DE2351684A1 - Sichtgeraet mit fluessigen kristallen

Info

Description

Claims

DE2351684A1

Publication number: DE2351684A1
Application number: DE19732351684
Authority: DE
Inventors: Komei Asai; Masakazu Fukai; Hiroshi Tatsuta
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1972-10-17
Filing date: 1973-10-15
Publication date: 1974-04-18
Also published as: FR2202731A1; FR2202731B1; GB1437809A; JPS4962390A; CA1040653A

15, OHi 1HV3

LW/Xl/POS-3 2048

MATSUSHITA ELECTRIC. INDUSTRIAL CO., LTD., Osaka, Japan .

Sichtgerät mit flüssigen Kristallen

Die Erfindung betrifft ein mit flüssigen Kristallen arbeitendes Sichtgerät. Insbesondere betrifft die Erfindung ein elektrooptisches, auf der Basis flüssiger Kristalle arbeitendes Sichtgerät,- bei dem zur Modulation der· von einer Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen eine dünne Schicht hematischer flüssiger Kristalle mit konstanter molekularer Ausrichtung verwendet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sichtgerät der genannten Art zu schaffen, dessen Stabilität und Leistungsfähigkeit den bekannten Anzeigevorrichtungen gleicher Art überlegen ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Sichtgerät bzw. eine

409816/0956

Anzeigevorrichtung vorgeschlagen, gekennzeichnet durch flüssige Kristalle der Zusammensetzung

CH₃ (CH₂ )₃-^ V-CH=N-⁷' >-CN

mit bei Zimmertemperatur nematischer Struktur„

Die neuen für die Anzeige verwendeten Kristalle zeichnen sich vor allem durch einen breiten Temperaturbereich aus, in dem der nematische Zustand erhalten bleibt. Die verwendeten neuen flüssigen Kristalle das 4-n-Butylbenziriden-4'-cyanoanilins ermöglichen so die Herstellung erheblich leistungsfähigerer Sichtgeräte.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbei— spielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. la eine Flüssigkristall-Anzeigestruktur

in Draufsicht und

Fig. Ib einen Schnitt nach Ib-Ib in Fig. la.

In den Figuren ist eine typische Struktur für die optisch anzeigende Informationsdarstellung mit Hilfe von flüssigen Kristallen gezeigt, die aus einem ersten lichtdurchlässigen Substrat 1 mit ersten lichtdurchlässigen elektrischen Leiterschichten 4,4* ,4% die als Beschichtung auf eine , Oberfläche des ersten Substrats aufgebracht sind. Ein zweites lichtdurchlässiges Substrat 2 mit einer zweiten lichtdurchlässigen Leiterschicht 5 bildet zusammen mit dem Substrat 1 eine optische Zelle, die mit den nematischen

409816/0956 . "

flüssigen Kristallen 6 gefüllt ist» Licht, das in diese Zelle einfällt, ist mit Hilfe eines elektrischen oder eines magnetischen Feldes modulierbar<,

Die Oberflächen der Substrate 1 und 2 sowie der Leiterschichten 4,4* und 4" sowie 5 können so behandelt werden, dass die Moleküle der flüssigen Kristalle an den Phasengrenzflächen nach einer Vorzugsrichtung ausgerichtet werden, während ihre Längsachse parallel zu den Substraten und Leiterschichten ausgerichtet bleibt. Ausserdem können in den Figuren nicht gezeigte Polarisatoren an jeder der Seiten der Anzeigevorrichtung angebracht sein, deren Polarisationsrichtungen parallel zu-einander verlaufen oder senkrecht aufeinanderstehen.

Von optischen Zellen der beschriebenen Art ist bekannt, dass die in ihnen enthaltenen flüssigen Kristalle unter der Steuerung eines Magnetfeldes oder eines elektrischen Feldes Licht, das von einer Lichtquelle aus einfällt₄ moduliert werden kann.

