CH642995A5

CH642995A5 - Nematische fluessigkristallzusammensetzung fuer anzeigevorrichtungen, insbesondere fuer schaltungen, die mit zeitteilung betrieben werden.

Info

Publication number: CH642995A5
Application number: CH785579A
Authority: CH
Inventors: Tamihito Nakagomi; Kazuhisa Toriyama; Masatoshi Ito
Original assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-08-30
Filing date: 1979-08-30
Publication date: 1984-05-15
Also published as: US4588518A; DE2934918C2; JPS6360077B2; JPS5534206A; DE2934918A1

Description

Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung und von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt eines Ausführungsbeispiels eines Flüssigkristallanzeigelements,

Fig. 2 ist ein Strukturdiagramm, welches das Orientierungsmuster der Flüssigkristallmoleküle zeigt,

Fig. 3 zeigt ein Beispiel des Spannungsverlaufs bei Zeitteilungsbetrieb gemäss dem Verfahren der gemittelten Spannung ('/3 Vorspannung),

Fig. 4 stellt die Definition des Betrachtungswinkels dar, Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Apparates zur Messung der elektrooptischen Eigenschaften der Zusammensetzung,

Fig. 6 zeigt den Spannungsverlauf bei Vi Vorspannung und 'A Arbeitsspannung,

Fig. 7 zeigt den Spannungsverlauf bei Vi Vorspannung und Vi Arbeitsspannung,

Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Helligkeit-Spannungscharakteristik einer Zeitteilungsarbeitsweise zeigt,

Fig. 9 ist ein charakteristisches Diagramm, das das Verhältnis des Np/Nn Mischungverhältnisses und Vth zeigt,

Fig. 10 ist ein Diagramm, das die elektrooptischen Eigenschaften in Abhängigkeit vom Anteil von c4Hg-(Ô>-c00-<Ô)~CN.

zeigt,

Fig. 11 ist ein Diagramm, das die elektrooptischen Eigenschaften in Abhängigkeit vom Anteil von

C4H9-<Ö)-C00-(Ö)-C00-.(0)-C4Hg zeigt und

Fig. 12 ist ein Diagramm, das die elektrooptischen Eigenschaften in Abhängigkeit vom Anteil von zeigt.

Zunächst werden die eingangs erwähnten drei Bedingungen für die praktische Benutzung von Flüssigkristallmaterialien näher erläutert. Bezüglich der ersten Bedingung ist'es von ausschlaggebender Bedeutung für die Struktur des Anzeigeelementes, die molekulare Anordnung derart zu steuern, dass die Moleküle der Flüssigkristallverbindung parallel zueinander und in einer Richtung bezüglich der Grenzschicht der oberen und unteren Substratplatte angeordnet sind. Eine solche Steuerung wurde bis anhin durch Bildung einer SiO-Schicht bei der Grenzschicht erreicht, wobei entweder die

Schrägverdampfung oder die Reibtechnik angewendet wird. Bei der zweiten Bedingung ist die minimale Anforderung,

