DE69717135T2

DE69717135T2 - Flüssigkristallzusammensetzung und orientierungsschicht

Info

Publication number: DE69717135T2
Application number: DE69717135T
Authority: DE
Inventors: M. Calvert; Elicott City Chen. Mu-San; A. Grueneberg; R. Ratna; M. Schnur; Ranganathan Shashidhar
Original assignee: Geo Centers Inc; US Department of Navy
Current assignee: Geo Centers Inc; US Department of Navy
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1997-07-24
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2017-07-25
Also published as: EP0938528A1; WO1998004652A1; DE69717135D1; JP2000515923A; CA2261776A1; EP0938528B1; US6156232A; EP0938528A4; TW523542B; KR20000029485A; KR100483504B1

Description

1 Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine neue gerichtet gekoppelte, für die Ausrichtung von Flüssigkristallen verwendbare Oberfläche. Verfahren für das Herstellen dieser neuen Oberfläche werden auch beschrieben und genauso wie ein bevorzugtes Verfahren, bei dem eine polymerisierbare selbst aufgebaute und hochauflösungsgestaltbare sorbierte Schicht durch polarisierte Strahlung polymerisiert wird. Folglich betrifft die Erfindung die Entwicklung eines neuen Ausrichtungsverfahrens für Flüssigkristalle, das kein mechanisches Reiben benötigt und für Großflächenflachbildschirme geeignet ist. Das Verfahren erzeugt durch eine Kombination von Chemisorption und Photopolymerisation eine anisotrope Oberfläche mit "molekularen Vertiefungen", die die Flüssigkristallmoleküle in ihre Orientierung führen. Die Erfindung stellt auch neue Verbindungen für eine Verwendung in den erfindungsgemäßen Oberflächen und Verfahren bereit.

