DE2934918A1 - Nematische fluessigkristallzusammensetzung fuer anzeigeeinrichtungen - Google Patents

Nematische fluessigkristallzusammensetzung fuer anzeigeeinrichtungen

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    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
    • C09K19/42—Mixtures of liquid crystal compounds covered by two or more of the preceding groups C09K19/06 - C09K19/40
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung, die für Anzeigeeinrichtungen, insbesondere solche eines Zeitaufteilungs-(oder Zeitteiler-)Steuersystems verwendet wird.
Man sagt, daß die am meisten erwünschten der Flüssigkristallmaterialien (einschließlich Verbindungen und Zusammensetzungen) , die für Feldeffekt-Flüssigkristallanzeigeelemente, wie z. B. verdrillte nematische (TN-Typ) Flüssigkristallanzeigeelemente, verwendet werden, solche sind, die die folgenden drei Anforderungen erfüllen:
Erste Anforderung: Gute Anpaßbarkeit an den Ausrichtungssteuerbereich .
81-(A 3979-03)-TE
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Zweite Anforderung: Betriebsfähigkeit über einen weiten
Temperaturbereich.
Dritte Anforderung: Gutes Ansprechvermögen über einen
weiten Temperaturbereich, insbesondere bei niedrigen Temperaturen.
Verschiedene Arten von Flüssigkristallmaterialien für Anzeigeelemente, insbesondere solche eines Zeitaufteilungssteuersystems, wie z. B. vom Typ der Schiffsehen Base, vom Estertyp, Diphenyltyp, Azoxytyp usw., wurden bisher bereits angegeben. Die Flüssigkristallmaterialien des Azoxytyps haben ausgezeichnete Temperatureigenschaften (von geringem Δτ), d. h. sie sind von sehr begrenzter Änderung der Schwellenspannung mit einer Temperaturänderung und liefern, wie später erläutert wird, einen Betriebsspielraum M von mehr als 10 % unter den 1/3-Vorspannungs- und 1/3-Einschaltdauer-Zeitaufteilungs-Steuerbedingungen. Die Azoxyflüssigkristallmaterialien werden durch die folgende allgemeine Formel wiedergegeben:
R-H
Sie besitzen an sich eine schwache negative dielektrische Anisotropie und werden üblicherweise als ein Mischsystem mit einer nematischen Flüssigkristallverbindung mit positiver dielektrischer Anisotropie (Np) verwendet. Jedoch färben sich diese Azoxyflüssigkristallmaterialien (gelb), da sie einen Teil des sichtbaren Lichts absorbieren. Auch zeigen sie die maximale Lichtabsorption bei 350 nm und machen die folgende photochemische Reaktion aufgrund der Wellenlänge
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um ein solches Niveau durch:
R1-(O)-N(O)N-(O)-OR2 hY> R1-(O)-N=N-(O)-OR2
HO
Durch eine solche photochemische Reaktion wird eine nichtflüssige Kristallverbindung erzeugt, und dieses neue Produkt ändert die Farbe des Flüssigkristalls von gelb zu rot. Üblicherweise wird der elektrische Widerstand des Flüssigkristalls ebenfalls scharf verringert. Daher muß man bei der tatsächlichen Verwendung solcher nematischen Flüssigkristalle des Azoxytyps ein 500 nm-Schneidfilter in der Einrichtung (im Element) anpassen, um eine Lichtbeeinträchtigung zu vermeiden, die durch das Sonnenlicht oder fluoreszierendes Licht verursacht werden könnte. Dies kompliziert natürlich den Mechanismus der Einrichtung (des Elements).
Andere Arten von Flüssigkristallen, die gegenüber einer solchen Lichtverschlechterung beständig sind, wie z. B. der Typ der Schiffschen Base, der Diphenyltyp, der Estertyp usw., wurden für ihre Verfügbarkeit als weißes Anzeigematerial bemerkt, und ihre Anpassung an die Anzeigevorrichtungen wurde diskutiert.
Die Diphenylflüssigkristalle haben den Vorteil hoher chemischer Stabilität, da sie gegenüber Licht, Wasser und Sauerstoff hochbeständig sind. Jedoch sind die meisten der. bekannten Dipheny!materialien, die bei Raumtemperatur Flüssigkristalle bilden, diejenigen, die positive dielektrische Anisotropie haben, und es sind nur wenige der negativen Äquivalente
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bekannt, die bei Raumtemperatur in Flüssigkristallform und praktisch brauchbar sind. Daher gibt es nur einige Arten von Flüssigkristallverbindungen, die ein Mischsystem mit dem Diphenyltyp allein bilden können. Auch ist wegen eines nicht so hohen Wertes der positiven dielektrischen Anisotropie mit diesen Materialien eine WeitbereichsJustierung des Schwellenwertes kaum möglich, und außerdem hat diese Schwellenspannung eine hohe Temperaturabhängigkeit, so daß diese Materialien allgemein als ungeeignet für die Zeitaufteilungssteuerung betrachtet werden.
Die Flüssigkristallverbindungen des Estertyps haben eine verhältnismäßig gute chemische Stabilität, und es sind viele Arten von einzelnen Flüssigkristallverbindungen positiver oder negativer dielektrischer Anisotropie bekannt. Jedoch hat die Schwellenspannung dieser Verbindungen eine relativ hohe Temperatürabhängigkeit, und ihre Viskosität ist ebenfalls ziemlich hoch, so daß diese Verbindungen allgemein kaum die erwähnten zweiten und dritten Anforderungen erfüllen können.
Die Flüssigkristallverbindungen des Typs der Schiffschen Base haben bessere Eigenschaften als der Estertyp, doch wegen eines starken hydrolytischen Verhaltens ist oft eine Anpassung an den Fassungsteil des Anzeigeelements für ihre Verwendung erforderlich.
Einzelne Flüssigkristallmaterialien sind beispielsweise in den üS-PSen 4 137 192 und 4 147 651, in "Molecular Crystals and Liquid Crystals" 22, 285 - 299 (1973), in "J. Org. Chem." _3J3/ 3160 - 3164 (1973), in der DD-PS 105 7O1 usw. beschrieben, doch sind ihre besonderen Kombinationen bisher nicht bekannt.
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Die Erfinder fanden bereits, daß ein Flüssigkristallsystem, das die genannten zweiten und dritten Anforderungen erfüllt, durch Verwendung einer nematischen Flüssigkristallverbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie (Nn-Typ-Flüssigkristallverbindung) als Matrix und Zusatz einer geeigneten Menge einer nematischen Flüssigkristallverbindung mit positiver dielektrischer Anisotropie (Np-Typ-Flüssigkristallverbindung) und/oder deren homologen Verbindung (der Begriff "homolog" wird in Bezug auf die Materialien verwendet, die im Molekularaufbau den positiven nematischen Flüssigkristallverbindungen analog sind, und solche Materialien werden im folgenden als Np-Typ-Flüssigkristallhomolog bezeichnet) erhältlich sind und daß ein solches Flüssigkristallsystem aus Flüssigkristallverbindungen des Typs der Schiffschen Base oder Cyclohexankarbonsäure-trans-4'-alkoxyphenylestern erhalten werden kann, ein solches System jedoch noch unbefriedigend ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Flüssigkristallverbindungen, wie sie oben erwähnt sind, zu überwinden und eine verbesserte Flüssigkristallzusammensetzung zu entwickeln, die mit hoher Stabilität über einen weiten Temperaturbereich ausgerichtet wird, eine Weitbereichjustierung der Schwellenspannung ermöglicht, von geringer Temperaturabhängigkeit dieser Schwellenspannung ist und auch schnell auf die angelegte Spannung anspricht.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung zur Verwendung in Anzeigeeinrichtungen, gekennzeichnet durch
(a) wenigstens eine Verbindung der Formel:
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worin R1 H-C1nH2n+1, n-CmH2m+1-0 oder n-CmH2m+1-CO ist,
R2 n-Cq
m und q unabhängig je eine ganze Zahl von 1 bis 10 sind und
η ein Symbol ist, das andeutet, daß Kohlenstoffatome linear verkettet sind, und durch
(b) wenigstens eine Verbindung der Formel:
R3-(O)-COO-(O)-COO-(O)-R- (II)
J v-y v_y ν—/ 4 x '
worin R3 n"c r H 2r+i oder n-CrH2r+1-0 ist,
R4 n-CsH2s+1 Oder n-CsH2s+r° ist'
r und s unabhängig je eine ganze Zahl von 1 bis 10 sind und
n, wie unter (a) definiert, ist.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene nematische Flüssigkristallzusammensetzung kann zusätzlich zu den obigen wesentlichen Bestandteilen (a) und (b) (im folgenden auch als ge-
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mischtes Matrixsystem bezeichnet)
(c) wenigstens eine nematische Flüssigkristallverbindung mit positiver dielektrischer Anisotropie und/ oder ihre homologe Verbindung und, falls erforderlich,
(d) wenigstens eine nematische Flüssigkristallverbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und/ oder ihre homologe Verbindung enthalten.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 4 ff. gekennzeichnet.
Die Erfindung gibt also eine nematische Flüssigkristallverbindung an, die
(a) wenigstens eine Verbindung der Formel:
R1-(H)-COO-(O)-R2 ,
(worin R1 H-C1nH21n+1, n-CmH2m+1-0 oder n-cy^-CO ist
und
R0 n-C H~ ,.,, n-C H_ M-O oder n-C H- ,-,-CO ist, 2 q 2q+1 q 2q+1 q 2q+1
wobei m und q je eine ganze Zahl von 1 bis 10 sind und η ein Symbol ist, das andeutet, daß Kohlenstoffatome linear verkettet sind) und
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(b) wenigstens eine Verbindung der Formel:
R3-(OJ-COC)-(O)-COO-(O)-R4 /
(worin R3 n~c r H 2r+i oder n~c r H2r+1~° ist'
R4 n-CsH2s+1 Oder n-CsH2s+1-° ist'
wobei r und s je eine ganze Zahl von 1 bis 10 sind und
n, wie oben definiert, ist) und,
wo erforderlich, (c) wenigstens eine nematische Flüssigkristallverbindung mit positiver dielektrischer Anisotropie und/oder ihre homologe Verbindung und,
falls erforderlich, (d) wenigstens eine nematische Flüssigkristallverbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und/oder ihre homologe Verbindung enthält.
Diese Flüssigkristallverbindung zeigt, wenn sie für eine Anzeigeeinrichtung verwendet wird, ausgezeichnete Eigenschaften, indem sie mit hoher Stabilität über einen weiten Temperaturbereich ausgerichtet wird, eine Weitbereichsjustierung der Schwellenspannung ermöglicht, von geringer Temperaturabhängigkeit ist und schnell auf die angelegte Spannung anspricht.
