DE2934918C2 - Nematische Flüssigkristallzusammensetzungen für Anzeigevorrichtungen - Google Patents

Description

(a) 10 bis 80Gew.-%,

(b) 2 bis 3OGew.-O/o,

(c) 4 bis 70Gew.-% und

(d) 5 bis 30 Gew.-%.

Die Erfindung betrifft nematische Flüssigkristallzusammensetzungen, die sich zur Verwendung in Anzeigevorrichtungen und insbesondere solchen für Zeitaufteilungs- bzw. Multiplexbetrieb (time-sharing) eignen.

Für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom Feldeffekt-Typ, beispielsweise vom verdrillt-nematischen Typ (TN-Typ), werden solche Flüssigkristallmaterialien, dh Flüssigkristallverbindungen und Flüssigkristallzusammensetzungen, als am günstigsten geeignet angesehen, die folgende drei Bedingungen erfüllen:

1. Gute Anpaßbarkeit an die Orientierung kontrollierende Abschnitte;

2. Betriebsfähigkeit über einen weiten Temperaturbereich;

3. Gutes Ansprechverhalten über einen weiten Temperaturbereich, insbesondere bei niedrigen Temperaturen.

Für Anzeigevorrichtungen, insbesondere für Zeitmultiplexbetrieb, wurden bisher bereits verschiedene Arten von Flüssigkristallmaterialien angegeben, die z. B. Schiffsche Basen, Ester, Diphenylverbindungen, Azoxyverbindungen u.dgl. darstellen. Flüssigkristallmaterialien vom Azoxytyp haben ausgezeichnete Temperaturei-

-N(O)N

genschaften (kleines Δ ij, da sie nur eine sehr begrenzte Änderung der Schwellenspannung bei Temperaturänderung aufweisen und, wie später näher erläutert ist, einen Betriebsbereich M von mehr als 10% unter Multiplexbetriebsbedingungen von < Iz-Vorspannung und '/3-Tastspannung ergeben.

Flüssigkristallmaterialien vom Azoxytyp besitzen folgende allgemeine Formel:

Durch eine solche photochemische Reaktion entsteht eine nicht flüssigkristalline Verbindung, die den Flüssigkristall von Gelb nach Rot verfärbt Üblicherweise wird auch der elektrische Widerstand des Flüssigkristalls deutlich verringert Bei der Verwendung solcher nematischen Flüssigkristalle des Azoxytyps muß daher ein 500-nm-SperrfiIter in die Anzeigevorrichtung eingeschaltet werden, urn einen phoiGchenuschen Abbau durch Sonnenlicht oder Fluoreszenzlicht zu vermeiden, was entsprechende Vorrichtungen kompliziert.

Andere Arten von Flüssigkristallmaterialien, die keinem derartigen photochemischen Abbau unterliegen, z.B. Schiffsche Basen, Diphenylverbindungen, Esterverbindungen usw, sind als farblose Anzeigematerialien verfügbar, deren Verwendbarkeit für Anzeigevorrichtungen bereits diskutiert wurde.

Flüssigkristallmaterialien vom Diphenyltyp haben den Vorteil hoher chemischer Stabilität, da sie gegenüber licht Wasser und Sauerstoff in hohem Maße beständig sind. Die meisten der bekannten Diphenylmaterialien, die bei Raumtemperatur Flüssigkristalle bilden, sind allerdings Materialien mit positiver dielek-N(O)N-

Diese Verbindungen besitzen an sich eine schwach negative dielektrische Anisotropie und werden üblicherweise in Form von Gemischen mit nematisuhen Flüssigkristallverbindungen mit positiver dielektrischer Anisotropie (Np) verwendet. Diese Flüssigkristallmaterialien vom Azoxytyp sind jedoch gefärbt (gelb), da sie einen Teil des sichtbaren Lichts absorbieren. Sie besitzen ferner ein Absorptionsmaximum bei 350 nm und unterliegen bei Bestrahlung mit Licht mit Wellenlängen um diesen Wert folgender photochemischen Reaktion:

-N = N

OR₂

OH

frischer Anisotropie; nur wenige solche Verbindungen mit negativer dielektrischer Anisotropie sind bekannt, die bei Raumtemperatur flüssigkristallin und zugleich praktisch brauchbar sind. Es gibt daher nur wenige Arten von Flüssigkristallverbindungen, die mit Verbindungen vom Diphenyltyp allein gemischte Systeme bilden können. Aufgrund der Gegebenheit daß die Werte der positiven dielektrischen Anisotropie bei diesen Materialien nicht sehr hoch sind, ist ferner eine Einstellung der Schwellenspannung über einen weiten Bereich kaum möglich; die Schwellenspannungen dieser Systeme besitzen ferner eine starke Temperaturabhängigkeit so daß diese Materialien allgemein als für Multiplexbetrieb ungeeignet betrachtet werden.

Flüssigkristallverbindungen vom Estertyp besitzen eine verhältnismäßig hohe chemische Stabilität; ferner sind viele Arten einfacher Flüssigkristallverbindungen mit positiver oder negativer dielektrischer Anisotropie bekannt. Da diese Verbindungen jedoch eine relativ starke Temperaturabhängigkeit der Schwellspannung sowie eine sehr hoche Viskosität besitzen, können mit diesen Verbindungen die zweite und dritte der oben genannten Bedingungen im allgemeinen kaum erfüllt

werden.

Flüssigkristallverbindungen vom Typ der SchifFschen Basen besitzen zwar günstigere Eigenschaften als Flüssigkristallverbindungen vom Estertyp; aufgrund ihrer starken Hydrolyseempfindlichkeit ist jedoch in vielen Fällen zur praktischen Verwendung eine Anpassung des Zellenmaterials des Anzeigeelements im Versiegelungsbereich erforderlich.

Einzelne Flüssigkristallmaterialien sind beispielsweise in den US-PS 41 37 192 und 41 47 651, Molecular Crystals and Liquid Crystals 22, 285—299 (1973), J. Org. ehem. 38, 3160-3164 (1973) sowie etwa der DD-PS 105 701 beschrieben; spezielle Kombinationen hiervon waren bisher nicht bekannt.

Von den Erfindern wurde bereits festgestellt, daß Flüssigkristallsysteme, die die zweite und dritte der oben angegebenen Bedingungen erfüllen, 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 einer strukturell analog gebauten Verbindung, d. h. einer Verbindung, deren Molekularstruktur der Struktur der nematischen Flüssigkristallverbindungen mit positiver dielektrischer Anisotropie analog ist (im folgenden als strukturell analoge Np-Typ-Flüssigkristalle bezeichnet), erhältlich sind; derartige Flüssigkristallsysteme können z. B. aus

Flüssigkristallverbindungen vom Typ der SchifFschen Basen oder Cyclohexancarbonsäure-trans^'-alkoxyphenylestern erhalten werden, weisen jedoch noch unbefriedigende Eigenschaften auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Flüssigkristallmaterialien zu überwinden und verbesserte Flüssigkristallzusammensetzungen anzugeben, die innerhalb eines weiten Temperaturbereichs stabil orientiert werden können, eine Einstellung der Schwellenspannung über einen weiten Bereich ermöglichen, eine geringe Temperaturunabhängigkeit der Schwellenspannung aufweisen und auch schnell auf die angelegte Spannung ansprechen.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzungen sind gekennzeichnet durch
(a) wenigstens eine Verbindung der Formel

-COO-

in der bedeuten:

Rl n-C_raH_2m+i, n-C_mH2m+i—O oder

-O, und
n-C,H₂,₊1, n-QH^+1 — O oder n-C,H₂,₊1—O,

(b)

COO

COO-

_;,,₉
wobei m und q unabhängig jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 10 darstellen,
wenigstens eine Verbindung der Formel

in der bedeuten:

R3 n-C_rH_2r+1 oder n-GH2r+1—O, und
R4 H-CjH₂S₊1 oder n-C_sH_2s+1 —O,
wobei r und s unabhängig jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 10 darstellen, sowie
mindestens 4 Gew.-% wenigstens einer nematischen Flüssigkristallverbindung mit positiver dielektrischer Anisotropie und/oder einer strukturell analogen Verbindung.

Die erfindungsgemäßen nematischen Flüssigkristallzusammensetzungen können ferner neben den obigen wesentlichen Bestandteilen (a), (b) und (c)
(d) wenigstens eine nematische Flüssigkristallverbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und/oder eine strukturell analoge Verbindung enthalten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegebea

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzungen sind für Anzeigevorrichtungen ausgezeichnet geeignet, da sie mit hoher Stabilität über einen weiten Temperaturbereich orientiert werden können, eine Einstellung der Schwellenspannung innerhalb eines weiten Bereichs ermöglichen, eine geringe Temperaturabhängigkeit aufweisen und schnell auf eine angelegte Spannung ansprechen.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung;

Fig.2 eine schematische Darstellung, aus der die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle hervorgeht;

F i g. 3 ein Beispiel für Impulsformen zum Multiplexbetrieb nach dem Spannungsmittelungsverfahren (¹A Vorspannung);

F i g. 4 eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung der Definition des Betrachtungswinkels;

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Messung der elektrooptischen Eigenschaften von Flüssigkristallzusammensetzungen;

Fig.6 Impulsformen zur Erläuterung des Betriebs mit 1/3 Vorspannung und '/3 Tastspannung;

Fig.7 Impulsformen zur Erläuterung des Betriebs mit '/2 Vorspannung und '/3 Tastspannung;

Fig.8 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Helligkeit von der Betriebsspannung bei Zeitmultiplexbetrieb darstellt;

F i g. 9 ein Diagramm, aus dem die Abhängigkeit der Schwellenspannung Va, vom Mischungsverhältnis Np-Verbindung/Nn-Verbindung hervorgeht;

F i g. 10 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit der elektrooptischen Eigenschaften von der zugesetzten Menge an

C₄H,-

COO

Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit der elektrooptischen Eigenschaften von der zugesetzten Menge an

COO-

COO-

-C₄H₉

und

Fig. 12 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit der elektrooptischen Eigenschaften von der zugesetzten Menge an

C₅H₁₁-

Vor der Beschreibung der einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden zunächst die oben genannten drei Bedingungen für praktisch verwertbare Flüssigkristallmaterialien im einzelnen erläutert.

