DE3420110C2

DE3420110C2 - Zusammensetzungen für Flüssigkristalle

Info

Publication number: DE3420110C2
Application number: DE3420110A
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Nara Funada; Yutaka Nara Ishii; Naofumi Kimura; Kenichi Tenri Nara Nakagawa
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1983-05-31
Filing date: 1984-05-30
Publication date: 1985-05-09
Also published as: US4622162A; GB2142927A; DE3420110A1; JPS59221376A; GB2142927B; GB8413932D0; JPH0349959B2

Abstract

Flüssigkristall-Zusammensetzungen, die mindestens eine Verbindung aus jeder der nachfolgenden Gruppen von Verbindungen enthalten: erste Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgenden allgemeinen Strukturformeln dargestellt werden können: $F1 zweite Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgenden allgemeinen Strukturformeln dargestellt werden können: $F2 dritte Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgenden allgemeinen Strukturformeln dargestellt werden können: $F3 vierte Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgenden allgemeinen Strukturformeln dargestellt werden können: $F5 und fünfte Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgende allgemeine Strukturformel dargestellt werden können: $F6 wobei in den allgemeinen Strukturformeln alle Gruppen R1 bis R19 geradkettige Alkylgruppen sind und durch die Formel CnH2n+1 dargestellt werden können, in der n 1 bis 7 ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Zusammensetzungen für Flüssigkristalle mit einer positiven dielektrischen Anisotropie Ac. Sie betrifft insbesondere Zusammensetzungen für Flüssigkristalle zur Verwendung in Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen des verdrillt nematischenTyps, die in einem weiten Temperaturbereich nicht nur in statischer Schaltung (Static Drive Scheme), sondern auch in MehrfachschaJtung (Multiplex Drive Scheme) betrieben werden können.

Anzeigevorrichtungen, die sich optische Effekte von FlüssigkristaJlen zunutze machen, wurden weitverbreitet in solchen Instrumenten wie elektronischen Rechnern und Armbanduhren verwendet. Sie können allerdings nur in einem schmalen Temperaturbereich um Raumtemperatur herum arbeiten. In jüngster Zeit erlangen Flüssigkristall-Anzeigevorriciitungen umfangreiche Verwendung für Vorrichtungen wie Anzeigen in einem Automobil, Signalanzeigen und Meßinstrumenten für die Verwendung im Freien, die in einer Umgebung zur Verwendung kommen, in der die Anzeigevorrichtungen starken Temperaturschwankungen ausgesetzt sein können. Daher bestand ein starkes Bedürfnis nach einem Flüssigkristallmaterial, das einen weiten mesomorphen Bereich hat und in Mehrfachschaltung (Multiplex Drive Scheme) betrieben werden kann. Allerdings konnten Flüssigkristall-Materialien aus dem Stand der Technik diese Anforderungen nicht erfüllen. Flüssigkristall-Materialien zur Verwendung in einem weiten Temperaturbereich sollten generell die folgenden Anforderungen erfüllen:

(1) Weiter mesomorpher Bereich

Obwohl die Notwendigkeit, daß Flüssigkristall-Materialien einen weiten mesomorphen Bereich haben, ganz allgemein gilt, wird ein weiter Bereich insbesondere für FlüssiglcrisTall-Matenalien benötigt, deren Verwendungsbereich in einer Umgebung liegt, in der die Temperatur stark schwankt. Die physikalischer- Eigenschaften eines Flüssigkristalls schwanken stark in de; Nähe der Übergangstemperatur des Materials. Infolgedessen wird erwartet, daß sich die physikalischen Eigenschaften eines Flüssigkristall-Materials mit einem weiteren mesomorphen Bereich in einem Temperaturbereich für die praktische Anwendung ziemlich stabil verhalten, verglichen mit den Eigenschaften der Flüssigkrislail-Materialien, die einen engeren mesomorphen Bereich haben.