Auch sind für chemische Verbindungen, die flüssige Kristallsysteme zu bilden vermögen, eine Reihe von Anwendungen bekannt geworden. Die nach den bekannten Technologien beschriebenen optischen Vorrichtungen zur Informationsdarstellung haben solche chemischen Stoffe_# die ein nematisches flüssiges Kristallsystem zu bilden vermögen, verwendet. Die bisher beschriebenen Sichtgeräte sind unbewegliche Einbau geräte, die bei ganz bestimmten* in der Regel genau einzuhaltenden Temperaturen arbeiten. Zur erweiterten Anwendbarkeit solcher Sichtgeräte ist es jedoch iiriinschenswert, dass diese auch in beweglichen Geräten ohne eine peinlich genaue Temperaturregelung bei Zimmertemperatur,

409816/09 50

also im Bereich von etwa 25 ⁰C, arbeiten können. Für die Herstellung tragbarer Anzeigegeräte ist es jedoch erforderlich, dass diese keiner aufwendigen Temperaturregelung zur Einhaltung genauer Temperaturen des flüssigen Kristallsystems bedürfen.

Zur praktischen Durchführung der Erfindung wird eine neue chemische Verbindung verwendet, nämlich das 4-n-Butylbenziriden-4·-cyanoanilin der Formel

^-ff ^-CH=N-⁷ ^-CN (A)

Für diese neue Verbindung liegt die Übergangstemperatur
vom kristallinen Zustand in den mesomorphen Zustand bei
28,5 °C und die Übergangstemperatür vom mesomorphen Zustand in den isotrop-flüssigen Zustand bei 51,8 ⁰C.

Weiterhin kann ein aus verschiedenen Stoffen bestehendes flüssiges Kristallsystem mit einem breiten mesomorphen
Bereich in einfacher Weise durch Zugabe der Verbindung A zu mindestens einer der folgenden Stoffe erhalten werden:

409816/0956

0> CH = N (θ) CN

CN

CIL 0 (θ) CH = N

CH₃CH₂ Q (Ö) CH = N (O) CN CH. (CH₂) ₂ O {θ) CH = N (θ) CN CH₀(CHJ, O (θ) CH = N(O) CN CH₃ (CH₂) _k 0 <0) CH = N (5) CN

CIL (CHJ ^ O <O> CII = N(O) CN 5 ^- J

O <O

CN

I 0 (Q> CH = N. (θ) CN

I _.

CH₀ (CH₀) ₀ C 0 (O) CH = N (θ) CN

.Q-

CH₃(CH₂)^ C0@ CH- N (θ) CN

O
Qi₀(CHJ, C O (θ) CH = N (θ) CN

CH₃ O <θ) CH = N (5) (CH₂)₂CH₃ ^!3'

CH₃(CH₂)^ O ® CH.= N ^ CCH₂)₃CH₃

CH 0@ CH = N (g) ( CH₃ (CH₂) ₂ O φ CH. = N.

(D (2)

(3)

0) (6) (7) (8)

(9)

(10) (11)

(13)

(16)

09 θ 16/09 56

Die auf diese Weise erhaltenen gemischten flüssigen Kristalle mit nematischen Eigenschaften sind insbesondere als flüssiges Kristallsystem in den elektrooptischen Sicht- bzw. Anzeigegeräten, die unter Verwendung der Polarisationseffekte arbeiten, vorteilhaft einsetzbar.

Zur Herstellung der Verbindung ä wurden 0,10 mol p-n-Butylbenzaldehyd und O,1O mol p-Cyanoanilin in 5OO ml Benzol in einem 1 1-Rundkolben 4 h lang unter Rückfluss gekocht. Der Reaktionskolben war mit einem Rückflusskühler bestückt, dessen oberes offenes Ende mit einem Calciumchloridröhrchen verschlossen war. Zum Auffangen des^seotrop entfernten Wassers diente eine Dean-Stark-Falle. Nach Beendigung der Umsetzung unter Rückfluss wurde das Lösungsmittel in einem Rotationsverdampfer unter vermindertem Druck abgezogen. Der Rückstand wurde aufgenommen und aus Isopropanol umkristallisiert.

