DE2934918C2 - Nematische Flüssigkristallzusammensetzungen für Anzeigevorrichtungen - Google Patents
Nematische Flüssigkristallzusammensetzungen für AnzeigevorrichtungenInfo
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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
(a) wenigstens eine Verbindung der Formel
-COO-
in der bedeuten:
Rl n-CraH2m+i, n-CmH2m+i—O oder
-O, und
n-C,H2,+1, n-QH^+1 — O oder n-C,H2,+1—O,
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
wobei m und q unabhängig jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 10 darstellen,
wenigstens eine Verbindung der Formel
in der bedeuten:
R3 n-CrH2r+1 oder n-GH2r+1—O, und
R4 H-CjH2S+1 oder n-CsH2s+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.
R4 H-CjH2S+1 oder n-CsH2s+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.
(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
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 vs\, 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 vj2, die an einem nicht anzeigenden Punkt anliegt, ist andererseits gegeben durch
Die effektive Spannung vj2, die an einem nicht anzeigenden Punkt anliegt, ist andererseits gegeben durch
V,2
Zur Erzielung einer Anzeige am Anzeigepunkt muß hierbei die effektive Spannung vsi größer oder gleich
der Schwellenspannung V1/, des Flüssigkristalls sein
(vs ] > 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:
3Frt
Vth
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 Vm 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 vsi und vs2 und damit auch V,h\, V,h2 und VsaM
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
(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)- ΚΜΜ(7'=0.ίΦ = 10ο,/ = 550):
(Γ = 40, Φ = 40°,/=100)+ ΚΜ,,(Γ=0,Φ = 10°,/=550):
(9)
worin bedeuten:
T = Temperatur (0C)(O bis 40° C)
Φ = Betrachtungswinkel (°)(10 bis 40r)
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.
Φ = Betrachtungswinkel (°)(10 bis 40r)
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) .
ΚιΗ(Γ-0°Ο + Κ,Η(7·=40°Ο
ΚιΗ(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)
(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
η die Viskosität
K die Elastizitätskonstante (vgl. die nachstehende
Gleichung (20))
d die Dicke der Flüssigkristallschicht.
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
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:
7H2?+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-CMH2w41 — 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-C5Hn;
R3 = CH3, R4 = C2H5O;
R3 = CH3, R4 = n-C8Hi70;
R3 = C2H5, R4 = CH3O;
R3 = D-C4H9, R4 = CH3O;
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;
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
C5Hn 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.
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
Versuch FK-2
DE-I MR
(Gew.-%) (Gew.-%) (0C)
FK- 3:
CjH7
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
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,„H2 m+, oder n-C,„H2 ,„+, - O;
m: eine ganze Zahl von 1 bis 10;
Beispiele n-C„,H2m+i
n-C„H2M+1 —O—<
O V-COO^ O V-CN
O j^COO—<
NO2
R und m wie oben; Beispiele
n-CmH2m+1 — 0-<
CN
Oy>— CH = N-ZOV-CN
R: n-CmH2m+1, n-CmH2m+1-0 oder n-CmH2m+1 -COO,
m wie oben;
n-CmH2m+I-^O V-CH=N^ O V-CN
m wie oben.
CN
R: D-CJI2 m+1, n-CmH2 m+1 -
m wie obeD:
2 m+1 - COO,
n-CMH2m+1 —Ο—<
O
n-C„,H2m+1 —
R: n-CmH2 m+, oder n-CmH2 m+, - O,
m wie oben;
n-CmH2mtl —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-CmH2m+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 Kn, Kn 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 -
= Kn
-J-(AT33-2 JT22).
(19)
(20)
10
= ΧΑεΑ+(1-Χ)ΑεΒ =Χ(Αε-4-Αε")+ΑεΒ.
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 ΒΔεΑ bzw. ΔεΒςίηά 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 = XKA+(\ -X) K" = X(KA -KB) +KB.
(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, KB 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\ ΔεΒ, KA und KB
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) Nps (Np-Flüssigkristalle mit starker Polarität)
R—</oV-COO—<O>— CN (Estertyp)
-N
R-C O
(Pyrimidintyp)
usw.