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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Beispiels
eines Flüssigkristallanzeigeelements;
Fig. 2 einen Teilschnitt zur Darstellung des
Ausrichtungsmusters der Flüssigkristallmoleküle;
Fig. 3 ein Beispiel der Zeitaufteilungs-Steuer-
wellenformen nach dem Spannungsmittelungsverfahren (1/3 Vorspannung);
Fig. 4 eine Perspektivdarstellung zur Definition des Betrachtungswinkels;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Messen der elektro-optischen Eigenschaften der Zusammensetzung;
Fig. 6 die 1/3-Vorspannungs-, 1/3-Einschaltdauer-Steuerwellenformen;
Fig. 7 die 1/2-Vorspannungs-, 1/2-Einschaltdauer-Steuerwellenformen;
Fig. 8 ein Diagramm der Helligkeits-Spannungs-Eigenschaften bei Zeitaufteilungssteuerung;
Fig. 9 ein Verhaltensdiagramm der Beziehung zwi-Bchen dem N /N -Mischungsverhältnis und
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Fig. 10 ein Diagramm der elektro-optischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Zugabe von C4Hg-(O)-COO-(O)-CN.
Fig. 11 ein Diagramm der elektro-optischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Zugabe von C,H0-(O)-COO-(O)-COO-(O)-C4H ; und
Fig. 12 ein Diagramm der elektro-optischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Zugabe von
Vor der Beschreibung der einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird eine nähere Betrachtung der genannten drei Anforderungen für ein praktisch verwertbares Flüssigkristallmaterial gegeben.
Hinsichtlich der ersten Anforderung ist es von sehr großer Wichtigkeit für den Aufbau des Anzeigeelements, die molekulare Anordnung derart zu steuern, daß die Moleküle der Flüssigkristallverbindung alle zueinander und in einer Richtung an der Grenzfläche der oberen und unteren Platten, die die Moleküle halten, ausgerichtet werden. Eine solche Steuerung wurde bisher durch Bildung einer SiO-Schicht an der Grenzfläche durch schräges Vakuumaufdampfen oder durch Reibtechniken erreicht.
Bezüglich der zweiten Anforderung ist es das Minimalerfordernis, daß das Material ein Flüssigkristall bei etwa normaler Temperatur (25 0C) ist, doch praktisch ist es erforderlich, daß das Material einen Flüssigkristallzustand im Temperaturbereich von -10 0C bis etwa +60 0C oder höher aufweist.
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Die Übergangstemperatur der im Rahmen der Erfindung angegebenen Fest- und Flüssigkristallverbindungen wurde gemäß den Ergebnissen der folgenden Messungen entschieden und definiert. Es gibt viele Fälle, in denen die jeweiligen einzelnen Flüssigkristallverbindungen oder gemischte Zusammensetzungen derselben eine Unterkühlung durchmachen.
In einem solchen Fall wird die Verbindung (oder Zusammensetzung) auf eine ausreichend niedrige Temperatur (z. B. -40 0C) abgekühlt, und dann wird die Übergangstemperatur beim Anstieg der Temperatur mittels einer Mikro-Schmelzpunktmeßvorrichtung gemessen, und die so gemessene Temperatur wird als Übergangstemperatur der Fest- oder Flüssigkristallverbindungen angegeben. Diese zweite Anforderung ist von großer Bedeutung nicht nur für eine gewöhnliche statische Steuerung, sondern auch für eine Steuerung mit einem sog. Zeitaufteilungs-Steuersystem. Das Zeitaufteilungs-Steuersystem gemäß ζ. B. dem Spannungsmittelungsverfahren wird jetzt vorherrschend bei den Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen, besonders solchen, die umfangreiche Informationen erfordern, wie z. B. elektronischen Tischrechnern oder Matrixanzeigern verwendet. Eine Niederspannungssteuerung ist für den elektronischen Tischrechner od. dgl. erwünscht, und üblicherweise wendet man ein 4,5 V-Steuersystem (mit Verwendung von drei 1,5 V-Zellen) oder ein 3 V-Steuersystem (unter Verwendung von zwei 1,5 V-Zellen) an, wobei die Zellen in Reihe geschaltet sind, um eine direkte Steuerung zu erreichen. Diese Niederspannungssteuerung erfordert keinen Zwischenladekreis, da die Zellen in Reihe geschaltet sind, und die Zellenlebensdauer kann auch auf 500 bis 2000 h durch Kombination mit C-MOS verlängert werden.
Jedoch ist ein solches Zeitaufteilungs-Steuersystem im Prinzip gewissen Betriebseinschränkungen unterworfen, die
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beim statischen Steuersystem nicht ersichtlich sind. Bei den Zeitaufteilungsanzeigeeinrichtungen ist es erforderlich, Einstreuungen im Bildelement an jedem Halbauswahloder Nichtauswahlpunkt zu vermeiden, und das Spannungsmittelungsverfahren wird am beliebtesten zur Verhinderung solcher Einstreuungen verwendet. Dieses Verfahren wurde zur Ausdehnung des Arbeitsspielraums durch Mittelung der Einstreuungsspannungen zwecks Vergrößerung des Unterschiedes von der Auswahlspannung gestaltet. Dieses Verfahren wird unten unter.Erläuterung eines typischen Anwendungsfalles erklärt.
Es wird hier ein Anwendungsfall des Spannungsmittelungsverfahrens beschrieben, wo die Einstreuungsspannungen auf 1/3 der Auswahlspannung herabgemittelt werden und die Steuerwellenform alternierend gemacht ist. Die Steuerwellenform dieses Systems ist in Fig. 3 gezeigt, in der Vx die Auswahlspannung ist, Vy die Nutzspannung ist und Vx-Vy die angelegte Spannung ist. In Fig. 3 wird eine Spannung von + Vo an den Flüssigkristall im ausgewählten Zustand angelegt, während eine Spannung von +(1/3)Vo an den Flüssigkristall im Halbauswahl- oder Nichtauswahlzustand angelegt wird. Dabei wird die Effektivspannung V si, die an den Anzeigepunkt (den Punkt, an dem der Flüssigkristall in den Anzeigezustand gebracht wird) angelegt ist, durch die folgende Formel gegeben:
s1 =7-1-{Vo2 + (N- D-I- Vo2}
» N v 9
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worin N die Einschaltdauerzahl bedeutet.
Andererseits wird die an den Nichtanzeigepunkt angelegte Effektivspannung Us2 gegeben durch:
Vo (2).
Hier muß, um einen Anzeigezustand am Anzeigepunkt zu entwickeln, die Effektivspannung W»s1 größer als die oder gleich der Schwellenspannung Vth des Flüssigkristalls sein ( \) si > Vth) , und um die Erzeugung von Einstreuungen am Nichtanzeigepunkt zu vermeiden, muß die Effektivspannung V s2 kleiner als oder gleich Vth sein {l> s2 < Vth) . Mit anderen Worten muß die folgende Bedingung zur Schaffung einer einstreuungsfreien Anzeige gemäß diesem Steuersystem erfüllt sein:
Üs2 k Vth 4 \)s1 (3).
Führt man die Formeln (1) und (2) in die Formel (3) ein, so wird Vo folgendermaßen definiert:
3 Vth■ ένοέ 3 vth (4), IfN + 8
Bei Messung der Helligkeit an den Anzeige- und Nichtanzeigepunkten durch Ändern von Vo werden die Ergebnisse erhalten, wie sie in Fig. 8 gezeigt sind. An den Anzeige- und Nichtanzeigepunkten existieren die Flüssigkristallschwellenspan- nungen Vth1 und Vth2, zur Vo-Basis umgewandelt, und wenn
die folgende Bedingung:
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Vth1 ~ Vo h Vth2
erfüllt wird, ist eine einstreuungsfreie Anzeige ermöglicht. Aus der Formel (4) lassen sich Vthi und Vth2 folgendermaßen ausdrücken:
Vth1 = 3 Vth / (6) ^N + 8
Vth2 = 3 Vth (γ)
Um bezüglich der Formel (5) genauer zu sein, ist der untere Schwellenspannungswert, der eine Anzeige ermöglicht, nicht VtM, sondern sollte eher die in Fig. 8 gezeigte Sättigungsspannung Vsati sein. Mit anderen Worten wird der Spannungsbereich, der eine einstreuungsfreie Anzeige ermöglicht, durch die folgende Formel ausgedrückt:
Vsati έ Vo ύ Vth2 (8).
Man kann sagen, daß der Arbeitsspielraum (M) der Anzeigeeinrichtung umso weiter ist, je größer der Schwankungsbereich von Vo in der obigen Formel (8) ist. Bei der oben beschriebenen Ableitung der Formeln wurden V si und V s2 und daher Vth1, Vth2 und Vsati sämtlich als konstant betrachtet, doch sind diese Werte tatsächlich in Abhängigkeit von der
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Umgebungstemperatur (T), den Betrachtungswinkeln zum Element (0, Θ) und anderen Faktoren variabel. In den obigen Erläuterungen für die Formel (1) bis zur Formel (8) wurde der in Fig. 4 definierte Betrachtungswinkel 0 mit 0 ange.-nommen, doch kann der Betrachtungswinkel in Wirklichkeit einen Wert innerhalb eines begrenzten Bereichs annehmen.
Wie oben erläutert, gibt es verschiedene Faktoren, die den Arbeitsspielraum (M) entscheiden. Diese Faktoren werden der Reihe nach im folgenden erläutert, doch ist es zweckmäßig zum Verständnis dieser Faktoren und des Wesens des Problems, den folgenden drei wesentlichen Elementen eine besondere Beachtung zu schenken:
(i) Änderung der Schwellenspannung mit Temperaturänderung
(ii) Änderung der Schwellenspannung mit Änderung des Winkels
(iii) Schärfe der Spannungs-Helligkeits-Charakteristik.
Die Beziehung zwischen (i)-(iii) und dem Arbeitsspielraum (M) wird mittels tatsächlicher Messungen quantitativ geklärt.
Die elektro-optischen Eigenschaften des Zeitaufteilungssteuersystems wurden nach dem in Fig. 5 veranschaulichten Verfahren bestimmt. Ein Flüssigkristallanzeigeelement 51 wurde
in einen Konstanttemperaturtank 53 mit einer Neigung zwischen
10 und 40° zum Luminometer 52 angeordnet, und man lenkte Licht zu diesem Anzeigeelement 51 durch ein wärmeabsorbierendes Glas-
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filter 55 von einer unter einem Winkel von 30 zum Luminometer 52 angeordneten Wolframlampe 54, und die Helligkeit dieses Elements 51 wurde vom Luminometer 52 gemessen.