dass das Material ein Flüssigkristall in der Nähe der Raumtemperatur (25 °C) ist, doch ist praktisch zu verlangen, dass das Material im Flüssigkristallzustand in einem Bereich von - 10°C bis +60°C oder höher ist. Die Übergangstemperatur der festen und Flüssigkristallverbindungen, die in dieser Erfindung vorkommen, wurde gemäss dem Ergebnis der folgenden Messungen festgelegt. Es gibt viele Gelegenheiten, bei welchen die individuellen einzelnen Flüssigkristallverbindungen oder deren gemischten Zusammensetzungen einer Unterkühlung unterzogen werden. In einem solchen Fall wird die Verbindung oder Zusammensetzung auf eine genügend tiefe Temperatur, beispielsweise -40°C, gebracht und dann wird die Übergangstemperatur bei steigender Temperatur mit einem Mikroschmelzpunkt-Messapparat gemessen und die derart erhaltene Temperatur wird als Übergangstemperatur der festen oder flüssigen Kristallverbindungen angegeben. Diese zweite Bedingung ist nicht nur für den gewöhnlichen statischen Betrieb von grosser Bedeutung, sondern auch beim Betrieb mit sogenannter Zeitteilung. Der Betrieb mit Zeitteilung, gemäss beispielsweise dem Mittelspannungsverfahren, wird nun vorwiegend in Flüssigkristallanzeige-Vorrichtungen verwendet, insbesondere bei solchen die sehr umfangreiche Informationen benötigen, wie beispielsweise elektronische Tischrechner oder Matrixanzeigevorrichtungen. Für die Elektronenrechner und dergleichen ist ein Niederspannungsbetrieb vorteilhaft und im allgemeinen wird eine Spannung von 4,5 Volt (unter Benutzung von drei 1,5-Volt-Zellen) oder von 3 Volt (mit zwei 1,5-Volt-Zellen) benutzt. Dieser Niedervoltbetrieb braucht keine Spannungserhöhungsschaltung, da die Zellen in Serie verbunden sind und dadurch das Leben einer Zelle auf 500 bis 2000 Stunden in Verbindung mit einer C-MOS-Schaltung verlängert werden kann.

Ein solcher Zeitteilungsbetrieb ist jedoch gewissen Arbeitsbeschränkungen unterworfen, die beim statischen Betrieb nicht vorhanden sind. Bei den Zeitteilungsanzeigevorrichtungen ist es notwendig, das Übersprechen im Bildelement bei jedem Halbwähl- oder Nichtwählpunkt zu verhindern, wobei der Mittelspannungsbetrieb am meisten dafür verwendet wird. Dieses Verfahren wurde entwickelt, um den Betriebsspielraum durch Mittlung der Übersprechspannun-gen zu erhöhen um den Unterschied zur Wählspannung zu vergrössern. Dieses Verfahren wird im folgenden durch Beschreibung eines typischen Anwendungsfalles näher erläutert. In diesem Anwendungsbeispiel des Mittelspannungsbetriebs, worin die Übersprechspannungen zu Vi der Wählspannung gemittelt wurden und der Spannungsverlauf alternierend ist. Der Spannungsverlauf wird in Fig. 3 gezeigt, in welcher Vx die Wählspannung, Vy die Signalspannung und Vx-Vy die angelegte Spannung ist. In Fig. 3 wird eine Spannung von + Vo an den Flüssigkristall im gewählten Zustand gelegt, während eine Spannung von ± Vi Vo an den Flüssigkristall im halbgewählten oder nicht gewählten Zustand gelegt wird. In diesem Falle ergibt sich die an den Anzeigepunkt (der Punkt, an welchem der Flüssigkristall in den anzeigenden Zustand gebracht wird) angelegte, effektive Spannung Vsl durch folgende Formel:

U s1 = /—Lïvo2 + (N - 1)— Vo2} * N 9

= _L vo J 1 + — m

3 V N (1>

worin N die Arbeitsnummer bedeutet.

6

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

642 995

Die effektive Spannung Vs2, die an den Nichtanzeigepunkt angelegt wird, ergibt sich zu

\Js2 = -j- Vo (2) 5

Um eine Anzeige am Anzeigepunkt zu erwirken, muss die effektive Spannung Vsl grösser oder gleich der Schwellspannung Vth des Flüssigkristalls sein, (Vsi = Vth), und um Über- 10 sprechen am Nichtanzeigepunkt zu vermeiden, muss die effektive Spannung Vs2 kleiner oder gleich der Schwellspannung Vth sein (Vs2 = Vth). Mit andern Worten muss die folgende Bedingung erfüllt sein, um ein übersprechfreies Anzeigesystem zu erhalten: 15

Vs2 â Vth = iJsl (3)