Hinsichtlich der ersten Bedingung ist es von sehr großer Wichtigkeit bei Anzeigevorrichtungen, die molekulare Orientierung so zu steuern, daß die Flüssigkristallmoleküle alle zueinander und in einer Richtung an der Grenzfläche der oberen und unteren Platte ausgerichtet werden. Dies wird bisher durch Ausbildung einer SiO-Schicht an der Grenzfläche durch Vakuum-Schrägbedampfung oder durch Reibtechniken erreicht.

Bezüglich der zweiten Bedingung ist Mindesterfordernis, daß das Material etwa bei normaler Temperatur (25°C) flüssigkristallin ist; aus praktischen Gründen ist es jedoch erforderlich, daß das Materia! im Temperaturbereich von -1O⁰C bis etwa +60⁰C oder höher flüssigkristallin ist.

Die Übergangstemperatur zwischen dem festen und dem flüssigkristallinen Zustand der im Rahmen der Erfindung angegebenen Verbindungen wurde aufgrund der Ergebnisse der folgenden Messungen festgelegt und definiert Es gibt viele Fälle, in denen die einzelnen Flüssigkristallverbindungen oder daraus gemischte Zusammensetzungen unterkühlt werden. Für derartige Fälle wird die Verbindung oder Zusammensetzung auf eine ausreichend niedrige Temperatur, beispielsweise -40⁰C, abgekühlt; anschließend wird die Übergangstemperatur beim Anstieg der Temperatur mit einem Mikroschmelzpunktgerät gemessen. Der erhaltene Meßwert wird als entsprechende Übergangstemperatur angegeben.

Die zweite der oben genannten Bedingungen ist nicht nur für den gewöhnlichen statischen Betrieb, sondern auch für den Betrieb mit sog. Zeitmultiplexsystemen von großer Bedeutung. Multiplex-Treibersysteme, die beispielsweise nach dem Spannungsmittelungsverfahren arbeiten, werden derzeit bei Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen überwiegend angewandt, insbesondere bei Vorrichtungen, die die Darstellung umfangreicher Informationen erfordern, z. B. bei elektronischen Tischrechnern oder Matrixanzeigen. Für elektronische Tischrechner o. dgl. ist ein Betrieb bei niederer Spannung erwünscht; üblicherweise werden hierbei Treibersysteme mit 4,5 V oder 3 V angewandt, wobei drei bzw. zwei 1,5-V-Zellen verwendet und zum Direktbetrieb entsprechend in Reihe geschaltet werden. Der Betrieb bei derartigen niederen Spannungen erfordert keine Verstärkungsschaltung, da die Zellen in Reihe geschaltet sind; durch Kombination mit C-MOS kann ferner die Lebensdauer der Zellen auf 500 bis 2000 h verlängert werden.

Derartige Systeme zum Multiplexbetrieb unterliegen allerdings im Prinzip gewissen Betriebseinschränkungen, die bei statischem Betrieb nicht gegeben sind. Bei Multiplex-Anzeigevorrichtungen ist es erforderlich, Übersprecheffekte im Bildelement bei jedem halbausgewählten oder nichtausgewählten Punkt zu vermeiden; hierfür wird zumeist das Spannungsmittelungsverfahren verwendet Dieses Verfahren wurde zur Ausdehnung des Betriebsbereichs durch Mittelung der Übersprechspannungen zur Erhöhung der Differenz von der Auswahlspannung entwickelt. Dieses Verfahren wird im

in folgenden anhand eines typischen Anwendungsfalls erläutert.

Das Beispiel bezieht sich auf einen Anwendungsfall des Spannungsmittelungsverfahrens, bei dem die Ubersprechspannungen auf >/3 der Auswahlspannung heruntergemittelt werden und die Treiberwellenform alternierend ist. In F i g. 3 ist der Impulsverlauf dieses Systems dargestellt, wobei VV die Auswahispannung, VV die Signalspannung und VV- VV die angelegte Spannung bedeuten. In F i g. 3 liegt im Auswahlzustand eine Spannung von ± Vo am Flüssigkristall, während im halb- oder nichtausgewählten Zustand eine Spannung von ±('/3) Vo am Flüssigkristall anliegt. In diesem Fall ist die effektive Spannung v_s\, die an dem Anzeigepunkt, d. h. dem Punkt, an dem der Flüssigkristall in den Anzeigezustand gebracht wird, anliegt, durch folgende Gleichung gegeben:

wobei N die Tastzahl (duty number) bedeutet.
Die effektive Spannung v_j2, die an einem nicht anzeigenden Punkt anliegt, ist andererseits gegeben durch

V,2

Zur Erzielung einer Anzeige am Anzeigepunkt muß hierbei die effektive Spannung v_si größer oder gleich der Schwellenspannung V₁/, des Flüssigkristalls sein (v_s ] > Vth); zur Verhinderung des Übersprechens an nicht anzeigenden Punkten muß die effektive Spannung Vj 2 kleiner oder gleich V,h sein (V₅ 2 ^ Vu,)- Anders ausgedrückt muß zur Erzielung einer übersprechfreien Anzeige nach diesem Treibersystem folgende Bedingung erfüllt sein:

>= VsI .

Durch Einsetzen der Formeln (1) und (2) in Formel (3) resultiert folgende Definition für V₀:

3F_rt

V_th

Durch Messung der Helligkeit an anzeigenden und nicht anzeigenden Punkten unter Änderung von Vo werden die in F i g. 8 dargestellten Ergebnisse erhalten. An den anzeigenden und nicht anzeigenden Punkten liegen die Flüssigkristall-Schwellenspannungen Va, 1 und Vth 2. bezogen auf Vo, vor; wenn die Bedingung

F₁₄₁S K₀S V₁₁

r*2

erfüllt ist, ist eine ubersprecbJreie Anzeige möglich.

Aus Gleichung (4) ergibt sich V_m und V,_h2:

= 3 V,_h

(6)

(7)

Wenn im Hinblick auf Gleichung (5) noch exakter verfahren wird, ist der untere Schwellenspannungswert, der eine Anzeige ermöglicht, nicht V&i, sondern sollte der in F i g. 8 eingezeichneten Sättigungsspannung V₅₃, ι entsprechen. Der Spannungsbereich, innerhalb dessen eine übersprechfreie Anzeige möglich ist, ist somit durch folgende Gleichung gegeben:

V < V <■ V (9Λ

SHl 1 O ' ΓΛ2 * V°/

Man kann also sagen, daß der Betriebsbereich (Ai) der Anzeigevorrichtung umso breiter ist je größer der Schwankungsbereich von Vo in der obigen Gleichung (8) ist Bei der oben beschriebenen Ableitung der Gleichung wurden v_si und v_s2 und damit auch V,_h\, V,_h2 und V_saM sämtlich als konstant betrachtet; diese Spannungen sind jedoch von der Umgebungstemperatur (T), den Betrachtungswinkeln (Φ, Θ), unter denen die Vorrichtung betrachtet wird, sowie anderen Faktoren abhängig. Bei der obigen Erläuterung der Gleichungen (1) bis (8) ist der in F i g. 4 definierte Betrachtungswinkel Φ mit 0 angenommen; der Betrachtungswinkel kann jedoch in Wirklichkeit einen Wert innerhalb eines begrenzten Bereichs annehmen.

Wie oben erläutert wird der Betriebsbereich (M) durch verschiedene Faktoren bestimmt. Diese Faktoren werden im folgenden erläutert; zum Verständnis dieser Eingangsgrößen und des Wesens des zugrundeliegenden Problems werden folgende drei wesentliche Gesichtspunkte im einzelnen betrachtet:
(i) Änderung der Schwellenspannung bei Temperaturänderung

(ii) Änderung der Schwellenspannung bei Änderung des Winkels und

15

20

30

35

40 (iii) Schärfe der Spannungs-Helligkeits-Charakteristik.

Die Beziehung zwischen (i) bis (iii) und dem Betriebsbereich (M) wird anhand von Messungen quantitativ ermittelt

Die elektrooptischen Eigenschaften des Zeitmultiplex-Treibersystems wurden nach dem in F i g. 5 veranschaulichten Verfahren bestimmt Eine Flüssigkrisiall-Anzeigevorrichtung 51 wurde in einem Tank 53 konstanter Temperatur unter 10 bis 40° zu einem Luminometer 52 geneigt angeordnet; auf diese Anzeigevorrichtung 51 wurde durch ein wärmeabsorbierendes Glasfiher 55 von einer unter einem Winkel von 30° zum Luminometer 52 angeordneten Wolframlampe 54 Licht eingestrahlt; die Helligkeit der Anzeigevorrichtung 51 wurde mit dem Luminometer 52 gemessen.

