DE2635630A1

DE2635630A1 - Halteplatte fuer fluessige kristalle

Info

Publication number: DE2635630A1
Application number: DE19762635630
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Funada; Hiroshi Kuwagaki
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1975-08-09
Filing date: 1976-08-07
Publication date: 1977-02-10
Also published as: US4151326A; CH621003A5; DE2635630B2; DE2635630C3; JPS5220847A

Description

5 KÖLN 1 6.8.1976 AvK/IM

Halteplatte für flüssige Kristalle

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halteplatte füreinen flüssigen Kristall. Insbesondere betrifft sie eine Halteplatte für einen flüssigen Kristall, der in eine mit flüssigem Kristall versehene Anzeigevorrichtung eingebaut werden soll nnd gute homogene Orientierung des flüssigen Kristalls im Anfangsstadium, d.h. im nicht angeregten Zustand sicherstellt.

In Anzeigevorrichtungen oder -geräten mit flüssigen Kristallen, die die Modifizierung der Orientierung in den Molekülen eines nematischen oder eines cholesterischen flüssigen Kristalls verwenden, die durch die Änderungen der Intensitäten des elektrischen Feld, des magnetischen Felds, der Wärme o.dgl. verursacht werden, ist es wichtig, diese Moleküle in einem guten homogenen Orientierungszustand in der anfänglichen Stufe anzuordnen.

Um eine solche gute homogene Orientierung zu verwirklichen, ist eine Methode bekannt, bei der eine Halteplatte für einen flüssigen Kristall mit einem Baumwolltuch gerieben wird ( P. Chatelaine, Bull.Soc.Fr. Mineral.Crystallogr., 66, 1o5 (1943)). Während diese Methode wirksam in der Ausrichtung der Richtungen der longitudinalen Achsen der Moleküle der flüssigen Kristalle, die völlig unausgerichtet auf einer Ebene in der Reibrichtung verteilt sind, ist, ist die Methode nicht wirksam, um die longi-

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tudinalen Achsen der Moleküle des flüssigen Kristalls in eine horizontalen Beziehung zu der Oberfläche der Halteplatte zu richten. Die Orientierung der Moleküle des flüssigen Kristalls hängt weitgehend und sensitiv von der Art des Materials ab, das die Oberfläche der Halteplatte bildet, und eine horizontale homogene Orientierung ist im allgemeinen kaum erhältlich. Insbesondere im Fall eines Azoxy-Flüssigkristalls ist es unmöglich, die horizontale homogene Orientierung auf einer Halteplatte aus Glas durch die genannte Reibmethode zu erzielen.

Es wurde nun unerwarteter Weise gefunden, daß das Aufbringen einer gewissen spezifischen Silanverbindung auf die Oberfläche einer Halteplatte die mit dem flüssigen Kristall in Berührung gebracht wird, es möglich macht, die Moleküle des flüssigen Kristalls in einem guten Zustand der horizontalen homogenen Orientierung anzuordnen. Dies liegt der Erfindung zugrunde.

Die Erfindung betrifft eine Halteplatte für einen flüssigen Kristall mit einer Elektrode an der Seite, die mit dem flüssigen Kristall in Berührung steht und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte mit einem Film überzogen ist, der eine nachstehend definierte Silanverbindung enthält.

Die Silanverbindung, die den Überzugsfilm auf der Oberfläche einer Halteplatte gemäss der Erfindung bildet, ist eine Silanverbindung mit einer offenen Kette mit wenigstens zwei Kohlenstoffatomen, die an einem endständigen Kohlenstoffatom ein Siliciumatom und am anderen endständigen Kohlenstoffatom ein Siliciumatom oder ein Stickstoffatom aufweisen, wobei an das Siliciumatom wenigstens eine Hydroxylgruppe gebunden ist und das Stickstoffatom ein Stickstoffatom in einer Aminogruppe ist. Dementspre-chend haben die Silanverbindungen eine der beiden folgenden Grundstukturen:

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I Μ I

HO-Si- -C-C- -Si-OH

I M I

III HO-Si- -C-C

Zur Bildung des Überzugfilms der Silanverbindung kann die Silanverbindung selbst auf die Oberfläche der Halteplatte aufgebracht werden. Vom praktischen Standpunkt wird jedoch eine Verbindung, die die Silanverbindung in Wasser bilden kann (nachstehend als "Vorstufenverbindung" bezeichnet) üblicherweise anstelle der Silanverbindung verwendet.