Der erhaltene Stoff wurde so oft umkristallisiert, bis sein Schmelzpunkt konstant blieb. In der gleichen Weise wurden die Verbindungen 1 bis 16 hergestellt.

Es sind eine Reihe von Verbindungen mit nema tischer Kristallstruktur bekannt, die relativ einfach aufgebaut sind und bei Zimmertemperatur im Zustand flüssiger Kristalle vorliegen. Für diese Verbindungen ist jedoch der Temperaturbereich, •in dem sie im nematischen Zustand vorliegen, relativ schmal. Aus diesem Grund sind Gemische verschiedener Verbindungen untersucht worden, um ein gemischtes System flüssiger Kristalle herzustellen, die den Zustand der flüssigen Kristalle nicht nur im Bereich von Zimmertemperatur oder darunter aufweisen, sondern vor allem auch in einem wesentlich breiteren Temperaturbereich, als er für einzelne Verbindungen erzielt werden kann. Beispiele für solche Stoffgemische sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengestellt.

4 09816/0956

Tabelle 1

;-;. ' ■ Gemischzusammensetzungen

CH₀CH₀ O (θ) CH = N (θ) (CH₀) ,CEL

9C

Gew.-%

(CHJ₁- 0 (θ) CH = N (θ) CH - CHCOOCH₀CH₀ 10 Gew.-%

^CH3 0 (θ) CH = N <O

.90

CH (CHJ^ 0 (O) CH = N\O) CH = CHCOOCH₂CH₃

10

Gew.-%

. Gew. -%

CH₀CH₀ O (O) CH = N (O) (CHJ₀CH--3 2 V-V v_/ 2. 3 3

Cd₃ 0- (5) CH = N (θ) 0 CO (CH₂)₂CH₃

CH₀(CH_?) O (5) CH = N (5) N = CH ./Ö) Oi

■■ ei

Gew.-%

_Gew#__o/o

CH (OH₂) 0 (θ) CH = N (6) OCOCH₀
CH₀ 0 (Ö), CH. = N (5) OCO (CH₂) ₂CH-.
Cli'. ="N (Ö) OC9CH-.

33,3

33

Gew.-%

Temperaturbereich des
nematischen Zustan^des

22-77⁰C

-15-115⁰C

22-105°C

Tabelle 1 (Fortsetzung)

.Gemischzusaramensetzungen Temperaturbereich des
nematischen Zustandes

ο eo ot σ>

CH₀ O (O) CH = N <0) (CH_o)₀C:

J ^N ' ^V ' Q^J

CH 0 (0) CH = Ή (θ) OC(CH₂)

CH₀CCH₀), C 0 <θ) COO (θ) OCH₀CH j ■ et -4· ν—/ v_y ' ii

2 mol 2 mol 1 mol

-3-8O°C

CH₀ (g) CH = N (θ) (CH₂) CH₀

Il __^

CH₀(CH₂) 0 C (θ) COO (Ö) CH₂CH.

CH₀ 0 ( 3

CH = N (θ) OCCH₀

Gemisch

60 Mol -

40 Mol-%

19-3O°C

C "d_1?OCO (0) CH = N (Q) CN C^H₁₀O (Ö) CH = K (Ö) CW C)₁H_nO /oS CH = N <^> CN

1 mol 1 mol 1 mol

CD CX)

Nach einer besonders vorteilhaften Äusfuhrüngsform der Erfindung wird auch die neue Verbindung A, die selbst ausserordentlich, gute nematische Eigenschaften zeigt, mit entsprechend anderen geeigneten Verbindungen vermischt. Beispiele für solche gemischten Systeme sind in der nachstehenden Tabelle 2 zusammengefasst.