(2) Npw (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 Nps-Flüssigkristal],
auf. Beim Mischen einer kleinen Menge (20 Gew.-% oder weniger) des Nps-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 Nps-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 + Nps
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 Nps-Flüssigkristall, sondern auch ein
Npw-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 Npw-Flüssigkristalls
mit einem 20 Gew.-% oder weniger eines Nps-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)
(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 + Nps + Np"
CN (30 Gew.-%) 5,0% 3,5
25 - 57,8
V3 · V3
Bereich MR(0C)
Mittenspannung
(V)
(V)
FK-3 (70 Gew.-%)
C4H9-<O
C4H9-<O
I C,Hn-<
H >-< O >-CN
O >— CN (20Gew.-%) 9,0%
(10 Gew.-%) 4,0
-14-63
Fortsetzung
V3 · V3 Bereich
Mittenspannung
(V)
(V)
FK-3 (60 Gew.-%)
C5Hn
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 Nps-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 Vr* groß
und der Bereich klein wird. Andererseits werden im Fall von (b) diese Probleme durch Zumischen des Npw-Flüssigkristalls
gleichzeitig gelöst, und die Spannung kann auf 3 V eingestellt werden.
Eine geeignete Zusammensetzung des gemischten Systems aus Nn + Nps - Npw ist folgende:
Nn: 10-80 Gew.-%,
vorzugsweise 20—60 Gew.-%
Np': 2-30Gew.-%,
vorzugsweise 5 — 20 Gew.-%
Npw: 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-CmH2m+1, n-CmH2m+,-0, n-CmH2ra+1 -COO oder n-CmH2m+1-O-COO,
R6: n-C,H2,+1, 0-n-C,H2i+1, COO-n-C,H2,+1 oder 0-C00n-C?H2?+„
m und q wie oben;
n-CmH2m+1
n-CmH2m+l —O
O V-O-n-C„
H-C17H2,+,
n-CmH2m+1 —0-<
O
O )^0—n-C?H2?+1
n-CraH2 m+1 — O
COO- n-C,H2 ,+1
n-CmH2m+I —
O V-COO-^ O >—O—n-C?H2,+1
n-CmH2m+1 —O —
n-C8H17— Ο—ζ O V-COO—<
O )-0 —COO-n-C,H2,+
n-CmH2m+1 — Ö — COO
O >-COS^ Ο
- n-C,H2l?+1
R5: n-CmH2 m+ , oder n-CmH2 m+ , - O,
R6: n-C^j?+1 oder n-C?H2 q+l - O,
m und q wie oben;
R6: n-C^j?+1 oder n-C?H2 q+l - O,
m und q wie oben;
n-CraH2m+1^ O ^COS-
n-CmH2m+1—0-<
O
R5: n-C,„H2m+1, n-CmH2m+1-O, n-CmH2m+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,H2?+1, n-C?H2,+1-O, n-C,H2?+,-CO, n-C,H2(+,-COO, -CH-C4H9, -(CH2J2-CH-CH3
oder n-C,H2?+i-O-CO, ^ ^
m und q wie oben;
n-C4H,
CH3-O-(CHj)3-O
38
= N—< O V-O-n-C,H2rH
CH3CH2CH-(CH2)-Ο—<
O V-CH = N-< O V-Ο—n-C,H2„+,
= N—< O V-CO-n-C„H2i+i
CH3-(CH2)J-
n-CmH2m+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,H2i+
n-CmH2m+, —O-X O
n-CmH2 m+1 —COO-X O V-CH=N-<
O >-n-C,H2,+1
n-CmH2m+1 —O-<
O V-CH=N-< O V-O —CO-n-C,H
n-CmH2m+! — O-<
O V-CH=N-< O V-O-CO-CH-C4H
—CO-(CH2Ji-CH-CH
n-CmH2m+i — COO-<
n-C„H2m+1 — O^r O
0-C00-n-C,H2?+1
R5: n-CmH2m+1 — O oder n-CraH2m+1—COO,
R6: n-C,H2?+1 oder n-C?H2?+j—O,
m und q wie oben;
R6: n-C,H2?+1 oder n-C?H2?+j—O,
m und q wie oben;
n-C„,H2„,+ , —O^ O
n-CMH2m+1 —0—<
O
n-CmH2m+1—COO-<
O
,H2,+1
=N-X O V-O-CH3
R5: n-CmH2m+i, n-C„H2m+, —O oder n-CmH2m+1 —CO,
R6: n-C,H2?+1, n-C,H2?+1 — O, n-C,H!(+1-CO oder n-C,H2?+1 — COO-
m und q wie unten definiert;
n-COTH2m+] —<^ O y~~\^ O y—O—n-CiHu
m: eine ganze Zahl von 1 bis 10.
