzielt werden kann.

Flüssige Kristalle, deren Moleküle durch Anwendung der vorliegenden Erfindung leicht in einer guten horizontal homogenen Orientierung angeordnet werden können, sind zum Beispiel flüssige Kristalle von Schiffschen Basen, Biphenylverbin-dungen, Azoxyverbindungen, Azoverbindungen, Estern, Chole-sterinderivaten usw. Mischungen dieser flüssigen Kristalle oder von solchen flüssigen Kristallen mit optisch aktiven Substanzen sind ebenfalls Beispiele für flüssige Kristalle der oben erwähnten Art.

Die erfindungsgemässe Trägerplatte kann mit Vorteil in beliebigen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen verwendet werden, bei denen eine horizontal homogene Orientierung im Anfangsstadium erforderlich ist. So kann sie auf Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom Typ der nematischen Drehzelle, vom Fredericksz-Typ (induzierte Doppelbrechungsfeldeffekt), vom Typ, der auf dem Übergang der cholesterinischen Phase in die nematische Phase beruht, vom auf der dynamischen Streuung beruhenden Typ, vom Orientierungsfluktuationstyp usw. angewandt werden.

Wie oben angegeben, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Anordnung der Flüssigkristall-Moleküle in einer horizontal homogenen Orientierung. Infolgedessen wird die Anzeigequalität, wie die Gleichmässigkeit der Anzeige, die Integrität der visuellen Richtung, die Stabilität des Schwellenwertes beim lichtelektrischen Effekt und die Anprecheigenschaften, verbessert.

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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Zum Beispiel ist die Ansprechcharakteristik einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Typ der nematischen Drehzelle bei Verwendung einer Trägerplatte mit einem Überzugsfilm aus einer erfindungsgemässen Silanverbindung in der folgenden Tabelle angegeben:

Nichtüberzogen

Überzogen

Einschaltzeit (ms)

110

90

10

Abschaltzeit (ms)

140

120

Fussnote: Der Überzugsfilm wurde unter Verwendung von N-(Trimethoxysilylpropyl)-äthylendiamin gebildet.

Dicke der Flüssigkristallschicht: 10 p.m;

flüssige Kristalle: gemischte Biphenyl-Flüssigkristalle vom Typ E-7, hergestellt von BDH;

Spannung: 3 Vrms 32 Hz.

Der Grund, aus dem der Überzugsfilm aus der Silanverbindung die oben erläuterte technische Wirkung erzielt, ist noch nicht mit Sicherheit aufgeklärt worden, aber man kann die folgende Annahme machen: Beim Auflösen der Vorläuferverbindung bildet sich die Silanverbindung mit einem eine Hydroxylgruppe tragenden Siliciumatom am einen endständigen Kohlenstoffatom und einem eine Hydroxylgruppe tragenden Siliciumatom oder einem eine Aminogruppe bildenden Stickstoffatom am anderen endständigen Kohlenstoffatom; das eine Hydroxylgruppe tragende Siliciumatom und das eine Aminogruppe bildende Stickstoffatom werden auf der Oberfläche der Trägerplatte fixiert, wodurch das Molekül seine freie Orientier-barkeit verliert; die Längsachsen der Moleküle der Silanverbindung werden in einer Ebene fixiert und die Flüssigkristallmoleküle somit in dieser Ebene orientiert.

Eine zurzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden beispielsweise erläutert.

N-(Trimethoxysilylpropyl)-äthylendiamin (das im folgenden als «SEA» bezeichnet wird) wird in Wasser zu einer Konzentration von 0,01 Gew.-% gelöst. Eine Natronglasplatte, die mit einem durchsichtigen, elektrisch leitfähigen Film aus Indiumoxyd als Elektrode auf ihrer Oberfläche versehen ist, wird in diese Lösung getaucht und einer Ultraschallanregung unterworfen. Die Glasplatte wird aus der Lösung herausgenommen und getrocknet, wobei man eine Trägerplatte für flüssige Kristalle erhält, auf der eine Elektrode vorgesehen ist und die einen Überzugsfilm aus der aus dem «SEA» gebildeten Silanverbindung mit einer Dicke von 10 bis 1000 Angströmeinheiten trägt.