2 Hintergrund

Flachbildflüssigkristall- (LC) Bildschirmvorrichtungen benötigen typischerweise Substrate, die die gleichmäßig ebene und uniaxiale Orientierung von Flüssigkristallmolekülen bereitstellen. Gegenwärtig wird eine solche Ausrichtung dadurch erreicht, dass zuerst ein Substrat mit einem Polymer (Polyamid, Polyimid, usw.) schleuderbeschichtet wird und anschließend die Polymeroberfläche mit Baumwolle, Kaninchenfell, usw. mechanisch gerieben wird. Diese Technik besitzt jedoch inhärente Probleme derart, dass es schwierig ist, eine vorhersehbare gleichmäßige Ausrichtung über große Bereiche zu erhalten. Zusätzlich erzeugt das Reiben sowohl Ladungen als auch Staub. Diese Ladungen führen ihrerseits zum Ausfall von LC-Vorrichtungen aufgrund von z. B. Kurzschluss von leitenden Oberflächen, usw. und Staub kann Fehlstellen schaffen. Deshalb besteht ein gegenwärtiger industrieller Bedarf für eine Oberfläche, die eine uniaxiale Flüssigkristallausrichtung (d. h. sowohl planare Ausrichtung (eine Ausrichtungsorientierung, in der die Längsachse (oder mittlerer Direktor) des Flüssigkristalls nicht senkrecht zu der Ebene der Substratoberfläche steht) als auch homeotrope Ausrichtung, in der Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu der Substratoberfläche stehen) fördert, ohne den Bedarf, die Oberfläche eines Substrats mechanisch zu reiben, und für eine einfache Technik für ein Herstellen einer solchen Oberfläche. Farblose Substrate, die Flüssigkristallmoleküle ausrichten, sind auch wünschenswert für Hochkontrastanwendungen, usw.
Gegenwärtige Ansätze, die mit geriebenen Oberflächen auftretenden Probleme anzugehen, beinhalten die Beschichtung von Substraten mit Langmuir-Blodgett- (LB) Schichten und die Polymerisation oder Bestrahlung von mit Polymeren beschichteten Substraten mit polarisiertem Licht.
In dem LB-Film-Ansatz treten Hauptprobleme auf, die bis jetzt noch nicht gelöst wurden: (i) es ist sehr schwierig, ein LB-Verfahren zu Produktionszwecken maßstäblich zu vergrößern, und (ii) eine verwendbare Ausrichtungsschicht wird nur durch die Schicht-für-Schicht-Abscheidung von Einzelschichten auf ein Substrat an der Luft-Wasser-Grenzfläche einer LB- Mulde hergestellt. Da sich die an der Luft-Wasser-Grenzfläche in einer LB-Mulde anwesende Einzelschicht nicht in ihrem thermodynamisch stabilen Zustand befindet, besitzt die erhaltene Ausrichtungsschicht keine langfristige mechanische und thermische Stabilität.
LB-Schichten enthalten auch im Allgemeinen Inhomogenitäten oder Defektbereiche innerhalb der Ebene des Films. Dies macht es schwierig, die uniaxiale Ausrichtung einer Flüssigkristallverbindung über einen großen Bereich zu erhalten. Außerdem sind LB-Filme dafür bekannt, dass sie eine beträchtliche Degeneration im Hinblick auf die Neigung der LB- bildenden Moleküle innerhalb der Ebene des Films besitzen. Folglich ist es nicht möglich, spezifische vorgeneigte Richtungen auf der Substratoberfläche zu erhalten.
Alternative Ansätze wie schleudergegossene leitende Polymerfilme sollen untersucht werden. In dem Fall des leitenden Polymer-Ansatzes, Filme aus dem leitenden Polymer, ist die Vorstellung, die Polyimidschicht durch das leitende Polymer als Ausrichtungsschicht zu ersetzen. Dieser Ansatz muss noch zeigen, dass mit ihm eine gleichmäßige Ausrichtung möglich ist.
Somit besteht ein gegenwärtiger Bedarf für ein neues Ausrichtungsverfahren ohne Reiben, das reproduzierbar und auf sowohl TN- als auch STN-Vorrichtungen anwendbar ist und das einfach maßstäblich vergrößert und in die/das bestehende Technologie/Produktionsverfahren eingebracht werden kann.
Hercules (US-PSen 5,032,009, 4,974,941, 5,073,294; Nature, Bd. 351, 49, Mai 1991; Liquid Crystals, Bd. 12, Nr. 5, 869, 1992; Newsletter of the Int. Llq. CrystL Soc. ("Liquid Crystals Today"), Bd. 4, Nr. 2, 1994, alle hierin durch Zitierung eingeschlossen) hat die Ausrichtung von Flüssigkristallen, die gegebenenfalls Farbstoffe enthalten, mit polarisiertem Licht und die Herstellung einer Oberfläche berichtet, die aus einem isomerisierbaren Farbstoff hergestellt wurde, der zuerst in einem Polymer dispergiert und anschließend mit polarisiertem Licht bestrahlt wird. Weder der Flüssigkristall selbst noch der Farbstoff noch ein Gast-Polymer ist kovalent an das Substrat gebunden und die Ausrichtungsoberfläche ist instabil: Hitze und/oder anschließende Bestrahlung verändert oder löscht jede anfangs erhaltene Orientierungsausrichtungswirkung aus.
Schadt et al. (Jpn. J. Appl. Phys., Bd. 31, Pt 1, Nr. 7, Seite 2155 (1992); EP-Patente 525,477, 525,473 und 525,478, alle hierin durch Zitierung eingeschlossen) haben auch Ausrichtungsoberflächen beschrieben, die durch Bestrahlung von Polymeren mit an das Polymerrückgrat gebundenen anhängenden polymerisierbaren Gruppen unter Verwendung polarisierten Lichts hergestellt werden. Diese Oberflächen benötigen jedoch eine Vorpolymerisation und sind wie die vorstehend beschriebenen nicht kovalent an eine Substratoberfläche gebunden. Außerdem treten, falls Polymerschichten wie diejenigen von Schadt und Gibbons dünn gemacht werden, um die Steuerspannung zu senken, kleine Löcher auf, die Defekte und Kurzschlüsse verursachen.
Schließlich hat Ichimura (Zusammenfassung von der Tawiguchi-Konferenz (Japan), 1994, hierin durch Zitierung eingeschlossen) polarisiertes Licht verwendet, um Polymere, die Seitenketten-Azobenzole tragen, zu orientieren. Die Polymere wurden auf die Substrate unter Verwendung einer LB-Technik und einer Schleuderbeschichtungstechnik aufgetragen und zeigten eine Ausrichtung von damit in Kontakt stehenden Flüssigkristallen. Jedoch sind diese Filme wie jene von Schadt und Gibbons nicht an die Substratoberfläche gebunden und sie besitzen die allgemeinen für solche Filme vorstehend diskutierten Nachteile als auch die im Hinblick auf LB-Filme beschriebenen.
Folglich bleibt ein Bedarf für eine widerstandsfähige, neue, nicht geriebene, nicht auf LB basierende Ausrichtungsoberfläche, die einfach hergestellt und in Flüssigkristallvorrichtungen, die Ausrichtungsschichten benötigen, verwendet werden kann. Die Erfindung stellt eine solche Oberfläche bereit.
Es bleibt auch ein Bedarf für neue Verbindungen bestehen, die in den erfindungsgemäßen Oberflächen und Verfahren verwendet werden können.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demzufolge ist ein erfindungsgemäßer Gegenstand die Bereitstellung einer Oberfläche für die uniaxiale planare Ausrichtung, homeotrope Ausrichtung, usw. von damit in Kontakt stehenden flüssigkristallinen Molekülen, wobei der Vorneigungswinkel θ der ausgerichteten Flüssigkristalle von 0º ≤ θ ≤ 90º variiert (gemessen als der Winkel, den die Langachse (Direktor) des flüssigkristallinen Moleküls mit der Oberflächenebene des Substrats bildet).
Ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand ist die Bereitstellung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, räumlichen Lichtmodulatoren, Phasenmodulatoren, nicht-linearen optischen Vorrichtungen, usw., umfassend Substrate, die eine uniaxiale planare Ausrichtung, homeotrope Ausrichtung, usw. von damit in Kontakt stehenden Flüssigkristallmolekülen bereitstellen.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand ist die Bereitstellung eines einfachen Verfahrens für eine Herstellung einer Oberfläche, die die uniaxiale planare Ausrichtung, homeotrope Ausrichtung, usw. von damit in Kontakt stehenden Flüssigkristallmolekülen ermöglicht.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand ist die Bereitstellung einer Ausrichtungsoberfläche für Flüssigkristalle, die gefärbt oder farblos ist, die die Steuerung des Vorneigewinkels θ von damit in Kontakt stehenden Flüssigkristallmolekülen von 0º bis 90º bereitstellt und die eine uniaxiale planare Ausrichtung ermöglicht (was bedeutet, dass für alle θs verschieden von 0º und 90º alle oder im Wesentlichen alle der mit der Oberfläche in Kontakt stehenden flüssigen Kristallmoleküle sich in die gleiche Richtung neigen).
Ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand ist die Verwendung von Verbindungen der Formel (II)
worin jede der Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; unabhängig ein H-Atom, eine lineare oder verzweigte CnH2n+1-, lineare verzweigte OCnH2n+1- oder NO&sub2;-Gruppe ist, worin n eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, mit der Maßgabe, dass nicht alle Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; H-Atome sind, für die Herstellung einer Oberfläche für die uniaxiale planare Ausrichtung von Flüssigkristallen.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand ist die Bereitstellung von neuen Verbindungen, die Oberflächen mit verbesserten Vorneigungseigenschaften liefern.
Diese und andere Gegenstände, die nach einer Durchsicht der nachstehenden genauen Beschreibung deutlich werden, wurden alle dadurch erreicht, dass die Erfinder eine Oberfläche mit anisotropen chemischen und, wie angenommen, geometrischen Merkmalen gefunden haben, die damit in Kontakt stehende Flüssigkristallmoleküle in bevorzugte Orientierungen und in Neigungswinkel θ von 0º bis 90º führen.
Die Erfinder haben auch herausgefunden, dass Verbindungen der Formel
[X]m-[S]n-[P]o 1
worin
X eine zur Adsorption, Absorption oder Chemisorption auf eine Oberfläche oder ein Substrat fähige chemische funktionelle Gruppe ist,
S eine Abstandsgruppe ist und
P eine gerichtet-kappelbare Gruppe der Formel (I):
ist, worin jede Gruppe R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; ein H-Atom, eine CnH2n+1-, OCnH2n+1- oder NO&sub2;- Gruppe ist, worin n eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, mit der Maßgabe, dass nicht alle Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; H-Atome sind, und n, m und o der Formel [X]m-[S]n-[P]o alle ganze Zahlen größer oder gleich 1 sind und m ≥ n und o ≥ n ist, Oberflächen liefern, die verbesserte Vorneigungseigenschaften aufweisen.
Auch sind Verbindungen der Formel
[X]m-[S]n-[P]o 1
bevorzugt, worin X und S wie vorstehend definiert sind, und P eine gerichtet koppelbare Gruppe ist und n der Formei 1 entweder 0 oder eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, m und o beide ganze Zahlen größer oder gleich 1 sind, worin m > n der Formel 1 und o > n der Formel 1 ist und worin P die nachstehende Formel (IA)
besitzt, worin jede der Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; ein H-, Br-, Cl-, F-Atom, eine CF&sub3;-, CN-, NC-, lineare oder verzweigte und racemische oder chirale -CO&sub2;CnH2n+1-, lineare oder verzweigte und racemische oder chirale CnH2n+1-, lineare oder verzweigte und racemische oder chirale OCnH2n+1-, OCH&sub2;CnF2n+1-, NO&sub2;- oder OH-Gruppe ist, worin n von solchen Gruppen R¹-R&sup5; eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine vollständigere Würdigung der Erfindung und vieler der damit verbundenen Vorteile wird leicht dadurch erreicht, dass dieselben im Hinblick auf die nachstehende genaue Beschreibung unter Berücksichtigung der begleitenden Zeichnungen leicht verstanden werden, worin:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Chemisorption von Silanmolekülen auf eine Oberfläche ist. Ein Substrat wird in eine Lösung mit Silanmolekülen eingetaucht. Die Silane binden kovalent an die Oberfläche;
Fig. 2 die Strukturen von hydrophoben, in der Beschreibung angegebenen Silanen zeigt. Falls diese Silane auf eine Oberfläche chemisorbiert werden, fördern sie eine senkrechte (homeotrope) Ausrichtung von LC-Molekülen;
Fig. 3 die Strukturen von einigen hydrophilen, für eine LC-Ausrichtung untersuchten Silanen zeigt. Alle besitzen eine -NH&sub2;-(Amino)-Gruppe am Ende des Moleküls und eine Trialkoxysilylgruppe an dem anderen Ende;
Fig. 4 die optischen Strukturen zeigt, die mit E-63 auf einem mit verschiedenen hydrophilen Silanen behandelten ITO-Substrat erhalten werden;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform von verschiedenen Schritten ist, die in dem erfindungsgemäßen Ausrichtungsverfahren eingeschlossen sind, Schritt 2: gegebenenfalls Modifikation der chemisorbierten Silan- (DETA, EDA, APS oder ABTE) Schicht und Anbindung der photopolymerisierbaren Gruppe (Cinnamoylchlorid); Schritt 3: Bestrahlung durch polarisiertes UV-Licht und Bildung von Oligomer-Paaren (einschließlich β- Truxiamiden);
Fig. 6 die UV-Absorptionsspektren der chemisorbierten Silanschicht nach Anbindung der Cinnamoylchlorid-Einheit darstellt. (a) DETA, (b) EDA und (c) ABTE;
Fig. 7 die UV-Absorptionsspektren der chemisorbierten Silanschicht vor und nach Photopolymerisation darstellt;
Fig. 8 die Flüssigkristallausrichtung zeigt, die mit einer ebenen Glaszelle mit einer darauf gerichtet polymerisierten Oberfläche erhalten wird. Sowohl gerichtet-polymerisierte als auch unpolymerisierte Bereiche sind gezeigt. Die LC-Moleküle sind in einer gleichmäßigen planaren Orientierung in den polymerisierten Bereichen ausgerichtet (dunkler Bereich);
Fig. 9 die Flüssigkristallausrichtung in einer verdrillten nematischen (TN) Zelle zeigt, umfassend gerichtet gebundene, auf Substrate beschichtete Oberflächen. Die Basissubstrate bestehen aus blankem ITO-Glas. Sowohl gerichtet gebundene als auch nicht gebundene beschichtete Bereiche sind gezeigt. Die Flüssigkristall- (LC) Moleküle sind in einer gleichmäßigen planaren Orientierung in den gerichtet-gebundenen Bereichen ausgerichtet;
Fig. 10 die Flüssigkristallausrichtung in einer verdrillten nematischen Zelle zeigt, umfassend gerichtet gebundene, auf Substrate beschichtete Oberflächen. Basis-ITO- beschichtete Glassubstrate werden zuerst mit einer 690-Å-dicken hassivierungsschicht aus SiO&sub2; beschichtet. Sowohl gerichtet gebundene als auch nicht gebundene Bereiche sind gezeigt. Die LC-Moleküle sind in einer gleichmäßigen planaren Orientierung in den polymerisierten Bereichen ausgerichtet;
Fig. 11 die elektrooptischen Merkmale einer TN-Zelle mit einer gerichtet-gebundenen Beschichtung auf den Substraten zeigt. Die darunter liegenden Substrate bestehen aus blankem ITO-Glas;
Fig. 12 die elektrooptischen Merkmale einer TN-Zelle mit einer gerichtet-gebundenen Beschichtung auf den Substraten zeigt. Die darunter liegenden Substrate bestehen aus passiviertem ITO;
Fig. 13 einige der vielen alternativen, gerichtet koppelbaren Gruppen zeigt, die in der/dem erfindungsgemäßen Oberfläche und Verfahren verwendbar sind. X stellt ein absorbierbares, adsorbierbares, chemisorbierbares, usw. Molekülende dar. Die Abstandsgruppe ist hier eine Einfachbindung;
Fig. 14 ein Syntheseschema für die Synthese von bestimmten erfindungsgemäßen Verbindungen zeigt;
Fig. 15 eine Vielzahl von Chromophoren zeigt, die für die Modifikation der chemisorbierten erfindungsgemäßen Schicht synthetisiert wurden;
Fig. 16 ein Syntheseschema für die Synthese von bestimmten erfindungsgemäßen Verbindungen mit gerichtet koppelbaren Gruppen zeigt;
Fig. 17 den experimentellen Aufbau zeigt, der für die Messung des Vorneigungswinkels verwendet wurde;
Fig. 18 die Ergebnisse einer Vorneigungswinkelmessung für eine erfindungsgemäße Oberfläche zeigt;
Fig. 19 die Ergebnisse einer Vorneigungswinkelmessung für eine erfindungsgemäße Oberfläche zeigt;
Fig. 20 die Ergebnisse einer Vorneigungswinkelmessung für eine erfindungsgemäße Oberfläche zeigt;
Fig. 21 die Ergebnisse einer Vorneigungsmessung für eine erfindungsgemäße Oberfläche zeigt;
Fig. 22 die Ergebnisse einer Vorneigungsmessung für eine erfindungsgemäße Oberfläche zeigt;
Fig. 23 die Ergebnisse von Vorneigungsmessungen für verschiedene Oberflächen mit verschiedenen, an die chemisorbierte Schicht gebundenen Chromophoren zeigt. Das käuflich erhältliche Gemisch E7 wurde als Flüssigkristall verwendet;
Fig. 24 die Ergebnisse von Vorneigungsmessungen für verschiedene Oberflächen mit verschiedenen, an die chemisorbierte Schicht gebundenen Chromophoren zeigt. Das käuflich erhältliche Gemisch ZLI 4792 wurde als Flüssigkristall verwendet;
Fig. 25 die Ergebnisse von Vorneigungsmessungen für verschiedene Oberflächen mit verschiedenen, an die chemisorbierte Schicht gebundenen Chromophoren zeigt. Die käuflich erhältlichen Gemische E7 und ZLI 4792 wurden als Flüssigkristall verwendet;