Die impulsformen in den Fällen von '/3 Vorspannung und '/3 Tastspannung sowie ^lh Vorspannung und '/2 Tastspannung beim Multiplexbetrieb bei der Messung nach dem oben genannten Verfahren sind in den F i g. 6 und 7 dargestellt Fig.8 zeigt die Abhängigkeit der Helligkeit von der Betriebsspannung, die anhand dieser Wellenformen ermittelt wurde. Der Bereich 1 von F i g. 8 ist der Bereich, innerhalb dessen die Anzeigevorrichtung nicht heu ist; der Bereich II ist derjenige Bereich, innerhalb dessen die Anzeigevorrichtung lediglich an den ausgewählten Segmenten erleuchtet ist. Eine erwünschte Anzeige von Zahlen, Buchstaben, Symbolen u.dgl. kann im Bereich II erfolgen. Der Bereich III ist derjenige Bereich, innerhalb dessen sämtliche Segmente erleuchtet sind und keine Anzeigefunktion vorliegt d.h. der Bereich, innerhalb dessen Übersprechen eintritt In F i g. 8 sind V,_h ι die Spannung am ausgewählten Segment (EIN-Zustand) bei 10% Helligkeit V,_h2 die Spannung am nicht ausgewählter Segment (AUS-Zustand) bei 10% Helligkeit V„,i die Spannung am ausgewählten Segment bei 50% Helligkeit und Vsat 2 die Spannung am nicht ausgewählten Segment bei 50% Helligkeit

Der Betriebsbereich (M) ist durch folgende Gleichung definiert:

w -

_;(Γ = 40, Φ = 40°,/=100)- Κ_ΜΜ(7'=0._ίΦ = 10^ο,/ = 550): (Γ = 40, Φ = 40°,/=100)+ Κ_Μ,,(Γ=0,Φ = 10°,/=550): (9)

worin bedeuten:

T = Temperatur (⁰C)(O bis 40° C)
Φ = Betrachtungswinkel (°)(10 bis 40^r)
f - Frequenz (Hz) (100 bis 550 Hz).
Ein weiter Betriebsbereich entspricht daher einem weiten Bereich II. Das Multiplex-Treibersystem muß daher innerhalb eines bestimmten Spannungsbereichs betrieben werden.

Die weitere Analyse des Betriebsbereichs (M) gemäß Gleichung (9) zeigt, daß M von den obigen drei Einflußgrößen (i) bis (iii) abhängt, die durch folgende Gleichungen quantitativ definiert sind:

(i) Temperaturabhängigkeit von ν,^Γνοη V,_h)

_ K,„₂(r=0°C)-K,„₂(7-=40°C) .
Κ_ιΗ(Γ-0°Ο + Κ,_Η(7·=40°Ο

(10)

Die Definition beruht auf folgenden Bedingungen: T = 0 bis 40⁰C. Φ = 40°, / = 100 Hz.

(ii) Winkelabhängigkeit von V,_h (A Φ von V₁₁)

_Λφ= Κ,_Α2(Φ= 10°)

OD

50 bei T = 40°C und / = 100 Hz.

55 (iii) Schärfe γ der Abhängigkeit der Helligkeit

von der Spannung
(Spannungs-Helligkeits-Charakteristik)

V = (12)

Obgleich die obigen drei Einflußgrößen (i) bis (iii die Hauptfaktoren darstellen, sollte üblicherweist auch die Frequenzabhängigkeit Ä f als zusätzlicht Einflußgröße berücksichtigt werden:

V₁Hi (J = 550)

(13)

wobei Δ f für T = 4O⁰C und Φ -= 40° definiert i

1 -

ΔΦ I a-A

1 +

(15)

ΔΦ I a-A

A =

\-ΔΤ \+AT

γ, Δ Φ, Δ Tund 4/können allgemein wie folgt definiert Βάη:γ>ί,ΔΦ<\,ΔΤ>0υηάΔί<1.

Der oben definierte Betriebsbereich kann je nach der verwendeten Flüssigkristallverbindung innerhalb eines weiten Bereichs variieren; hierzu ist jedoch festzustellen, daß die Verbindungen, die einen größeren Bereich liefern, für den Multiplexbetrieb geeignet sind. Wie aus Gleichung (15) hervorgeht, ist es zur Vergrößerung des Betriebsbereichs (M) erforderlich, die Temperaturabhängigkeit Δ Γ so weit wie möglich gegen Null gehen zu lassen und die Winkelabhängigkeit Δ Φ, die Schärfe der Abhängigkeit der Helligkeit von der Spannung und die Frequenzabhängigkeit 4/möglichst nahe an den Wert 1 zu bringen. In machen Fällen kann die Temperaturabhängigkeit hinsichtlich der Vergrößerung des Betriebsbereichs durch Einbringen einer Temperaturkompensationsschaltung in die Vorrichtung praktisch vernachlässigbar gemacht werden. Derartige Temperaturkompensationsschaltungen bedingen jedoch notwendigerweise erhöhte Herstellungskosten entsprechender Vorrichtungen, so daß die Verwendung von Komponenten erwünscht ist, die zu einem weiten Betriebsbereich

-COO

Die Grenze a des Spannungsmittelungsverfahrens ist zur Formelableitung wie folgt definiert:

(14)

Wenn die Gleichungen (10) bis (14) in die Gleichung (9) eingesetzt werden, resultiert für den Betriebsbereich (M):

ίο führen, ohne daß zusätzliche Vorkehrungen wie etwa Kompensationsschaltungen, insbesondere bei sehr verbreiteten Vorrichtungen wie etwa elektronischen Tischrechnern, getroffen werden müssen.

Hinsichtlich der dritten Bedingung, d. h. eines guten Ansprechverhaltens über einen weiten Temperaturbereich und insbesondere bei niederen Temperaturen, ist folgendes zu erläutern:

Das Ansprechverhalten bei verdrillt-nematischen Systemen im Multiplexbetrieb ist allgemein durch folgende Gleichungen gegeben:

'Anstieg

15 (16)

wobei m und q jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeuten und folgende Kombinationen von m und q (m, q) in der obigen Formel (HI) erfindungsgemäß bevorzugt sind:

tAbfall- d² η/K, (17)

wobei bedeuten:
η die Viskosität

K die Elastizitätskonstante (vgl. die nachstehende

Gleichung (20))
d die Dicke der Flüssigkristallschicht.

Aus den obigen Gleichungen geht hervor, daß das Ansprechverhalten von Flüssigkristallen hauptsächlich von der Viskosität des Flüssigkristallmaterials abhängt. Dabei wird unterstellt, daß die obigen theoretischen Formeln mit den jeweiligen Messungen gut überein-

JO stimmen, wobei dem Fachmann geläufig ist, daß eine Verbesserung des Ansprechverhaltens durch geeignete Einstellung der Viskosität des eingesetzten Flüssigkristallmaterials erzielt werden kann.
Die Erfüllung der dritten Bedingung hängt daher davon ab, ob eine Flüssigkristallverbindung mit niederer Viskosität (bei gleichzeitiger Erfüllung der ersten und zweiten Bedingung) aufgefunden werden kann oder

nicht Unter den als Bestandteil (a) der erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzungen verwendeten Verbindungen der Formel (I) sind folgende am meisten bevorzugt:

₇H_2?+1-n (III)

(3, 5), (4, 5), (5,5), (6, 5), (4, 6), (3,1), (3, 2), (3, 3), (3,4), (3,9), (4,1), (4,2); (4, 3), (4,4), (4,6), (4, 8), (5, 1), (5,2), (5,3), (5,4), (5,6), (5,7) usw.;

n-CH,

COO-

-C_?H₂,+i-n (IV)

wobei m und q jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeuten und folgende Kombinationen von m und q (m, q) in der obigen Formel (IV) bevorzugt sind: (5, 2), (5, 3) und (5, 5);

-COO

O >—C—C,H₂,_{+ 1}-n

(V)

wobei m und q jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeuten und folgende Kombinationen von m und q (m, q) in der obigen Formel (V) bevorzugt sind: (3, 4), (4, 4), (4,1), (5, 4), (5, 9) usw., sowie

n-C_MH_2w41 — O—<^>—COO-<OV-C,H₂,₊,-n (VI)

wobei m und q jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeuten und die Kombinationen (m, q)(5, 3), (5, 5) usw.

17

bevorzugt sind.

Als Bestandteil (b) sind in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen Verbindungen der Formel (II) mit folgenden Substituenten am meisten bevorzugt:

R₃ = C₂H₅, R₄ = CH₃;

R₃ = C₂H₅, R₄ = n-C,H₉;

R₃ = n-C₃H₇, R₄ = n-CsHn;

R-3 = 11-C4H9, R4 = n-C^rlg;

R3 = 11-C5H11, R4 = n-CsH π ϊ Ό

R₃ = n-C₇His, R₄ = n-C₅H_n;

R₃ = CH₃, R₄ = C₂H₅O;

R₃ = CH₃, R₄ = n-C₈Hi₇0;

R₃ = C₂H₅, R₄ = CH₃O;

R₃ = D-C₄H₉, R₄ = CH₃O;

Iv₃ — n- V^₄Ii 9, K₄ = 1^₂I-I₅Vj;

R₃ = H-C₄H₉, R₄ = n-CeHi₃O;

R₃ = n-CsHn, R₄ = n-C₈Hi₇O;

R₃ - CH₃O, R₄ = C₂H₅;

R₃ = CH₃O, R₄ = n-C₃H₇;

R₃ = n-CsHnO, R₄ = n-C₃H₇;

Tabelle 1

R₃ = CH₃O, R₃ = C₂H₅O,

R₃ = n-CioH₂₁b, R-3 = II-C4H9, R₃ = n-C₅HnO, R₃ = CH₃O,

18

R₄ = n-C

R₄ = D-C₄H₉;

K₄ = π-4-^rlg;

R₄ -

R₄ =

R₄ = n-C₅H„;

R₄ = n-C₈H₁₇.

In den vorstehenden Verbindungen besitzt die Bindung zwischen dem Kohlenstoffatom des Cyclohexanrings und dem Kohlenstoffatom der Carbonylgruppe äquatoriale Konformation.

Es ist zweckmäßig, wenn jede der Verbindungen der Formel (I) und der Verbindungen der Formel (II) selbst einen weiten mesomorphen Bereich (MR) aufweist, da dann das gemischte System der Verbindungen der beiden Formeln gut als Matrixsystem dienen kann, das die obige zweite und dritte Bedingung erfüllt

Die Af/?-Werte der wichtigsten einzelnen Nn-FlüssigkristaHverbindungen vom Typ der 4-n-Alkyl-cyclohexancarbonsäure-trans-4'-alkoxyphenyIester sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.