(2) Schwache Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung

Fig. I zeigt eine typische Kurve, in der die Lichtdurchlässigkeit durch ein FIüssigkristall-Matcrial beim Sichtwinkel 0° gegen die angelegte Spannung aufgetragen ist. Bei einem Anstieg der angelegten Spannung bleibt die Lichidurchlässigkeit bei niedrigen Spannungen nahezu konstant und fällt dann oberhalb der Schwellenspannung rapide auf 0 ab. In diesem Fall ist die Schwellenspannung definiert als der Wert V^₀.., bei dem die Lichtdurchlässigkeit bei der Temperatur Θ den Wert von 90% erreicht. Ein Parameter y, der die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung charakterisiert, ist wie folgt definiert:

y = (V,^¹" - V%^l.)/{V%? ■ 70),

worin Vj,"'', V£.\ und V^' die Schwellenspannungen bei den Temperaturen -10° C, 6O⁰C und 25⁰C sind. Mit anderen Worten: Dieser Parameter gibt einen Durchschnittswert des Temperaturkoeffizienten der Schwellenspannung ','„,,.. pro 1°C im Temperaturbereich zwischen -10⁰C und 6O⁰C an.

In Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen des verdrillt nema^;'.schen Typs ändert sich die Lichtdurchlässigkeil, sehr stark nahe der Schwellenspannung. Demzufolge verursacht eine Änderung in der Temperatur auch eine Änderung in der Schwellenspannung, was die charakteristischen Eigenschaften einer Flüssigkristall-Anzeige, wie z. B. die Kontrasteigenschaften, stark beeinflußt. Um die Kontrasteigenschaften in Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen zur Verwendung in einem weiten Temperaturbereich zu verbessern, ist es beispielsweise nötig, die Betriebsspannung einem Temp^raturwechsel anzupassen. Deswegen sollte die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung so gering wie möglich sein. Wenn die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung gering ist, können die Kontrasteigenschaften sehr wirkungsvoll verbessert werden, insbesondere in Flüssigkristall-Anzcigcn mit Mehrfachschaltung.

(3) Schnelles Ansprechen, insbesondere bei niedrigen Temperaturen

Die Ansprecheigenschaften von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen sind im allgemeinen proportional zu:r Viskosität des Flüssigkristall-Materials. Deswegen sollte die Viskosität von Flüssigkristall-Materialien niedrig sein, um die charakteristischen Ansprech-Eigenschaften zu verbessern. Die Temperaturabhängigkeit von der Viskosität ι/ wird folgendermaßen ausgedrückt:

I₁ = i_/(, exp (Δ EAT)

wobei 7'die absolute Temperatur, k die Boltzmann Konstante, Δ E die Aktivierungsenergie und /_/0 eine Konstante ist, die vom Flüssigkristall-Material abhängt. Wie aus der Gleichung hervorgeht, steigt i; exponentiell milt fallender Temperatur an. Die Größe des Anstiegs des Wertes _(/ hängt ebenfalls von der Aktivierungsenergie Δ Ε ab. Entsprechend sollten Flüssigkeitskristall-Materialien kleine Werte _(/ und A E aufweisen, um ein schnelles Ansprechen bei niedrigen Temperaturen zu erreichen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, Zusammensetzungen für Flüssigkristalle zur Verfügung zu stellen, deren mesomorpher Bereich groß ist, deren Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung gering ist und die gute Ansprecii Charakteristiken aufweisen.

Z-W 1

Flüssigkristall-Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus jeder der folgenden Verbindungsgruppen (I) bis (V):

Verbindungsgruppe (I). und

H ^COO

OR₄

Komponente (1)

Komponente (2)

Verbindungsgruppe (II),

und

Rt —ζ Η

Verbindungsgruppe (III),

und

H >—R_n

Komponente (3) Komponente (4)

Komponente (5) Komponente (6) Komponente (7)

VerbinduneseruDDe (IV),

und und Verbindungsgruppe (V),

:n

Komponente (8)

Komponente (9) Komponente (10)

Komponente (11)

wobei in den Strukturformeln alle Alkylgruppen R₁ bis R₁₉ geradkettig sind und wiedergegeben werden könnet durch die allgemeine Formel R = C_nH,„_ ,, in der π 1 bis 7 bedeutet.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, neue Zusammensetzungen für Flüssigkristalle zur Verfügung /ι

stellen, deren mesomorpher Bereich sehr weit ist und über 120⁰C umfaßt.
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen des verdrillt nematischen Typs, denen eine Flüssigkristall-Zusammcn