Die Steuerwellenformen im Fall von 1/3 Vorspannungr 1/3 Einschaltdauer-und 1/2 Vorspannung-; 1/2 Einschaltdauer-Zeitaufteilungssteuerung nach der Messung gemäß dem oben genannten Verfahren sind in Fig. 6 und 7 gezeigt. Fig. 8 zeigt die Spannungs-Helligkeits-Eigenschaften, wie sie aus diesen Wellenformen bestimmt wurden. In Fig. 8 ist der Bereich I der Bereich, wo die Anzeige nicht erleuchtet ist, und der Bereich II ist der Bereich, wo die Anzeige nur an den ausgewählten Abschnitten erleuchtet ist. Eine gewünschte Anzeige von Figuren, Buchstaben usw. kann im Bereich II vorgenommen werden. Der Bereich III ist der Bereich, wo alle Abschnitte beleuchtet sind und keine Anzeigefunktion auftritt, d. h. es liegen Einstreuungen vor. In der Zeichnung ist Vth1 die Spannung am ausgewählten Abschnitt (An-Zustand) von 10 % Helligkeit, Vth2 ist die Spannung am nichtausgewählten Abschnitt (Aus-Zustand) von 10 % Helligkeit, Vsati ist die Spannung für 50 % Helligkeit am ausgewählten Abschnitt, und Vsat2 die Spannung für 50 % Helligkeit am nichtausgewählten Abschnitt.
Der ArbeitsSpielraum (M) wird durch die folgende Formel definiert:
Vth2 (T-= 40. Φ= 40°. f = 100) - Vsat 1 (T « Ο,Φ= 10°. f=55O) n + Vth2 (T = 40, <£=40°, f = 100) + Vsati (T = 0, ψ= 100, f = 550)
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worin T = Temperatur (0C) 0 - 40 0C
0 = Betrachtungswxnkel (°) 10 - 40° f = Frequenz (Hz) 100 - 550 Hz
sind.
Daher ist "weiter Arbeitsspielraum" gleichbedeutend mit "breitem·Bereich II". So muß das Zeitaufteilungs-Steuersystem in einem bestimmten Bereich des Spannungsspielraums gesteuert werden.
Eine weitere Analyse des durch die Formel (9) gegebenen ArbeitsSpielraums (M) zeigt, daß M durch die genannten drei Faktoren (i) - (iii) entschieden wird und diese Faktoren quantitativ durch die folgenden Formeln definiert werden:
(i) Temperaturcharakteristik Δ T von Vth:
(T = O0C? - Vth2 (T a 4O0C) χ 100 (56) Vth2 (T = 00C) - Vth2 (T = 400C)
Die Definition wird unter den folgenden Bedingungen vorgenommen:
T = 0-40 0C, 0 = 40°, f = 100 Hz. (ii) Winkelabhängigkeit Δ0 von Vth:
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Vth2 (φ = 10°) '
bei T = 40 0C, f = 100 Hz.
(iii) Schärfe \ der Spannungs-Helligkeits-Charakteristik
(12).
Vt h1
Obwohl diese drei Faktoren (i) - (iii) die hauptsächlichen Elemente sind, sollte üblicherweise die Frequenzcharakteristik Δ f ebenfalls als zusätzlicher Faktor in Betracht gezogen werden.
At = Vth1
Vth1 (f = 100)
Af wurde unter den Bedingungen T = 40 0C und 0 = 40° definiert.
Der Spielraum et des Spannungsmittelungsverfahrens wird folgendermaßen zur Zweckmäßigkeit der Ableitung der Formel definiert:
Vth1
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Setzt man die Formeln (10) - (14) in die Formel (9) ein, so ergibt sich der Arbeitsspielraum M als:
worin A = ist
Allgemein können ^ ,Αφ, Δ Τ und Af folgendermaßen definiert werden: ^ > 1, Δ0 < 1, ΔΤ > 0 und Af < 1.
Der oben definierte Arbeitsspielraum kann über einen weiten Bereich in Abhängigkeit von der verwendeten Flüssigkristallverbindung variieren, doch sei festgestellt, daß die zum Ergeben eines größeren Spielraums geeignete Verbindung für eine Zeitaufteilungssteuerung geeignet ist. Wie sich aus der Formel (15) ergibt, ist es zur Erweiterung des Arbeitsspielraums M erforderlich, eine möglichst weitgehende Annäherung der Temperaturcharakteristik Δ T an Null und eine möglichst weitgehende Annäherung der Winkelabhängigkeit Αφ, der Spannungs-Helligkeits-Schärfe und der Frequenzeigenschaft Af an 1 zu erreichen. In einigen Fällen kann die Wirkung der Temperaturcharakteristik bei der Erweiterung des Arbeitsspielraums praktisch vernachlässigbar gemacht werden, indem man einen Temperaturkompensationskreis in die Einrichtung einschaltet. Jedoch führt die Zufügung eines solchen Temperaturkompensationskreises notwendig zu erhöhten Herstellungskosten der Einrichtung, so daß es erwünscht ist,
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die Teile (Elemente) zu verwenden, die einen weiten Arbeitsspielraum ohne Extrabedingungen, wie z. B. die Zufügung eines Kompensationskreises, zur Verfügung stellen, was besonders im Fall der weitverbreiteten Einrichtungen, wie elektronischen Tischrechnern, gilt.
Hinsichtlich der dritten Anforderung, nämlich des . guten Ansprechvermögens über einen weiten Temperaturbereich, besonders bei niedrigen Temperaturen, ist die folgende Betrachtung lehrreich. Allgemein wird das Ansprechvermögen bei der verdrallten nematischen Art für eine Zeitaufteilungssteuerung durch die folgenden Formeln wiedergegeben:
(t6)
Anstieg cC -
ι 		1 1 ) V ' d2
Abfall ac (^ + '/ K K
(17),
y) : Viskosität
K : Elastische Konstante (siehe die später angegebene Formel (20))
d : Flüssigkristallschichtdicke.
Man entnimmt den obigen Formeln, daß das Ansprechvermögen des Flüssigkristalls am meisten durch die Viskosität des Flüssigkristallmaterials bestimmt wird. Man sagt, daß diese theoretischen Formeln gut im Einklang mit tatsächlichen Messungen sind, und es ist für Fachleute klar, daß ei-
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ne Verbesserung des AnsprechVermögens durch geeignete Justierung der Viskosität der verwendeten Flüssigkristallverbindung erzielt werden kann.
So hängt die Erfüllung der dritten Anforderung davon ab, ob eine Flüssigkristallverbindung mit einer niedrigen Viskosität (die natürlich außerdem auch die zweite und die dritte Anforderung erfüllt) gefunden werden kann oder nicht.
Unter den als Bestandteil (a) der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzung verwendeten Verbindungen der Formel (I) werden die folgenden am meisten bevorzugt:
(worin m und q je eine ganze Zahl von 1 bis 10 sind).
Bezüglich der Kombinationen von m und q in der obigen Formel (III) werden die folgenden Kombinationen bevorzugt:
(5f 3), (5, 4), (5, 6), (5, 7), usw.
(worin m und q je eine ganze Zahl von 1 bis 10 sind).
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In der obigen Formel (IV) werden (m, q)-Kombinationen von (5, 2), (5, 3), (5, 5) bevorzugt.
Il q
ο
(worin m und q je eine ganze Zahl von 1 bis 10 sind). Die bevorzugten (in, q)-Kombinationen in der obigen Formel sind (3, 4), (4, 4), (4, 1), (5, 4), (5, 9) usw.
n (VI) , (worin m und q je eine ganze Zahl von 1 bis 10 sind). Die bevorzugten (m, q)-Kombinationen sind (5, 3), (5, 5) usw.
Bezüglich der als Bestandteil (b) in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendeten Verbindungen der Formel (II) sind solche mit den folgenden Substituenten am meisten zu bevorzugen:
(R3 = C2H5, R4 = CH3), (R3 = C2H5, R4 = H-C4H9), (R3 = n-C3H?, R4 = ^C5H11), (R3 = n-C4Hg, R4 - H-C4H9), (R3 = H-C5H11, R4 = H-C5H11), (R3 = H-C7H15, R4 = H-C5H11), (R3 = CH3, R4 = C2H5O), (R3 = CH3, R4 = n-CgH., ?0) , (R3 = C2H5, R4 « CH3O), (R3 = n-C4H9, R4 = CH3O), (R3 = n-C4Hg, R4 « C2H5O), (R3 - U-C4H9, R4 = H-C6H130)f
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(R3 = 11-C5H11, R4 = Xi-CgH17O), (R3 = n-CgH^, R4 = n-C^Q0) ,
(R3 = CH3O, R4 = C2H5) , (R3 = CH3O, R4 = Ia-C3H7) ,
(R3 = 11-C5H11O, R4 = Ji-C3H7), (R3 = CH3O, R4 = 11-C4H9),
(R3 = C2H5O, R4 = U-C4H9), (R3 = U-C4H9O, R4 = 11-C4H9),
(R3 = Ti-C10H21O, R4 = 11-C4H9), (R3 = Jl-C4H9, R4 = H-C5H11),
(R3 = Jl-C5H11O, R4 = H-C5H11), (R3 = CH3O, R4 = Jl-C8H17).
In den vorstehenden Verbindungen sind ein Kohlenstoff im Cyclohexanring und der der Carbonylgruppe durch äquatoriale Conformation gebunden.
Es ist zweckmäßig, daß jede der Verbindungen der Formel (I) und der Verbindungen der Formel (II) selbst einen weiten Bereich von MR (mesomorpher Bereich) hat, damit das gemischte System der Verbindungen der beiden Formeln gut als Matrixsystem dienen kann, das die erwähnten zweiten und dritten Anforderungen erfüllt.
Die MR-Werte der hauptsächlichen Nn-Einzelflüssigkristallverbindungen 4-n-Alkyl-cyclohexankarbonsäure-trans-4'-alkoxyphenylester sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.
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- 40 Tabelle 1
„-©-„ °~(P}~0R2 4-n-Alkyl-cyclo-
hexankarbonsäure-
trans-4'-alkoxy-
phenylester
Symbol R1 R2 MR (0C)
A C3H7 C5H1.1 37~67
B C4H9 C5H11 26-67
C C5H11 C5H11 31 -77
D C6H13 C5H11 44-52
E C4H9 C6H13 25-69
F C3H7 CH3 55-64
G C3H7 C3H7 54~65
H C4H9 CH3 42-61
I C4H9 C2H5 36-74
J C4H9 C6H13 26-70
K C5H11 C2H5 56-86
L C5H11 C4H9 48-80
Ein geeignetes Vermischen dieser Verbindungen ergibt die gemischten Systeme mit ziemlich weitem mesomorphem Bereich MR, wie in der folgenden Tabelle 2 gezeigt ist.