Bezeichnung

-COO-

O Rj 4-n-AIkyl-cyclohexancarbonsäure-trans-

4'-alkoxypheny!ester

AiK(⁰C)

C₃H₇

C₄Hj

C₅H_n CjH₁₃

C₄Hg

C₃H₇ C₃H₇ C₄H₉ C₄H₉ C₄H₉ C₅H₁₁ C₅H₁₁

C₅Hn C₅H₁₁ CsH₁₁ C₅H₁₁

CH₃

C₃H₇

CH₃

C₂H₅

C₆Hi₃

C₂H₅

C₄H₉ 37-67 26-67 31-77 44-52 25-69 55-64 54-65 42 - 61 36-74 26-70 56-86 48-80

Durch geeignetes Mischen dieser Verbindungen ergeben sich gemischte Systeme mit ziemlich weitem mesomorphem Bereich MR, wie aus der folgenden Tabelle 2 hervorgeht.

Tabelle

Be-	Nn-Flüssig- Zahl	mem	C (50)	in Klam-	E (33,3)	MR
zeich-	kristalle	E (50)	: (mol-%)	C (33,3)	(0C)
1-1	A (50) +	E (50)			13-70
1-2	C (50) +			17-71
1-3	A (50) -Ι			12-65
14	Α (50) -Ι	C (25) + E (25)		9 - 69,5
1-5	Α (33,3)	+ C (33,3) +		11-70
1-6	A (33,3)	+ B (33,3) +	15-69
1-7	D (50) +	K (50)	13-81
1-8	B (50) +	K (50)	15-78
1-9	B (50) -Ι	D (50)	21-69
1-10	Α (50) +	K (50)	21-77
1-11	C (50) +	K (50)	15-81

	19	34 918	20	coo—\o\—coo—/o	>—R4	MR (0C)
	In Tabelle 3 sind die MR-Werte einiger typischer		ieispiele der durch die allgemeine Formel	R3	R4	105 - 199,5
29		dargestellten Verbindungen (siehe Formel H) angegeben.	CH3	H-C5H11	93 - 189
Tabelle 3	C2H5	n-C4H9	78 -188
	n-C3H7	H-C5Hn	89 -183
Bezeichnung	n-C4H9	n-C4H9	78 ~ 179,5
a-1	n-C5H„	n-CjH,,	76 - 103,5 - 168,5
a-2	H-C7H15	H-C5H11	(Fest-smektisch-nematisch)
a-3			150 - 257
a-4	CH3	C2H5O	113-193
a-5	CH3	n-CgH17O	134 - 230
a-6	C2H5	CH3O	134 - 224
	n-C4H9	CH3O	138 ~ 225
b-1	n-C4H9	C2H5O	92-187
b-2	n-C4H9	n-C6H13O	87-182
b-3	n-C5H„	n-C8H17O	89 ~ 177
b-4	n-C6H13	n-C6H13O	136-230
b-5	CH3O	C2H5	110-230
b-6	CH3O	n-C3H7	115-209
b-7	n-C5H,,0	n-C3H7	107 - 235
b-8	CH3O	n-C4H9	124-231
c-1	C2H5O	n-C4H9	113-212
c-2	n-C4H9CI	n-C4H9	91 ~ 172
c-3	n-C10H2 O	n-C4H9	87 - 223
cA	CH3O	n-C5H„	89 ~ 209,5
c-5	n-C4H9O	H-C5H11	91 - 198,5
c-6	n-C5H,,0	H-C5H11	90 -195
c-7	CH3O	n-C8H17	Systemen der Verbindungen der Formel (I)
c-8	Tabellen 4 und 5 zeigen MR-Werte	von gemischten	r Formel (II) (Bestandteil (b)).
c-9	und von gemischten Systemen der 1	Verbindungen de
c-10	Tabelle 4-1		MR
c-11	Versuch FK-I	DE-I	(0C)
Die folgenden	Nr (Gew.-%)	(Gew.-%)	-1- 77
(Bestandteil (a))	A-I 95	5	3-83
	A-2 90	10	6-94
	A-3 80	20	15-105
	A-4 70	30

21

Tabelle	4-2	FK-I	S	Dfc-2	-%)	MR	77
Versuch		(Gew.-%)		(Gew		(0C)	84
Nr.		95	5		0-	96
B-I		90	10		J	108
B-2		80	20
B-3		70	30		20-
B-4
Anmerku	ngen:			,H1,
FK-I:		\—COO—<	^)—OC			C
CH11-	^H	(Gew-%)		iH5
	33.3	J>—COO-<	V-oc		-3 - 72°
C5H1,-	<^	(Gew.-%)		2H5
	33,3		V-oc
C4H,-

33,3 (Gew.-%)

DEl:

{c._H.^5>₍

DE-2:

OV-C₄H, 89~183°C

O V-COO^ O V-COO^ O V-C₁H, 93~189°C

Tabelle 5-1

Versuch FK-2

DE-I MR

(Gew.-%) (Gew.-%) (⁰C)

FK- 3:

CjH₇

Tabelle 5-2

95 90 80 70

5 10 20 30 2-79

3- 85

7-96

21-107

40

45

O V-OC₅H₁,

33,3 (Gew.-%)

hV-COO—< O V-OC₅H₁₁

33,3 (Gew.-%)

COO-

-OC₅H₁₁

-4 ~ 62⁰C

Versuch

FK-3

(Gew.-%)

DE-I (Gew.-%)

MR

(⁰C) 33.3 (Gew.-·

95 tu

80 70

20 30 -2-68

-1 - 74

1-80

10-86

C,H„-( H V-COO-N /

40 (Gew.-%)

OC₅H₁₁

OC₂H₅

OC₅H₁₁ 5~75°C

Wie aus den obigen Tabellen hervorgeht, steigt die

so obere Grenze von AfA in dem Maß, in dem eine oder mehrere Verbindungen der Formel II zu einer oder mehreren Verbindungen der Formel i zugesetzt werden. In einigen Fällen steigt auch die untere Grenze etwas an. Bei verschiedenen Kombinationen der

Verbindungen erreicht AfR ein Maximum, wenn die Verbindung der Formel II in einer Menge von etwa 10 bis 20 Gew.-% zugesetzt wird, wie aus den Tabellen 4 und 5 ersichtlich ist Der Zusatz einer oder mehrerer Verbindungen der Formel II ermöglicht gemischte

Flüssigkristallsysteme mit weitem AiR-Wert. Der Anstieg der Obergrenze von AfR ist üblicherweise der zugesetzten Menge der Verbindungen der Formel Π proportional; unter Berücksichtigung des Anstiegs der Viskosität des gemischten Systems und anderer damit

zusammenhängender Faktoren ist es jedoch ratsam, diese Verbindungen in einer Menge von mindestens 2 Gew.-%, jedoch nicht mehr als 30 Gew.-%, zuzusetzen. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn die

zugesetzte Menge dieser Verbindungen im Bereich von 15±7Gew.-% liegt.

Im Fall der Verwendung dieser gemischten Flüssigkristallsysteme für Anzeigevorrichtungen des Feldeffekttyps mit verdrillt-nematischen Flüssigkristallen ist es wesentlich, daß die dielektrische Anisotropie des gemischten Flüssigkristallsystems positiv ist, d. h. daß

ε „-ε_±-Δε

ιο

positiv ist. F i g. 1 zeigt ein Beispiel einer Feldeffekt-Anzeigevorrichtung mit einem Flüssigkristall vom verdrillt-nematischen Typ (TN-Typ). Die in Fig. 1 dargestellte Flüssigkristallanzeigevorrichtung weist ein erstes Substrat 1 und ein zweites Substrat 2 auf, die beide aus transparentem Glas oder einem ähnlichen Material hergestellt und im wesentlichen parallel zueinander unter einem bestimmten Abstand, z. B. 5 bis 15 μηι, 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 eingeschlossen ist. Ein bestimmter Abstand kann mit einem Distanzstück 5 aus Glasfaser, Glaspulver od. dgl. erzielt werden. Das Dichtungsmittel 3 kann ferner gleichzeitig als Distanzstück dienen.

An den inneren, einander gegenüberliegenden Seiten des ersten Substrats 1 und des zweiten Substrats 2 sind Elektroden 6 in einem vorbestimmten Muster vorgesehen; die mit dem Flüssigkristall in Kontakt stehenden Flächen sind als Orientierungsflächen 7,8 ausgebildet, in deren Nähe die Flüssigkristallmoleküle in einer bestimmten Richtung orientiert werden. Solche zur Orientierung des Flüssigkristalls dienende Flächen lassen sich durch Schrägbedampfen der Elektroden tragenden Seite jedes Substrats im Vakuum mit SiO oder Aufbringen einer Schicht aus einem organischen hochmolekularen oder einem anorganischen Material und durch Reiben der beschichteten Oberfläche in einer bestimmten Richtung mit Baumwolle oder anderen Mitteln erzeugen.

Die Orientierungsflächen 7,8 der beiden Substrate 1, 2 sind in der Orientierungsrichtung so verschieden, daß die Moleküle des dazwischen angeordneten nematischen Flüssigkristalls 4 von einer Richtung (der ersten Richtung auf der Orientierungsfläche 7) zur anderen Richtung (der zweiten Richtung auf der Orientierungsfläche 8) verdrillt ausgerichtet werden. Der Winkel zwischen der ersten und der zweiten Richtung, d. h. der Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmoleküle, kann geeignet gewählt werden, beträgt jedoch üblicherweise

An der Außenseite der Substrate 1 bzw. 2 sind ein erster Polarisator 9 und ein zweiter Polarisator 10 angebracht Diese beiden Polarisatoren 9, 10 werden üblicherweise so angeordnet, daß der durch ihre Polarisationsachsen gebildete Winkel gleich dem Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmoleküle, also dem Winkel zwischen der ersten und der zweiten Orientieningsrichtung, oder gleich Null ist Qn diesem Fall sind die Polarisationsachsen zueinander parallel) und die Polarisationsachse jedes Polarisators parallel zur Orientierungsfläche des zugehörigen Substrats oder rechtwinklig dazu liegt.