Setzung gemäß der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, zeigen über einen weiten Temperaturbereich gute Kontrastcharakteristiken, da die Temperaturabhängigkeit der Schwelienspannung niedrig ist. Die Ansprech Charakteristiken sind hervorragend, besonders bei niedrigen Temperaturen. Die oben genannten Flüssigkristall Anzeigevorrichtungen können nichi nur im statischen Betrieb, sondern auch in Mehrfach-Schaltbcineb bctric ben werden. Besonders bei Betriebsweise mit Mehrfachschaltung sind die Vorrichtungen herkömmlichen Flüs

sigkristall-Anzeigevorrichtungen deutlich überlegen.

Zusammensetzungen für Flüssigkristalle gemäß der vorliegenden Erfindung können nicht nur in Flüssigkristallanzeigen des verdrillt nematischen Typs eingesetzt werden, sondern auch in solchen des Gast-Wirt-Typs und des I'hascnübcrgangs-Typs.

Unter Verwendung der Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird eine sehr zuverlässige Anzeige für eine ganze Anzahl von Vorrichtungen zur Verfügung gestellt, die in einer Umgebung verwendet werden, in der sich die Temperatur um eine Anzeige herum stark ändert, beispielsweise für elektronische Handrechner, Armbanduhren, Meßinstrumente zur Verwendung im Freien, Anzeigen auf dem Armaturenbrett eines Automobils und Fernsehgeräte.

A t-icre Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offenbar aus der detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung und dem nachfolgenden Anspruch unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.

Ks zeigen:

F i g. I eine graphische Darstellung, in i'ier die Lichtdurchlässigkeit gegen die an den Flüssigkristall angelegte Spannung aufgetragen ist und die Definition der Schwellenspannung K₁₀.,;

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die Γ_ν/ und i_/2u für Flüssigkristall-Materialien zeigt;

Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Definition der Nachleuchtzeit T₁, zeigt;

F" i g. 4 eine graphische Darstellung, die die Temperaturabhängigkeit von τ_ά von gemischten Flüssigkristallen mit 20 Gew.-"/,, eines ^-Materials A, B, C, D, E oder F zeigt, und

F' i g. 5 eine graphische Darstellung von γ der gemischten Flüssigkristalle mit 20 Gew.-% eines yV^-Materials A, B, C, D, E oder F, aufgetragen gegen die /V^-Konzentration.

r.ine imäsigkrisiaü-Züs.irriuicriscizurig gerr.äii der vorliegenden Erfindung enthält Komponenten ausge-wählt aus jeder der oben erwähnten 5 Verbindungsgruppen. Eine Verbindung, die zu der ersten und zweiten Gruppe gehört, ist ein Material, das die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung einer Flüssigkristall-Zusammensetzung verbessert. Eine Verbindung, die zu der dritten Gruppe gehört, ist ein Material mit einem hohen Klärungspunkt. Eine Verbindung, die zu der vierten Gruppe gehört, ist ein Material (Λ^-Materia!) zur Einstellung der Schwellenspannung und weist eine positive dielektrische Anisotropie .deauf, worin Ac = c«- cj_>0, wobei rybzw. r^die Dielektrizitätskonstanten in Richtung parallel bzw. senkrecht zum Flüssigkristall-Moleküi sind. Eine Verbindung, die zu der fünften Gruppe gehört, ist ein Material zur Erniedrigung der Viskosität. Im Folgenden werden das Verfahren und die technologischen Daten zur Auswahl der oben erwähnten Komponenten erklärt.