Vorstufenverbindungen werden durch die folgende Formel umfasst:

R₁ R₁

I¹ I¹

R₂-Si-AIk-Si-R₂

^R3 ^R3

in der R₁, R~ und R_ jeweils Wasserstoff, C₁-C₀ Alkyl,

I £■ J

vorzugsweise Methyl, ^c-i~^cq Alkoxy, vorzugsweise Methoxy oder Halogen, vorzugsweise Chlor, sind, aber wenigstens eines von ihnen ein C.-Cg Alkoxy oder Halogen ist und Alk C₂-Cg Alkylen, vorzugsweise Äthylen oder Trimethylen,

und solche Verbindungen der folgenden Formel

R₀-Si-AIk-NH-X

² I

^R3

6G^f;.../1ß/Q93 2

original

λ -630

in der R , R₂, R_ und Alk jede die oben genannte Bedeutung haben und X C₁-Co Alkyl, vorzugsweise Methyl, Äthyl oder Propyl, C₂-Cn Alkenyl, vorzugsweise Allyl, H₂N-(C₁-Co)Alkyl, vorzugsweise Aminoäthyl oder Aminopropyl, C₁-Cg Alkoxycarbonyl(C₁-C_g)Alkyl-NH-(C₁-Cg)Alkyl, vorzugsweise Methoxycarbonylmethylaminoäthyl, Methoxycarbonylmethylaminopropyl, Äthoxycarbonylmethylaminoäthyl, Äthoxycarbonylmethylaminopropyl, Methoxycarbonyläthylaminoäthy1, Methoxycarbonyläthylaminopropy1, Äthoxycarbonyläthylaminoäthyl oder Äthoxycarbonyläthylaminopropyl, H₀N-(CH₀CH₀) -, H₀N-(CH₀CH₀CH₀) -, H- (NHCH₀CH₀) -¹

Z £ £ Tl £ A A A Ti £* £» Ti.

Orier H-(NHCH₂CH₂CH₂) - ist, wo'bei η eine ganze Zahl von j nicht mehr als 3o, vorzugsweise von 1 - 2o ist. ,

Spezielle Beispiele der Vorstufenverbindung sind folgende: (CH₃O)₃Si(CH₂)₃NH(CH₂),,NH,,; !

(CH₃O)₃Si(CH₂)₃NH(CH₂)₂NHCH₂COOCH₃; ^

(CH₃O)₃Si(CH₂)₂NH(CH₂CH₂NH)_nH;
Cl₃Si(CH₂)₃NH(CH₂)₂NHCH₂COOCH₃;
Cl₃Si(CH₂)₃NH(CH₂CH₂NH)_nH;
Cl₃Si(CH₂)₃NH(CH₂J₂NH₂;

Cl₂(GH₃) Si (CH₂)₃NH(CH₂)₂NH₂;
(CH₃O)₃Si(CH₂J₂NHCH₂CH=CH₂,

Als ein typisches Beispiel für die Bildung des Überzugsfilms wird das folgende Verfahren genannt: Die Vorstufen- ■« verbindung wird in Wasser gelöst, um eine Konzentration von o,oo1 bis o,1 Gew.-%, vorzugsweise von etwa o,o1 Gew.-% herzustellen. Eine Glasplatte mit einem transparenten Film (1oo A bis 1 u, vorzugsweise 5oo - 1ooo S) eines elektrisch leitenden Materials (z.B. Indiumoxyd, Zinn(IV)oxyd) als Elektrode auf der Oberfläche wird in die erhaltene Lösung getaucht, worauf die Platte in der Lösung der Ultraschallanregung unterworfen wird, wonach sie aus der Lösung genommen und getrocknet wird.

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.^630

Wenn die Moleküle eines flüssigen Kristalls mit der so beschichteten Oberfläche der Halteplatte in Berührung gebracht werden, werden sie mit ihren Longitudinalachsen parallel zu dieser Oberfläche angeordnet. Da jedoch die Richtungen der Longitudenachsen der Moleküle nicht gut innerhalb einer Ebene angeordnet sein können, wird es bevorzugt, die Molekülanordnung in einer Richtung durch die genannte Reibmethode zu orientieren, wodurch eine zufriedenstellende horizontale homogene Orientierung sicher erreicht werden kann.

Als flüssige Kristalle, &ren Moleküle gemäss der Erfindung gut angeordnet werden können, um eine gute horizontale homogene Orientierung zu ergeben, können als Beispiele genannt werden: Schiffsche Basen, Bipheny!verbindungen, Azoxyverbindungen, Azoverbindungen, Ester, Cholesterinderivate usw. Mischungen dieser flüssigen Kristalle oder dieser flüssigen Kristalle mit optisch aktiven Substanzen sind ebenfalls Beispiele solcher flüssigen Kristalle.