Fig. 26 die Kettenlängenabhängigkeit von der Vorneigung für die käuflich erhältlichen Gemische E7 und ZLI 4792 unter Verwendung von 4-Alkoxychromophoren in der Ausrichtungsschicht zeigt;
Fig. 27 die Ergebnisse von Vorneigungsmessungen für verschiedene Oberflächen mit verschiedenen, an die chemisorbierte Schicht gebundenen Chromophoren zeigt. Die käuflich erhältlichen Gemische E7 und ZLI 4792 wurden als Flüssigkristall verwendet;
Fig. 28 die Ergebnisse von Vorneigungsmessungen für Ausrichtungsschichten mit fluorinierter Substitution zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfinder haben herausgefunden, dass eine anisotrope "sorbiei-te" (d. h. chemisorbierte, adsorbierte, absorbierte, usw.) gerichtet gebundene Schicht eine Oberfläche mit hervorragenden Ausrichtungseigenschaften liefert. Ihre Erkenntnis beinhaltet die Bildung von Schichten auf einer Substratoberfläche durch Chemisorption, gegebenenfalls gefolgt von einer chemischen Modifikation der chemisorbierten Schicht durch Anbindung einer gerichtetkoppelbaren Gruppe daran und schließlich Bildung einer anisotropen Oberfläche durch gerichtetes Koppeln unter Verwendung von z. B. polarisierter Strahlung. Ihre Erkenntnis beinhaltet auch eine Bildung einer Ausrichtungsschicht, die Moleküle mit sowohl chemisorbierbaren und gerichtet-koppelbaren Gruppen enthält, gefolgt von einer gerichteten Kopplung unter Verwendung von polarisierter Strahlung. Diese Verfahren können eine anisotrope Oberflächenausrichtungsschicht bilden, die die gleichmäßige planare Ausrichtung von LC- Molekülen ohne jegliches Reiben bereitstellt.
Die erfindungsgemäße Ausrichtungsoberfläche ist bevorzugt eine gerichtet gekoppelte Schicht von Molekülen, die an ein Substrat adsorbiert, absorbiert oder chemisch gebunden ist. Unter "Schicht" verstehen die Erfinder mehr als ein Molekül und die Erfindung ist nicht begrenzt auf eine Monoschicht, eine durchgehende Schicht, usw. Eine kovalente Bindungsbildung der Schichtmoleküle an das Substrat ist bevorzugt (d. h. Chemisorption). Zum Beispiel stellt eine OH-Gruppe auf der Oberfläche eines Glassubstrats eine Stelle für die Anbindung eines chemisorbierbaren Moleküls bereit. Chemisorption stellt somit, wie hierin verwendet, eine Ausrichtungsschicht mit langzeitiger thermischer und mechanischer Stabilität bereit; vgl. Fig. 1 für die Chemisorption von Silanen.
Insbesondere umfasst die erfindungsgemäße Ausrichtungsoberfläche eine gerichtet gebundene Schicht mit anisotropen chemischen (d. h. molekularen) und, wie vermutet, geometrischen Merkmaien. Diese Merkmale werden durch eine sorbierte (d. h. eine adsorbierte, absorbierte, bevorzugt chemisorbierte, usw.) Schicht oder Schichten bereitgestellt, die eine oder mehrere Verbindungen mit der nachstehenden allgemeinen Formel:
[X]m-[S]n-[P]o 1
umfasst/umfassen, worin X eine chemische, zur Adsorption, Absorption oder Chemisorption an eine Oberfläche oder an ein Substrat fähige funktionelle Gruppe ist, S eine Abstandsgruppe und P eine gerichtet koppelbare Gruppe ist.
X ist eine Gruppe, die an Oberflächen, insbesondere Oberflächen und Substrate sorbiert, die in Vorrichtungen verwendet werden, die ausgerichtete Flüssigkristalle benötigen (z. B. Glas, ITO-beschichtetes Glas, ITO-beschichtetes Glas mit Passivierungsschicht (insbesondere SiO&sub2;), ITO-beschichtetes Plastik, ITO-beschichtetes Plastik mit Passivierungsschicht (insbesondere SiO&sub2;), ITO-beschichtetes Borosilikat, ITO-beschichtetes Borosilikat mit Passivierungsschicht (insbesondere SiO&sub2;), Polymeroberflächen, Diamantoberflächen, Mikroporenenthaltende Materialien, Silikon-Wafer, gegebenenfalls umfassend ein vorbestimmtes Muster, nach Adsorption, Absorption oder Chemisorption der vorstehend beschriebenen Verbindungen geprägte Silikon-Wafer, usw.). Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Passivierungsschichten geeigneterweise eine Deckschicht oder unter einer ITO-Schicht sein können. Natürlich können Substrate, die verschieden von denjenigen sind, die derzeit in. Flüssigkristallvorrichtungen verwendet werden, auch mit den vorgenannten Verbindungen beschichtet werden. Beispiele von verwendbaren Oberflächen schließen Gold, Silber, Kupfer, Spiegeloberflächen, MgF&sub2;, Chrom, Platin, Palladium, Glimmer, Aluminiumoxid, Aluminium, amorphes hydriertes Siliciumdioxid, Galliumarsenis, Polysilizium, Sulfide, einschließlich Cadmiumsulfid, Selenide, Silberbromidfilme, oxidierte Metalloberflächen, Metalloberflächen, Plastik- (Polymer-) Oberflächen, usw. ein.
Zusätzlich zu den in Fig. 1 dargestellten Silanen schließen andere geeignete X-Gruppen jede chemische funktionelle Gruppe ein, die zur Sorption der vorgenannten Oberflächen geeignet ist. Chemische Gruppen, die zur kovalenten Bindung an die Substratoberfläche (Chemisorption) fähig sind, sind bevorzugt. Beispiele schließen jede Gruppe ein, die eine Si- O-Bindung mit einer Oberflächen-Hydroxylgruppe ausbildet, einschließlich z. B. SiR&sub2;OH, worin R eine C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Alkoxy- oder C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Alkylgruppe ist, -Si(OH)&sub3;, Mono-/Di-/Trialkoxysilane wie (C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Alkoxy)&sub3;SiCl, (C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Alkoxy)&sub2;SiCl&sub2; oder (C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Alkoxy)SiCl&sub3; und Mono-/Di- /Trialkylsilane wie (C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Alkoxy)&sub3;SiCl, (C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Alkyl)&sub2;SiCl&sub2; oder (C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Alkyl)SiCl&sub3;. Andere Beispiele für X schließen eine Carboxyl- (COO) Gruppe, phosphorhaltige Gruppen, eine Thiolgruppe, eine Alkoholgruppe, eine Carbonylglruppe, eine (Meth)-acrylatgruppe, Titanate, Zirkonate, eine Thiocyanatgruppe, eine (Meth)-acrylsäuregruppe, eine Isocyanatgruppe, eine lsothiocyanatgruppe, eine Acylcyanatgruppe, eine Acylthiocyanatgruppe, usw. ein, wobei jede X-Gruppe derart ausgewählt wird, dass sie an das gewünschte Substrat sorbiert, vorzugsweise chemisorbiert. Wo es möglich ist, kann die X-Gruppe chiral sein (z. B. eine Trialkoxysilangruppe mit verschiedenen Alkoxygruppen).
Es ist auch möglich, dass ein einzelschichtbildendes Molekül der Formel 1 zwei oder mehrere der vorstehenden chemischen funktionellen X-Gruppen enthält und dass eine oder mehr als eine für eine Sorption an die Oberfläche verwendet werden. Somit kann n in der vorstehenden Formel eine ganze Zahl größer als 1 sein und ist vorzugsweise 1-4 und insbesondere 1 oder 2. Ferner können X-Gruppen an verschiedenen schichtbildenden Molekülen aneinander gebunden sein, während andere an das Substrat sorbieren; vgl. Fig. 1, wo Oligomere sich durch X-Gruppen bilden.
S in der vorstehenden Formel ist eine Abstandsgruppe. Zusätzlich zu den in Fig. 3 beschriebenen Abstandsgruppen (Kohlenwasserstoffketten und Kohlenwasserstoffketten, die durch ein oder zwei NH-Gruppen unterbrochen sind) können andere Abstandsgruppen verwendet werden. Geeignete Abstandsgruppen schließen jede chemische Gruppe ein, die X von P trennt und die nicht X und P daran hindert, ihre Funktionen zu erfüllen. Zum Beispiel schließen geeignete Abstandsgruppen eine Einfachbindung und eine lineare C&sub1;-C&sub3;&sub0;- oder verzweigte C&sub3;-C&sub3;&sub0;-Alkylgruppe ein, die jeweils, falls mindestens zwei Kohlenstoffatome auftreten, gegebenenfalls durch eine oder mehrere aromatische Gruppen, Peptidgruppen, heterocychische Gruppen, NH-, NR-Gruppen, worin R eine C&sub1;-C&sub1;&sub8;-Kohlenwasserstoffgruppe ist, O-, S-Atome, COO-Gruppen, Gruppen mit oxydiertem Schwefel, d. h. SOn, worin n 1-4 ist, CO-, phosphorhaltige Gruppen, Gruppen mit oxidiertem Phosphor wie Phosphin-, Phosphat-, Phosphit-, usw. Gruppen, die bevorzugt nicht benachbart sind, unterbrochen sind. Die Abstandsgruppen können gegebenenfalls z. B. mit Hydroxyl-, Nitro-, Halogengruppen den nachstehend aufgelisteten Substituenten, usw. substituiert sein. Andere geeignete S-Gruppen schließen eine C&sub6;-C&sub7;&sub0;- (bevorzugt C&sub6;-C&sub1;&sub2;-, z. B. Phenylen, Naphthylen, Diphenylen, usw.) aromatische Gruppe, die gegebenenfalls mit Alkyl-, Hydroxyl-, Nitro-, Halogen-, usw. Gruppen substituiert ist, eine C&sub3;-C&sub3;&sub0;- (bevorzugt C&sub5;-C&sub3;&sub0;-) heterocyclische Gruppe, die gegebenenfalls mit Alkyl-, Hydroxyl-, Nitro-, Halogen-, usw. Gruppen substituiert ist, und eine gesättigte oder teilweise ungesättigte C&sub3;-C&sub3;&sub0;-cyclische Kohlenwasserstoffgruppe ein, die gegebenenfalls mit Hydroxyl-, Halogen-, Nitro-, usw. Gruppen substituiert ist, und substituierte und unsubstituierte Steroide wie Cholesterol, usw. einschließt. Es wird betont, dass jede Abstandsgruppe, die X und P verbindet und deren Funktionen nicht aufhebt, verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Abstandsgruppe kann chiral sein. Vorzugsweise trennt die Abstandsgruppe X von P um 1 bis 1000 Å, vorzugsweise 2 bis 70 Å, insbesondere 3 bis 30 Å, wobei 5, 10, 15, 20 und 25 Å und alle Bereiche dazwischen eingeschlossen sind, und sie ist chemisch gezielt aufgebaut, um einen gewünschten Vorneigungswinkel θ der vorzugsweise uniaxial gerichteten Flüssigkristallmoleküle in Kontakt mit den erfindungsgemäßen Oberflächen von 0º ≤ θ ≤ 90º (d. h. vollkommen planare bis homeotrope Ausrichtung) bereitzustellen.
Ein schichtbildendes Molekül der Formel 1 kann mehr als eine Abstandsgruppe tragen und besitzt vorzugsweise so viele Abstandsgruppen, wie es gerichtet koppelbare Gruppen gibt. Somit ist n eine ganze Zahl von 1 oder mehr, bevorzugt 1-4, insbesondere 1 oder 2. Bevorzugt ist n gleich oder kleiner als o (die Anzahl von P-Gruppen).
P in der vorstehenden Formel ist eine zum gerichteten Koppeln an eine andere P-Gruppe geeignete Gruppe. Gerichtetes Koppeln schließt Dimerisierung, Oligomerisierung, Polymerisation, Photoreaktionen einschließlich Insertionen, Isomerisationen, Norish I- und II-Reaktionen, usw. ein, wobei mindestens zwei P-Gruppen anisotrop gekoppelt werden. Gruppen, die für gerichtete Ladungsübertragungs-Wechselwirkungen, ionische Bindung, Wasserstoffbindung, usw. geeignet sind, sind auch eingeschlossen. P-Gruppen umfassen alle funktionellen Gruppen, die fähig sind, gerichtet (d. h. anisotrop) aneinander, bevorzugt an eine nahe oder Nachbar-P-Gruppe gekoppelt zu werden.
Zusätzlich zu den in Fig. 5 beschriebenen Cinnamoylgruppen kann jede andere geeignete gerichtet koppelbare Gruppe verwendet werden, einschließlich der in Fig. 13 dargestellten und jeder anderer Gruppe, die für ein gerichtetes Koppeln zu einer Nachbar-P-Gruppe mittels polarisierter Strahlung, Hitze, Oberflächenbehandlung mit einem Rastertunnelmikroskop, Rasterkraftmikroskop, usw. fähig ist. Diese Gruppen können in jeder Art und Weise gerichtet koppeln - d. h., dass anisotrope Dimerbildung, Oligomerbildung, Polymerbildung, Charge-Transfer-Komplexbildung, ionische Anziehung, usw. alle verwendbare Oberflächen erzeugen, wobei eine LC-Ausrichtung bereitgestellt wird. Zusätzlich kann die P-P'-gerichtete Kopplung chiral sein. Gerichtetes Koppeln von P- Gruppen erfolgt vorzugsweise durch linear, zirkular oder elliptisch polarisiertes UV-Licht oder eine Kombination davon, einschließlich einer Kombination von polarisiertem und unpolarisiertem UV-Licht. Zusätzlich kann Strahlung in dem VIS- oder IR-Bereich verwendet werden. Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform ist eine Oberfläche, die mit einer chemisorbierten Schicht von [X]m-[S]n-[P]o-Molekülen beschichtet ist, die mit polarisierter UV-Strahlung polymerisiert wurde, um hauptsächlich Dimere zu bilden. Für bevorzugte sorbierbare erfindungsgemäße Moleküle ist der Wert für m, n und o 1.
Jedoch kann, da ein erfindungsgemäßes schichtbildendes Molekül mehr als eine P-Gruppe tragen kann, o eine ganze Zahl größer als 1 sein. Obwohl jede Abstandsgruppe bevorzugt eine P-Gruppe besitzt, kann mehr als eine P-Gruppe an jeder Abstandsgruppe vorhanden sein. Somit ist o vorzugsweise größer oder gleich n und ist bevorzugt eine ganze Zahl von 1- 4.
Falls ein schichtbildendes Molekül der Formel 1 zwei oder mehr P-Gruppen besitzt, können die P-Gruppen an einem einzigen Molekül aneinander gerichtet gekoppelt sein oder einige oder alle der einzelnen P-Gruppen an einem Molekül können an P-Gruppen von anderen Molekülen gerichtet gekoppelt sein. Mit zwei oder mehreren P-Gruppen an einem einzigen Molekül kann eine Kombination dieser Wirkungen verwendet werden. Zum Beispiel können zwei P-Gruppen an einem Molekül gerichtet gekoppelt werden, gefolgt von einem weiteren gerichteten Koppeln mit einer P-Gruppe eines Nachbar-Moleküls. Unter "Nachbar" wird jedes Molekül mit einer P-Gruppe verstanden, das mit der betroffenen P-Gruppe reagiert.
Die erfindungsgemäßen [X]m-[Sn]-[P]o-Verbindungen werden durch einfache bekannte organische Reaktionen hergestellt, zu denen der Fachmann in der Lage ist und die in z. B. Introduction to Organic Chemistry, A. Streitwieser und C. Heathcock, Macmillan, 1976, Reagents for Organic Synthesis, Fieser und Fieser, John Wiley and Sons, 1967 und nachfolgende Ausgaben, Survey of Organic Syntheses, John Wiley and Sons, Bd. I und II, 1970, und Advanced Organic Chemistry, March, Wiley, 1985, beschrieben sind, die alle hierin durch Zitierung eingeschlossen sind.
Die erfindungsgemäßen anisotropen Oberflächen können so dünn wie eine Schicht der Moleküle der Formel 1 oder wie mehrere Vielfache davon hergestellt werden. Jede Dicke ist annehmbar. Eine bevorzugte Dicke beträgt 3 bis 3000 Å. Die erfindungsgemäßen Oberflächen können durch Verfahren einschließlich der elektrischen Polen-, Magnetfeld-, Lösungsmittelfluss-, usw. Ausrichtung von [X]m-[S]n-[P]o-Molekülen, gefolgt von gerichtetem Koppeln mit Hitze, Licht, chemischer Aktivierung, usw. hergestellt werden und sind nicht auf diejenigen begrenzt, die durch das nachstehend beschriebene Verfahren hergestellt werden. Diese durch das nachstehende Verfahren hergestellten Oberflächen sind bevorzugt.
Das bevorzugte erfindungsgemäße Verfahren umfasst zwei oder drei Schritte: (i) Bildung einer sorbierten, bevorzugt chemisorbierten Schicht oder von Schichten von [X]m-[S]n-[P]o- Molekülen auf einem Substrat (oder [X]n-[S]m oder [X]n-Molekülen, falls gewünscht), (ii) gegebenenfalls chemische Modifikation der sorbierten Moleküle, um mindestens eine Abstandsgruppe S und mindestens eine gerichtet koppelbare Gruppe P darin bereitzustellen, falls vor der Sorption keine anwesend war, und (iii) gerichtetes Koppeln unter Verwendung irgendeines der vorstehend beschriebenen Verfahren, bevorzugt unter Verwendung von polarisierter Strahlung, insbesondere polarisierter UV-Strahlung. Schritt (ii) kann ausgelassen werden, falls das in Schritt (i) verwendete Material bereits eine Abstands- und eine gerichtet koppelbare Gruppe umfasst.
Die drei möglichen, in dem erfindungsgemäßen Verfahren beteiligten Schritte sind schematisch in den Fig. 1 und 5 gezeigt. Zuerst wird eine sorbierte (bevorzugt chemisorbierte) Schicht oder Schichten von Molekülen ohne P-Gruppen auf die Oberfläche eines Substrats als eine Grundlage gegeben, die sodann durch Anbindung einer P-Gruppe (in diesem Fall einem UV-Chromophor) photosensitiv gemacht wird. Schließlich wird eine anisotrope Oberfläche durch Photopolymerisation mit polarisiertem UV-Licht gebildet, wobei die polymerisierbaren Gruppen der Nachbar- (wahrscheinlich anliegenden) Moleküle aneinander gebunden werden und wobei die Richtung der Polymerisation durch die Polarisationsrichtung der Strahlung vorgeschrieben wird. UV-Strahlung, IR-Strahlung, sichtbare Strahlung, usw. sind eingeschlossen. Das Endergebnis ist eine Oberfläche mit anisotropen molekularen und, wie vermutet, geometrischen Eigenschaften, deren Richtung die Richtung der Orientierung für die Langachse oder den Mittel-Direktor der Flüssigkristallmoleküle vorgibt. Bevorzugte Verfahren zum Ausführen der erfindungsgemäßen Schritte sind nachstehend beschrieben.