Um Flüssigkristall-Materialien zur Verwendung in einem weiten Temperaturbereich zur Verfugung zu stellen, ist es überaus wichtig, die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung einer Flüssigkristall-Zusammensetzur.jj zu verringern. Zuerst wurden verschiedene Verbindungen detailliert untersucht, und es wurde gefunden, daß Ester der allgemeinen Formeln

COO

OR₄

Komponente (1)

Komponente (2)

35

sehr erfolgreich verwendbar sind zur Verbesserung der Temperaturcharakteristiken gemischter Flüssigkristalle. Typischerweise weisen zwei Flüssigkristall-Zusammensetzungen, Zus. I und Zus. II, deren Komponenten in Tabelle 1 gezeigt werden, einander ähnliche Komponenten auf. Beide enthalten hauptsächlich Cyclohexan-Verbindungen, aber Zus. II enthält 10Gew.-% von Verbindungen, die zur Komponente (2) gehören. Der y-Wert von Zus. Il (0,25 %/°C) ist viel besser als der von Zus. I (0,41%/°C). Mit anderen Worten: Die Zugabe von Verbindungen, die zur Komponente (2) gehören, verbessert deutlich die Temperaturabhängigkeit der Schwellencharakteristiken einer Flüssigkristall-Zusammensetzung.

Tabelle 1

45 50

Komponente

Zus. I

Zus. II

55

C₃H

CN

C₂H₅

OC₂H₅

15 wt %

15wt%

20

10

18
11

60 65

Fortsetzung

Komponente

Zus.

Zus. Il

C₄H,-<h\-C O O

10

H V-C₃H₇ 6

Eine ähnliche Verbesserung wurde auch in einer Flüssigkristall-Zusammensetzung beobachtet, die nicht in Tabelle 1 aufgeführt ist und in der Verbindungen, die zur Komponente (1) gehören, miteinander anstelle von Verbindungen gemischt wurden, die zur Komponente (2) gehören. Eine ähnliche Tendenz für die Werte y wurde

CuCriiäuS ucOuäChtct ifi r lüäSigRnstäii-ZüSämFricriSciZUngcn, in UcHcU uic näUptucSiäriuiciic üfiucrc üiS r iiCfiy i-

cyclohexan-Flüssigkristalle waren. Wie aus den oben angegebenen Daten offenbar wird, verbessert eine Verbindung, die zur Gruppe der mit Komponente (1) oder Komponente (2) bezeichneten Verbindungen gehört, die Temperatur-Abhängigkeit der Schwellenspannung in gemischten Flüssigkristallen sehr wirkungsvoll.

Allerdings ist die nematisch-isotrope Phasenübergangs-Temperatur T_n, derartiger Esterverbindungen, die zur Gruppe der mit Komponente (1) oder (2) bezeichneten Verbindungen gehören, niedrig: sie liegt bei ungefä"hr40 bis 80⁰C, so daß die Zugabe einer zur Verbesserung der Temperaturabhängigkeit der Schwellencharakteristikcn ausreichenden Menge dieser Verbindungen den Wert T_n, eines gemischten Flüssigkristalls oder einer Zusammensetzung beträchtlich absenkt.

Es wurde nun nach Verbindungen geforscht, die in der Lage sind, den Wert T_n, zu erhöhen, ohne die Entfaltung der oben genannten Eigenschaften der Esterverbindungen zu verhindern. Es wurde experimentell gefunden, daß dazu Verbindungen geeignet sind, die durch die nachfolgenden allgemeinen Formeln bezeichnet werden können:

Komponente (3) Komponente (4)

Die Werte für T_Nl der Verbindungen, die zur Klasse der durch Komponente (3) oder (4) bezeichneten Verbindungen gehören, liegen im Bereich von 150 bis 200°C. Dementsprechend erhöht die Zugabe von Verbindungen, die zur Gruppe der durch Komponente (3) oder (4) bezeichneten Verbindungen gehören, den Wert für T_n, deutlich. Außerdem behindert ein Mischen dieser Verbindungen mit Verbindungen, die zur Klasse der durch Komponente (1) oder (2) bezeichneten Verbindungen gehören, das Auftreten der oben erwähnten charakteristischen Eigenschaften der letzteren nicht. Die Gesamtmenge der Esterverbindungen, die zur Gruppe der durch Komponente (1) bis (4) bezeichneten Verbindungen gehören, sollte im Bereich von 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% liegen, damit die Zugabe dieser Verbindungen Wirkung zeigt, und sie liegt bevorzugt bei ungefähr 20 Gew.-%. Ihre obere Grenze liegt bei 30 Gew.-%; oberhalb dieser Grenze werden die Schweiienspannung und Viskosität einer Flüssigkristall-Zusammensetzung zu hoch.