Die Halteplatte gemäss der Erfindung wird vorteilhaft in jeder Anzeigevorrichtung mit einem flüssigen Kristall verwendet, bei der eine horizontale homogene Orientierung in der Änfangsstufe erforderlich ist. So kann sie in Anzeigegeräten mit flüssigen Kristallen verwendet werden, wie z.B. vom gedrehten nematischen elektrischen Feldwirkungstyp (twisted nematic electric field effect type), vom Fredericksz-Type' (induzierter Doppelbrechungs-elektri-* scher Feldwirkungstyp) (induced birefringence electric field effect type), vom cholesterisch-nematischen Phasenübergangstyp (cholesteric-nematic phase transition type), vom dynamischen Streuungstyp (dynamic scattering type) vom Orientierungsfluktuationstyp (orientation fluctuation type) usw.

Wie oben ausgeführt, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Anordnung von Molekülen von Flüssigkristallen in 60S :^;i 86/0932

-S-

einer horizontalen homogenen Orientierung. Als Ergebnis ist der Grad der Anzeige, wie z.B. die Gleichförmigkeit der Anzeige, die Integrität der sichtbaren Richtung, die Stabilität des Schwellenwertes beim photoelektrischen Effekt und die Verbesserung der Ansprechcharakteristika verbessert.

Beispielsweise sind die Ansprechcharakteristika eines Anzeigegerätes mit flüssigem Kristall des verdrehten nematischen elektrischen Feldeffekt-Typs, der mit einer Halteplatte mit einem Überzugsfilm der Silanverbindung gemäss der vorliegenden Erfindung versehen ist, in der folgenden Tabelle gezeigt:

nicht beschichtet beschichtet

Anspringzeit (mSek) 11o 9o

Abdrehzeit (mSek) 14o 12o

Der Überzugsfilm wurde unter Verwendung von N-(Trimethoxysilylpropyl)-äthylendiamin gebildet. Die Dicke der flüssigen Kristallschicht ist 1o um, flüssiger Kristall, Biphenyl-gemischter flüssiger Kristall E-7-Typ, hergestellt durch BDH; Spannung, 3 Vrms 32 Hz.

Der Grund, warum der Überzugsfilm der Silanverbindung die oben erklärte technische Wirkung hat, ist nicht gewiss, jedoch wird folgendes angenommen: Die Vorstufenverbindung wird gelöst, um eine Silanverbindung zu bilden, die ein endständiges Siliciumatom aufweist, das eine Hydroxylgruppe trägt und am anderen Ende ein endständiges Silicium-atom, das eine Hydroxylgruppe trägt, oder ein Stickstoffatom, das eine Aminogruppe bildet, aufweist; das eine Hydroxylgruppe tragende Siliciumatom und das eine Aminogruppe bildende Stickstoffatom werden an die Oberfläche der Halteplatte gebunden, wobei das Molekül seine Orientierungsfreiheit verliert; die longitudinalen Achsen der Moleküle der Silanverbindung sind in einer Ebene fixiert und die Moleküle des flüssigen Kristalls

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fpepOk

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-7-sind so in dieser Ebene orientiert.

Eine ζ.Zt. bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung der Erfindung erläutert.

N-(Trimethoxysilylpropyl)-äthylendiamin (nachstehend als SEA bezeichnet) wird in Wasser gelöst, um eine Konzentration von o,o1 Gew.-% herzustellen. In die erhaltene Lösung wird eine Natriumcarbonatglasplatte, die mit einem transparenten, elektrisch leitenden Film aus Indiumoxyd als Elektrode auf der Oberfläche versehen ist, getaμcht, und der Ultraschallanregung unterworfen. Die Glasplatte wird aus der Lösung herausgenommen und getrocknet, wobei eine Halteplatte für einen flüssigen Kristall erhalten wird, auf der die Elektro-de vorgesehen und die aus SEA stammende Silanverbindung aufgebracht ist, um einen Film von 1o bis 1000 8 Dicke zu ergeben.

Die Qualität der horizontalen homogenen Orientierung wird an Halteplatten beobachtet, die einmal der Reibbehandlung und zum andern nicht der Reibbehandlung unterworfen wurden und mit einem flüssigen Kristall kombiniert worden sind. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt, in der 0 gute Qualität und X schlechte Qualität und^ fast homogene Orientierung (obwohl von nicht guter Qualität) anzeigen.