Derartige Anzeigevorrichtungen werden weitgehend als Reflexionsanzeigeelemente verwendet; hierfür wird ein Reflektor 11 an der Rückseite des zweiten Polarisators 9 angeordnet, um eine Anzeige in Normalrichtung von der ersten Substratseite gesehen, zu ermöglichen; für Nachtzeitanzeigeelemente wird außerdem ein Lichtleiter aus einem Acrylharz, Glas od. dgl. mit geeigneter Dicke zwischen dem zweiten Polarisator 9 und dem Reflektor 11 vorgesehen und eine Lichtquelle an einer geeigneten Stelle an einer Seite des Lichtleiters angeordnet.

Im folgenden wird die prinzipielle Arbeitsweise eines Reflexions-Flüssigkristallanzeigeelemente beschrieben, das mit einem Verdrillungswinkel von 90° und unter 90" zueinander gekreuzt angeordneten Polarisationsachsen arbeitet.

Falls kein elektrisches Feld an der Flüssigkristallschicht anliegt, wird das ankommende Licht, d. h. das auf den ersten Polarisator 9 des Flüssigkristallanzeigeelements einfallende Umgebungslicht, durch den ersten Polarisator 9 durchgelassen und in längs der Polarisationsachse linear polarisiertes Licht verwandelt und tritt in die Flüssigkristallschicht ein; da die Flüssigkristallmoleküle in dieser Schicht um 90° verdrillt sind, wird die Polarisationsebene des polarisierten Lichts beim Durchgang des Lichts durch die Flüssigkristallschicht optisch um 90° gedreht; anschließend passiert das polarisierte Licht den zweiten Polarisator 10. Dieses polarisierte Licht wird dann am Reflektor 11 reflektiert und gelangt durch den zweiten Polarisator 10, die Flüssigkristallschicht 4 und den ersten Polarisator 9 in dieser Reihenfolge zurück und tritt schließlich aus dem Flüssigkristallanzeigeelement aus. Der Beobachter nimmt so das in das Flüssigkristallanzeigeelement eingetretene und nach Reflexion durch den Reflektor wieder austretende polarisierte Licht wahr.

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 erzeugen, die Flüssigkristallmoleküle in diesem Bereich in der Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet; demzufolge verliert dieser Bereich der Flüssigkristallschicht die optische Eigenschaft der Verdrehung der Polarisationsebene; die Polarisationsebene wird daher in diesem Bereich nicht gedreht so daß das vom ersten Polarisator polarisierte Licht durch den zweiten Polarisator unterbrochen wird und daher dieser Bereich für den Beobachter dunkel erscheint

Es ist so möglich, eine gewünschte Anzeige durch Anlegen einer elektrischen Spannung an eine entsprechende Elektrode zu bewirken.

Die Flüssigkristall-Grundmatrix, d. h. das gemischte System der Verbindungen der Formeln (I) und (II), hat eine negative dielektrische Anisotropie, doch läßt sich diese negative Anisotropie erfindüngsgernäß durch Zusatz einer verhältnismäßig geringen Menge eines nematischen Flüssigkristalls (Np) mit stark positiver dielektrischer Anisotropie oder einer strukturell analogen Verbindung leicht in eine positive Anisotropie umwandeln, ohne daß hierbei die erwünschten Eigenschaften der Grundmatrix wie z.B. ein weiter mesomorpher Bereich, niedrige Viskosität usw. beeinträchtigt werden.

Bevorzugte Beispiele für Np-Flüssigkristalle and/oder strukturell analoge Verbindungen, die als Bestandteil (c) in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendet werden, sind:

-COO

CN

25

R: n-C,„H_{2 m+}, oder n-C,„H₂ ,„+, - O; m: eine ganze Zahl von 1 bis 10;

Beispiele n-C„,H_2m+i

n-C„H_2M+1 —O—< O V-COO^ O V-CN

O j^COO—<

NO₂

R und m wie oben; Beispiele

n-C_mH_2m+1 — 0-<

CN

Oy>— CH = N-ZOV-CN

R: n-C_mH_2m+1, n-C_mH_2m+1-0 oder n-C_mH_2m+1 -COO, m wie oben;

Beispiele

n-C_mH_2m+I-^O V-CH=N^ O V-CN

m wie oben.

^CN

R: D-CJI_{2 m+1}, n-C_mH_{2 m+1} - m wie obeD:

_{2 m+1} - COO,

Beispiele

n-C_MH_2m+1 —Ο—< O

ⁿ-C„,H_2m+1 —

R: n-C_mH_{2 m+}, oder n-C_mH_{2 m+}, - O, m wie oben;

Beispiele

n-C_mH_2mtl —O

n-C„H₂ „+

u: eine ganze Zahl von 1 bis 8. X

CN

n-C„H₂„₊₁-

-COO-

CN

u: eine ganze Zahl von 1 bis 8; X: ein Halogen (F, Br, Cl oder J);

m wie oben;

CH=N-< O V-CN

m und X wie oben;

CN

m wie oben;

COO-

-CN

55

n-C_mH_2m+1—«Τ O

CN

dienen. Die Menge des Np-Flüssigkristalls und/oder der strukturell analogen Verbindungen, die als Bestandteil (c) in die Nn-Flüssigkristalhnatrix einzumischen ist, wird dabei durch die für das gemischte System erforderliche Betriebs-Schwellenspannung bestimmt Die Beziehung zwischen der einzumischenden Menge des Bestandteils (c) und der Schwellenspannung wird im wesentlichen durch folgende Überlegungen bestimmt:

Die Schwellenspannung (Va) des verdrillt-nematischen Flüssigkristallelements ist durch folgende Formel gegeben:

(18) worin Φ der Verdrillungswinkel ist, der üblicherweise π/2 beträgt, und K_n, K_n und K₃₃ die Elastizitätskonstan-

m wie oben.

Diese Verbindungen werden entweder einzeln oder in Mischung als Bestandteil (c) dem System aus den Bestandteilen (a) und (b) zugesetzt Die folgenden allgemeinen Tatsachen oder Regeln können zur Festlegung der Menge des zugesetzten Bestandteils (c) (4-JO-¹Ce₁₁ -C₂) Vl = T? ■ Kn+Qb-l AT₂₂) Φ²

ten der Ausdehnung, der Verdrillung bzw. der Biegung sind. Die obige Formel (18) kann vereinfacht werden

Ac = ε,ι -

= K_n

-J-(AT₃₃-2 JT₂₂).

(19)

(20)

10

= ΧΑε^Α+(1-Χ)Αε^Β =Χ(Αε-⁴-Αε")+Αε^Β.

Es ist im Prinzip möglich, einen Flüssigkristall mit einem gewünschten Δε-Wert zu erhalten, indem man Flüssigkristalle mit unterschiedlichen Δε- Weiten mischt. Wenn angenommen wird, daß die Dielektrizitätskonstanten der zwei verschiedenen Arten von Flüsoigkristallen A und ΒΔε^Α bzw. Δε^Βςίηά und ihr Mischungsverhältnis A/B= XJ(X-X) ist und ferner Additivität der Dielektrizitätskonstanten vorliegt, ergibt sich der ile-Wert des gemischten Systems durch folgende Formel:

(21)

Wenn man ferner annimmt, daß auch für K Additivität gilt, ergibt sich K des gemischten Flüssigkristalls durch die folgende Formel:

K = XK^A+(\ -X) K" = X(K^A -K^B) +K^B.

(22)

Setzt man die Formeln (21) und (22) in die Formel (19) ein, so ergibt sich für die Schwellenspannung

_v _ 2 π¹ VYTk²^k⁸TTk⁸

VX

- Αε⁸)

(23)

Die Schwellenspannung kann in folgender Weise 30 Verwendung von berechnet werden, wenn für die einzelnen Konstanten bestimmte Zahlenwerte eingesetzt werden.

Es sei angenommen, daß Ac⁸ des Nn-Flüssigkristalls -0,3 ist, A ε* des Np-Flüssigkristalls

C₄H,

COO

CN

35

C₄H₉

COO

CN

25 ist, K^B 4 · KT¹² TV (4 · KT⁷ dyn) ist und K* 1,7 -KT²¹ N (1,7 · KT¹⁶ dyn) ist, ergibt Formel (23)

2 π

V25,3J-0,3

(24)

Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die obige Zuordnung der Zahlenwerte zu Δε\ Δε^Β, K^A und K^B nicht willkürlich ist, sondern mit den tatsächlichen Eigenschaften des Flüssigkristalls gut übereinstimmt.

F i g. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem Mischungsverhältnis und dem Wert von V* (statischer Betrieb) für den Fall, daß Np- und Nn-Flüssigkristalle unter als Np-Flüssigkristall und Matrix 1 -4 der Tabelle 2 als Nn-Flüssigkristall vermischt wurden. Das Ergebnis der theoretischen Formeln (23) oder (24) stimmt gut mit den

4u Versuchsergebnissen überein. Der Bestandteil (c) wird vorzugsweise in einer Menge von wenigstens 4 Gew.-% und höchstens 70 Gew.-% und insbesondere 10 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Bestandteile (a), (b) und (c), zugemischt Die Bestandteile (a), (b) und

(c) werden in einem konkreten Fall in folgenden Anteilen vermischt: (a) 10 bis 80 Gew.-%, (b) 2 bis 30 Gew.-% und (c) 4 bis 70 Gew.-%.