Obwohl die Csterverbindungen die oben genannten Vorteile zeigen, verschlechtern sie die Ansprechcharakteristikon. Es wurden dann versch.edene Materialien mit niedriger Viskosität getestet, um die Ansprechcharakteristiken zu verbessern. Es wurden dann verschiedene Materialien mit niedriger Viskosität getestet, um die Ansprechrharakteristiken zu verbessern. Es wurde gefunden, daß Verbindungen die Viskosität deutlich erniedrigen, die durch die nachfolgende Strukturformel wiedergegeben werden können:

Komponente (Π)

Diese Verbindungen sind daher geeignet als Material zur Erniedrigung der Viskosität eines gemischten Flüssigkri.'iall-Materials.

Tabelle 2 zeigt die Werte T^/und i_/20 von repräsentativen Materialien niedriger Viskosität, wobei i_/20 die Viskosität bei 20" C ist. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, ist die Viskosität am niedrigsten für 4-(trans-4-n-propylcyclohcxyl-)ethylbenzol. Außerdem wurde experimentell bestätigt, daß diese Verbindung das Auftreten dersmektischen Phase virkungsvoll unterdrückt.

Tabelle 2

Allucmeinc Formel

Strukturformel

7",v/ (⁰C)

20

R—< H

OR'

—OC₂H₅

ROR-

C₃H

CH₃OCH

OC₄H,

C₃H₇

-70 4

37 7

32 10

52 7

Es wurden also Verbindungen, die zu der mit Komponente (11) bezeichneten Klasse gehören, als Stoffe niedriger Viskosität ausgewählt, die die Ansprechcharakteristiken verbessern und die Phasenübergangs-Temperatur smektische Phase/nematische Phase T_SN so deutlich erniedrigen, daß die Flüssigkristall-Zusammensetzung bis herab zu sehr niedrigen Temperaturen in der nematischen Phase bleibt. Die Zugabe eines Materials mit niedriger Viskosität aus der mit Komponente (11) bezeichneten Gruppe zu einer Mischung von Ester-Verbindungen der oben genannten Art beeinflußt nicht die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung. Wohl aber erniedrigt sie den Wert T_SN und verbessert die Ansprechcharakteristiken. Die Menge der die Viskosität erniedrigenden Materialien sollte oberhalb von 10 Gew.-% liegen, damit die Zugabe dieser Verbindungen wirkungsvoll ist. Sie liegt bevorzugt bei 20 Gew.-%, wo der Wert Γ_ν/ ausreichend niedrig für die praktische Verwendung N*. Es sollte allerdings nicht zu viel zugegeben werden., um den Wert 7"_w übermäßigabzusenken^

Als nächstes wird auf das Material mit hohem Klärungspunkt eingegangen. Die oben erwähnte Zugabe von Verbindungen der zu Komponente (11) gehörenden Gruppe erniedrigt die Viskosität des resultierenden gemischten Materials deutlich. Unglücklicherweise erniedrigt sie den Wert 7\₇ eines resultierenden Gemisches sehr stark, da die 7",_vrWerte von Verbindungen, die zur Gruppe der mit Komponente (11) bezeichneten Verbindungen gehören, bei bis zu -70⁰C i^; igen, wie in Tabelle 2 gezeigt wurde. Deswegen ist es notwendig, ein Material mit hohem Klärungspunkt mit den Materialien niedriger Viskosität zu mischen, um den Klärungspunkt der Mischung anzuheben. Ein Material mit hohem Klärungspunkt zeigt die Tendenz, daß die Viskosität hoch ist, da es aus langen Molekülen besteht. Es wurden die T_sr und i_/20-Werte mehrerer Flüssigkristall-Materialien überprüft, um ein Mate.ial mit niedrigem Wert T_n, und relativ niedriger Viskosität zu finden. Tabelle 3 zeigt eine Liste der beispielhaft überprüften Materialien, und t· ig. 2 zeigt eine graphische Darstellung der >_m- ^unc· Werte der Substanzen.