(i) Substratherstellung: Die erste Stufe des erfindungsgemäßen Sorptions-, bevorzugt Chemisorptionsverfahrens schließt vorzugsweise eine Herstellung der Substratoberfläche ein. Dieses Verfahren wird auf Glas, ITO-beschichtetes Glas, Silikon-Wafer, usw. angewandt und ist einfach das Reinigen der Substratoberfläche. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Substrat zweimal in Chloroform beschallt. Sodann wird das Substrat in 1 : 1 HCl/Methanol 30 Minuten gewaschen (ein Schritt, der für ITO-beschichtetes Glas ausgelassen wird), gefolgt von dreimaligem Spülen mit destilliertem Wasser. Es wird sodann in konzentrierter H&sub2;SO&sub4; 30 Minuten gewaschen und wieder dreimal mit destilliertem Wasser gespült. Das Substrat wird in destilliertem Wasser auf 80-100ºC etwa 5 Minuten erhitzt und sodann abgekühlt. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung der Substrate für eine Chemisorption ist die Verwendung eines Sauerstoffplasmas für 5 Minuten. Nach einer solchen Behandlung ist das Substrat bereit für eine Chemisorption, Adsorption, Absorption, usw. von Verbindungen der allgemeinen Formel [X]m-[S]n-[P]o oder [X]m-[S]n oder [X]m, falls keine polymerisierbare Gruppe oder Abstandsgruppe vorhanden ist.
(ii) Anbindung der sorbierten Schicht - Eine Lösung für eine Adsorption, Absorption, Chemisorption, usw. kann hergestellt werden oder andere bekannte Verfahren zur Sorption können verwendet werden. Eine typische bevorzugte Chemisorptionslösung enthält 1 Vol.-% des gewünschten chemisorbierbaren Materials, 5 Vol.-% destilliertes Wasser und 94 Vol.-% einer 1 mM Essigsäurelösung in Methanol. Das zu behandelnde Substrat wird in diese Lösung eingetaucht und 5-15 Minuten bei Raumtemperatur belassen. Die Lösung wird sodann abgegossen und das Substrat dreimal mit frischem Methanol gespült. Das Substrat kann sodann bei 120ºC 15 Minuten gebacken werden, um zu trocknen. Die chemisorbierbaren Moleküle werden chemisch an die Oberfläche gebunden, d. h., die Moleküle werden kovalent daran gebunden. Die chemisorbierte Schicht ist sodann bereit für eine Chromoohoranbindung, falls kein Chromophor in dem ersteren Material vorhanden ist. Die Schicht kann in einem bestimmten Muster sorbiert werden.
(iii) Anbindung der Abstandsgruppe und gerichtet koppelbaren Gruppe an die anfangs sorbierte Schicht:
In diesem Schritt (gegebenenfalls, da das in dem vorstehenden Schritt (ii) an die Oberfläche absorbierte, adsorbierte, chemisorbierte Molekül bereits eine Abstands- und eine polymerisierbare Gruppe besitzen kann) wird eine gerichtet koppelbare Gruppe und, falls gewünscht, eine von einer Einfachbindung verschiedene Abstandsgruppe an die sorbierte Schicht gebunden. Das Substrat mit der sorbierten Schicht wird in eine Lösung eingetaucht, die eine Verbindung mit z. B. einer an eine gerichtet koppelbare Gruppe gebundene Abstandsgruppe und einer chemisch reaktiven Gruppe für eine Umsetzung mit der anfangs sorbierten Schicht wie Cinnamoylchlorid enthält. Acetonitril kann als Lösungsmittel verwendet werden. Das Substrat wird sodann in der Lösung 1 Stunde im Dunkeln belassen. Dies stellt eine Anbindung der Abstandsgruppe und z. B. eines polymerisierbaren Chromophors an die sorbierte Schicht sicher. In vier spezifischen Ausführungsformen unter Verwendung von APS, ABTE, EDA und DETA wurde eine Cinnamoylchlorid-chemische Modifizierung durch den UV-Absorptions-Peak bei 275 nm (vgl. z. B. Fig. 6) sichergestellt. Die gerichtet koppelbare Gruppe, usw. kann in einem Muster, falls so gewünscht, bereitgestellt werden.
(iv) Gerichtetes Koppeln:
Der letzte Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein gerichtetes Koppeln, bevorzugt eine gerichtete Dimerisierung, Oligomerisierung, Polymerisation, usw. Eine gerichtete Oligomerisierung, Dimerisierung und Polymerisation sind bevorzugt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Substrat mit einer photopolymerisierbaren chemisorbierten Schicht mit polarisierter UV-Strahlung bestrahlt, um eine anisotrope Oberfläche zu erhalten. Eine typische Dosis der UV-Strahlung ist etwa 3 J/cm² für etwa 15 Minuten. Wie der Fachmann weiß, variiert die Zeit mit der Lampenintensität, Nähe des Substrats zu der Lampe, usw. Die Dosis kann auch geeignet variieren. Diese Behandlung führt zu einer photoinduzierten Umsetzung zwischen photopolymerisierbaren oder photodimerisierbaren Gruppen von wahrscheinlich angrenzenden chemisorbierten Molekülen, wodurch ein Cyclobutanring (im Falle von Zimtsäure-polymerisierbaren Derivaten) gebildet wird; vgl. Fig. 5. Das Vorhandensein von diesen β-Truxiamid-Paaren wurde durch UV-Absorptionsspektren sichergestellt: Photopolymerisation, die zur Bildung von Dimer-Paaren führt, führt zu einer drastischen Abnahme bei dem Peak bei 275 nm und zu einer Zunahme der UV-Absorption bei 193 nm aufgrund des Auftretens von Cyclobutanringen (Fig. 7). Eine Musterbildung kann durch ein Koppeln unter Verwendung eines Lichtmusters, das durch eine Maske, usw. geleitet wird, erfolgen.
Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, glaubt man, dass eine Bildung der gerichtet gekoppelten Oberfläche zu einer hochgradig anisotropen Oberfläche führt. Die Polymerisationsstruktur, oder vielleicht korrekter im Falle der Zimtsäurederivate die gerichtet dimerisierte Struktur, wird, wie man glaubt, in eine einzige bevorzugte Richtung ausgerichtet, vorgeschrieben durch die Richtung der Polarisation des verwendeten Lichts, um ein gerichtetes Koppeln zu bewirken. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit eine permanente, gebundene anisotrope Oberflächenschicht auf einem Substrat durch ein Verfahren her, das keinerlei Reiben oder Gast-Wirt-Wechselwirkung beinhaltet. Die erfindungsgemäße Oberfläche ist stabil gegenüber z. B. Hitze und Licht und Lösungsmitteln (Methanol, Acetonitril, Wasser, usw.), wobei die Richtung der Flüssigkristallmoleküle in Kontakt damit sogar nach Exposition bei hoher Temperatur oder UV-Strahlung für lange Zeiträume erhalten bleibt. Abhängig von der verwendeten Verbindung der Formel 1 kann die erfindungsgemäße Oberfläche farblos oder farbig sein, wobei die Absorption im sichtbaren Bereich von 0% bis 100% beträgt.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung eine bevorzugte Gruppe von Verbindungen bereit, in der die Gruppe P die Formel (I):
besitzt, worin jede der Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; unabhängig ein H-Atom, eine lineare oder verzweigte CnH2n+1-, lineare oder verzweigte OCnH2n+1- oder NO&sub2;-Gruppe ist, worin n eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, und worin mindestens eine der Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; kein H-Atom ist. Die Erfindung stellt auch eine bevorzugte Gruppe von Verbindungen bereit, worin die Gruppe P die Formel (IA):
besitzt, worin jede der Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; ein H-, Br-, Cl-, F-Atom, eine CF&sub3;-, CN-, NC-, lineare oder verzweigte und racemische oder chirale -CO&sub2;CnH2n+1-, lineare oder verzweigte und racemische oder chirale CnH2n+1-, lineare oder verzweigte und racemische oder chirale OCnH2n+1-, OCH&sub2;CnF2n+1-, NO&sub2;- oder OH-Gruppe ist, worin n solcher R¹-R&sup5;- Gruppen eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist.
Die Verbindungen, in denen P die vorstehend beschriebene Formel (I) oder (IA) besitzt, können durch die Umsetzung einer Verbindung der Formel (II):
worin in dem Fall der Herstellung einer Verbindung der Formel (I) jede der Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; unabhängig ein H-Atom, eine CnH2n+2-, OCOH2n+1- oder NO&sub2;-Gruppe ist, worin n eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, mit der Maßgabe, dass nicht alle Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; H-Atome sind;
oder worin in dem Fall der Herstellung einer Verbindung der Formel (IA) jede der Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; ein H-, Br-, Cl-, F-Atom, eine CF&sub3;-, CN-, NC-, lineare oder verzweigte und racemische oder chirale -CO&sub2;CnH2n+1-, lineare oder verzweigte und racemische oder chirale CnH2n+1-, lineare oder verzweigte und racemische oder chirale OCnH2n+1-, OCH&sub2;CnF2n+1-, NO&sub2;- oder OH-Gruppe ist, worin n eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist;
mit einer Verbindung der Formel [X]m-[S]n, wie diese Gruppen vorstehend definiert sind, hergestellt werden.
Die Verbindungen der Formel (II) können durch an sich bekannte organische Reaktionen hergestellt werden. Bevorzugte Gruppen für R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; schließen Nitro-, Fluor-, Trifluormethyl-, Methoxygruppen oder (R)- oder (S)-sec-Alkylgruppen wie (R)- oder (S)-sec- Butyl- (chiral) oder (R)- oder (S)-sec-Octyl- (chiral) Gruppen oder n-Alkylgruppen wie n-Octyl-, n-Hexyl- oder n-Butylgruppen ein. Es kann bevorzugt sein, dass nur eine dar Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; kein H-Atom ist. Die R¹-, R²-, R³-, R&sup4;- und R&sup5;-Gruppen können geeigneterweise chiral oder racemisch in dem Fall von Gruppen mit asymmetrischen Atomen sein.
Andere erfindungsgemäße Merkmale werden im Verlauf der nachstehenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen deutlich, die zur Darstellung der Erfindung angegeben und nicht begrenzend zu verstehen sind.
Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen sind:
Das Substrat des Anspruchs 1 oder 2, wobei die chemisorbierte Schicht fähig ist, damit in Kontakt stehende Flüssigkristallmoleküle homeotrop auszurichten.
Das Substrat von Anspruch 1, wobei die chemisorbierte Schicht fähig ist, damit in Kontakt stehende Flüssigkristallmoleküle in eine uniaxiale planare Orientierung auszurichten, wobei die Flüssigkristallmoleküle gegebenenfalls um 3 bis 85º in Bezug auf die Substratoberfläche geneigt sind.
Das Substrat von Anspruch 1 oder 2, wobei die chemisorbierte Schicht fähig ist, die damit in Kontakt stehenden Flüssigkristallmoleküle in eine uniaxiale planare Orientierung auszurichten, wobei die Flüssigkristallmoleküle gegebenenfalls um 0 bis 90º in Bezug auf die Substratoberfläche geneigt sind.
Eine Flüssigkristallvorrichtung, umfassend das Substrat von Anspruch 1 oder 2.
Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, umfassend das Substrat von Anspruch 1 oder 2. Das Substrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus SiO&sub2;-Glas, ITO-beschichtetem SiO&sub2;-Glas, Polysilizium, Metall, Plastik-ITO- beschichtetem Glas mit einer Passivierungsschicht mit SiO&sub2; auf oder unter der ITO-Schicht, ITO-beschichtetem Borosilikat, ITO-beschichtetem Borosilikat mit einer Passivierungsschicht mit SiO&sub2; auf oder unter der ITO-Schicht, ITO-beschichtetem Plastik und ITO-beschichtetem Plastik mit einer Passivierungsschicht mit SiO&sub2; auf oder unter der ITO-Schicht.
Das Substrat nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat ein Einbereich- oder Zweibereich- oder Vielbereich-Bildelement umfasst, das eine erste [X]m-[S]n-[P]o-Verbindung in einem ersten Teil des Bildelements und eine zweite [X]m-[S]n-[P]o-Verbindung in einem zweiten Teil des Bildelements besitzt.
Das Substrat von Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat ein Einbereich- oder Zweibereich- oder Vielbereich-Bildelement mit der gleichen Verbindung [X]m-[S]n-[P]o umfasst.
Ein Phasenmodulator, umfassend das Substrat von Anspruch 1 oder 2.
Eine nicht-lineare optische Vorrichtung, umfassend das Substrat von Anspruch 1 oder 2. Ein räumlicher Lichtmodulator, umfassend das Substrat von Anspruch 1 oder 2.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein gerichtetes Koppeln durch Lichtstrahlung erreicht wird.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei das gerichtete Koppeln eine Behandlung mit zirkular oder elliptisch polarisiertem UV-Licht umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei das gerichtete Koppeln eine Behandlung mit linear polarisiertem UV-Licht umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei das gerichtete Koppeln eine Behandlung mit linear, zirkular oder elliptisch polarisiertem UV-Licht umfasst und eine Vorneigung durch eine einzige Exposition oder eine vielfache Exposition bei normalem Welleneinfall bereitgestellt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei das gerichtete Koppeln eine Behandlung mit linear, zirkular oder elliptisch polarisiertem UV-Licht umfasst und eine Vorneigung durch eine einzige Exposition oder eine vielfache Exposition bei schrägem Welleneinfall bereitgestellt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei das gerichtete Koppeln eine Behandlung mit linear, zirkular oder elliptisch polarisiertem UV-Licht umfasst und eine Vorneigung durch eine vielfache Exposition und eine Kombination von normalem und schrägem Welleneinfall bereitgestellt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei das gerichtete Koppeln eine Behandlung mit linear, zirkular oder elliptisch polarisiertem UV-Licht umfasst und eine Vorneigung durch eine einzelne Exposition oder eine Vielfachexposition bei normalem oder schrägem Welleneinfall oder eine Kombination davon mit einer Variation des Polarisationszustands während verschiedener Expositionen bereitgestellt wird.
Das Substrat nach Anspruch 1, wobei n, m und o 1 sind.
Eine Verbindung nach Anspruch 8, wobei X eine Gruppe der Formel -Si(OH)&sub3;, -SiR&sub2;OH oder SiR&sub3;, worin R eine C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkoxygruppe und S eine Einfachbindung ist,
eine lineare C&sub1;&submin;&sub3;&sub0;-Alkylengruppe,
eine lineare C&sub2;&submin;&sub3;&sub0;-Alkylengruppe, unterbrochen durch eine oder mehrere aromatische Gruppen, Peptidgruppen, heterocyclische Gruppen, NH-, NR-Gruppen, worin R eine C&sub1;-C&sub1;&sub8;-Kohlenwasserstoffgruppe ist, O-, S-Atome, COO-, SOn-Gruppen, worin n 1-4 ist, CO-, phosphorhaltige, Phosphin-, Phosphat- oder Phosphitgruppen,
eine verzweigte C&sub3;&submin;&sub3;&sub0;-Alkylengruppe, oder
eine verzweigte C&sub3;&submin;&sub3;&sub0;-Alkylengruppe, unterbrochen durch eine oder mehrere aromatische Gruppen, Peptidgruppen, heterocyclische Gruppen, NH-, NR-Gruppen, worin R eine C&sub1;-C&sub1;&sub8;- Kohlenwasserstoffgruppe ist, O-, S-Atome, COO-, SOn-Gruppen, worin n 1-4 ist, CO-, phosphorhaltige, Phosphin-, Phosphat- oder Phosphitgruppen, ist.
Eine Verbindung nach Anspruch 8, wobei X eine Gruppe der Formel -Si(OH)&sub3;, -SiR&sub2;OH oder SiR&sub3;, SiCl&sub3;, SiRCl&sub2;, Si(R)&sub2;Cl, worin R eine C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkylgruppe oder eine C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkoxygruppe und S eine Einfachbindung ist,
eine lineare C&sub1;&submin;&sub3;&sub0;-Alkylengruppe,
eine lineare C&sub2;&submin;&sub3;&sub0;-Alkylengruppe, unterbrochen durch eine oder mehrere aromatische Gruppen, Peptidgruppen, heterocyclische Gruppen, NH-, NR-Gruppen, worin R eine C&sub1;-C&sub1;&sub8;-Kohlenwasserstoffgruppe ist, O-, S-Atome, COO-, SOn Gruppen, worin n 1-4 ist, CO-, phosphorhaltige, Phosphin-, Phosphat- oder Phosphitgruppen,
eine verzweigte C&sub3;&submin;&sub3;&sub0;-Alkylengruppe, oder
eine verzweigte C&sub3;&submin;&sub3;&sub0;-Alkylengruppe, unterbrochen durch eine oder mehrere aromatische Gruppen, Peptidgruppen, heterocyclische Gruppen, NH-, NR-Gruppen, worin R eine C&sub1;-C&sub1;&sub8;- Kohlenwasserstoffgruppe ist, O-, S-Atome, COO-, SOn-Gruppen, worin n 1-4 ist, CO-, phosphorhaltige, Phosphin-, Phosphat- oder Phosphitgruppen, ist.
Die Verwendung einer Verbindung der Formel (IIA)
worin jede der Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; ein H-, Br-, Cl-, F-Atom, eine CF&sub3;-, CN-, NC-, lineare oder verzweigte und racemische oder chirale -CO&sub2;CnH2n+1-, lineare oder verzweigte und racemische oder chirale CnH2n+1-, lineare oder verzweigte und racemische oder chirale OCnH2n+1-, OCH&sub2;CnF2n±1-, NO&sub2;- oder OH-Gruppe ist, worin n von solchen R¹-R&sup5;-Gruppen eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, für die Herstellung einer Oberfläche für die uniaxiale planare Ausrichtung von Flüssigkristallen.