Zu den Np-Flüssigkristallen gehören die Schiffschen Basen, die Esterverbindungen, die Pyrimidinverbindungen, die Diphenylverbindungen, die PCH-Verbindunger u. dgl. Diese Flüssigkristalle mit Ausnahme der Schiffschen Basen, die aufgrund der schon erwähnter chemischen Instabilität nicht in mit einem organischer Dichtungsmittel versiegelter Form verwendet werder kann, können in folgende zwei Gruppen unterteil· werden:

(1) Np^s (Np-Flüssigkristalle mit starker Polarität)

R—<^/oV-COO—<O>— CN (Estertyp)

-N

R-C O

(Pyrimidintyp)

usw.

(2) Np^w (Np-Flüssigkristalle mit schwacher Polarität)

R-CO ?—C O >—CN (Diphenyltyp)

CN

(PCH-Typ)

usw.

Wie oben erwähnt, kann eine geeignete Steuerspannung eingestellt 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. In diesem Fall treten jedoch Probleme der Verträglichkeit zwischen dem Nn-Flüssigkristall und dem Np-Flüssigkristall, insbesondere dem Np^s-Flüssigkristal], auf. Beim Mischen einer kleinen Menge (20 Gew.-% oder weniger) des Np^s-Flüssigkristalls mit einem Nn-Flüssigkristall kann die erhaltene Mischung allgemein einen weiten ΛίΛ-Bereich aufweisen, ohne daß Verträglichkeitsprobleme auftreten. Wenn jedoch mehr als 20 Gew.-% des Np^s-FIüssigkristalls mit einem Nn-Flüssigkristall vermischt werden, kann die erhaltene Mischung wegen eines Anstiegs der C-N-Übergangstemperatur, die die untere Grenze des AiR-Bereichs

(a) Mischsystem von Np + Np^s

darstellt, und der Abscheidung bei gewöhnlichen Temperaturen und ähnlichen störenden Erscheinungen nicht praktisch verwendet werden.

Um diese Probleme zu lösen, kann folgendes Verfahren angewandt werden: Als mit dem Nn-Flüssigkristall zu vermischender Np-Flüssigkristall werden nicht nur ein Np^s-Flüssigkristall, sondern auch ein Np^w-Flüssigkristall verwendet Die erhaltene Mischung hat eine verbesserte Verträglichkeit und besitzt eine verringerte Steuerspannung, so daß ein Betrieb bei 3 V möglich ist Wenn 20 bis 30 Gew.-% des Np^w-Flüssigkristalls mit einem 20 Gew.-% oder weniger eines Np^s-Flüssigkristalls enthaltenden Flüssigkristallsystem gemischt werden, kann der MR-Bereich erweitert und die Spannung so gesenkt werden, daß ein Betrieb mit 3 V möglich ist

Dies kann durch folgende Beispiele veranschaulicht werden

V₃ · V₃ Bereich MR(⁰C)

Mittenspannung
(V)

FK-3 (90 Gew.-%)

C4H9

COO-

CN (10 Gew.-%) 10,5% 6,0

-15-64,0

FK-3 (80 Gew.-%)

O V-CN (20Gew.-%) 9,0% 4,5

-10-61,0

FK-3 (70Gew.-%)

COO

(b) Mischsystem von Np + Np^s + Np"

CN (30 Gew.-%) 5,0% 3,5

25 - 57,8

V₃ · V₃ Bereich MR(⁰C)

Mittenspannung
(V)

FK-3 (70 Gew.-%)
C₄H₉-<O

I C,H_n-< H >-< O >-CN

O >— CN (20Gew.-%) 9,0%

(10 Gew.-%) 4,0

-14-63

Fortsetzung

V₃ · V₃ Bereich Mittenspannung
(V)

FK-3 (60 Gew.-%)

C₅H_n

O V-CN (20 Gew.-%) 8,5%

(20 Gew.-%) 3,4

-20 ~ 62

CN

FK-3 (50 Gew.-%)

C₄H₉-<O>— COO-^( O V- CN (20Gew.-%) 8,0%

(30 Gew.-%)

3,0

-20-61

CN

Im Fall von (a) können, wenn der Np^s-Flüssigkristall in einem Anteil von 30 Gew.-% zugemischt wird, die Eigenschaften aufgrund der hohen C—N-Übergangstemperatur von 25° C im unterkühlten Zustand gemessen werden, doch tritt ein Anstieg von V^ bei etwa 0°C auf, wobei die Temperaturabhängigkeit von V_r* groß und der Bereich klein wird. Andererseits werden im Fall von (b) diese Probleme durch Zumischen des Np^w-Flüssigkristalls gleichzeitig gelöst, und die Spannung kann auf 3 V eingestellt werden.

Eine geeignete Zusammensetzung des gemischten Systems aus Nn + Np^s - Np^w ist folgende:

Nn: 10-80 Gew.-%,

vorzugsweise 20—60 Gew.-%

Np': 2-30Gew.-%,

vorzugsweise 5 — 20 Gew.-%

Np^w: 2-40Gew.-%,

vorzugsweise 5—30 Gew.-%

Die oben genannte Kombination einer Verbindung der Formel (I), also des Bestandteils (a), einer Verbindung der Formel (II), also des Bestandteils (b), und eines Np-Flüssigkristalls oder einer strukturell analogen Verbindung des Bestandteils (c), kann jedoch hinsichtlich der Verträglichkeit der einzelnen Bestandteile unbefriedigend sein. Es ist daher zweckmäßig, als vierten Bestandteil (d) eine Nn-Verbindung, insbesondere eine polare Nn-Verbindung, d.h. eine polare Nn-Flüssigkristallverbindung und/oder eine strukturell analoge Verbindung, zuzusetzen. Die Menge dieses Bestandteils (d) wird je nach der Menge des Bestandteils

(c) oder des Np-Flüssigkristalls und/oder dessen strukturell analoger Verbindung geeignet festgelegt.

Einzelheiten hierzu sind bei den folgenden Beispielen

angegeben.

Zur Verbesserung der Verträglichkeit eines nichtpolaren Nn-Flüssigkristallsystems und eines polaren Np-Flüssigkristalls und/oder einer strukturell analogen Verbindung und zur Erzielung eines weiteren MR-Bereichs ist zu empfehlen, ein Nn-Flüssigkristallsystem eines anderen Typs als des obengenannten Nn-Mischungssystems zuzusetzen. Hierzu ist die Verwendung einer nematischen Flüssigkristallverbindung mit polaren Molekülen und negativer dielektrischer Anisotropie oder einer strukturell analogen Verbindung am günstigsten. Solche Nn-Flüssigkristallverbindungen

so und/oder strukturell analoge Verbindungen, die als Bestandteil (d) verwendet werden, sind:

-COO-

R₅: n-C_mH_2m+1, n-C_mH_2m+,-0, n-C_mH_2ra+1 -COO oder n-C_mH_2m+1-O-COO, R₆: n-C,H₂,₊₁, 0-n-C,H_2i+1, COO-n-C,H₂,₊₁ oder 0-C00n-C_?H_2?+„ m und q wie oben;

Beispiele

n-C_mH_2m+1

n-C_mH_2m+l —O

O V-O-n-C„

H-C₁₇H₂,+,

Beispiele

n-C_mH_2m+1 —0-< O

O )^0—n-C_?H_2?+1

n-C_raH_{2 m+1} — O

COO- n-C,H₂ ,₊₁

n-C_mH_2m+I —

O V-COO-^ O >—O—n-C_?H₂,₊₁

n-C_mH_2m+1 —O —

n-C₈H₁₇— Ο—ζ O V-COO—< O )-0 —COO-n-C,H₂,₊

n-C_mH_2m+1 — Ö — COO

O >-COS^ Ο

- n-C,H_2l?+1

R₅: n-C_mH_{2 m+} , oder n-C_mH_{2 m+} , - O,
R₆: n-C^j_?+1 oder n-C_?H_{2 q+l} - O,
m und q wie oben;

Beispiele

n-C_raH_2m+1^ O ^COS-

n-C_mH_2m+1—0-< O

R₅: n-C,„H_2m+1, n-C_mH_2m+1-O, n-C_mH_2m+1-O-CO, CHj-O-CCH^-O, CH₃-O-(CH₂J₃-O, CH₃-O-CH₂-O, C₂H₅-O-(CH₂)₂-O, C₂H₅-O-(CH₂)₃-O oder C₃H₇- O -(CH₂J₂- O,

R₆: n-C,H_2?+1, n-C_?H₂,₊₁-O, n-C,H_2?+,-CO, n-C,H₂₍₊,-COO, -CH-C₄H₉, -(CH₂J₂-CH-CH₃ oder n-C,H_2?+i-O-CO, ^ ^

m und q wie oben;

n-C₄H,

CH₃-O-(CHj)₃-O

38

= N—< O V-O-n-C,H_2rH

CH₃CH₂CH-(CH₂)-Ο—< O V-CH = N-< O V-Ο—n-C,H₂„₊,

= N—< O V-CO-n-C„H_2i+i

CH₃-(CH₂)J-

n-C_mH_2m+1 —O^ O

CH₃-O —CH₂-O-< O V-CH = N-< O V-CO-CH

CH₃-O— (CH₂),-O—< O V-CH = N-Z O V-CO-CH₃ C₂H₅-O—(CH₂J₂-O—< O V-CH = N^; O V-CO-CH

= N^( O V-CO-CH₃

CH₃-O-(CH₂J₃-O^ C₃H₇-O— (CHJj-Ο—<

= N^ O V-CO-CH

C₂H₅-O—(CH₂J₃-O-Y

= N^T O V-CO-CH

=N^; O V-COO-n-C,H_2i+

n-C_mH_2m+, —O-X O

n-C_mH_{2 m+1} —COO-X O V-CH=N-< O >-n-C,H₂,₊₁

n-C_mH_2m+1 —O-< O V-CH=N-< O V-O —CO-n-C,H n-C_mH_2m+! — O-< O V-CH=N-< O V-O-CO-CH-C₄H

—CO-(CH₂Ji-CH-CH

n-C_mH_2m+i — COO-< n-C„H_2m+1 — O^r O

0-C00-n-C,H_2?+1

R₅: n-C_mH_2m+1 — O oder n-C_raH_2m+1—COO,
R₆: n-C,H_2?+1 oder n-C_?H_2?+j—O,
m und q wie oben;