25 30 35 40

45

50

55

Tabelle 3

Liste der Substanzen mit hohem Klärungspunkt

Nr.

Strukturformel

60

65

C5H11-

-CN

Fortsetzung

Nr.

Strukturformel

10

15

20

C₃H₇--< H

CjH₁₁

C₅H₁₁

C₃H₇

10

C₃H₇

C₃H,

C₃H

C₅H_n

C₃H₇

35

40

50

Wie aus Fig. 2 offensichtlich, sind die folgenden Verbindungen aus einer Mehrzahl von Materialien mil einem F_V/-Wert ^> 100⁰C als Materialien mit hohem Klärungspunkt für Mischungen von Flüssigkrislall-Zusam mensetzungen geeignet, die in einem weiten Temperaturbereich verwendet werden: 4-(trans-4-pentyleyclo hexyl-)4'-ethylbiphenyl, 4-{4-Propylcyclohexyl-)4'-methylphenylcyclohexan und 4-(lrans-4-n-pentylcyclohexyl-H'-trans^t-n-propylcycIohexylbiphenyl. Diese Verbindungen haben einen hohen Wert Γ_ν/ und eine nicd rige Viskosität.

Es wurde ebenfalls gefunden, daß die Temperaturabhängigkeit der Viskosität sehr gering ist im Vergleich mi Substanzen mit polaren Gruppen, wie z. B. Estergruppen, innerhalb des Moleküls oder im Vergleich mit Mate rialien, die polare Gruppen, wie z. B. Cyanogruppen, am Ende des Moleküls tragen. Eine ähnliche Tcndcn. wurde auch beobachtet im Vergleich mit Substanzen, die eine Alkylgruppe oder eine Alkoxygruppe tragen um die nicht in Tabelle 3 aufgerührt sind. Dementsprechend wurden als Materialien mit hohem Klärungspunkl di< folgenden Verbindungen ausgewählt:

Komponente (5)

und

Komponente (6)

Komponente (7)

Die Gesamtmenge dieser Verbindungen in einer Zusammensetzung für Flüssigkristalle sollte oberhalb voi 20 Gew-% liegen, damit die Zugabe dieser Verbindungen wirkungsvoll wird, und liegt bevorzugt bei ungcl;ih 25 Gew-%. Sie sollte nicht höher als ungefähr 35 Gew.-% liegen, da oberhalb dieses Wertes der Wert für T₁ übermäßig noch wird.

Schließlich wurden mehrere verschiedene /V_r-Materialien mit einem Wert Ac >0 überprüft, um die dielck trische Anisotropie Δε einer Zusammensetzung für Flüssigkristalle positiv zu machen. Ks wurde die Tempern Unabhängigkeit der Schwellenwert-Spannung K₁₀... und die Nachleuchtdauer r_u von gemischten Flüssigkristal len der Flüssigkristall-Zusammensetzung III gemessen. Die Komponenten der Zusammensetzung III sind ii

Tabelle 4 aufgeführt, jede mit 20 Gew.-% eines der in Tabelle 5 aufgelisteten yVp-Materialien A bis F. Die beiden oben genannten Größen wurden in einer Flüssigkristall-Zelle des verdrillt nematischen Typs gemessen, die eine Dicke von 10 μτη entlang der Normalrichtung der Zelle hatte.

Tabelle Flüssigkristall-Zusammensetzung III

Komponenten

C₃H₇

CN

Konzentration
(Gew.-%)

15
27
10

10
8

Tabelle

Liste der Λ',,-Materialien

Strukturformel

C₃H₇

C₃H₇-

- C O

-coo

C N

^CN

•CN

Fortsetzung

Bez.

Strukturformel

C₅H₁₁

C₃H₇OC₁H₅

CN

20

C4H9OC/H5-

-COO-

-CN

2;.

C₃H₇

-CN

40

-CN

Die Nachle;;chtdauer r_rf ist wie in F i g. 3 gezeigt definiert. Die Lichtdurchlässigkeit steigt zu Beginn von 0 an, nachdem die Wechselstrom-Rechteckspannung der Größe 4 · V₉₀-/, den Wert 0 angenommen hat. r_d ist definiert als das Zeitintervall, innerhalb dessen die Lichtdurchlässigkeit wieder auf den Wert von 90% ansteigt.