BEISPIELE

Beispiel 1

Die in Fig. 2 dargestellten Trichlorsilane mit gesättigten Kohlenwasserstoffketten unterschiedlicher Länge wurden kovalent an Glasoberflächen durch Eintauchen des Glases in eine Lösung mit den Silanen gebunden. Die Lösung bestand aus 5% Wasser, 94% 1 mM Lösung Essigsäure in MeOH und 1% (vol/vol/vol) Silan. Die erhaltenen Schichten waren hydrophob mit Wasserkontaktwinkeln im Bereich von 75-90º.
Die Ausrichtung eines käuflich erhältlichen, bei Raumtemperatur nematischen Flüssigkristalls (E-63 von Merck), das ein Gemisch von Alkylcyanbiphenylen enthielt und die nachstehenden LC-Übergangstemperaturen K-8ºC-N-84ºC-I aufwies, in Kontakt mit den chemisorbierten Schichten dieser hydrophoben Silane wurde untersucht und die erhaltene Ausrichtung war homeotrop (d. h. senkrecht zur Substratoberfläche). Ein Fiüssigkristallgemisch E7 von Merck, das -C&sub5;-, -C&sub7;- und -OC&sub8;-substituierte Cyanbiphenyle und -C&sub5;-substituierte Cyantriphenyle enthält, kann auch verwendet werden, wie jedes Material, Zusammensetzung, usw., das/die Anisotropie, bevorzugt flüssige Kristallinität aufweist.

Beispiel 2

Experiment 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass die untersuchten Silane 4-Aminobutyltriethoxysilan (oder ABTE), N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan (oder EDA), Trimethoxysilylpropyldiethylentriamin (oder DETA) und 3-Aminopropyltrimethoxysilan (oder APS) waren; vgl. Fig. 3. Alle vier Silane haben eine polare -NH&sub2;-Gruppe an dem freien Ende des Moleküls. Diese Gruppe veränderte die Hydrophilizität der Substratoberfläche nach Anbindung des Moleküls. EDA und DETA enthalten zusätzlich zu der endständigen Aminogruppe an dem Ende eine oder zwei zusätzliche Aminogruppen als Verbrückungsgruppen, die die Kohlenwasserstoffketten verbinden. Dies erlaubt die Variation des Grades der Hydrophilizität und/oder der Stärke der dipolaren Wechselwirkungen.
Die vier Aminsilane wurden auf ITO-beschichtete Glasoberflächen chemisorbiert und eine herkömmliche Sandwich-Zeile wurde unter Verwendung des Flüssigkristallgemisches E-63 von Merck hergestellt. Beide Glasoberflächen der Zelle in Kontakt mit dem LC wiesen ausrichtende chemisorbierte Schichten auf. Die Zellen wurden auf einen sich drehenden Objekttisch eines Mikroskops mit einer Lichtquelle untersucht. Die LC-Zelle wurde zwischen gekreuzte Polarisatoren innerhalb des Mikroskops gesetzt.
Fig. 4 zeigt Fotos der von E-63 unter gekreuzten Polarisatoren gezeigten Strukturen. In der oberen Reihe der Fotos weist der mittlere Direktor des LC einen Winkel von 45º zu dem Polarisator oder Analysator auf, während in der unteren Reihe der Fotos der Direktor parallel zu beiden ist. Eine annehmbare planare Ausrichtung wurde für alle chemisorbierten Schichten festgestellt.