Beispiele

n-C„,H₂„,₊ , —O^ O

n-C_MH_2m+1 —0—< O

n-C_mH_2m+1—COO-< O

,H₂,₊₁

=N-X O V-O-CH₃

R₅: n-C_mH_2m+i, n-C„H_2m+, —O oder n-C_mH_2m+1 —CO, R₆: n-C,H_2?+1, n-C,H_2?+1 — O, n-C,H_!(+1-CO oder n-C,H_2?+1 — COO- m und q wie unten definiert;

Beispiele

n-C_OTH_2m+] —<^ O y~~\^ O y—O—n-CiHu m: eine ganze Zahl von 1 bis 10.

n-C_mH_2m+1^( O >—< O V-CO-n-C,H₂,_+l

m: eine ganze Zahl von 1 bis 10 \ q: eine ganze Zahl von 1 bis 8 J

n-C_mH_2m+] — O—<O>-< O V-CO-n-C,H_2?+1

/m: eine ganze Zahl von 1 bis 12 \ yq: eine ganze Zahl von 1 bis 1Oy

n-C_mH_2m+i — CO—< O V-<

(m, q: eine ganze Zahl von 1 bis 10)

/— n-C_mH_2m+1 —O^ O >—C 0^COO-Ii-C₅H₂,,,

/m: eine ganze Zahl von 1 bis 18 \ yq: eine ganze Zahl von 1 bis 6 J

O >-< O V-COO^ O wobei ν und w jeweils unabhängig eine ganze Zahl von 3 bis 8 bedeuten, und

—O

O V-n-C,H_2<rn,

wobei m und q jeweils unabhängig eine ganze Zahl von 1 bis 10 bedeuten.

Diese Verbindungen können entweder einzeln oder im Gemisch von zwei oder mehreren den genannten wesentlichen Bestandteilen (a), (b) und (c) zugesetzt werden.

41 42

Tabelle 5-2 zeigt ein Beispiel, in dem FK-3 als gemischte Flüssigkristallmatrix und

CH₃O

COO-

C₅H₁,

als Nn-Flüssigkristall verwendet werden. Das erhaltene gemischte Flüssigkristallsystem hat einen weiten MR-Bereich (-4 bis 62°C) und ist gut praktisch anwendbar. Andererseits ist bei dem System ohne zugesetzten Nn-Flüssigkristall

CH₃O-

COO-

C₅H₁,

der ΜΛ-Bereich in einen höheren Temperaturbereich, d.h. 13 bis 70°C, verschoben, wie in 1-1 der Tabelle 2 r> gezeigt ist; dieses System ist ferner von schlechterer Verträglichkeit. Daher sollte die Menge der als Bestandteil (d) zugesetzten Nn-Flüssigkristallverbindung vorzugsweise im Bereich von 2 bis 40 Gew.-% liegen. Besonders gute Ergebnisse werden erhalten, 2« wenn der Zusatz 20 ± 10 Gew.-% beträgt.

Tabelle 6 zeigt den MÄ-Wert der gemischten Flüssigkristallsysteme, die durch Zusetzen einer Np-Flüssigkristallverbindung als Bestandteil (c) zum gemischten Flüssigkristall hergestellt wurden, der eine Verbindung der Formel (I) (Bestandteil (a)) und eine

Verbindung der Formel (II) (Bestandteil (b)) enthält. Wie aus dieser Tabelle ersichtlich ist, sinkt die untere Grenze von MR, wenn der Np-Flüssigkristallzusatz 5 bis 10 Gew.-°/o beträgt, steigt jedoch an, wenn der Zusatz 20 Gew.-% oder mehr beträgt. Die Bestandteile (a), (b), (c) und (d) werden vorzugsweise in folgenden Anteilen verwendet:

(a) 10bis80Gew.-%,

(b) 2bis30Gew.-%,

(c) 4bis7OGew.-°/ound

(d) 5bis30Gew.-%.

Tabelle 6-1

Versuch
Nr.

A-2
(Gew.-%)

-COO

(Gew.-%)^N

CN

MR CC)

1	95	5
2	90	10
3	80	20
4	70	30

-1-80

-2-79

2-76

7-71

Tabelle 6-2

Versuch C-2

Nr. (Gew.-%)

(Gew.-%)

O V-coo-< ο >—cn

MR (⁰C)

1	95	5
2	90	10
3	80	20
4	70	30

-2-83

-1-80

4-77

6-71

Tabelle 6-3

Versuch B-2

Nr. (Gew.-%)

C₅H„-< O
(Gew.-%)

COO CN

AiR(⁰C)

1	95	5
2	90	10
3	85	15
4	80	20

-1-82 -3-80

-5-77 -1-73

Tabelle 64

Versuch B-2

Nr. (ücw.-%)

coo

(Gew.-7„P .UA(⁰C)

Tabelle 6-5

95 90 85 80

10 15 20 -2-83 -2-82 -3-80 -2-78

Versuch D-2

Nr. (ÜCW.-7,,)

CMi,

(Gew

coo —(^ cn

95 90 85 80

10 15 20

Tabelle 6-6

5-60

-1-58

0-56

5-53

Versuch D-2

Nr. (Gew.-¹¹/,,)

(Gew.-%) CN

MiCCl

95 ?0 85 80

10 15 20

Tabelle 6-7

-1 -60

-2-57

-2-55

2-52

Versuch

A-2 (Gcw.-%) X —i

(Gew.-'Vi.)

AfÄCC)

Tabelle 6-8

90 80 60

0-78 -1-74 -4-63

Versuch C-2

Nr. (Gew.-%)

C₅Hn MR (⁰C)

O /— CN 30 (Gew.-%) O >—CN 30 (Gew.-%) Ο}— CN 40 (Gew.-%) - 52°C

0-85

5-85 11-85

A-2, B-2, C-2 und D-2 sind wie in den Tabellen 4-1,4-2, 5-1 und 5-2 definiert.

Im folgenden werden die Eigenschaften der Zusammensetzungen gemäß Jer Erfindung im Zeitmultiplexbetrieb unter Angabe einiger Zusammensetzungsbeispiele erläutert

Fig. 10 zeigt die Zeitmultiplexcharakteristiken, die erhalten werden, wenn FK-3 (siehe Tabelle 5-2) als Matrixflüssigkristall und

wenn Δε anwächst da die Beziehung

C₄H,

-COO-

CN

als Np-Flüssigkristall verwendet werden. Man sieht, daß

proportional zur Menge des Np-Flüssigkristalls anwächst, während die Spannung nach und nach abfällt

C₄H,-

-COO

COO-

in einer Menge von 0 bis 15 Gew.-% dem mit 20 Gew.-%

C4H9—<o>— c 00 —(oV cn

versetzten System des Beispiels 1 zugesetzt wird, steigt der Bereich von etwa 8% auf etwa 10,5%, wenn der Zusatz dieser Verbindung wächst Diese Vergrößerung des Bereichs beruht auf der Verringerung der Schwankung von Δ 7"(Temperaturabhängigkeit von V,h) von etwa 7% auf etwa 4,5%. Allgemein ergeben sich im Fall des Zusatzes langer Flüssigkristallmoleküle mit drei Benzolringen (derartige Materialien besitzen eine gilt; ein Betrieb bei niederer Spannung (3 V, V3 Vorspannung, V3 Tastspannung) ist möglich. Hinsichtlich der ZeitmuUiplexcharakteristik besteht jedoch die Tendenz, daß sich der Bereich M verringert, wenn die Spannung abfällt; er sinkt bei 3 V und '/3 Vorspannung und '/3 Tastspannung bis auf etwa 5% ab, was für den praktischen Einsatz unannehmbar ist Diese Verringerung des Bereichs M ist der hohen Temperaturabhängigkeit (ΔΤ) und der hohen Winkelabhängigkeit (ΔΦ) von Vih zuzuschreiben, wie aus F i g. 10 ersichtlich ist

F i g. 11 (Beispiel 2) zeigt die Eigenschaften, die sich ergeben, wenn eine Verbindung der Formel (II) gemäß der Erfindung dem System des oben angegebenen Beispiels ί zugesetzt wird. Wenn die Verbindung

-C₄H₉

höhere Obergrenze von MR) ein Anstieg von V_th und eine erhöhte Winkelabhängigkeit (ΔΦ) von Va* wie beispielsweise aus F i g. 12 hervorgeht, wo

C₅H_n-

-CN

verwendet ist, so daß solche Flüssigkristalle zur Verwendung bei niedriger Betriebsspannung und zur Erzielung eines großen Bereichs M ungeeignet sind. Andererseits ermöglicht das mit der Verbindung

C₄H,-

-COO-

COO

(DE-I) gemäß der Erfindung versetzte System einen Niederspannungsbetrieb mit großem Bereich M.

Tabelle 7 zeigt die Zeitmultiplexcharakteristik und das Ansprechvermögen, die in den Beispielen 2 bis 5 durch Zusatz verschiedener Verbindungen der Formel (II) zu den verschiedenen gemischten Flüssigkristallen erhalten wurden.