Die Qualität der horizontal homogenen Orientierung wird in Abhängigkeit davon beobachtet, ob die Trägerplatte vor der Kombination mit flüssigen Kristallen einer Reibebehandlung unterworfen worden ist oder nicht. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt, wobei O und X gute bzw. schlechte Qualität bedeuten und A eine fast homogene Orientierung (obgleich nicht von guter Qualität) bedeutet.

25

Flüssigkristall

Trägerplatte Reibebehandlung

SEA-Behandlung, Reibebehandlung

Methoxybenzyli-

O

den-n-butylanilin

p-Cyanopentyl-

X

O

biphenyl

p-Methoxy-p-but-

X

o oxyazobenzol

p-Methoxybenzoe-

A

o säurepentylester

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Trägerplatte für flüssige Kristalle mit einer Elektrode auf der Seite, die mit den flüssigen Kristallen in Berührung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte mit einem Film überzogen ist, der eine offenkettige Silanverbindung mit mindestens 5 2 Kohlenstoffatomen aufweist, die am einen endständigen Kohlenstoffatom ein Siliciumatom und am anderen endständigen Kohlenstoffatom ein Siliciumatom oder ein Stickstoffatom trägt, wobei das Siliciumatom mindestens eine Hydroxylgruppe trägt bzw. das Stickstoffatom das Stickstoffatom einer 10 Aminogruppe darstellt.
2. Trägerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundstruktur der Silanverbindung der Formel:

HO-S:

-C-C-

■Si-OH

(I)

entspricht.
3. Trägerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundstruktur der Silanverbindung der Formel:
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Formel III Ri, R2 und R3, die gleich oder verschieden sind, Wasserstoff, Methyl, Methoxy oder Chlor bedeuten,

wobei aber mindestens eines dieser Symbole Methoxy oder Chlor darstellt und Alk Äthylen oder Trimethylen bedeuten.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Formel IV Ri, R2 und R3, die gleich oder verschieden sind, Wasserstoff, Methyl, Methoxy oder Chlor bedeuten,

wobei aber mindestens eines dieser Symbole Methoxy oder Chlor darstellt, Alk Äthylen oder Trimethylen bedeutet und X Methyl, Äthyl, Propyl, Allyl, Aminoäthyl, Aminopropyl, Metho-xycarbonylmethylaminoäthyl, Methoxycarbonylmethylamino-propyl, Äthoxycarbonylmethylaminoäthyl, Äthoxycarbonyl-methylaminopropyl, Methoxycarbonyläthylaminoäthyl, Metho-xycarbonyläthylaminopropyl, Äthoxycarbonyläthylaminoäthyl, Äthoxycarbonyläthylaminopropyl, H2N-(CH2CH2)n-, H2N-(CH2CH2X,-, H-(NHCH2CH2)n- oder H-(NHCH2CH2CH2)n- darstellt, wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 20 ist.
7. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer Trägerplatte nach Anspruch 1.
8. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7 mit einer Trägerplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3.

HO-Si C-C N

H

H

25

(II)

entspricht.
4. Verfahren zur Herstellung einer Trägerplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Trägerplatte für flüssige Kristalle mit einer Elektrode auf der Seite, die mit den flüssigen Kristallen in Berührung ist, mit dem die im 35 Patentanspruch 1 definierte Silanverbindung aufweisenden Film überzieht, indem man eine wässrige Lösung einer Vorläuferverbindung der Formel:

R-,

Ri

40

n2-Si-Alk-Si-R2

(III)
R.
R.

3 45

oder einer Vorläuferverbindung der Formel:

R-,

R0-Si-Alk-NH-X

2 I

R,

(IV)

55

worin Ri, R2 und R3, die gleich oder verschieden sind, Wasserstoff, Alkyl mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Alkoxy mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen oder Halogen bedeuten, wobei aber mindestens eines dieser Symbole Alkoxy mit 1 bis 8 Kohlenstoffato- so men oder Halogen darstellt, Alk Alkylen mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen darstellt und X Alkyl mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Alkenyl mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, H2N-Alkyl mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Alkoxycarbonylalkyl-NH-alkyl mit jeweils 1 bis 8 Kohlenstoffatomen in jedem Alkylrest, H2N- 65 (CH2CH2V, H2N-(CH2CH2CH2)n-, H-(NHCH2)n- oder H-(NHCH2CH2CH2)n- darstellt, wobei n eine ganze Zahl von nicht mehr als 30 ist, aufbringt.