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Tabelle 2
Zeichen Nn-Flüssig- Zahl in Klammern:
kristalle Mol%		 (50) + C (50) MR
(0C)		 13 ~ 70
1-1 A (50) + E (50) 17 ~ 71
1-2 C (50) + E (50) 12 ~ 65
1-3 A (50 + C (25) + E (25) 9 ~ 69,5
1-4 A (33, 3) + C (33,3) + E (33,3) 11 ~ 70
1-5 A (33, 3) + B (33,3) + C (33,3) 15 ~ 69
1-6 A (50) + K (50) 13 ~ 81
1-7 D (50) + K (50) 15 ~ 78
1-8 B (50) + D (50) 21 ~ 69
1-9 B (50) + K (50) 21 ~ 77
1-10 A (50) + K (50) 15 ^ 81
1-11 C
Die Tabelle 3 zeigt die MR-Werte einiger typischer Beispiele der durch die allgemeine Formel: R3-/O/~c00~\O/~C0°" \O/~R4 dargestellten Verbindungen (siehe Formel (II)).
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Tabelle 3
v®- COO-^-COOH MR (0C)
Zeichen R4 105 ~ 199,5
a-1 CH3 U-C5H11 93 ~ 189
a-2 C2H5 H-C4H9 78 ~ 188
a-3 n~C3H7 H-C5H11 89 ~ 183
a-4 H-C4H9 H-C4H9 78 ~ 179,5
a-5 n"C5H11 U-C5H11 (Fest-smektisch-nematisch)
76 ~> 103,5 ~« 168,5
a-6 n-C7H15 n"C5H11 150 *** 257
b-1 CH3 C2H5O 113 ^ 193
b-2 CH3 H-C8H170 134 ~ 230
b-3 C2H5 CH3O 134 ~ 224
b-4 H-C4H9 CH3° 138 ~ 225
b-5 H-C4H9 C3H5O 92 *- 187
b-6 H-C4H9 H-C6H13O 87 — 182
b-7 n-C5H11 H-C8H17O 89 ~ 177
b-8 n-C6H13 H-C6H13O 136 ~ 230
c-1 CH3° C2H5 110 ~ 230
c-2 CH3° H-C3H7 115 ~ 209
c-3 H-C5H11O H-C3H7 107 — 235
c-4 CH3O H-C4H9 124 ** 231
c-5 C2H5O H-C4H9
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Forts. Tabelle 3
c-6 H-C4H9O n-C4H9 113 ~ 212 ,5
c-7 n-C10H210 H-C4H9 91 -" 172 ,5
c-8 CH3° n-C5H11 87 ~ 223
c-9 n-C4H9O 11-C5H11 89 *- 209
c-10 11-C5H11O n~C5H11 91 ~ 198
c-11 CH3O n-C8H17 90 "-Ί95
Die folgenden Tabellen 4 und 5 zeigen MR-Werte der gemischten Systeme der Verbindungen der Formel (I) (Bestandteil (a)) und der gemischten Systeme der Verbindungen der Formel (II) (Bestandteil (b)).
Tabelle 4-1
Versuch
Nr.		 FK-1
(Gew.%)		 DE-1
(Gew.%)		 MR (0C)
A-1 95 5 -1 -~ 77
A-2 90 10 3 ~ 83
A-3 80 20 6 ^ 94
A-4 70 30 15 "- 105
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Anmerkungen:
FK-1:
CVH., „-
- 44 -
Tabelle 4-2
33,3 (Gew.%) 33,3 (Gew.%)
> -3 ~
33,3 (Gew.%)
Versuch
Nr.		 FK-1
(Gew.%)		 DE-2
(Gew.%)		 MR (0C)
B-1 95 5 0 ~ 77
B-2 90 10 2~84
B-3 80 20 8 ~ 96
B-4 70 30 20 ^ 108
cAHQ-<0>-coo-<0>-coo-<0>-c.H
4"9
89 ~ 183 0C
93 ^189
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Tabelle 5-1
Versuch
Nr.		 FK-2
(Gew. 5		 S) DE-1
(Gew.%)		 S) DE-1
(Gew.%)		 MR ( °c>
C-1 95 5 5 2 <· ~ 79
C-2 90 10 10 3 ' - 85
C-3 80 20 20 7 ' - 96
C-4 70 30 30 21 " - 107
Tabelle 5-2
Versuch
Nr.		 FK-3
(Gew.i		 MR < °c,
D-1 95 -2 ' ~ 68
D-2 90 -1 ' ^ 74
D-3 80 3 ' ■^ 80
D-4 70 10 ' ■*" 86
FK-2:
40 (Gew.%) 20 (Gew.%) 40 (Gew.%)
"2
5 ~ 75 "C
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33,3 (Gew.%)
-OC5H11
33,3 (Gew.%)
► -4 ~ 62 0C
33,3 (Gew.%)
Wie man aus diesen Tabellen ersieht, steigt die obere Grenze von MR in dem Maß, wie eine Verbindung (oder Verbindungen) der Formel (II) zu einer oder mehreren der Verbindungen der Formel (I) zugesetzt wird. In einigen Fällen steigt auch die untere Grenze etwas. Bei verschiedenen Kombinationen der Verbindungen erreicht MR das Maximum, wenn die Verbindung der Formel (II) in einer Menge von etwa 10 bis 2O Gew.% zugesetzt wird, wie in den Tabellen 4 und 5 gezeigt ist. Man wird auch feststellen, daß der Zusatz einer Verbindung (oder von Verbindungen) der Formel (II) das Erhalten eines gemischten Flüssigkristallsystems mit weitem MR-Wert ermöglicht. Der Anstieg der Obergrenze von MR ist üblicherweise dem Zusatz der Verbindung der Formel (II) proportional, doch unter Berücksichtigung des Anstiegs der Viskosität des gemischten Systems und anderer damit zusammenhängender Faktoren ist es ratsam, diese Verbindung in einer Menge von wenigstens 2 Gew.%, jedoch nicht mehr als 30 Gew.% zuzusetzen. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn dieser Verbindungszusatz im Bereich von 15+7 Gew.% liegt.
Im Fall der Verwendung dieser gemischten Flüssigkristall-
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systeme für die Anzeigeelemente mit verdrallten nematischen Flüssigkristallen des Feldeffekttyps ist es wesentlich, daß die dielektrische Anisotropie des gemischten Flüssigkristallsystems positiv ist, d. h. daß £ - £
{= Δβ ) positiv ist. Fig. 1 zeigt ein Beispiel von Anzeigeelementen mit Flüssigkristall des verdrallten nematischen Typs (TN-Typ), die unter den Feldeffekt-Flüssigkristallanzeigeelementen sind. Das in Fig. 1 gezeigte Flüssigkristallanzeigeelement weist ein erstes Substrat 1 und ein zweites Substrat 2 auf, die beide aus transparentem Glas oder ähnlichem Material hergestellt und im wesentlichen parallel zueinander unter einem bestimmten Abstand, z. B. 5 bis 15 .um, angeordnet und am Umfang mit einem Dichtungsmittel 3, wie z. B. Glasfritte oder einem organischen Kleber, abgedichtet sind, wobei zwischen den Substraten ein nematischer Flüssigkristall 4 eingekapselt ist. Der bestimmte Abstand kann durch Anbringung eines aus Glasfaser, Glaspulver od. dgl. hergestellten Abstandsstücks 5 geschaffen werden. Das Dichtungsmittel 3 kann so ausgelegt sein, daß es gleichzeitig als Abstandsstück wirkt.
Elektroden 6 eines vorbestimmten Musters sind an den inneren gegenüberliegenden Seiten des ersten Substrats 1 und des zweiten Substrats 2 gebildet, und die den Flüssigkristall berührenden Flächen sind zu Flüssigkristallsteuerungsebenen 7, 8 verarbeitet, wo die Flüssigkristallmoleküle in der Nähe dieser Ebene in einer bestimmten Richtung ausgerichtet werden. Solche Ausrichtungssteuerebenen lassen sich durch überziehen der Elektroden tragenden Seite jedes Substrats mit einer Vakuumschrägaufdampfschicht aus SiO oder mit einer organischen hochmolekularen Schicht oder einer Schicht aus einem anorganischen Material und durch Reiben der beschichteten Oberfläche in einer bestimmten Richtung mit Baumwolle oder
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anderen Mitteln bilden.
Die Plüssigkristallausrichtungssteuerebenen 7, 8 der beiden Substrate 1, 2 sind in der Flüssigkristallausrichtungsrichtung so unterschieden, daß die Moleküle des zwischen den beiden Substraten 1, 2 angeordneten nematischen Flüssigkristalls 4 verdrallt von einer Richtung (der ersten Richtung auf der Steuerebene 7) zur anderen Richtung (der zweiten Richtung auf der Steuerebene 8) ausgerichtet werden. Der von der ersten und der zweiten Richtung gebildete Winkel, d. h. der Verdrallungswinkel der Flüssigkristallmoleküle, kann geeignet gewählt werden, jedoch ist dieser Winkel üblicherweise mit etwa 90° definiert, wie Fig. 2 zeigt.
Ein erster Polarisator 9 und ein zweiter Polarisator 10 sind an der Außenseite der Substrate 1 bzw. 2 angebracht. Diese beiden Polarisatoren 9, 10 werden üblicherweise so angeordnet, daß der durch ihre Polarisationsachsen gebildete Winkel gleich dem Verdrallungswinkel der Flüssigkristallmoleküle (dem durch die erste und die zweite Ausrichtungsrichtung gebildeten Winkel) oder gleich Null ist (in diesem Fall sind die Polarisationsachsen zueinander parallel) und daß die Polarisationsachse jedes Polarisators parallel zur Flüssigkristallausrichtungsebene des zugehörigen Substrats ist oder diese unter rechten Winkeln kreuzt.
Ein solches Anzeigeelement wird weitgehend als Reflexionsanzeigeelement verwendet, indem man einen Reflektor 11 an der Rückseite des zweiten Polarisators 9 zur Bewirkung einer in der Normalen gerichteten Anzeige, von der ersten Substratseite gesehen, anordnet.oder es wird als Nachtzeitanzeigeelement verwendet, indem man außerdem einen aus einem Akrylharz, Glas od. dgl. mit einer geeigneten Dicke hergestellten Photoleiter zwischen dem zweiten Polarisator 9 und dem Reflek-
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tor 11 vorsieht und eine Lichtquelle an einer geeigneten Stelle an einer Seite des Photoleiters anordnet.