Tabelle 7-1	FK-3	C4H9-Zo	^>— c ο ο —<^o\— c ν	(Gew.-%)	DEl	V3	V3	AT	V3	Y	Mitten	16	At	y	ΑΦ	ΑΦ	'r (""in Mittenspannung)	K)
Beispiel 2			—	20		Bereich	Mitten				spannung	16						<£> CjO
				20			spannung			(V)	16						oo
	iGcw,%)	(Gew.-Vo)		20	(Gew.-%)	(&)	(V)			3,0	16
	80	20		20	O	9,0	4,5	7,0	1,	3,1		8,5	1	0,860	,15 . 0,840	150
2-1	75	20			5	9,5	4,6	6,7	1,	3,1		8,1	1	0,865	,15 0,836	160
2-2	70	20		10	10,1	4,7	6,5	1,	3,2		7,7	1	0,860	,15 0,838	170
2-3	65	20		15	10,5	4,8	6,0	1,			7,2 I HW	1	0,858	,15 0,840 III I WIIIf I	170
2-4
Tabelle 7-2	FK.-2	C4H,-<O	^>— COO-/ΟΥ- CN C,H,j—<	ι / \	ÖV-CN	DE-I	V3 ·				'f("°/mi Mittenspannung)
äeispiel 3			—	\ / X.	/		Bereich
	(Gew.-%)	(Gew.-%)			(Gew.-%)	(S)
	55	25			O	7,0			130
3-1	50	25			5	7,4		140
3-2	45	25			10	8,0		150
3-3	40	25			15	8,3		150 wammmmsfamim.
3-4

Tabelle	7-3	X-I	CsH11—\Oy—COO—<f O	(Gew.-V.)	(Gew.-%)	>—CN DE-I	V3	V3	■-■■ Γ.ΐ/Γ» ι τ; {'-·.·■·'■■ ':*	y	ΑΦ	lr (io;iCm Mittenspannung)	■£·	hO	Ul
Beispiel 4	FK-2		—		20		Bereich	Mittan	AT					OO
					20			spannung						OO
		(Gew.-%)	20	20	(Gew.-%)	(%)	(V)
	(Gew.-%)		20	20
			20	DE-I: siehe Tabelle 4-1; DE-2:
		40	20		0	6,61	3,00		1,16	0,830	120
4-1	40	37,5		5	7,07	3,03	8,9	1,17	0,832	130
4-2	37,5	35		10	7,45	3,04	7,6	1,17	0,840	140
4-3	35	32,5		15	8,0	3,08	7,1	1,16	0,840	140
4-4	32,5		^„-/oVcoo^o^				7,0
			—/
Tabelle	7-4	X-I	>—CN DE-2	V3	1Z3		y	ΑΦ	>r (?ο°/!ίη Miltenspannung)
Beispiel 5	FK-2			Bereich	Mitten	AT
					spannung
		(Gew.-%)	(Gew.-%)	(%)	(V)
	(Gew.-%)	40	0	6,61	3,00		1,16	0,830	120
5-1	40	37,5	5	6,91	3,05	8,9	1,16	0,835	130
5-2	37,5	35	10	7,10	3,08	8,0	1,17	0,835	140
5-3	35	32,5	15	7,50	3,12	7,6	1,16	0,832	140
5^	32,5	Anmerkung: X-I: siehe Tabelle 6-7;	siehe Tabelle 4-2; FK-2	• siehe Tabelle	5-1; FK-3	7,2	5-2.
				: siehe Tabelle

Die gemischten Systeme in diesen Tabellen zeigen im wesentlichen die gleiche Zeitmultiplexcharakteristik wie das System des Beispiels 2, was die Eignung der erfinduDgsgemäßen Zusammensetzungen in Kombination mit beliebigen Flüssigkristalltypen erweist Hin-

C4H9

-COO

COO-

versetzten Material eine Steigerung der Viskosität um etwa 50% im Vergleich zum nicht mit dieser Verbindung versetzten System auf. Dies führt zu einem etwa 1 ^fachen Anstieg der Ansprechzeit Hierbei ist jedoch festzustellen, daß wie in den in der Tabelle 7 gezeigten Beispielen das mit etwa 15% dieser Verbindung versetzte System in der Ansprechzeit um nur etwa 15% im Vergleich zu den nicht mit dieser Verbindung versetzten Systemen gesteigert wird, wobei in diesem Fall die Beziehung ί~η nicht gut gilt, da die

52

sichtlich des Ansprechvermögens ist es bekannt, daß eine proportionale Beziehung zur Viskosität besteht, was durch die Formel t ~t\ ausgedrückt wird. In Beispie! 2 tritt bei dem mit 15 Gew.-% der Verbindung

Elastizitätskonstante zum günstigen Ergebnis beitragt Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzungen besitzen zusammengefaßt einen weiten Betriebsbereich und hohes Ansprechvermögen, so daß sie als Materialien für Zeitmultiplexbetrieb bestens geeignet sind. Sie sind ferner chemisch stabil und führen zu einsr hohen Betriebszuverlässigkeit Die erfindungsgemäßen Systeme für Flüssigkristallanzeigevorrichtungen weisen daher viele Vorteile gegenüber bekannten Systemen auf.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Nematische Flüssigkristallzusaromensetzungen, gekennzeichnet durch (a) wenigstens eine Verbindung der Formel Ri n-C_mH2n7+i, n-CmH^+i—O

n-C_roH2m+1—CO, und
R2 n-C₉H2fl+i, n-CqÜ2q+\—O

C1 — CO,

Ri-\ H in der bedeuten:

-COO

CD

COO-

in der bedeuten:

R₃ n-CH^+1 oder n-

—O, und Rt n-C_sH2i+1 oder n-QH^+1—O,

wobei r und s unabhängig jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 10 darstellen, sowie

15 oder oder

wobei m und q unabhängig jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 10 darstellen,
(b) wenigstens eine Verbindung der Formel

(c) mindestens 4 Gew.-% wenigstens einer nematischen Flüssigkristallverbindung mit positiver dielektrischsr Anisotropie und/oder einer strukturell analogen Verbindung, die unter folgenden Verbindungen ausgewählt ist:

-COO

-CN

R n-C_raH_{2 m+}1 oder n-C„,H₂ „,+, - O bedeutet und ni eine ganze Zahl von 1 bis 10 darstellt;

mit R wie oben;

n-C_mH_2m+,

mit m wie oben;

COO

cos

-NO₂

CN

-CN

R n-C„,H_2m+1, n-C_wH_2ra+1-O oder n-C_mH_2m+1 - COO bedeutet

mit m wie oben;

CH = N-

-NO₂

mit m wie oben;

O ^CN

R n-C_mH_{2 m+},, n-C_mH_{2 m+}, - O oder n-C_mH_{2 m+}, - COO bedeutet

mit m wie oben;

R n-C_mH_{2 m+1} oder n-C_mH₂ „_+I - O bedeutet, mit m wie oben:

wobei u eine ganze Zahl von 1 bis 8 darstellt;

COO

N /

mit u wie oben,

wobei X ein Halogenatom bedeutet;

n-C_raH_2m+1^ O

CN

mit X und m wie oben;

/— H

mit m wie oben und

-COO-

-CN

-CN

mit m wie oben.

2. Zusammensetzungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zusätzlich

(d) wenigstens eine nematiasche Flüssigkristailverbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie und/ oder eine strukturell analoge Verbindung, die unter folgenden Verbindungen ausgewählt ist:

-COO-

wobei

R₅ n-C,„H₂„,_{+ l}, n-C„,H_2m+, -O, n-C„,H₂„,₊₁ -COO oder n-C„,H₂„,_{+ 1} -0-COO und R₆ n-C,H_2i+1,n-C,H₂,_{+ 1}-O, n-C,H₂,_{+ l}-COO oder n-C,H₂,₊ , bedeuten und m und q unabhängig jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 10 darstellen;

R.

COS-

wobei

R₅ n-C_mH_{2 m+}, oder n-C„,H_{2 m+1} - O und R₆ n-C,H_{2 ?+}i oder n-C_?H₂,+, - O bedeuten mit m und q wie oben;

-CH = N- ^^

wobei

R₅ n-C_mH_2m+1, n-C_mH_2m+1-0, n-C,„H₂„,₊₁-0-C0, C^-O-iCH^-O, CH₃-O-CH₂-O,

CH₃-O-(CH₂)j-O, C₂H₅-O-(CH₂J₂-O, C₂H₅-0-(CH₂)j-0 oder C₃H₇-O-(CHj)₂-O und
R₆ n-C,H₂,_ih n-C,H₂,₊₁ — O, n-C,H₂,₊₁ — CO, n-C,H₂,₊, —COO, n-C,H_2?+, —O —CO,

-CH-C₄H₉ oder —(CH₂)₂— CH-CH₃ bedeuten

CH₃ CH₃

mit m und q wie oben;

Rs—< O >—CH = N-< O wobei

R₅ n-C„,H₂ ,„+1 - O oder n-C„,H₂ ,,,+, - COO und R₆ n-C„H_2i+i oder n-C_vH₂,₊ i -O bedeuten mit m und q wie oben;

wobei

R₅ n-C_mH_{2 m+}„ n-C,„H_2m+I -O oder n-C,„H₂„₁₊, - CO und R₆ n-C,H₂ „_+i, n-C_#H_{2 v+i} - O, n-C„H₂„,. - CO oder n-C„H_{2 v+i} - COO bedeuten

mit m und q wie oben;

n-C_vH₂

-COO

wobei ν und w unabhängig jeweils eine ganze Zahl von 3 bis 8 bedeuten, und

N—ν

n-C_mH_2m+1 -O^ O V^ O >— n-C,H₂,₊ N—/ ν— ^/

mit m und q wie oben.

3. Zusammensetzungen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Gemisch aus

C₅H₁₁

O ^Q-C₅H₁₁

und

O V-O-C₂H₅

H >-COO-< O >-0 —C₂H

ein Gemisch aus

COO-^ O V-O-C₅H₁₁

O V-O-C₂H₅

und

oder ein Gemisch aus

C₃H₇—<H>— COO- und

O V-O-C₅H₁₁ O V-O-C₅H_n

C₅H₁₁-^H V-COO-< O V-O-C₅H₁₁

als Bestandteil (a).

4. Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch

C₄H₉

coo

C₄H₉

oder

C₂H

₂H₅

COO

als Bestandteil (b).

5. Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Mengenverhältnisse der Bestandteile (a), (b), (c) und (d):

O V-C₄H,