Durch Einsetzen von Formel 1 und Formel 2 in Formel 3 20 wird Vo wie folgt definiert:

3 vth pi-— k Vo É 3 vth (4)

1/N + 8 25

Die Messung der Helligkeit an den Anzeige- und Nichtanzeigepunkten durch Veränderung von Vo ergibt die Resultate, die in Fig. 8 gezeigt werden. Bei den Anzeige- und Nichtanzeigepunkten ergeben sich die Flüssigkristallschwellspannun-gen Vthl und Vth, bezogen auf die Vo-Basis und wenn die folgende weitere Bedingung erfüllt wird

Vth1 é Vo é Vth2 (5)35

ergibt sich eine übersprechfreie Anzeige. Aus Formel 4 errechnet sich Vthl und Vth2 wie folgt:

I 40

Vthl = 3 Vth /—- (6)

V N + 8

Vth2 = 3 Vth (7) 45

Um genau bezüglich Formel 5 zu sein, müsste der untere Wert der Schwellspannung, die eine Anzeige erlaubt, nicht Vthl sondern eher die Sättigungsspannung Vsatl (s. Fig.8)

sein. Mit anderen Worten, der Spannungsbereich der ein 50 übersprechfreies Anzeigen erlaubt, ist durch die folgende Formel gegeben:

Vsatl h Vo û Vth2 (8)

Man kann daraus ableiten, dass je grösser der Änderungsbereich von Vo ist umso grösser das Betriebsspiel M der Anzeigevorrichtung ist. In den obigen Formeln wurde angenommen, dass Vsl und Vs2 und daraus folgend Vthl, Vth2 und Vsatl Konstanten sind, doch sind diese Werte in der Tat Variable, die von der Umgebungstemperatur T, vom Betrachtungswinkel cp, 0 und anderen Faktoren abhängen. In den Formeln 1 bis 8 wurde vorausgesetzt, dass der Betrachtungswinkel ®, wie er in Fig.4 designiert ist, null ist, doch kann für diesen Betrachtungswinkel jeder Wert in einem bestimmten Bereich eingesetzt werden.

Aus obigem geht hervor, dass verschiedene Faktoren den Betriebsspielraum M bestimmen. Diese Faktoren werden im folgenden erklärt, doch ist es zweckmässig, um den Einfluss der Faktoren zu verstehen, zunächst drei wichtige Elemente zu besprechen:

(i) Die Änderung der Schwellspannung bei Temperaturwechsel,

(ii) Veränderungen der Schwellspannung beim Wechsel des Betrachtungswinkels und

(iii) Der scharfe Abfall der Spannungs-Helligkeitscharak-teristik.

Die Beziehung zwischen i-iii und dem Betriebsspielraum M wird quantitativ anhand von Messungen bestimmt.

Die elektrooptischen Eigenschaften des Zeitteilungsbetriebes wurden durch das Verfahren gemäss Fig. 5 bestimmt. Ein Flüssigkristallanzeigeelement 51 wurde in einem Gefäss 53 bei konstanter Temperatur gebracht und mit einer Neigung zwischen 10° und 40° bezüglich des Helligkeitsmessers 52 ausgerichtet. Dann wurde Licht von einer Wolframlampe 54 durch ein wärmeabsorbierendes Glasfilter 55 auf das Anzeigeelement 51 gerichtet, welches unter einem Winkel von 30° bezüglich des Helligkeitsmessers ausgerichtet war und es wurde die Helligkeit gemessen.