Hier wird das Arbeitsprinzip eines Reflexions-Flüssigkristallanzeigeelements beschrieben, das mit einem 90°-Verdrallungswinkel und einem 90°-Polarisationsachsenkreuzungswinkel eingerichtet ist.
Falls kein elektrisches Feld in der Flüssigkristallschicht vorliegt, wird das ankommende Licht (das auf den ersten Polarisator 9 des Flüssigkristallanzeigeelements einfallende Umgebungslicht) durch den ersten Polarisator 9 durchgelassen, um gradlinig polarisiertes Licht zu werden, das längs der Polarisationsachse läuft und in die Flüssigkristallschicht eintritt, doch da die Flüssigkristallmoleküle in dieser Schicht um 90° verdrallt sind, wird die Polarisationsebene des polarisierten Lichts beim Durchgang des Lichts durch die Flüssigkristallschicht optisch um 90° gedreht, und dann passiert das polarisierte Licht den zweiten Polarisator 10. Dieses polarisierte Licht wird dann am Reflektor 11 reflektiert und zurück durch den zweiten Polarisator 10, die Flüssigkristallschicht 4 und den ersten Polarisator 9 in dieser Reihenfolge übertragen und tritt schließlich aus dem Flüssigkristallanzeigeelement aus. So kann der Beobachter das polarisierte Licht sehen, das in das Flüssigkristallanzeigeelement eingetreten ist und wieder aus dem Element nach Reflexion durch einen Reflektor herauskommt.
Andererseits werden, wenn eine bestimmte Spannung an eine bestimmte ausgewählte Elektrode 6 angelegt wird, um ein elektrisches Feld in einem bestimmten Bereich der Flüssigkristallschicht in dem Anzeigeelement zu ergeben, die Flüssigkristal lmoleküle in diesem Bereich in der Richtung des elek-
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trischen Feldes ausgerichtet, und als Ergebnis verliert dieser Bereich der Flüssigkristallschicht seine optische Rotationseigenschaft für die Polarisationsebene, und daher macht die Polarisationsebene in diesem Bereich keine optische Drehung durch, so daß das vom ersten Polarisator polarisierte Licht durch den zweiten Polarisator abgefangen wird und daher dieser Bereich für den Beobachter dunkel aussieht.
Es ist so möglich, die gewünschte Anzeige durch Anlegen einer elektrischen Spannung an eine entsprechende Elektrode zu bewirken.
Es ist nicht schwierig, den gemischten Flüssigkristallsystemen durch Eigenschaftsmodifizierung eine positive dielektrische Anisotropie zu verleihen. Die Flüssigkristallzusammensetzung gemäß der Erfindung, d. h. das gemischte System der Verbindungen der Formeln (I) und (II), hat eine negative dielektrische Anisotropie, doch läßt sich diese negative Anisotropie durch Zusatz einer verhältnismäßig geringen Menge eines nematischen Flüssigkristalls (Np) mit stark positiver dielektrischer Anisotropie oder seiner homologen Verbindung in die positive umwandeln, ohne die erwünschten Eigenschaften, wie z. B. weiten mesomorphen Bereich, niedrige Viskosität, usw., die dem gemischten System mit den Bestandteilen (a) und (b) eigen sind, sehr zu beeinträchtigen.
Als bevorzugte Beispiele der Np-Flüssigkristalle und/ oder deren homologen Verbindungen, die als Bestandteil (c) in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendet werden, seien die folgenden genannt:
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R- (θ >-coo-(o>-CN R: n-C H0 ,Λ oder n-C H
1 bis 10;
n: wie oben definiert.
-0; m: eine ganze Zahl von
Beispiele:
-C00-(O >-CN
-0-(O)-COO-(O) -CN
R-(O/-R, m und n: wie oben definiert.
Beispiele:
n-CmH2m+1
m, n: wie oben definiert.
R- (O)-CH=N- (θ > -CN R: n-CmH2m+1'
° oder n-
m und n: wie oben definiert.
030011/0802
Beispiele:
n"CmH2m+1 n-CmH2m+i·
n-CmH2m+r(2 m und n: wie oben definiert
R-(O)-(O)-CN R: n-CmH2m+1'
° oder n-
m und n: wie oben definiert.
Beispiele:
R-(H)-(O)-CN R: n-CmH2m+1 oder nm und n: wie oben definiert.
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Beispiele:
u: eine ganze Zahl von 1 bis 8; n: wie oben definiert.
u: eine ganze Zahl von 1 bis 8; X: ein Halogen (F, Br, Cl oder J);
n: wie oben definiert.
m und n: wie oben definiert.
m, η und X: wie oben definiert.
m und n: wie oben definiert. -N
O)-CN
m und n: wie oben definiert.
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Diese Verbindungen werden entweder einzeln oder in Mischung als Bestandteil (c) dem Mischungssystem zugesetzt, das aus den Bestandteilen (a) und (b) besteht. Die folgenden allgemeinen Tatsachen oder Regeln können das leitende Prinzip zur Festlegung der Menge des zuzusetzenden Bestandteils (c) sein. Und zwar wird die Menge des Np-Flüssigkristalls und/oder seines Nachbildners, die als Bestandteil (c) in den Matrix-Nn-Flüssigkristall einzumischen ist, durch die vom gemischten System erforderte Arbeitsschwellenspannung bestimmt. Die Beziehung zwischen der einzumischenden Menge des Bestandteils (c) und der Arbeitsschwellenspannung wird im wesentlichen gemäß den folgenden Überlegungen bestimmt. Die Schwellenspannung (Vth) des verdrallten nematischen Flüssigkristallelements wird durch die folgende Formel gegeben:
Κ/ί-ΚΚβ i_2K,t ) φ* (18),
worin 0 der Verdrallungswinkel ist, der üblicherweise 7Γ/2 ist, und K11, K„2 und K33 elastische Konstanten der Ausdehnung, der Verdrallung bzw. der Biegung sind. Die obige Formel (18) kann vereinfacht werden zu:
■ Vth = 2 ffT · C -jj£ ) * Π9) worin Δε = ε n — £j.
K=Ki 1+ 7- (K 33-2K22 ) (20) 4
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Es ist im Prinzip möglich, einen Flüssigkristall mit einem gewünschten Δε-Wert zu erhalten, indem man die Flüssigkristalle mit unterschiedlichen Δ£ -Werten mischt. Es sei angenommen, daß die Dielektrizitätskonstanten der zwei verschiedenen Arten von Flüssigkristallen A und B Δ£ bzw. Δ£ sind und ihr Mischungsverhältnis A/B = X/(1 - X) ist; wenn dann eine Additivität der Dielektrizitätskonstanten gilt, ergibt sich der Δε-Wert des gemischten Systems durch die folgende Formel:
Ebenfalls ergibt sich, wenn man annimmt, daß Additivität auch für K gilt, K des gemischten Flüssigkristalls durch die folgende Formel:
Führt man die Formeln (21) und (22) in die Formel (19) ein,
so ergibt sich:
— ' λ / A BB
2 η * ·Λ/ X-(K -K. )+K.
Vth = -—i- (23)
αΙ
-Δε Β
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Die Schwellenspannung kann in folgender Weise berechnet werden, indem man den einzelnen Konstanten die bestimmten Zahlenwerte gibt.
Es sei angenommen, daß Δ£ des Nn-Flüssigkristalls -0,3 ist, Δ& A des Np-Flüssigkristalls C4 H9-(O)-COO-(öS-CN
25 ist, KB 4 χ 10 dyn ist und KA 17 χ 10 dyn ist, dann ergibt die Formel (23):
vth = : : = · (24).
Es zeigt sich den Fachleuten, daß die obige Zuordnung von Zahlenwerten zu Δ£Α, Δ£ B, κΑ und KB nicht willkürlich ist, sondern mit den tatsächlichen Eigenschaften des Flüssigkristalls gut übereinstimmt.
Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem Mischverhältnis und dem Wert von Vth (statische Steuerung) für den Fall, daß Np- und Nn-Flüssigkristalle unter Verwendung von CdHQT (Qj-COO-^o)-CN als Np-Flüssigkristall und Matrix 1-4 der Tabelle 2 als Nn-Flüssigkristall vermischt wurden. Das Produkt der theoretischen Formel (Berechnungsformel) (23) oder (24) stimmt gut mit den Versuchsergebnissen überein. Der Bestandteil (c) wird vorzugsweise in einer Menge von wenigstens 4 Gew.% und höchstens 70 Gew.%, insbesondere 10 bis 50 Gew.%, auf Basis der Gesamtmenge der Bestandteile (a), (b) und {c)t zugemischt. Genauer gesagt, werden die Bestand-
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teile (a), (b) und (c) in den folgenden Anteilen vermischt: (a) 10 bis 80 Gew.%, (b) 2 bis 30 Gew.% und (c) 4 bis 70 Gew.%.
Als Np-Flüssigkristalle gibt es den Typ der Schiffschen Base, den Estertyp, den Pyrimidintyp, den Diphenyltyp, den PCH-Typ und dergl. Flüssigkristalle. Diese Flüssigkristalle mit Ausnahme der Schiffsehen Base, die in einer organischen Abdichtfassung aufgrund der schon erwähnten chemischen Instabilität nicht verwendet werden kann, können in die folgenden beiden Gruppen unterteilt werden:
(1) Nps (Np-Flüssigkristalle mit starker Polarität)
N (Estertyp) R-(O V-(O)-CN (Pyrimidintyp)
usw.
(2) Np (Np-Flüssigkristalle mit schwacher Polarität)
CN (Diphenyltyp) CN (PCH-Typ) usw.
Wie oben erwähnt, kann eine geeignete Steuerspannung justiert werden, indem man einen Nn-Flüssigkristall mit einem Np-Flüssigkristall mischt. Um eine Steuerspannung von 3 V zu erhalten, die allgemein verwendet wird, ist es erforderlich, den Np-Flüssigkristall in einer Menge von 30 Gew.% oder mehr einzumischen. Jedoch ergibt sich in diesem Fall ein Problem der Kompatibilität zwischen
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dem Nn-Flüssigkristall und dem Np-Flüssigkristall, insbesondere dem Nps-Flüssigkristall. Im Fall der Vermischung einer kleinen Menge (20 Gew.% oder weniger) des Np -Flüssigkristalls mit einem Nn-Flüssigkristall kann die erhaltene Mischung allgemein einen weiten MR-Bereich aufweisen, ohne das Kompatibilitätsproblem zu verursachen. Wenn jedoch mehr als 20 Gew.% des Nps-Flüssigkristalls mit einem Nn-Flüssigkristall vermischt werden, kann die erhaltene Mischung praktisch wegen eines Anstiegs des Tc-N-Punktes, der die untere Grenze des MR-Bereichs ist, und einer Abscheidung bei gewöhnlichen Temperaturen u. dgl. Erscheinungen nicht verwendet werden.