Beispiel 3

APS-, ABTE-, EDA- und DETA-Schichten wurden auf ebenes Glas nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren chemisorbiert und Cinnamoylgruppen wurden als polymerisierbare Gruppe P gemäß dem vorstehenden Schritt (iii) darauf bereitgestellt. Die Schichten wurden, wie vorstehend beschrieben, mit UV-Licht gerichtet polymerisiert. Um die Ausrichtung, die in dem gerichtet polymerisierten (DP) behandelten Bereich erhalten wird, mit der in einem nicht polymerisierten Bereich zu vergleichen, wurde eine Maske benutzt, um nur einen Teil der chemisorbierten Schicht gerichtet zu polymerisieren. Eine 10 um dicke Zelle wurde mit E-63 hergestellt, das zwischen zwei gerichtet gekoppelten oberflächenbehandelten Substraten lag. Alle Untersuchungen erfolgten zwischen gekreuzten Polarisatoren und die Zelle war auf dem sich drehenden Objekttisch eines Polarisationsmikroskops befestigt.
Es stellte sich heraus, dass die LC-Moleküle extrem gut in einer gleichmäßigen planaren Konfiguration in dem erfindungsgemäßen Oberflächenbereich ausgerichtet waren, während es kaum eine Ausrichtung in den unpolymerisierten Bereichen gab, wobei die Grenzlinie sehr scharf war. Fig. 8 zeigt Fotos für zwei Positionen der Probe, d. h. wenn der LC-Direktor 45º oder parallel zu der Achse des Polarisators/Analysators ist. Der DP-Bereich ist gleichmäßig dunkel in dem letzteren Fall, während er gleichmäßig hell in dem ersteren Fall ist. Die Qualität der Ausrichtung war so gut, dass sogar unter hoher Auflösung geringe Fehler in dem erfindungsgemäßen Oberflächenbereich gefunden wurden.
Der bestimmte verwendete Aufbau war entweder ein Nikon Optiphot-Polarisationsmikroskop mit einer 100-W-Weißlichtquelle und einem 12-V-DC-Netzteil, einer Nikon Photodiode, einem Melles Griot-Verstärker (für das optische Signal) und einem Keithley Digitalmultimeter- (199 system DMM) Empfänger oder ein Olympus BH-2- Polarisationsmikroskop mit einer 100-W-Weißlichtquelle, einem 12-V-DC-Netzteil, einer UDT-Photodiode und einem UDT-Optometer Modell 5370 mit einem eingebauten Verstärker. Beide Aufbauten verwendeten einen Wavetek Modell 395-Generator, der zufällige Wellenformen herstellt, und einen Trek Modell 50/750-Verstärker, um das elektrische Feld an die Proben anzulegen. In allen Fällen wurden hervorragende Kontrastverhältnisse mit der erfindungsgemäßen Oberfläche erhalten.

Beispiel 4

Ausrichtungsoberflächen wurden gemäß Beispiel 1 auf blanken ITO-beschichteten Glasoberflächen hergestellt. Eine Zelle wurde mit E-63 in einer verdrillten nematischen Konfiguration so hergestellt, dass der LC in direktem Kontakt auf beiden Seiten mit den DP- behandelten Substraten stand, die so befestigt waren, dass die Richtung der Polymerisation für die zwei Substrate zueinander senkrecht war. Dies führte zu einer verdrillt nematischen (TN) Zeile mit guter Ausrichtung, wie in Fig. 9 zu sehen. Die Figur zeigt die Zelle zwischen parallelen und zwischen gekreuzten Polarisatoren. Erneut ergab der erfindungsgemäß behandelte Bereich eine gleichmäßige planare Ausrichtung, während der unbehandelte Bereich keine Ausrichtung zeigte. Es wurde jedoch bemerkt, dass die Qualität der Ausrichtung auf ITO im Allgemeinen nicht so perfekt wie auf blankem Glas war. Es wird vermutet, dass dies auf inhärente Oberflächen-Inhomogenitäten auf der ITO-Oberfläche zurückzuführen ist.

Beispiel 5

ITO-beschichtetes Glas, das mit einer SiO&sub2;-Schicht überschichtet wurde, wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 untersucht. Diese Substrate sind typisch für diejenigen, die von der Bildschirmindustrie verwendet werden. ITO-Glas (225 Ohm/Quadrat Oberflächenwiderstand), beschichtet mit 690 Å SiO&sub2; (bezogen von Donnely Corporation), wurde verwendet.
Das passivierte ITO wurde einer Behandlung unter genau den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 3 unter Verwendung von APS mit einer Cinnamoylgruppe unterzogen. Eine Probenzelle mit gerichtet gekoppelten behandelten passivierten ITO-Oberflächen wurde in einer TN-Konfiguration hergestellt. Eine hervorragende Ausrichtung wurde in den erfindungsgemäßen Oberflächenbereichen (Fig. 10) erhalten. Tatsächlich waren die ausgerichteten Bereiche fehlerfrei, selbst wenn mit erhöhter Vergrößerung untersucht wurde. Das Kontrastverhältnis war sehr hoch und vergleichbar zu dem von käuflichen TN- Zellen der gleichen Dicke. Während Kontrastverhältnisse abhängig von der für die Messung verwendeten Ausrüstung unterschiedlich sind, erhielten wir Verhältnisse > 9 und so hoch wie etwa 33.

Beispiel 6

X-S-P-Moleküle (n, m und o sind 1) werden auf Aluminiumoxid wie in Beispiel 1 chemisorbiert. P ist hierbei Acrylat, S ist eine C&sub1;&sub0;-Alkylgruppe und X ist eine Carboxylgruppe. Gerichtete Polymerisation wird gemäß Beispiel 3 durchgeführt.

Beispiel 7

X-S-P-Moleküle (n, m und o sind 1) werden auf eine Goldoberfläche durch Lösen der Moleküle in einem Lösungsmittel und Auftragen der Lösung auf die Goldoberfläche für 24 Stunden chemisorbiert. X ist hierbei eine Thiolgruppe, S ist eine parasubstituierte Bicyclohexylgruppe und P ist eine Styrenylgruppe. Eine gerichtete Polymerisation gemäß Beispiel 3 wird durchgeführt.
In dieser Weise haben wir gezeigt, dass ein gerichtetes Koppeln zu Oberflächen führt, die eine gleichmäßige planare Ausrichtung auf Substratoberflächen einschließlich Glas-, ITO- und passivierten ITO-Oberflächen bereitstellen. Elektrooptische Untersuchungen an zwei TN-Zellen, die aus ITO- und passivierten ITO-Oberflächen mit gerichtet gekoppelten Ausrichtungsschichten hergestellt wurden, werden nun beschrieben.

Beispiel 8

Zwei 10 um dicke TN-Zellen mit erfindungsgemäßen Ausrichtungsoberflächen auf blankem 110 in einem Fall und passiviertem ITO in dem anderen Fall wurden hergestellt. Das chemisorbierte verwendete Material war ABTE (blankes ITO) oder APS (passiviertes ITO), beide mit Cinnamoyl-P-Gruppen. Die elektrooptischen Merkmale der zwei Zellen sind in den Fig. 12 bzw. 13 gezeigt. In beiden Fällen stellt die erfindungsgemäße Oberflächenbehandlung eine ausreichende Verankerung für das Funktionieren einer TN-Vorrichtung bereit. Die Einschaltdauer für beide Zellen ist sehr kurz (< 0,5 ms) und vergleichbar zu käuflichen TN-Zellen. Die Abschaltzeiten betrugen 16 ms für blankes ITO (Fig. 11) und 55 ms für passiviertes ITO (Fig. 12).

Beispiel 9. Synthese der Chromophoren

Fig. 14 beschreibt zwei Reaktionswege, die zu 4-Alkoxy-zimtsäure führen. 4-Hydroxy-zimtsäure (1) wird mit einem Alkylbromid und einem Überschuss von Kaliumhydroxid umgesetzt, um die entsprechende racemische 4-Alkoxy-zimtsäure (4a) zu erhalten. Dieses Verfahren ist auf racemische Alkylbromide anwendbar. Falls eine fluorinierte Alkoxysubstitution gewünscht ist, werden fluorinierte Alkylbromide verwendet.
Um chirale 4-Alkoxy-zimtsäuren zu erhalten, wird die 4-Hydroxy-zimtsäure (1) Fig. 14 unter Rückfluss in Methanol mit katalytischen Mengen von Säure erhitzt, um 4-Hydroxy-methylcinnamat (2) mit einer Ausbeute von 96% zu erhalten. Die Veretherung von (2) mit einem chiralen Alkohol oder einem chiralen fluorinierten Alkohol mittels der Mitsunobu-Reaktion in Gegenwart von Triphenylphosphin (TPP) und Diethylazodicarboxylat (DEAD) ergab 4-Alkoxymethylcinnamat (3) in einer Ausbeute von 90%. Die Mitsunobu-Reaktion findet unter einer Inversion der Konfiguration an dem chiralen Zentrum statt. Die Entschützung der Säurefunktion von (3) führte zu 4-Alkoxy-zimtsäuren (4a).
Die Säurechloridform der während des Chemisorptionsverfahrens benötigten Chromophoren (5) wird durch Umsetzung der substituierten Zimtsäuren (4) mit einem Überschuss an Thionylchlorid in Benzol erhalten. Das Reaktionsgemisch wird über Nacht refluxiert, um (5) in 90%iger Ausbeute zu ergeben. Eine Reihe von gemäß dem vorstehend gegebenen Verfahren synthetisierten Chromophoren ist in Fig. 15 gezeigt.
Synthese. 4-Hydroxy-methylcinnamat (2): 0,09 mmol 4-Hydroxy-zimtsäure (1) wurden zu 200 ml wasserfreiem Methanol zusammen mit 2 ml Methansulfonsäure hinzugefügt.
Das Reaktionsgemisch wurde 16 Stunden refluxiert. Methanol wurde unter vermindertem Druck an einem Rotationsverdampfer entfernt. Der Ester (2) wurde aus einem Gemisch aus absolutem Ethanol/Hexan (70 : 1) rekristallisiert und in 50%iger Ausbeute erhalten.
4-Alkoxy-methylcinnamat (3): 16,8 mmol (2), 16,8 mmol Alkanol (chiral oder racemisch) und 17,16 g Triphenylphosphin (TPP) wurden in 85 ml wasserfreiem THF unter Stickstoff gelöst. Diethylazodicarboxylat (DEAD) in 10 ml wasserfreiem THF wurden tropfenweise hinzugefügt und das erhaltene Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. 1 ml DEAD wurde hinzugefügt, um den Überschuss an TPP zu löschen. Das Lösungsmittel wurde sodann verdampft und der Rückstand wurde mit 4 : 1 Hexan/Ethylacetat extrahiert. Das Lösungsmittel wurde unter vermindertem Druck entfernt und das erhaltene Rohprodukt wurde durch Säulenchromatographie unter Verwendung von Hexan/Ethylacetat 4 : 1 gereinigt. Das Produkt (3) wurde in einer 75%igen Ausbeute erhalten.
4-Alkoxy-zimtsäure (4): Verfahren 1 : 11,4 mmol (3) wurden in einem Gemisch von 150 ml Methanol und 40 ml Wasser gelöst. 50,8 mmol Lithiumhydroxid-Monohydrat wurden hinzugefügt und das Gemisch über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Das Lösungsmittel wurde abgestreift und der Rückstand mit 1 : 1 HCl/Wasser angesäuert. Das Produkt wurde durch Vakuumfiltration gesammelt und aus angesäuertem Ethanol rekristallisiert, um (4a) in 70%iger Ausbeute zu erhalten.
Verfahren 2: Für käuflich erhältliche racemische Alkylbromide ist es möglich, in einem Schritt von der 4-Hydroxy-zimtsäure (1) zu der 4-Alkoxy-zimtsäure (4a) zu kommen. 1 mmol (1) wurde in einem Gemisch von Ethanol/Wasser (75/25%) gelöst, 3 mmol KOH und katalytische Mengen an KI wurden hinzugefügt und das Gemisch wurde 1 Stunde refluxiert. Sodann wurde 1 mmol Alkylbromid hinzugefügt und das Gemisch 1 Stunde refluxiert. Sodann wurde 1 mmol des Alkylbromids hinzugefügt und das Reaktionsgemisch 24 Stunden refluxiert. Das Lösungsmittel wurde an einem Rotationsverdampfer entfernt und das Präzipitat mit HCl angesäuert. Das Produkt wurde aus einem Gemisch aus Ethanol/Wasser (75/25%) rekristallisiert. Die Ausbeute der Umsetzung beträgt 70%.
Synthese von Cinnamoylchloriden (5): 1 mmol der Zimtsäure (4) wurde in wasserfreiem Benzol gelöst und in einem mit einer Aluminiumfolie bedeckten Kolben gerührt. 3 mmol Thionylchlorid wurden hinzugefügt und unter Rühren über Nacht refluxiert. Das Lösungsmittel wurde unter vermindertem Druck entfernt und das Produkt (5) aus Hexan rekristallisiert. Die Derivate von Cinnamoylchlorid wurden in einer 90%igen Ausbeute erhalten.