Der Spannungsverlauf im Falle von 'A Vorspannung und 'A Arbeitsspannung und '/: Vorspannung und V2 .Arbeitsspannung, wie er mit obiger Anordnung gemessen wurde, ist in den Fig.6 und 7 dargestellt. Fig. 8 zeigt die Spannungs-Hellig-keitskurve, die aus dem Spannungsverlauf gewonnen wurde. In Fig. 8 ist Bereich I die Stelle, an welchem die Anzeigevorrichtung nicht beleuchtet ist, und Bereich II ist die Stelle, wo die Anzeigevorrichtung in bestimmten Segmenten beleuchtet ist. Die gewünschten Zeichen sind also im Bereich II angeordnet. Der Bereich III ist der Ort, worin alle Segmente erleuchtet sind und keine Anzeigefunktion erfolgt, d.h., wo Übersprechen erfolgt. In der Zeichnung ist Vthl die Spannung an einem ausgewählten Segment (EIN-Stellung) mit 10% Helligkeit, Vth2 die Spannung an einem nichtgewählten Segment (AUS-Stellung) mit 10% Helligkeit, Vsatl ist die Spannung, die an einem gewählten Segment eine Helligkeit von 50% hervorruft und Vsat2 ist die Spannung, die bei einem nichtausgewählten Segment die Helligkeit von 50% hervorruft.

Der Betriebsspielraum M wird durch folgende Formel definiert:

Vth2 (T = 40. 0= 40°. f = 100) - Vsat 1 (T = 0.<£= '10°, f=550) inn m) * Vth2 (I = 40,0=40°, f = 100) ; Vsatl (l = 0,0 = 10», f = 550) *100

(9)

worin

T = Temperatur (° C) 0-40 ° C O = Betrachtungswinkel (°) 10-40°

f = die Frequenz (Hz) 100-550 Hz

Darauf folgt, dass «grosser Betriebsspielraum» synonym ist mit «grosser Bereich II». Daraus geht hervor, dass ein

Betrieb mit Zeitteilung in einem gewissen Spannungsbereich erfolgen muss.

65 Eine weitere Analyse des Betriebsspielraums gemäss Formel 9 zeigt, dass M durch die drei vorher erwähnten Faktoren i-iii bestimmt wird und dass diese Faktoren quantitativ durch die folgenden Formeln bestimmt werden können:

642 995

(i) Temperaturcharakteristik AT von Tth:

AU Vth2 (T = 0°C) - Vth2 (1 = 4Q°C) x 100 W) Vth2 (T = 0°C) - Vth2 (T = 40°C)

(10)

Die Definition wurde unter folgenden Bedingungen gemacht:

T = 0-40°C, O = 40°, f = 100 Hz. io

(ii) Abhängigkeit des Winkels A® von Vth:

Af-_ Vth2 ( * - 4°°) (1n) Vth2 ( <f> = 10°) 15

beiT = 40°C, f = 100 Hz.

(iii) Steilheit y der Spannungs-Helligkeitskurve:

Ï =

Vsatl Vthl

(12)

20

Obwohl diese drei Faktoren i-iii die hauptsächlichsten Elemente sind, sollte die Frequenzcharakteristik Af auch als 25 zusätzlicher Faktor in Betracht gezogen werden.

M = Vthl (f - 550) (13) Vthl (f = 100) »

Wobei gilt, dass T = 40°C und = 40° ist.

Der Spielraum a des Mittelspannungsbetriebes wird wie folgt definiert:

Vth2 Vthl

Durch Einsetzen der Formeln 10-14 in Formel 9 erhält man für den Betriebsspielraum M:

M =

worin

A =

1 -

1 +AT

In der Regel kann y, AO, AT und Af wie folgt definiert werden: y =5 1,A® â 1, AT è OundAf = 1.

Der derart definierte Betriebsspielraum kann über einen weiten Bereich variieren, in Abhängigkeit von der benützten Flüssigkristallverbindung, doch ist anzumerken, dass eine

Verbindung, die fähig ist, einen grösseren Spielraum zu geben, für den Betrieb in Zeitteilung geeignet ist. Aus Formel 15 geht hervor, dass um den Betriebsspielraum zu erhöhen es notwendig ist, dass die Temperaturcharakteristik AT so nahe wie möglich an Null herankommt und dass die Winkelabhängigkeit A<p, die Steilheit y der Spannungs-Helligkeitskurve und die Frequenzcharakteristik Af möglichst nah an 1 herankommen.