Um diese Probleme zu lösen, kann das folgende Verfahren angewandt werden: Als der mit dem Nn-Flüssigkristall zu vermischende Np-Flüssigkristall werden nicht nur ein Np -Flüssigkristall, sondern auch ein Npw-Flüssigkristall verwendet. Die erhaltene Mischung hat eine verbesserte Kompatibilität und kann die Steuerspannung so senken, um eine 3 V-Steuerung zu ergeben. Mit anderen Worten kann, wenn 20 - 30 Gew.% des Npw-Flüssigkristalls mit einem 2O Gew.% oder weniger eines Nps-Flüssigkristalls enthaltenden Flüssigkristallsystem gemischt werden, der MR-Bereich erweitert werden, und die Spannung kann so gesenkt werden, daß eine 3 V-Steuerung möglich ist.
Dies kann durch die folgenden Beispiele veranschaulicht werden.
(a) Mischsystem von Nn + Np
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Spiel- Mittenraum spannung (V)
MR (0C)
*FK-3 (90 Gew.%)
(10 Gew.%) 10,5 % 6,0 -15-64,0
FK-3 (80 Gew.%)
C4H9-(0)-C00-(0)-CN (20 Gew.%) 9,0% 4,5 -10-61,0
FK-3 (70 Gew.%)
(30 Gew.%) 5,0 % 3,5 25~57,8
s w
(b) Mischsystem von Nn + Np + Np
FK-3 (70 Gew.%) C5H11~VV~
1/3 · 1/3
Spiel- Mitten- MR (0C) raum spannung (V)
Gew.%) 9,0 % 4,0 -14~63
Gew.%)
"FK-3 (60 Gew.%)
C4H9-^5Vc00-ZC)\-CN (20 Gew.) 8,5 % 3,4 -20 ~ 62
-CN (20 Gew.%)
FK-3 (50 Gew.%)
c^hq-(oVc00-u5>-CN (2° Gew.) 8,0 % 3,0 -20 ^ 61
4H9
(30 Gew.%)
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Im Fall von (a) können, wenn der Nps-Flüssigkristall
in einem Anteil von 30 Gew.% zugemischt wird, die Eigenschaften aufgrund des hohen Tc-N-Punktes von 25 C im Unterkühlungszustand gemessen werden, doch tritt ein Anstieg von Vth nahe 0 C auf, und die Temperaturabhängigkeit von Vth wird groß, und der Spielraum wird klein. Andererseits werden im Fall von (b) diese Probleme durch Zumischen des Np -Flüssigkristalls gleichzeitig gelöst, und die Spannung kann auf 3 V justiert werden.
Eine geeignete Zusammensetzung des gemischten Systems aus Nn + Nps + Npw ist folgende:
Nn: 10 - 80 Gew.%, vorzugsweise 20 - 60 Gew.% Np : 2-30 Gew.%, vorzugsweise 5-20 Gew.% Npw: 2-40 Gew.%, vorzugsweise 5 - -30 Gew.%.
Jedoch erweist sich die oben genannte Kombination allein, d. h. die Kombination einer Verbindung der Formel (I), also des Bestandteils (a), einer Verbindung der Formel (II), also des Bestandteils (b), und eines Np-Flüssigkristalls oder dessen homologer Verbindung des Bestandteils (c), als unbefriedigend hinsichtlich der Kompatibilität der einzelnen Bestandteile. Es ist daher zweckmäßig, als vierten Bestandteil (d) eine Nn-, insbesondere polare Nn-Verbindung (eine polare Nn-Flüssigkristallverbindung und/oder deren homologe Verbindung) zuzusetzen. Die Menge dieses Bestandteils (d) kann geeignet entsprechend der Menge des Bestandteils (c) oder eines Np-Flüssigkristalls und/oder dessen homologer Verbindung entschieden werden. Einzelheiten dieser Menge werden in den später folgenden Beispielen der Erfindung gezeigt.
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Zur Verbesserung der Kompatibilität eines nichtpolaren Nn-Flüssigkristallsystems und eines polaren Np-Flüssigkristalls und/oder dessen homologer Verbindung und zum Erhalten eines weiteren MR-Bereichs ist zu empfehlen, ein Nn-Flüssigkristallsystem des anderen Typs als des oben genannten Nn-Mischungssystems zuzusetzen. Am meisten zu bevorzugen zum Erreichen dieses Zieles ist die Verwendung einer nematischen Flüssigkristallverbindung mit elektrischer Polarität in ihren Molekülen und mit negativer dielektrischer Anisotropie oder einer homologen Verbindung derselben. Bevorzugte Beispiele solcher Nn-Flüssigkristallverbindungen und/oder deren homologen Verbindungen, die als Bestandteil (d) verwendet werden, sind im folgenden angegeben.
R5~(Q)~COO~(Q)~R6
R5: n-CmH2m+1' n-CmH2m+r0' n-CmH2m+rC0° oder
0-COO-n-
CqH2q+1*
m, η und q: wie oben definiert Beispiele:
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11 V2q+1 -C00-(o)-C00-(O)-0-n-CqH2q+1
1~CmH2m+i'
-H-C H
n-C8H17-0-<^-COO-(o)-0-COO-n-CqH2q+1 n-CmH2m+1
R5: n-CmH2m+1 oder n-CmH2m+1-°'' R6
m, η und q: wie oben definiert. Beispiele:
'qn2q+1
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CH3-O-(CH2)2-0, CH3-O-(CH2J3-O, CH3-O-CH2-O, C2H5-O-(CH2)2-0, C2H5-O-(CH2J3-O oder C3H7-O-(CH2)2-0;
n-CqH2q+i"C00' -C.E-C4E9' ~
CH^
CH-
oder
m, η und q: wie oben definiert.
Beispiele:
CH3-O- (CH2) 2-0-^O)-CH=N-^O)-n-C4H9 CH3-O- (CH2) 3-0-(p)-CE=^-(O) -H-C4H9 CH3- (CH2) 2-0-/ci^-CH=N-/o\-0-n-C H3 CH3CH2CH-(CH2)-O-/C^-CH=N-^)Vo-n-C H2
CH3-O-CH2-O-
CH3-O- (CH2) 2-O-u5VcH=N-^5y -CO-CH3 C2H5-O- (CH2) 2 -0-(q\-CH=N-(θ)-CO-CH3 CH3-O- (CH2) 3-0-{o)-CH=N-
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C3H7-O-(CH2) 2-O-/m-CH=N-6O>-CO-CH3 C3H5-O- (CH2) 3-0-(θ) -CH=N- (θ) -CO-CH3
'qn2q+1
>-n-CqH2q+1
-0-(O)-CH=N-(O)-0-C0-n-CqH2q+1
CH.
CH3
n-C H^+1-0-CO-(O)-CH=N-(O)-0-n-C H
m 2m+1
q 2q+1
n-CmH2m+1
-R
oder n-CmH2m+rC00;
R6: n-
m, η und q: wie oben definiert.
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Beispiele:
~n-CqH2q+1
-O-n-CqH2q+1
n-CmH2m+rC00-\2/-CH==N"\O>-°-CH3 ι und
R5: n-
R6: n-Ο oder n-
oder
η: wie oben definiert;
m und q: wie unten definiert.
Beispiele:
m: eine ganze Zahl von 1 bis
eine ganze Zahl von 1 bis eine ganze Zahl von 1 bis
eine ganze Zahl von eine ganze Zahl von
1 bis 12\ 1 bis 10/
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n-CmH2m+1 -C°
(m, q: eine ganze Zahl von 1 bis 10)
/m: eine ganze Zahl von 1 bis 18Λ Vq: eine ganze Zahl von 1 bis 6/
(ν, w: eine ganze Zahl von 3 bis 8)
n-CmH2m+r0
(m, q: eine ganze Zahl von 1 bis 10).
Diese Verbindungen können entweder einzeln oder in Mischung von zweien oder mehr den genannten wesentlichen Bestandteilen (a), (b) und (c) zugesetzt werden.
Die Tabelle 5-2 zeigt das Beispiel, wo FK-3 als gemischte Flüssigkristallmatrix und CH30-^O/~C00-(O/-C5H.«..
als Nn-Flüssigkristall verwendet werden. Das erhaltene Mischflüssigkristallsystem hat einen weiten MR-Bereich (-4 bis 62 0C) und kann eine praktische Verwendung gut aushalten. Andererseits ist bei dem System, dem dieser Nn-Flüssigkristall (CH3O-(OVcOO-^Oy-C5H ι nicht zugesetzt wurde, der MR-Bereich in einen höheren Temperaturbereich oder 13 bis 70 0C verschoben, wie in 1-1 der Tabelle 2 gezeigt ist, und dieses System ist von schlechterer Kompatibilität. Daher sollte die Menge der als Bestandteil (d) zugesetzten Nn-Fltissigkristallverbindung vorzugsweise im Bereich von 2 bis 40 Gew.% liegen. Besonders gute Er-
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gebnisse werden erhalten, wenn deren Zusatz 20 + 10 Gew.% beträgt.
Die Tabelle 6 zeigt den MR-Wert der gemischten Flüssigkristallsysteme, die durch Zusetzen einer Np-Flüssigkristallverbindung als Bestandteil (c) zum gemischten Flüssigkristall hergestellt wurden, der eine Formel (I) - Verbindung (Bestandteil (a)) und eine Formel (II) - Verbindung (Bestandteil (b)) enthält. Wie aus dieser Tabelle ersichtlich ist, neigt die untere Grenze von MR zum Sinken, wenn der Np-Flüssigkristallzusatz 5 bis 10 Gew.% ist, neigt jedoch zum Anstieg, wenn der Zusatz 20 Gew.% oder mehr beträgt. Die Bestandteile (a), (b), (c) und (d) werden vorzugsweise in den folgenden Anteilen verwendet:
(a) 10 bis 80 Gew.%,
(b) 2 bis 30 Gew.%,
(c) 4 bis 70 Gew.% und
(d) 5 bis 30 Gew.%.