Beispiel 10. Zusätzliche Synthese von Nitro- und Methoxy-substituierten Cinnamoylchloriden

Der Reaktionsweg ist in Fig. 14 gezeigt. 25,8 mmol der Nitro- oder Methoxy-substituierten Zimtsäure wurden in 100 ml wasserfreiem THF gelöst und bei Raumtemperatur unter Stickstoff in einem mit Aluminiumfolie bedeckten Kolben gerührt. Oxalylchlorid (51,6 mmol) wurde tropfenweise innerhalb von 30 min hinzugefügt. Das erhaltene Reaktionsgemisch wurde über Nacht gerührt. Das Lösungsmittel wurde unter vermindertem Druck entfernt. Um den Überschuss an Oxalylchlorid zu entfernen, wurde wasserfreies Hexan (3 · 100 ml) hinzugefügt und das Lösungsmittel an einem Rotationsverdampfer verdampft. Die Derivate von Cinnamoylchlorid wurden in einer 95%igen Ausbeute erhalten.

Beispiel 11. Zusätzliche Synthese von Alkoxycinnamoylchloriden (gezeigt für eine Substitution in der 4-Position)

Der Reaktionsweg ist in Fig. 15 gezeigt.
4-Hydroxy-methylcinnamat (2): 0,09 mmol 4-Hydroxy-zimtsäure (1) wurden zu 200 ml wasserfreiem Methanol zusammen mit 2 ml Methansulfonsäure hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde 16 Stunden refluxiert. Methanol wurde unter vermindertem Druck an einem Rotationsverdampfer entfernt. Der Ester (2) wurde aus einem Gemisch von absolutem Ethanol/Hexan (70 : 1) rekristallisiert und in einer 50%igen Ausbeute erhalten.
4-Alkoxy-methylcinnamat (3): 16,8 mmol (2), 16,8 mmol Alkanol (chiral oder racemisch) und 17,16 g Triphenylphosphin (TPP) wurden in 85 ml wasserfreiem THF unter Stickstoff gelöst. Diethylazodicarboxylat (DEAD) in 10 ml wasserfreiem THF wurde tropfenweise hinzugefügt und das erhaltene Reaktionsgemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. 1 ml DEAD wurde hinzugefügt, um den Überschuss an TPP zu löschen. Das Lösungsmittel wurde verdampft und der Rückstand wurde mit 4 : 1 Hexan/Ethylacetat extrahiert. Das Lösungsmittel wurde unter vermindertem Druck entfernt und das erhaltene Rohprodukt wurde durch Säulenchromatographie unter Verwendung von Hexan/Ethylacetat 4 : 1 gereinigt. Das Produkt (3) wurde in einer 75%igen Ausbeute erhalten.
4-Alkoxy-zimtsäure (4): 11,4 mmol (3) wurden in einem Gemisch aus 150 ml Methanol und 40 ml Wasser gelöst. 50,8 mmol Lithiumhydroxid-Monohydrat wurden hinzugefügt und das Gemisch wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Das Lösungsmittel wurde abgestreift und der Rückstand wurde mit 1 : 1 HCl/Wasser angesäuert. Das Produkt wurde durch Vakuumfiltration gesammelt und aus angesäuertem Ethanol rekristallisiert, um (4) in 70%iger Ausbeute zu ergeben.
4-Alkoxy-cinnamoylchlorid (5): 6,2 mmol (4) wurden unter Stickstoff und Rühren in 30 ml wasserfreiem THF in einem mit Aluminiumfolie bedeckten Kolben gelöst. 18,6 mmol Oxalylchlorid wurden hinzugefügt und das Gemisch wurde über Nacht gerührt. Das Lösungsmittel wurde unter vermindertem Druck entfernt. Um den Überschuss an Oxalylchlorid zu entfernen, wurde wasserfreies Hexan (3 · 100 ml) hinzugefügt und das Lösungsmittel an einem Rotationsverdampfer verdampft. Die Derivate von Cinnamoylchlorid wurden in einer 95%igen Ausbeute erhalten.

Beispiel 12. Synthese von Molekülen mit einer gerichtet koppelbaren Gruppe. Wie in Fig. 16 gezeigt, kann ein substituiertes Cinnamoylchlorid an die Silangruppe vor dem Chemisorptionsverfahren gebunden werden.

Zu einem Gemisch von 1 mmol 3-Aminopropyltrimethoxysilan (6) und 1 mmol Triethylamin in THF bei 0ºC wurde tropfenweise eine Lösung aus 1 mmol des substituierten Cinnamoylchlorids (5) in THF hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde gerührt und stehen gelassen, damit es sich auf Raumtemperatur erwärmt. Nach 3 Stunden wurde das Gemisch filtriert und das Lösungsmittel verdampft und Methylenchlorid hinzugefügt. Die Lösung wurde mit Kaltwasser gewaschen und über MgSO&sub4; getrocknet. Das Lösungsmittel wurde verdampft und das Gemisch über eine kurze Säule mit Ethylacetat/Hexan (2/3) als Elutionsmittel gefiltert. Nach Abdampfen des Lösungsmittels wurde das Produkt (6a) unter vermindertem Druck getrocknet. Die Ausbeute betrug 80%.

Beispiel 13. Chemisorption und Modifikation der chemisorbierten Schicht.

Die Reaktionslösung wurde wie folgt hergestellt: 94% (vol) einer 1 mM Lösung von Essigsäure in Methanol (HPLC-Güte) wurden mit 1% Aminosilan 6 oder Trimethoxysilan 6a und 5% destilliertem Wasser (#19ΩW) (vol/vol/vol) vereinigt. Die frisch gereinigten Substrate (Nassreinigung oder Plasmaätzen) wurden 15 Minuten mit der Aminosilanlösung bei Raumtemperatur behandelt. Die Substrate wurden einmal mit Methanol (HPLC-Güte) gespült, getrocknet und 5 min bei 110ºC gebacken.

Bildung des Amids

Nach Abkühlen wurden die Aminosilansubstrate zweimal mit Acetonitril gespült und sodann mit einer Lösung aus einem substituierten Cinnamoylchlorid, wie in den Beispielen 9 und 10 hergestellt, (60 mM) und Diisopropylethylamin (30 mM) in wasserfreiem Acetonitril unter Ausschluss von Licht behandelt. (Dieser Schritt ist nicht notwendig, falls das Trimethoxysilan 6a für eine Chemisorption verwendet wird.)

Beispiel 14

Um die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Ausrichtungsverfahrens auf Flüssigkristall- Bildschirmvorrichtungen zu zeigen, wurden sowohl planare als auch verdrillt nematische Zellen hergestellt. Die elektrooptischen Merkmale wurden aufgezeichnet, um zu zeigen, dass das Ausrichtungsverfahren auf diese Vorrichtungen anwendbar ist. Obwohl die nachstehend beschriebenen Beispiele sich nur auf planare und TN-Zellen beziehen, ist das Verfahren bestimmt anwendbar auf, aber nicht beschränkt auf, monochrome als auch farbige TN-Bildschirme, die sowohl in passiv als auch aktiv adressierten Modi verwendet werden, Dünnfilmtransistor- (TFT) Aktivmatrix-Bildschirme, filmkompensierte superverdrillte nematische (STN) Bildschirme, subtraktive Farb-STN-Bildschirme, smektische A- laseradressierte Vorrichtungen, ferroelektrische LCDS, elektroklinische LCDS, Lichtmodulator- und Projektormodusvorrichtungen. Einige spezielle Vorrichtungsbeispiele sind nachstehend beschrieben.
Herstellung von planaren Zellen. 20 um dicke planare Zellen mit substituierten DPS behandelten blanken ITO-Substraten wurden hergestellt. Bevor die Zelle zusammengebaut wurde, wurde Epoxidkleber parallel zu den Kanten eines Substrats aufgetragen. Das zweite Substrat wurde auf das erste mit den DPS-behandelten sich gegenüberliegenden Oberflächen und mit der bevorzugten Ausrichtungsrichtung des oberen Substrats parallel zu dem des unteren Substrats platziert. Eine ungefähre Zelldicke von 20 um wurde mit Glaskugeln erhalten. Der Kleber wurde bei 65ºC 4 Stunden unter vermindertem Druck gehärtet. Die Zelle wurde mit dem Flüssigkristallgemisch E7 in der isotropen Phase kapillargefüllt. Diese Zellen wurden für Vorneigungsmessungen verwendet.
Herstellung von verdrillt nematischen (TN) Zellen. 5 mm dicke TN-Zellen mit substituierten DPS behandelten blanken ITO-Substraten wurden hergestellt. Epoxykleber wurde parallel auf die Kanten eines Substrats aufgetragen. Das zweite Substrat wurde auf das erste mit den DPS-behandelten sich gegenüberliegenden Oberflächen und mit der bevorzugten Ausrichtungsrichtung des oberen Substrats bei 90º hinsichtlich zu dem des unteren Substrats platziert. Die Substrate waren um etwa 5 mm für nachträgliche elektrische Kontakte gegeneinander versetzt. Eine ungefähre Zelldicke von 20 um wurde mit Glaskugeln erhalten. Der Kleber wurde bei 65ºC 4 Stunden unter vermindertem Druck gehärtet. Die Zelle wurde mit dem Flüssigkristallgemisch E7 in der isotropen Phase kapillargefüllt. Diese Zellen wurden für elektrooptische Untersuchungen verwendet.

Beispiel 14a. Parallele Flüssigkristallzelle des 4-Nitro-substituierten DPS

Die Zelle zeigte eine gute Ausrichtung zwischen gekreuzten Polarisatoren unter einem Mikroskop. Das Kontrastverhältnis betrug 30.

Beispiel 14b. Parallele Flüssigkristallzelle des 3-Nitro-substituierten DPS

Beispiel 14c. Parallele Flüssigkristallzelle des 4-Methoxy-substituierten DPS

Beispiel 14d. Parallele Flüssigkristallzelle des 4-Butoxy-substituierten DPS

Beispiel 15. Bestimmung der Vorneigung durch das Kristallrotationsverfahren

Kristallrotationsverfahren

Das Kristallrotationsverfahren wird verwendet, um den Vorneigungswinkel in planaren Zellen zu bestimmen. Es wird angenommen, dass der Vorneigungswinkel, den die optische Achse mit der Oberfläche ausmacht, klein ist (0-10º).
Das Verfahren beruht auf der Bestimmung der optischen Phasenverschiebung und Durchlassintensität als einer Funktion des Winkels des Welleneinfalls des Laserstrahls hinsichtlich der normalen Zellwände. Die Zelle selbst wird um eine zu der optischen Achse senkrechten Achse rotiert.
Die Durchlassintensität oszilliert, der Winkel des Welleneinfalls verändert sich. Die Intensitätskurve ist über einen bestimmten Winkel, der Symmetriepunkt genannt wird und mit dem Vorneigungswinkel in Verbindung steht, symmetrisch. Somit kann, falls die ordentlichen und außerordentlichen Brechungsindizes und die Zelldicken bekannt sind, der Vorneigungswinkel berechnet werden. Die Genauigkeit des Verfahrens liegt im Bereich von 0,3º.
Ein Schema des experimentellen Aufbaus ist in Fig. 16 gezeigt.

Beispiel 15a. Vorneigung auf der Zelle mit dem 4-Nitro-substituierten DPS

Die gemessene Vorneigung betrug 2º (Fig. 18).

Beispiel 15b. Vorneigung auf der Zelle mit dem 3-Nitro-substituierten DPS

Die gemessene Vorneigung betrug 1,5º (Fig. 19).

Beispiel 15c. Vorneigung auf der Zelle mit dem 4-Methoxy-substituierten DPS

Die gemessene Vorneigung betrug 0,1º (Fig. 20).

Beispiel 15d. Vorneigung auf der Zeile mit dem 3-Butoxy-substituierten DPS

Die gemessene Vorneigung betrug 0,25º (Fig. 21).

Beispiel 15e. Vorneigung auf der Zelle mit 100% 4-Nitro-substituiertem Chromophor

Die gemessene Vorneigung betrug 16º (Fig. 22).

Beispiel 15f. Vorneigung auf der Zelle mit 50% 4-Nitro-substituiertem Chramophor und 50% unsubstituiertem Chromophor (Fig. 23).

Die gemessene Vorneigung betrug 20º.