n-CmH2m+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-CmH2m+] — O—<O>-<
O V-CO-n-C,H2?+1
/m: eine ganze Zahl von 1 bis 12 \
yq: eine ganze Zahl von 1 bis 1Oy
n-CmH2m+i — CO—<
O V-<
(m, q: eine ganze Zahl von 1 bis 10)
/— n-CmH2m+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,H2<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.-%.
Versuch
Nr.
Nr.
A-2
(Gew.-%)
(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
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
Versuch B-2
Nr. (Gew.-%)
C5H„-<
O
(Gew.-%)
(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
Versuch B-2
Nr. (ücw.-%)
coo
(Gew.-7„P .UA(0C)
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
5-60
-1-58
0-56
5-53
Versuch D-2
Nr. (Gew.-11/,,)
(Gew.-%) CN
MiCCl
95 ?0 85 80
10 15 20
-1 -60
-2-57
-2-55
2-52
Versuch
A-2 (Gcw.-%) X —i
(Gew.-'Vi.)
AfÄCC)
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 Vth und
eine erhöhte Winkelabhängigkeit (ΔΦ) von Va* wie
beispielsweise aus F i g. 12 hervorgeht, wo
C5Hn-
-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)
1. Nematische Flüssigkristallzusaromensetzungen, gekennzeichnet durch
(a) wenigstens eine Verbindung der Formel Ri n-CmH2n7+i, n-CmH^+i—O
n-CroH2m+1—CO, und
R2 n-C9H2fl+i, n-CqÜ2q+\—O
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-CsH2i+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
(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-CraH2 m+1 oder n-C„,H2 „,+, - O bedeutet und
ni eine ganze Zahl von 1 bis 10 darstellt;
mit R wie oben;
n-CmH2m+,
mit m wie oben;
COO
cos
-NO2
CN
-CN
R n-C„,H2m+1, n-CwH2ra+1-O oder n-CmH2m+1 - COO bedeutet
mit m wie oben;
CH = N-
-NO2
mit m wie oben;
O ^CN
R n-CmH2 m+,, n-CmH2 m+, - O oder n-CmH2 m+, - COO bedeutet
mit m wie oben;
R n-CmH2 m+1 oder n-CmH2 „+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-CraH2m+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„,H2m+, -O, n-C„,H2„,+1 -COO oder n-C„,H2„,+ 1 -0-COO und
R6 n-C,H2i+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-CmH2 m+, oder n-C„,H2 m+1 - O und
R6 n-C,H2 ?+i oder n-C?H2,+, - O bedeuten
mit m und q wie oben;
-CH = N- ^^
wobei
R5 n-CmH2m+1, n-CmH2m+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,H2?+, —O —CO,
R6 n-C,H2,ih n-C,H2,+1 — O, n-C,H2,+1 — CO, n-C,H2,+, —COO, n-C,H2?+, —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„H2i+i oder n-CvH2,+ i -O bedeuten
mit m und q wie oben;
wobei
R5 n-CmH2 m+„ n-C,„H2m+I -O oder n-C,„H2„1+, - CO und
R6 n-C,H2 „+i, n-C#H2 v+i - O, n-C„H2„,. - CO oder n-C„H2 v+i - COO bedeuten
mit m und q wie oben;
n-CvH2
-COO
wobei ν und w unabhängig jeweils eine ganze Zahl von 3 bis 8 bedeuten, und
N—ν
n-CmH2m+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-C5Hn
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,
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