Tabelle 6-1
Versuch
Nr.		 A-2
(Gew.%!		 C4H9-<C -CN (Gew.%) MR (0C)
1 95 -1 1^ 80
2 90 -2 ~> 79
3 80 2 ~ 76
4 70 7 ~ 71
}-coo-<o)
5
10
20
30
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Tabelle 6-2
Versuch
Nr.		 C-2
(Gew.%)		 C4H9-(p)-C00-(0)-CN (Gew.%) MR (°C)
1 . 95 5 -2 "" 83
2 90 10 -1 "* 80
3 80 20 4 "* 77
4 70 30 6 ^71
Tabelle 6-3
Versuch
Nr.		 B-2
(Gew.%)		 C5H1 i~(O)-(q)~cn (Gew.%) MR (°C)
1 95 5 -1 ~ 82
2 90 10 -3 <~ 8O
3 85 15 -5 ^ 77
4 80 20 -1 ^ 73
Tabelle 6-4
Versuch
Nr.		 B-2
(Gew.%)		 C5H11-< I (Gew.%) MR <°C)
1 95 -2 ~ 83
2 90 -2 ~ 82
3 85 -3 ~ 80
4 80 -2 ~ 78
5>-<δ>-«
(JI
10
15
20
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Tabelle 6-5
Versuch
Nr.		 D-2
(Gew.%)		 c4V®-coo-<< 5)-CN (Gew.%) MR ( °C)
1 95 5 5 ~ 60
2 90 10 -1 - 58
3 85 15 0 ~ 56
4 80 20 5 ~> 53
Tabelle 6-6
Versuch
Nr.		 D-2
(Gew.%)		 C5H11-^o)-UDy-CN (Gew.%) MR (0C)
1 95 5 -1 ~ 60
2 90 10 -2 ~ 57
3 85 15 -2 ~ 55
4 80 20 2 ~ 52
Tabelle 6-7
Versuch
Nr.		 A-2
(Gew.%)		 X-1 (Gew.%) MR (0C)
1 90 10 0 ^ 78
2 80 20 -1 ~ 74
3 60 40 -4 ~ 63
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Tabelle 6-8
Versuch
Nr.		 C-2
(Gew.%)		 C5H11 ~V-V~COS~^O/~CN (Gew.%) MR (°C)
1 95 5 0 " 85
2 90 10 5 ^ 85
3 80 20 11 ^ 85
Anmerkung: X-1
30 (Gew.%) 30 (Gew.%) 40 (Gew.%)
> 0 ^ 52 °C
A-2, B-2, C-2 und D-2 sind, wie in den Tabellen 4-1, 4-2, 5-1 und 5-2 definiert.
Es werden nun die Zeitaufteilungssteuereigenschaften der Zusammensetzungen gemäß der Erfindung unter Angabe einiger Beispiele der Zusammensetzungen beschrieben.
Fig. 10 zeigt die Zeitaufteilungssteuereigenschaften, die erhalten wurden, wenn man FK-3 (siehe Tabelle 5-2) als Matrixflüssigkristall und C4H9-^N-COO-U)N-CN als Np-Flüssigkristall verwendet. Man sieht, daß Δ6 (ε·ι - €, ) proportional zum Anwacnf£n**8BSeNp-Fltissigkristails anwächst, während die Spannung nach und nach abfällt, wenn Δ£ anwächst, da die Beziehung von Vth = y—— gilt, und Niederspannungssteuerung (bei 3 V, 1/3 Vorspannung, 1/3 Einschaltdauer) wird
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möglich. Jedoch gibt es, was die Zeitaufteilungscharakteristik betrifft, eine Tendenz, daß sich der Spielraum M verringert, wenn die Spannung abfällt, und er sinkt bis etwa 5 % bei 3 V-, 1/3 Vorspannungs- und 1/3 Einschaltdauersteuerung. Dies ist ein für den praktischen Einsatz unannehmbarer Zahlenwert. Eine solche Verringerung des Spielraums ist der hohen Temperaturabhängigkeit (Δ T) und der hohen Winkelabhängigkeit (Δ 0) von Vth zuzuschreiben, wie aus Fig. 10 ersichtlich ist.
Fig. 11 (Beispiel 2) zeigt die Eigenschaften, die sich ergeben, wenn eine Verbindung der Formel (II) gemäß der Erfindung dem System des oben angegebenen Beispiels 1 zugesetzt wird. Wenn die Verbindung C4Hg-/O/~c00~\O/-C00-fO/~ C.H_ in einer Menge von O bis 15 Gew.% dem mit 20 Gew.% C4H9~ \Q/ ~coo~\O/ "CN versetzten System des Beispiels 1 zugesetzt wird, steigt der Spielraum von etwa 8 % auf etwa 10,5 %, wenn der Zusatz dieser Verbindung wächst. Ein solcher Anstieg des Spielraums wlra, während die Schwankung
von Δ T (Temperaturabhängigkeit von Vth) ·
verringert von etwa 7 % auf etwa 4,5 % wird. Allgemein ergeben sich im Fall des Zusatzes langer Flüssigkristallmoleküle mit drei Benzolringen (ein solches Material hat eine höhere Obergrenze von MR) ein Anstieg von Vth und eine erhöhte Winkelabhängigkeit ( Δ 0) von Vth, wie man beispielsweise bei der Darstellung der Fig. 12 sieht, wo C5H1 -\~(O}~(^}~(p) ~CN verwendet wird, so daß ein solcher Flüssigkristall zur Verwendung als Niederspannungssteuerungs- und Hochspielraummaterial ungeeignet ist. Andererseits ermöglicht das mit der Verbindung C4H9-^O)-COO-^S-COO-(O)-C4U9 (DE-1) gemäß der Erfindung versetzte System eine Niederspannungssteuerung mit großem Spielraum.
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Die Tabelle 7 zeigt die Zeitaufteilungscharakteristik und das Ansprechvermögen, die in den Beispielen 2 bis 5 durch Zusatz verschiedener Verbindungen der Formel (II) zu den verschiedenen gemischten Flüssigkristallen erhalten wurden.
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Tabelle 7-1
ca
ο ο
CD O
ro
"Π
ΠΙ
m
α
Bei
spiel
2		 FK-3
(Gew.%)		 C4H9~(P) "c0°" W/ ~CN
(Gew.%)		 DE-1
(Gew.%)		 1/3 · 1/3 Δτ Ϊ Δ0 /25 0C MittenA
<10 /um sPann·/
2-1 80 20 0 Spiel
raum
(%)		 Mitten
spannung
(V)		 7,0 1,16 0,860 150
2-2 75 20 5 9,0 4,5 6,7 1,16 0,865 160
2-3 70 20 10 9,5 4,6 6,5 1,16 0,860 170
2-4 65 20 15 10,1 4,7 6,0 1,16 0,858 170
10,5 4,8
O O
Tabelle 7-2
Bei
spiel
3		 FK-2
(Gew.%)		 C 4Hs -®-C00 -®-CN
(Gew.%)		 C 7HiS-(EhQ- CN·
(Gew.%)		 DE-1
(Gew
%)		 1/3 ' 1/3 ΔΤ Y Δ0 /25 0C \
t J Mitten-)
\10 ,um spann .J
.Spiel
raum
/cn		 Mitten
spann.
,, l\r\
3-1 55 25 20 0 \ 6 ) ■"' I v; 8,5 1,15 0,840 130
3-2 50 25 20 5 7,0 3,0 8,1 1,15 0,836 140
3-3 45 25 20 10 7,4 3,1 7,7 1,15 0,838 150
3-4 40 25 20 15 8,0 3,1 7,2 1,15 0,840 150
*
8,3 3,2
CO CD 00
Tabelle 7-3
ca
ο
ο
Bei FK-2 X-1 (Gew.%) DE-1 1/3 • 1/3 Δ Τ γ Δ0 t /25 °C MittenX
spiel
4		 (Gew. (Gew. 20 (Gew. Spiel
raum		 Mitten
spannung
(V)		 8,9 0,830 120
4-1 40 40 20 0 6,61 3,00 7,6 1,16 0,832 130
4-2 37,5 37,5 20 5 7,07 3,03 7,1 1,17 0,840 140
4-3 35 35 20 10 7,45 3,04 7,0 1,17 0,840 140
4-4 32,5 32,5 15 8,0 3,08 1,16
Tabelle 7-4
Beispiel
5
FK-2
(Gew.
X-1
(Gew.
(Gew.%)
DE-2 (Gew.
1/3
Spiel raum
Mittenspannung (V)
Δτ
Δ 0
Mittenspan- ,um nung
5-1
5-2
5-3
5-4
40
37,5
35
32,5
40
37,5
35
32,5
20
20
20
20
0 5
10 15
6,61 6,91 7,10 7,50
3,00 3,05 3,08 3,12
8,9 8,0 7,6 7,2
,16
1,16
1,17
1,16
0,830 0,835 0,835 0,832
120 130 140 140
Anmerkung; X-1: siehe Tabelle 6-7« DE-1: siehe Tabelle 4-1; DE-2: siehe Tabelle 4-2; FK-2: siehe Tabelle 5-1;· FK-3: siehe Tabelle 5-2
4Ω
CO
CO
Die Mischsysteme in diesen Tabellen zeigen im wesentlichen die gleiche Zeitaufteilungscharakteristik wie das System des Beispiels 2, was die Nützlichkeit der Verbindungen gemäß der Erfindung in Kombination mit irgendeinem Typ von Flüssigkristallen andeutet. Was das Ansprechvermögen betrifft, ist es bekannt, daß eine proportionale Beziehung zur Viskosität besteht, wie sie durch die Formel: t oc -η ausgedrückt wird. Auch wird im Beispiel 2 das mit
15 Gew.% der Verbindung C4H9-^^-COO-/o\-COO-/oVc 4 H 9 versetzte Material . — ^—' *—'
in der Viskosität um etwa 50 % im Vergleich mit dem nicht mit dieser Verbindung versetzten System gesteigert. Dies führt zu einem etwa 1,5-fachen Anstieg des Ansprechvermögens. Jedoch ist die Tatsache zu bemerken, daß wie in den in der Tabelle 7 gezeigten Beispielen das mit etwa 15 % dieser Verbindung versetzte System im Ansprechvermögen um nur etwa 15 % im Vergleich mit den nicht mit dieser Verbindung versetzten Systemen gesteigert wird, und in diesem Fall gilt die Beziehung t oc *) nicht gut. Dies ist der Fall, da die elastische Konstante zur Erreichung eines günstigen Ergebnisses beteiligt ist.
Wie oben beschrieben, haben die nematischen Flüssigkristallzusammensetzungen für Anzeigeelwrichtvingen: gemäß der Erfindung einen Weiten Spielraum und ein schnelles Ansprechvermögen, so daß sie als bestes Material für ein Zeitaufteilungs-Steuersystem dienen können. Sie sind auch chemisch stabil und hochverläßlich beim Einsatz als Flüssigkristallmaterial. Daher haben die diese Verbindungen verwendenden Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen viele Vorteile gegenüber den bekannten Einrichtungen.