In eingien Fällen ist es möglich, den Einfluss der Temperatur für den Betriebsspielraum beinahe vollständig durch den Gebrauch einer Temperaturkompensationsschaltung zu eliminieren. Doch führt eine solche Temperaturkompensationsschaltung unweigerlich zu höheren Kosten, so dass es vorteilhaft ist, Elemente und Teile zu nehmen, die einen grossen Betriebsspielraum ermöglichen ohne solche Extraschaltungen zu benötigen. Dies ist insbesondere der Fall bei Massenartikeln wie Elektronenrechner.

Bezüglich der dritten Bedingung, d.h. die gute Ansprechbarkeit in einem grossen Temperaturbereich, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, sind folgende Ausführungen nützlich. In der Regel ist die Ansprechbarkeit im gedrillt-nematischen Betrieb mit Zeitteilung durch folgende Formel gegeben:

1

(14)

fcAnstieg * (« + 1} Abfall d2 >)/K

T} » d' K

(16)

(17)

1 ( Y \ f 1 - (15)

1 +

t|: Viskosität

K: Elastische Konstante (s. Formel 20)

d: Flüssigkristalldicke

Aus obigen zwei Formeln geht hervor, dass die Ansprech-45 barkeit der Flüssigkristalle am meisten durch die Viskosität des Materials bestimmt wird. Versuche haben gezeigt, dass diese theoretischen Formeln gut mit der Wirklichkeit übereinstimmen und es ist daher für einen Fachmann ersichtlich,

dass eine Verbesserung der Ansprechbarkeit durch Anpas-50 sung der Viskosität der Flüssigkristallverbindung erreicht werden kann. Das heisst mit anderen Worten, die dritte Bedingung kann dann erfüllt werden, falls es gelingt eine Flüssigkristallverbindung zu finden, die eine niedrige Viskosität aufweist und die die erste und zweite Bedingung auch 55 erfüllt. Unter den Verbindungen der Formel (I), die als Komponente a der Flüssigkristallzusammensetzung gebraucht werden, werden folgende bevorzugt:

n Cm**2:n+l

-<5>

eoo

0 CqH2

q+l n

( III )

worin m und q ganze Zahlen von 1-10 sind. Bezüglich der Kombination von m und q in der obigen Formel III werden folgende Kombinationen bevorzugt:

65

642 995

(3. 5). (4. 5). ("5. 5). (6, 5). (4.6) ,(3il).(3,2) »(3<3),

( 3 , 4 ) , ( 3 , 9 ) , (4 , 1 ) , (4 , 2 ) , C 4 , 3 ) , ( 4 . 4 ) , ( 4 , 6 ) , c 4 , 8 ) , C 5, 1), (5,.2). (5, 3), (5,4). ,(5 ,6), C 5 , 7 )

n CraH2m+ l c°0 -<OV CqH2q+1 -n

( iv)

In der obigen Formel IV wird die Kombination m, q von (5,2, 5,3 und 5,5) bevorzugt.

n ^m^2ta+ ï C00 -^Q^- C — C(

q^Î2 q + i **îl

( v )

worin m und q ganze Zahlen von 1-10 sind. Die bevorzugte m Kombination m, q in obiger Formel ist (3,4,4,4,4,1, 5,4,5,9)

usw.

n-CraH2m+1 0-<H> eoo-©- CqHSq + 1-n

(vi )

worin m und q ganze Zahlen von 1-10 sind. Die bevorzugte Der mesomorphe Bereich der wichtigsten negativ-nemati-

Kombination m, q sind (5,3, 5,5) usw. 40 sehen Einfach-Flüssigkristallverbindungen 4-n-AlkyI-Cyclo-