Tabelle 2

Zusainmensetzung Anteil in

Gew. -%

Temperaturbereich des nematischen Zustandes -(⁰C)

Verbindung A

Il
Il

75 25

80 2O

unter 0 - 37,3

1!	Ä	75	unter O -	56,0
It	2	25
Il	A	75	23,0 - 67,	2
Il	3	25

25,0 - 48,9

M	A	50	13,2 -	75_f8
It	6	50
Il	A	5O
			■■14,0 -	79,0
S!	7	50
ta	A	67	unter	0 - 54,0
U	-8	33

4098 IS/0 9 56

IC -

Tabelle 2 (Portsetzung)

Verbindung A 9

33 17 11,0 - 40,6

A 10

75 25 25,0 - 42,2

Ä 11

50

5O 6,0 - 66,2

A 12

50 50 15,0 - 75,6

A 7 12

33,3 33,3 33,3 unter -25 - SO,6

Ά 5 6

33,3 33,3 33,3 unter -25 - 83,3

A 5 12

50 25 25 unter -25 - 76,1

A 5 7

33_t3 33,3 33,3 18,O - 36,6

13

14

33_S3 33,3 33,3 15,0 - 57,2

£09816/0956

Tabelle 2 (Fortsetzung)

Ausserdem können der Verbindung A bzw. den Gemischen aus der Verbindung A mit mindestens einer der Verbindungen 1 16 noch die folgenden organischen Stoffe zugefügt werden:

(1) Pigmentzusätze zur Erzeugung einer mehrfarbigen Darstellung, beispielsweise Methylrot oder Indophenolblau und bzw. oder

(2) stabilisierende Zusätze, wie beispielsweise Hydrochinon oder 2,4,6-tri-tert-Butylphenol.

Die vorgenannten organischen Stoffe können je nach Bedarf zugegeben werden. Wie bereits beschrieben, weist das Sichtgerät, das unter der Verwendung der neuen flüssigen Kristalle bzw. Kristallsysteme hergestellt worden ist, seine nematischen Eigenschaften in der optischen Zelle über einen ausserordentlich breiten, Zimmertemperatur einschliessenden Temperaturbereich auf. Das erfindungsgemässe Sichtgerät, das das von einer Lichtquelle kommende Licht moduliert, weist für den praktischen Einsatz sowohl im industriellen Bereich als auch im Konsumbereich deutliche Vorteile gegenüber den bekannten Vorrichtungen auf.

4098 16/0 956

Verbindung A

Pat en tansprüche

Γΐ.) Ein mit flüssigen Kristallen arbeitendes Sichtgerät, gekennzeichnet durch flüssige Kristalle der Zusammensetzung

CH- (CH_ ) _-f J Z 3 \—

mit bei Zimmertemperatur nematischer Struktur.
2. Sichtgerät nach Anspruch 1, enthaltend zusätzlich einen organischen Stoff.
3. Sichtgerät nach Anspruch 2, enthaltend zusätzlich mindestens eine der folgenden Verbindungen:

409816/0956

₀ (CH₀) _ο C O (Ö) CH =.Ν (θ) CN 3 - 2 έ ^- ^J ^-^

)V C O

θ) CH"= N (Ö) CN

CH₀(CH₀), CO /θ) CH = N (θ) CN

J ti D — __

CH₀ 0 (θ) CH = N (5) (CH )_pCH_o

CH₃(CH₂)₃ 0

₂)₃

CH = N (θ) (CH₂)

CH 0 (θ) CH = N (θ) (CH₂)₆Cif₃ CH₃(CH₂)₂ 0 @> CH. = N (θ) (CH

₃(CH₂)₂ CH o

S) CE = N<O> CN CH = N (θ) CN

CH.CH. 0 @ CH = N

= κ©

CH₃(CH₂)i_f 0 <O) CH> N -CH^(CH₉). 0 (θ) CH = N@CN CH₃(CH₂)₆ 0 <O) CH = N (Ö) CN

CH₃CH₂

CO (θ).CH = N (Ö) CN

409816/0956
4. Sichtgerät nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der organische Stoff ein Pigmentzusatz für die mehrfarbige Darstellung ist.
5. Sichtgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4_# dadurch gekennzeichnet, dass der organische Stoff ein Stabilisierungszusatz ist.

409816/0958