Beispiel 15g. Abhängigkeit der Vorneigung von der Polarität des Chromophors für das Flüssigkristallgemisch E7

Ergebnisse sind in Tabelle 1 der Fig. 24 gezeigt.

Beispiel 15h. Abhängigkeit der Vorneigung von der Polarität des Chromophors für das Flüssigkristallgemisch ZLI 4792

Ergebnisse sind in Tabelle 2 der Fig. 25 gezeigt.

Beispiel 15i. Abhängigkeit der Vorneigung von der Polarität des Chromophors für das Flüssigkristallgemisch ZLI 4792 und E7

Ergebnisse sind in Tabelle 3 der Fig. 26 und in Fig. 27 gezeigt.

Beispiel 15j. Vorneigungen von Ausrichtungsschichten mit fluorinierter Substitution

Ergebnisse sind in Tabelle 4 der Fig. 28 gezeigt.
Folglich haben die Erfinder gezeigt, dass die erfindungsgemäßen anisotropen Ausrichtungsoberflächen eine gleichmäßige homeotrope oder geneigte und nicht geneigte planare Ausrichtung von Verbindungen auf Substraten ergeben. Das bevorzugte erfindungsgemäße Verfahren ist ein sehr einfaches Verfahren und für verschiedene Substratoberflächen wirksam. Auch ist die Ausrichtungsschicht hitze- und lichtstabil, kann farblos hergestellt werden, stellt einen hervorragenden Kontrast, wenige bis keine Fehler bereit, kann sehr dünn hergestellt werden und kann an das Substrat chemisch gebunden werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat einige wichtige Merkmale: es ist ein einfaches Verfahren, das größtenteils bei Raumtemperatur erfolgt und leicht für eine Produktion vergrößert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt es eine chemisch gebundene Ausrichtungsschicht, die eine Langzeitstabilität gewährleistet, und es ist auf Substrate anwendbar, die in verdrillt nematischen Vorrichtungen, superverdrillten nematischen Vorrichtungen, Aktivmatrixvorrichtungen, usw. verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Ausrichtungsoberflächen sind in allen optischen Aufzeichnungsmedien und Vorrichtungen und insbesondere in Flüssigkristallvorrichtungen (LCD) verwendbar, die Ausrichtungssubstrate benötigen. Diese Vorrichtungen schließen Bildschirme, räumliche Lichtmodulatoren, Phasenverschiebungsvorrichtungen, nicht-lineare optische Vorrichtungen, verdrillt nematische Vorrichtungen, superverdrillte nematische Vorrichtungen, Doppelschichtsuperverdrillte nematische Vorrichtungen, Dreifachschicht-superverdrillte nematische Vorrichtungen, Aktivmatrixbildschirme, Multiplexversionen der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen, in-plane-switching- (IPS) Vorrichtungen, Vertikalausrichtungsbildschirme, oberflächenstabilisierte ferroelektrische Flüssigkristallbildschirme (SSFLCD), elektroklinische Bildschirme, usw. ein. Natürlich sind Flachbildschirme, TV-Bildschirme, Computerbildschirme, usw. eingeschlossen. Diese Vorrichtungen sind bekannt und einige dieser Vorrichtungen sind in Handbook of Display Technology, Castellano J. A., Academic Press, Inc., 1992, durch Zitierung hierin eingeschlossen, beschrieben. Kapitel 8 dieses Handbuchs ist insbesondere nützlich. Der Fachmann kann die vorstehend genannten, erfindungsgemäßen LC-Vorrichtungen dadurch bereitstellen, dass einfach die Ausrichtungsschicht(en), die in Vorrichtungen des Standes der Technik verwendet wird/werden, durch die hierin beschriebene Oberflächenausrichtungsschicht ersetzt wird/werden. Die durch die erfindungsgemäßen Oberflächen bereitgestellten Neigungswinkel variieren von 0E bis 90E und sind bevorzugt größer als 0 bis 15º, eingeschlossen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 und 15º. 20º-, 30º-, 40º-, 45% 50º-, 60º-, 70º-, 80º- und 85º- Neigungen können auch bereitgestellt werden als auch Werte und Bereiche dazwischen.
In Vorrichtungen, die Bildschirmbereiche mit Mustern, usw. benötigen, können die vorstehenden Oberflächen durch eine Maske, usw. gerichtet gekoppelt werden, um nur bestimmte Bereiche mit der erfindungsgemäßen Ausrichtungsoberfläche zu versehen, oder Verbindungen der Formel 1 können nur auf bestimmte Bereiche eines Substrats aufgebracht werden. Ferner kann eine Maske verwendet werden, um bestimmte Bereiche unter Verwendung z. B. von polarisiertem UV-Licht, das in einer ersten Richtung polarisiert ist, gerichtet zu koppeln, gefolgt von gerichtetem Koppeln anderer Bereiche des gleichen Substrats mit z. B. polarisiertem UV-Licht, das in einer zweiten Richtung polarisiert ist. Vielbereich-Bildelemente können in dieser Weise, usw. hergestellt werden. Natürlich können Gemische von Verbindungen der Formel 1 auf einem einzigen Substrat verwendet werden und Substrate mit Bereichen aus verschiedenen Verbindungen der Formel 1 können verwendet werden. Farbige Substrate können verwendet werden als auch farbige, fluoreszierende, usw. Verbindungen der Formel 1, die aufgrund ihrer chemischen Konstitution derart versehen wurden. Zusätze wie Farbstoffe, usw. können zu den erfindungsgemäßen Schichten vor oder nach dem gerichteten Koppeln hinzugefügt werden.
Die Flüssigkristallmaterialien, die durch die erfindungsgemäßen Oberflächen ausgerichtet sind, sind nicht besonders begrenzt und schließen diejenigen ein, die nematische, cholesterische, smektische, diskotische, usw. Phasen aufweisen, einschließlich ferroelektrischer Materialien (insbesondere die mit lateraler Fluor-Substitution). Die Flüssigkristalle können einzeln oder im Gemisch verwendet werden, einschließlich eutektischer Gemische. Superfluorinierte nematische Gemische können verwendet werden. Zusammensetzungen von zwei oder mehr verschiedenen Flüssigkristallen sind bevorzugt. Beispiele von Flüssigkristallen und ihre Gemische sind in Liquid Crystals in Tabellen, Bd. I und II, durch Zitierung hierin eingeschlossen, und in der US-PS 5,032,009, durch Zitierung hiermit eingeschlossen, usw. beschrieben. Gast-Wirt-Zusammensetzungen sind auch eingeschlossen, wobei Gemische aus (einem) Flüssigkristall(en) mit z. B. Farbstoffen, nicht-linearen optischen Verbindungen, usw. bereitgestellt werden.
In besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Ausrichtungsoberfläche chiral aufgrund der Tatsache, dass Moleküle der Formel 1 chiral sind, die P-P'- Brücke chiral ist, X chiral ist, P chiral ist, S chiral ist, oder Kombinationen davon, usw. Form- und geometrische Chiralität sind eingeschlossen.
Offensichtlich sind vielfältige Modifikationen und Variationen der Erfindung im Hinblick der vorstehenden Lehre möglich. Daher versteht es sich, dass innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche die Erfindung anders, als hierin spezifisch beschrieben, ausgeführt werden kann.

Claims

1. Substrat, das auf zumindest einem Teil seiner Oberfläche eine chemisorbierte anisotrope gerichtet gekoppelte Schicht besitzt, die eine Verbindung der Formel:

[X]m-[S]n-[P]o 1

umfasst, worin X eine chemische funktionelle Gruppe, die fähig ist, auf diesem Substrat zu chemisorbieren, S eine Abstandsgruppe, die X und P trennt, und P eine gerichtet koppelbare Gruppe ist, und n, m und o alle ganze Zahlen größer oder gleich 1 sind, worin m ≥ n und o ≥ n ist, worin P die Formel (I)

besitzt, worin jede Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; unabhängig voneinander ein H-Atom, eine lineare oder verzweigte CnH2n+1-, lineare oder verzweigte OCnH2n+1- oder NO&sub2;-Gruppe ist, worin n eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist und mindestens einer der Substituenten R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; kein H-Atom ist.

2. Substrat, das auf zumindest einem Teil seiner Oberfläche eine chemisorbierte anisotrope gerichtet gekoppelte Schicht besitzt, die eine Verbindung der Formel:

[X]m-[S]n-[P]o 1

umfasst, worin X eine chemische funktionelle Gruppe, die fähig ist, auf diesem Substrat zu chemisorbieren, S eine Abstandsgruppe, die X und P trennt, und P eine gerichtet gekoppelte Gruppe ist, und m und o der Formel [X]m-[S]n-[P]o alle ganze Zahlen größer oder gleich 1 sind, n der Formel 10 oder eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, worin m ≥ n und o ≥ n ist, und worin P die Formel (IA)

besitzt, worin jede Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; ein H-, Br-, Cl-, F-Atom, eine CF&sub3;-, CN-, NC-, lineare oder verzweigte und razemische oder chirale -CO&sub2;CnH2n+1-, lineare oder verzweigte oder razemische oder chirale CnH2n+1-, lineare oder verzweigte oder razemische oder chirale OCnH2n+1-, OCH&sub2;CnF2n+1-, NO&sub2;- oder OH-Gruppe ist, wobei n von solchen R¹- R&sup5;-Gruppen eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist.

3. Substrat nach Anspruch 1 oder 2, worin die chemisorbierte Schicht zwei oder mehrere Verbindungen der Formel [X]m-[S]n-[P]o umfasst.

4. Substrat nach Anspruch 1 oder 2, worin die chemisorbierte Schicht kein Licht des sichtbaren Wellenlängenbereichs absorbiert.

5. Substrat nach Anspruch 1 oder 2, worin die chemisorbierte Schicht Licht des sichtbaren Wellenlängenbereichs absorbiert.

6. Substrat nach Anspruch 1 oder 2, worin die chemisorbierte Schicht in Form einer Schablone geformt ist.

7. Verfahren zur Herstellung des Substrats nach Anspruch 1 oder 2, umfassend die Schritte der Chemisorption einer Verbindung der Formel 1 auf zumindest einen Teil einer Oberfläche eines Substrats, gefolgt von der gerichteten Kopplung.

8. Verbindung der Formel 1

[X]m-[S]n-[P]o 1

in der X eine chemische funktionelle Gruppe, die fähig ist, auf eine Oberfläche oder ein Substrat zu adsorbieren, zu absorbieren oder zu chemisorbieren, S eine Abstandsgruppe und P eine gerichtet koppelbare Gruppe mit der Formel (I)

ist, worin jede der Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; unabhängig voneinander ein H-Atom, eine lineare oder verzweigte CnH2n+1-, lineare oder verzweigte OCnH2n+1- oder NO&sub2;-Gruppe ist, worin n von solchen R¹-R&sup5;-Gruppen eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, mit der Maßgabe, dass nicht alle Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; H-Atome sind, und n, m und o der Formel 1 alle ganze Zahlen größer oder gleich 1 sind, und m ≥ n der Formel 1 und o ≥ n der Formel 1 ist; oder P eine gerichtet koppelbare Gruppe der nachstehenden Formel (IA)

ist, worin jede Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; ein H-, Br-, Cl-, F-Atom, eine CF&sub3;-, CN-, NC-, lineare oder verzweigte und razemische oder chirale -CO&sub2;CnH2n+1-, lineare oder verzweigte und razemische oder chirale CnH2n+1-, lineare oder verzweigte und razemische oder chirale OCnH2n+1-, OCH&sub2;CnF2n+1-, NO&sub2;- oder OH-Gruppe ist, wobei n von solchen R¹-R&sup5;-Gruppen eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, und m und o der Formel 1 jeweils ganze Zahlen größer oder gleich 1 sind, und n der Formel 1 entweder 0 oder eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist, und m der Formel 1 ≥ n der Formel 1 und o der Formel 1 ≥ n der Formel 1 ist.

9. Verwendung einer Verbindung der Formel (II)

worin jede der Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; unabhängig voneinander ein H-Atom, eine lineare oder verzweigte CnH2n+1-, lineare, verzweigte OCnH2n+1- oder NO&sub2;-Gruppe ist, worin n eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, mit der Maßgabe, dass nicht alle Gruppen R¹, R², R³, R&sup4; und R&sup5; H-Atome sind, für die Herstellung einer Oberfläche für die uniaxiale ebene Anordnung von Flüssigkristallen.