Unter den Verbindungen der Formel (II), die als Kompo- hexan-Carbonsäure-trans-4'-Alkoxyphenyl-Ester sind in nente b in der Zusammensetzung benutzt werden, werden sol- Tabelle 1 aufgezählt:

che mit den folgenden Substituenten bevorzugt:

Tabelle 1

45 —

(R3 = C2H5, R4 = CH3), (Rs = C2H5, r4 = n-C4H9), (Rj = n-CîH:, R4 = n-CsHu), (R3 = n-C4H9, R4 = n-C4Hs), (Rs = n-CsHu, R4 = n-CsHn), (R3 = n-C7His, R4 = n-CsHn), (Ra = CH3, R4 = C2H5O), (Rs = CH3, R4 = n-CsHnO), (R3 = C2H5, R4 = CHsO), (R3 = n-C4H9, R4 = CH3O), (R3 = n-C4H9, R4 = C2H5O), (R3 = n-C4H9, R4 = n-CöHuO), (R3 = n-CsHn, R4 = n-CsHnO), (R3 = n-CóHn, R4 = n-CsHuO), (R3 = CH3O, R4 = C2H5), (R3 = CH3O, R4 = n-CsH:), (R3 = n-CsHnO, R4 = n-C3H7), (R3 = CHsO, R4 = n-C4Hs), (R3 = C2H5O, R4 = n-C4Hs), (R3 = n-C4HsO, R4 = n-C4Hs), (R3 = n-CioHaiO, R4 = n-C4H9), (R3 = n-C4H9, R4 = n-CsHii), (R3 = n-CsHnO, R4 = n-CsHn), (R3 = CH30, R4 = n-CsHn).

In den vorhergehenden Verbindungen wird ein Kohlenstoffatom im Cyclohexanring und der Carbonylgruppe durch eine äquatoriale Struktur gebunden.

Es ist wünschenswert, dass jede der Verbindungen der Formel (I) und der Formel (II) ihrerseits einen weiten meso-morphen Bereich (MR) haben, damit das gemischte System der Verbindungen beider Formeln die zweite und dritte Bedingung erfüllt.

R 1

eoo —m

4-n-Alkyl-Cyclohexan-Carbonsäure-trans-4'-Alkoxyphenyl-Ester

50

55

Symbol R1

R2

MR (C)

A

C3H7

OC5H11

37- 67

B

C4H9

OCsHu

26-67

C

C5H.1

OCsHn

31-77

D

CsHn

OCsHn

44-52

E

C4H9

OCéH.s

25-69

F

C3H7

OC H3

55-64

G

C3H7

OC3H7

54-65

H

C4H9

OC H3

42-61

I

C4H9

OC2H5

36-74

J

C4H9

OCôHl3

26-70

K

CsHn

OC2H5

56-86

L

C5H11

OC4H9

48-80

Beim geeigneten Mischen dieser Verbindungen ergeben sich gemischte Systeme mit einem relativ weiten mesomor-phen Bereich, wie in Tabelle 2 unten angegeben ist.

642 995 10

Tabelle 2 Tabelle 4-1

Zeichen Nn-Fliissigkristall MR(°C) Versuchs- FK-1 DE-1 MR

(Zahlen in Klammern: Mol-%) reihe Nr. (Gew.-%) (Gew.-%) (°C)

1-1 A(50) + C(50)

1-2 C(50) + E(50)

1-3 A(50) + E(50)

1-4 A(50) + C(25) + E(25)

1-5 A(33,3) + C(33,3) + E(33,3)

1-6 A(33,3) + B(33,3) + C(33,3)

1-7 D(50) + K(50)

1-8 B(50) + K(50)

1-9 B(50) + D(50)

1-10 A(50) + K(50)

1-11 C(50) + K(50)

13 • 17-12-9' IL 15 13 15 21 21 15

-70

-71

-65

-69,5

-70

-69

-81

-78

-69

-77

-81

Tabelle 3 zeigt mesomorphe Bereiche von typischen Beispielen der Verbindungen der allgemeinen Formel :