F i g. 4 zeigt die Temperaturabbängigkeit von r^der oben erwähnten gemischten Flüssigkristalle. Wie aus F i g. 4 zu sehen ist, sind eine Phenyk-yclohexan-Verbindung (C) und eine Biphenylverbindung (F) aufgrund ihrer relativ schnellen Ansprechweise unter den aufgeführten /^Materialien überlegen als Komponenten für Flüssigkristall-Zusammensetzungen zur Verwendung in einem großen Temperaturbereich.

Fig. 5 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Schwellenwert-Spannung der gemischten Flüssigkristalle. Offenbar wird die Bandbreite der Variation der Schwellenwert-Spannung der Flüssigkristall-Zusammensetzungen, die mit 20 Gew.-% oder mehr der oben erwähnten Materialien (A) bis (F) gemischt werden, in der Reihenfolge D>OE>F>A>B geringer. Aufgrund dieser Daten wurden daher die nachfolgenden Verbindungen als yV.-Materialien ausgewählt:

und

50

CN

Komponente (8)

Komponente (10)

60 65

Die folgenden Verbindungen wurden aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Schwellenwert-Spannung V_9n ausgewählt:

-COO

Komponente (9)

Aus den oben erwähnten drei Arten von Verbindungen sollte ein /V,,-Material entsprechend der Anwendung einer Flüssigkristall-Zusammensetzung ausgewählt werden. Die Gesamtmenge dieser Verbindungen sollte nicht über 15 Gew.-% liegen, damit die Zugabe dieser Verbindungen wirkungsvoll ist. Sie sollte allerdings nicht 30% überschreiten, da oberhalb dieses Konzentrationswertes ein niedriger 7*,_V/-Wert und eine hohe Viskosität die Folge sein können.

Die erwähnten Gründe führen dazu, daß eine überlegene Zusammensetzung für Flüssigkristalle durch Mischung der oben erwähnten Komponenten hergestellt werden kann. Nachfolgend werden Beispiele gemüli der vorliegenden Erfindung aufgeführt.

Beispiele

Die jeweiligen Komponenten von Flüssigkristall-Zusammensetzung A, B, C und D gemäß der vorliegenden Erfindung werden in Tabelle 6 gezeigt Sie werden hergestellt durch Mischen und Erhitzen der Komponenten in dem Verhältnis, das ebenfalls in Tabelle 6 gezeigt ist. Die daraus resultierende Mischung wurde unter Umgebungsdruck transparent.

Tabelle 6

Komponenten

Flüssigkristall-Zusammensetzung

ABCD

(Gew.-%) (Gew.-%) (Gew.-%) (Gew.-⁰/

C₃H₅

H V-C₃H₇

C₅H₁₁-C H V-COO

C₃H₇-< H >—COO

C₃H₇

COO—< H V-C₃H₇

CN

12.6 11,7 12,6 12,6 8,9 8,3 8,9 8,9 6,3 5,9 6,3 f,3 6,3 5,9 6,3 6,3

21.7 20,2 21,7 21,7 6,8 6,3 6,8 6,8 6,8 6,3 6,8 6,8 6,8 6,3 6,8 6,8 6,8 6,3 6,8 6,8

6,2 5,8

5,8

4,6 4,3 4,6

3,3 6,2 6,0

CN

3,3

6,2

5,5

Flüssigkristall-Zusammensetzung A wurde zur nematischen Phase im Bereich zwischen -40 und +8/^C. Die Flüssigkristall-Zusammensetzung A wurde in eine Flüssigkristall-Zelle des verdrillt nematischen Typs mit einer Dicke von ungefähr 10 um eingefüllt. Die Substrate der Zelle wurden einem Reibungsprozeß zur Herstellung des verdrillt-nematischp.n Typs unterworfen. Polarisatoren wurden auf beiden Seiteii der Zelle angebracht, um die Lichtachsen rechteckig zueinander einzustellen. Eine Wochselstromspannung der Frequenz 1 kHz wurde an die so hergestellte FlüssigK,'istall-Schicht angelegt, und die Anzeige-Charakteristika wurden gemessen.