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ι -70·* Leerseite

Claims (1)

  1. BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ Steinsdorfstr. 10 · D-8000 München 22 Telefon (089) 227201 - 227244 - 295910 Telex 522048 - Telegramm Allpatent München
    81-30.1O1P(30.102H)
    PATENTANWÄLTE
    Dipl.-lng. R. BEETZ sen. 2934918
    Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT * Dr.-Ing. R. BEETZ jr.
    RECHTSANWALT Dipl.-Phys. Dr. jur. U. HEIDRICH Dr.-Ing. W. TIMPE Dipl.-lng. J. SIEGFRIED Priv.-Doz. Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. SCHMITT-FUMIAN
    29.8.1979
    Ansprüche
    1.) Nematische Flüssigkristallzusammensetzung zur Verwendung in Anzeigeeinrichtungen,
    gekennzeichnet durch
    (a) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    R..H
    worin R1 n-CmH2m+1f n-cyi^-0 oder n-cy^-CO ist.
    m und q unabhängig je eine ganze Zahl von 1 bis 10 sind und
    η ein Symbol ist, das andeutet, daß Kohlenstoffatome linear verkettet sind, und durch
    (b) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    R^-(0>-coo-<0>-coo-(0>-R, *
    81-(A 3979-03}-TE
    030011/0802
    worin R3 n"c r H 2r+i oder n~c r H2r+i"° ist'
    R4 n-CsH2s+1 Oder n-CsH2s+r° ist'
    r und s unabhängig je eine ganze Zahl von 1 bis sind und
    n, wie unter (a) definiert, ist.
    2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich
    (c) wenigstens eine nematische Flüssigkristallverbindung mit positiver dielektrischer Anisotropie und/oder ihre homologe Verbindung in einer Menge von 4 Gew.% oder mehr enthält.
    3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich
    (C) wenigstens eine nematische Flüssigkristallverbindung mit positiver dielektrischer Anisotropie und/oder ihre homologe Verbindung und
    (d) wenigstens eine nematische Flüssigkristallverbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und/oder ihre homologe Verbindung enthält.
    4. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil (c) wenigstens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe gewählt ist, die aus
    Q'30011/0802
    R-(O > -COO-(O > -cn ,
    wobei R n-CmH2m+1 oder n-cyi^-0 ist.
    m eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist und
    η ein Symbol ist, das andeutet, daß Kohlenstoffatome linear verkettet sind;
    worin R, wie bei der vorstehenden Formel definiert, ist;
    worin m und n, wie bei der genannten Formel definiert, sind;
    R-<O/-CH=N-(O>-CN,
    worin R
    und
    , n-CmH2m+1-0 oder n-CmH2m+1-COO ist
    m und n, wie bei der genannten Formel definiert, sind;
    030011/0802
    worin m und n, wie bei der genannten Formel definiert, sind;
    worin R n-CmH2m+1, n-cyi^-0 oder n-cy^-COO ist und
    m und n, wie bei der genannten Formel definiert, sind;
    worin m und n, wie bei der genannten Formel definiert, sind;
    worin R n-CmH2m+1 oder H-
    -O ist und
    m und n, wie bei der genannten Formel definiert, sind;
    'u
    worin u eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist und
    n, wie bei der genannten Formel definiert, ist;
    030011/0802
    worin X ein Halogen ist und
    u und n, wie bei den genannten Formeln definiert, sind;
    worin X, m und n, wie bei den genannten Formeln definiert, sind;
    ~<O> -CN,
    worin m und n, wie bei der genannten Formel definiert, sind; und
    besteht'
    worin m und n, wie bei der genannten Formel definiert, sind.
    5. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil (c) wenigstens eine Verbindung der Formel!
    ist,
    worin R n-CmH2m+1 oder n-C^H^-O ist und
    m eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
    6. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
    030011/0802
    -G- ■ - ■
    2934118
    daß der Bestandteil (c) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    ist,
    worin R n-C H_ ιΛ oder n-C H„ ,.,-0 ist und m 2m+1 m 2m+1
    m eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
    7. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bestandteil (c) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    lst' worin m eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
    8. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bestandteil (c) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    ^ ZN "CN ist,
    worin R n-CmH2m+1, n-CmH2m+1-0 oder n-c
    ist, wobei m eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeutet.
    9. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bestandteil (c) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    030011/0802
    2934118
    NO2 ist'
    worin m eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeutet.
    10. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet/ daß der Bestandteil (c) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    ()() ist,
    worin R n-CmH2m+1, n-cy^-0 oder n-cyi
    ist, wobei m eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeutet.
    11. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil ic) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    <)^>§>CN ist' worin m eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
    12. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil (c) wenigstens eine Verbindung der Formel;
    R-fE\-(O)-Cn ist,
    worin R n-CmH2m+1 oder n-cyi^-0 ist, wobei m eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeutet.
    030011/0802
    13. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet/ daß der Bestandteil (c) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    N ist'
    worin u eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist und X ein Halogen ist.
    14. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil (c) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    iSt'
    worin m eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
    15. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil (c) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    CN ist'
    worin u eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist und X ein Halogen ist.
    16. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3,
    030011/0802
    2894818
    dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil (c) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    worin u eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist.
    17. Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil (c) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    ist' worin m eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
    18. Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet/ daß die Anteile der Bestandteile (a), (b) und (c)
    (a) 10 bis 80 Gew.%,
    (b) 2 bis 30 Gew.% und
    (c) 4 bis 70 Gew.% sind.
    19. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile der Bestandteile'(a), (b), (c) und (d)
    (a) 10 bis 80 Gew.%,
    (b) 2 bis 30 Gew.%,
    030011/0802
    (c) 4 bis 70 Gew.% und
    (d) 5 bis 30 Gew.% sind.
    20. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bestandteil (d) wenigstens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe gewählt ist, die aus
    besteht,
    wobei R5 IX-CnH2n+1, n-CmH2m+1-O, n-cy^-COO oder
    ist'
    R6 n-CqH2q+1' n-C q H2q+r°' n-CqH2g+1-COO oder
    ist,
    m und q unabhängig je eine ganze Zahl von 1 bis 1O sind und
    η ein Symbol ist, das andeutet, daß Kohlenstoffatome linear verkettet sind;
    wobei R5 n-CmH2m+1 oder n-CmH2m+1-0 ist,
    R6 n-CqH2q+1 °der n~CqH2q+r° ist und
    m, η und q, wie bei der genannten Formel definiert, sind;
    -CH=N-(O)-R6,
    030011/0802
    wobei R5 n-CmH2m+1, n-CinH2m+1-O, n-C CH3-O-(CH2J2-O, CH3-O-CH2-O, CH3-O-(CH2J3-O, C2H5-O-(CH2J2-O, C2H5-O-(CH2J3-O oder C3H7-O-(CH2J2-O ist,
    R6 n-CqH2q+1' ^q^q+r0' n-CqHrC0 ^ n-C H2 +1-0-C0, -CH-C4H9 oder
    CH3
    -(CH2J2-CH-CH3 ist und
    CH3
    m, η und q, wie bei der genannten Formel definiert, sind;
    wobei R5 n-CmH2m+1-0 oder n-C^^-COO ist,
    R6 n-Cq
    m, η und q, wie bei der genannten Formel definiert, sind?
    wobei R5 H-CmH2m+1, H-CmH2m+1-0 oder n-cy^-CO ist,
    R6 n-Cq
    n-C H„ ,--COO ist und
    q 2q+1
    m, η und q, wie bei der genannten Formel definiert, sind;
    030011/0802
    worin ν und w unabhängig je eine ganze Zahl von 3 bis 8 sind und
    n, wie bei der genannten Formel definiert, ist; und
    besteht,
    worin m, η und q, wie bei der genannten Formel definiert, sind.
    21. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bestandteil (d) eine Verbindung der Formel!
    r6 ist, wobei R5 n-CmH2m+1, n-CmH2m+1-O, n-Cyi^-COO oder
    R6 n-CqH2q+T n-CqH2q+r°' ""VWi"000 oder
    n-C H2 .j-O-COO ist und
    m und q unabhängig je eine ganze Zahl von 1 bis sind.
    22. Zusaimiensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bestandteil (d) wenigstens eine Verbindung der Formelr
    ist, J-@-R6
    030011/0802
    293491
    wobei R5 n-CmH2m+1 oder n-cy^-O ist,
    R6 n"CqH2q+1 °der n"Cq
    m und q unabhängig je eine ganze Zahl von 1 bis 10 sind.
    23. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestandteil (d) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    R5- (θ) -CH=N-/o\-R6 ist,
    wobei R5 n-CmH2m+1, H-C1nH21n+1-O oder n-C^^-0-CO ist,
    R6 n-Cq
    oder n-C H„ .,-COO ist und q 2q+1
    m und q unabhängig je eine ganze Zahl von 1 bis sind.
    24. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Beetandteil (d) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    ist'
    wobei R5 n-CmH2m+1-0 oder n-CmH2m+1-COO ist,
    030011/0802
    293491»
    R, n-C H0 Λ
    6 q 2q+1
    m und q unabhängig je eine ganze Zahl von 1 bis sind.
    25. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bestandteil (d) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    R5-(O) -(O)-R* ist,
    wobei R5 n-CmH2m+1, n-CmH2m+1-0 oder n-CmH2m+1-CO ist,
    R6 n-CqH2q+1' ^Wi"0' n-CqH2g+rCO oder n-CqH2q+rCOO ist und
    m und q unabhängig je eine ganze Zahl von 1 bis 10 sind.
    26. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bestandteil (d) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    n-CmH2m+i·
    worin m und q unabhängig je eine ganze Zahl von 1 bis 10 sind.
    27. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    030011/0802
    daß der Bestandteil (d) wenigstens eine Verbindung der Formel:
    -<O>-<O>-CO0-(O>-n-C H
    w"2w+1
    ist,
    worin ν und w unabhängig je eine ganze Zahl von bis 8 sind.
    28. Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bestandteil (a) eine Mischung von
    -<H>-COO-U)) -
    und
    oder eine Mischung von C3H7- füj-coo- u5) -0-C5H11,
    ί-0-CoH,- und
    C5H1 ^
    oder eine Mischung von
    -0-C5H1
    und
    C5H1 ^- fn\ -coo- Λ5) -0-C5H11 ist.
    29. Zusammensetzung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
    030011/0802
    daß der Bestandteil (b)
    C4H9~\O)-C00-(O)-COO-(O)-C.HQ oder
    030011/0802
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