Flüssiger Kristall Platte

	der lung	Reibbehand- unterworfen	der Behandlung mit SEA und der . '* Reibbehandlung : unterworfen
Methoxyb.enzyliden- n-butylanilin		0	0
p-Cyanopentylbiphenyl		X	0
p-Methoxy-p-butoxy- azobenzol		X	0
Pentyl-p-methoxy- benzoat		/\	0

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ORtGINAU INSPCCtCD

Claims

2 > 5 6 3 O

-8-Patentansprüche

_K1 j Halteplatte für einen flüssigen Kristall mit einer Elektrode auf der Seite, die mit dem flüssigen Kristall in Berührung ist, dadurch gekennzeichnet,, daß die Platte mit einem Film überzogen ist, der eine Silanverbindung enthält, die aus einer offenen Kette mit wenigstens 2 Kohlenstoffatomen und an einem endständigen Kohlenstoffatom einem Siliciumatom und am anderen endständigen Kohlenstoffatom einem Siliciumatom oder einem Stickstoffatom gebildet ist, wobei an das"Siliciumatom wenigstens eine Hydroxylgruppe gebunden ist und das Stickstoffatom ein Stickstoffatom in einer Aminogruppe ist.

2. Halteplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Silanverbindung die Grundstruktur der Formel

I I I I HO-Si C-C Si-OH

aufweist.

3. Halteplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Silanverbindung enthaltende Film durch Anwendung einer wässrigen Lösung einer Vorstufenverbindung der Formel gebildet worden ist:

R₁ R₁
I¹ I¹

R₂-Si-AIk-Si-R₂

R₃

in der R₁, R₂ und R₃ jeweils Wasserstoff, C.-Cg Alkyl, C₁-C₈ Alkoxy oder Halogen sind, aber wenigstens eines von ihnen C₁-Cg Alkoxy oder Halogen ist und Alk C₃-C₈ Alkylen ist.

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; 5630

-Θ Α. Halteplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß R-IfR₂ ^{und R}3 J^eweils Wasserstoff, Methyl, Methoxy oder Chlor sind, aber wenigstens eines von ihnen Methoxy oder Chlor ist und Alk Äthylen oder Trimethylen ist.

5. Halteplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Silanverbindung die folgende Grundstruktur aufweist

¹ Il /H HO-Si- -C-C- -N

¹ Il \h

6. Halteplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Silanverbindung enthaltende Film durch Anwendung einer wässrigen Lösung einer Vorstufenverbindung der Formel gebildet worden ist:

R₂-Si-AIk-NH-X
^R3

in der R₁, R₂ und R₃ jeweils Wasserstoff, C₁-C₃ Alkyl, C₁-C₀ Alkoxy oder Halogen sind, jedoch wenigstens eines

von ihnen C₁-C₃ Alkoxy oder Halogen ist, Alk C₃-C₃ Alkylen und X C₁-C₈ Alkyl, C₃-C₈ Alkenyl, H₃N-(C₁-Cg)Alkyl, C₁-CgAlkoxycarbonyl(C₁-Cg)Alkyl-NH-(C. -Cg) Alkyl, H₂N-(CH₂CH₂)_n-, H₂N-(CH₂CH₂CH₂)_n-, H-(NHCH₂CH₂) oder H-(NHCH₂CH₂CH₂) - sind, wobei η eine ganze Zahl von nicht mehr als 3o ist.

7. Halteplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß R₁, R₂ und R jeweils Wasserstoff, Methyl, Methoxy oder Chlor sind, jedoch wenigstens eines von ihnen Methoxy oder Chlor ist, Alk Äthylen oder Trimethylen ist und

X das Folgende ist: Methyl, Äthyl, Propyl, Allyl, Aminoäthyl, Aminopropyl, Methoxycarbonylmethylaminoäthyl, Methoxycarbonylmethylaminopropyl, Äthoxycarbonylmethyl-609886/093 2

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-1ο-

aminoäthyl, ÄthoxycarbonyImethylaminopropyl, Methoxycarbonyläthylaminoäthyl, Methoxycarbonyläthylaminopropyl, Äthoxycarbonyläthylaminoäthyl, Äthoxycarbony1-äthylaminopropyl, H₉N-(CH CH ) -, H₉N-(CH₉CH₉CH₉) -,

^ C* £ XX £* £m C* " XX

H-(NHCH₉CH₀) - oder H-(NHCH₉CH₉CH₉) -, wobei η eine ganze Zahl von 1 bis 2o ist.

8. Anzeigevorrichtung mit flüssigem Kristall, der mit einer Halteplatte nach Ansprüchen 1-7 versehen ist.

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