11

Tabelle 7 zeigt sowohl die charakteristischen Werte der Flüssigkristall-Zusammensetzung A als auch dicjcni gen einer repräsentativen, für die Verwendung in einem weiten Temperaturbereich geeigneten Flüssigkristall Zusammensetzung aus dem Stand der Technik zum Vergleich (Nr. 2702 der Firma Hoffmann-La Roche). Dc Wert a·²⁵'⁰' ist definiert als der Quotient y];'.¹1 V"^.

Flüssigkristall-Zusammensetzung A hat offensichtlich im Vergleich mit der aus dem Stand der Technil bekannten Flüssigkristall-Zusammensetzung überlegene charakteristische Eigenschaften wie folgt:

(1) die Schwellenspannung ist niedrig;

(2) die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung ist bemerkenswert gering;
(3) die Ansprache ist sogar bei niedrigen Temperaturen schnell.

Flüssigkristall-Zusammensetzung B wurde zur nematischen Phase im Temperaturbereich zwischen -40 une 82°C. Die charakteristischen Werte der Flüssigkristall-Zusammensetzung B wurden ähnlich gemessen und sine ebenfalls in Tabelle 7 dargestellt. Tabelle 7 zeigt, daß Zus. B völlig überlegene Eigenschaften, verglichen mit de Flüssigkristall-Zusammensetzung aus dem Stand der Technik hat, wie z. B. die Temperaturabhängigkcit de Schwellenwert-Spannung und die Ansprechcharakteristiken, und daß sie sogar bei niedriger angelegter Span nung betrieben werden kann.

Obwohl dies nicht ausführlich dargelegt wird, sind die beiden Flüssigkristall-Zusammensetzungen C unil i: hinsichtlich ihrer charakteristischen Eigenschaften in einem weiten Temperaturbereich überlegen.

Tabelle 7

Charakt. Werte	Flüssigkristall-Zusammensetzung	B	Stand der Technik
	Λ	2,2 V„,
yi':'	2.46 y_ms	3,0 V_rmi	2,7 y,_m.
	3,4 y_rmi	1.38	3,7 V^,
<r^5c	1,38	5,7 mV/°C	1,38
dfV,/dr(60~10°C)	0,1 mV/°C	0,26%/° C	12,9 mV/°C
γ (60- 10⁰C)	0,25%/° C	450 ms	0,49%/° C
Tj(T= -10⁰C)	420 ms	60 ms	500 ms
ij{T=2S°C)	58 ms	8 2° C	58 ms
T-.!	?7°C	< -40° C	91..2° C
j	<-40°C	< -30° C

Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein, ohne daß damit von ihrem Geist odci vor. wichtigen Merkmalen abgewichen wird. Die vorstehenden Beispiele sind daher in jeder Hinsicht als erläuternd und nicht beschränkend anzusehen. Der Rahmen der Erfindung wird durch den vorangehenden Anspruch und die dann folgende Beschreibung angegeben, und alle Änderungen, die unter die Bedeutung und in der Äquivalenzbereich des Anspruchs fallen, sind als davon umfaßt anzusehen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Flüssigkristall-Zusammensetzungen, die mindestens eine Verbindung aus jeder der nachfolgenden Gruppen von Verbindungen enthalten: erste Gmppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgenden allgemeinen Strukturformeln dargestellt werden können:

-COO

und

COO-

OR₄

zweite Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgenden allgemeinen Strukturformeln dargestellt werden können:

R₅-< H

-COO-

und

dritte Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgenden allgemeinen Strukturformeln dargestellt werden können:

-Rn

und

vierte Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgenden allgemeinen Strukturformeln dargestellt werden können:

CN

und

n CQ><Q> CN

und

fünfte Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgende allgemeine Strukturformel dargestellt werden können:

R19

wobei in den allgemeinen Strukturformeln alle Gruppen R, bis R,, geradkettige Alkylgruppen sind und durch die Formel C_nH_2n+ ι dargestellt werden können, in der η ! bis 7 ist.