R -{Ö>-C°°-(Ö)-C00-(Ö> -R,

Tabelle 3

R 3

eoo -\0/~

COO -(O/- R4

Zei

R3

R4

MR(°C)

chen

a-l

CH3

n-CsHn

105-199,5

a-2

CJHS

n-C4H9

93-189

a-3

n-CîHv n-CsHn

78-188

a—4

n-C4Ü9

n-C4H9

89-183

a-5

n-CsHu n-G.Hn

78-179,5

a-6

n-CîHis n-CsHn

76- 103,5- 168,5

(fest-smektisch-

nematisch)

b-1

CH3

C2HsO

150-257

b-2

CHs n-CsHnO

113-193

b-3

C2H5

CHsO

134-230

b-4

n-C4Hg

CH3O

134-224

b-5

n-C4H9

C2H5O

138-225

b-6

n—C4H9

n-CeHuO

92-187

b-7

n-CsHn n-c3hno

87-182

b-8

n-CóHi3

n-CeHoO

89-177

c-1

CH3O

C2H5

136-230

c-2

CH3O

n-C3Hv

110-230

c-3

n-CsHnO

n-C3H7

115-209

c-4

CH3O

n-C4H9

107-235

c-5

C2H5O

n-C4H9

124-231

c-6

n-C4H9Ü

n-C4H9

113-212

c-1

n-cioh2io n-C4H9

91-172

c-8

ch3o n-CsHn

87-223

c-9

n-C4H90

n-CsHn

89-209,5

c-10

n-CsHnO

n-CsHn

91-198,5

c-11

CH3O

n-CsHn

90-195

Die Tabellen 4 und 5 unten zeigen mesomorphe Bereiche gemischter Systeme der Verbindungen der Formel (I), Komponente a, und gemischte Systeme der Verbindungen der Formel (II), Komponente b.

A-l A-2 A-3 A-4

95 90 80 70

5

10 20 30

-1- 77 3- 83 6- 94 15-105

Anmerkung: FK-1 :

-<hVcoo-@VoC hu»

rc5Hn vy

33-3 (Gew.%) c5Hu-<i>C00-<O>0C

25

2h5

\-3°- 72°C

33-3 (Gew.%)

35

G4Hg-^H^-C0°-<O)-0C2H5'

33-3 (Gew.%)

DE-1:

c4H9-<o}-C00-X2)"C00^2)"CiiH9

39° - 183°C

Tabelle 4-2

Versuchsreihe Nr. .

FK-1 (Gew.-%)

DE-2 (Gew.-%)

MR (°C)

B-1

95

5

0- 77

B-2

90

10

2- 84

B-3

80

20

8 96

B-4

70

30

20-108

50

DE-2

55

60

65

C2H5"\^COOX2/*CO°"(2)"CiiHÇ

93° - 189°c

Tabelle 5-1

Versuchs

FK-2

DE-1

MR

reihe Nr.

(Gew.-%)

(°C)

C-1

95

5

2- 79

C-2

90

10

3- 85

C-3

80

20

7- 96

C-4

70

30

21-107

11

642 995

FK - 2:

ì

c3Hr^coo^ö)-oc5Hii

'40 (Gew.%)

C5Hll-(^COO"<®~OC2H5 > 20 (Gew.%)

C5Hn-{ïï)-COO-{ô)-OC5H

. 40 (Gew.%)

11

Tabelle 5-2

Versuchs

FK-3

DE-1

MR

reihe Nr.

(Gew.-%)

(°C)

D-l

95

5

-2-68

D-2

90

10

-1-74

D-3

80

20

3-80

D-4

70

30

10-86

PK - 3:

/C3H7-^Hj)-C00^O)-0C5H11^

33-3 ( Gew.%)

C5Hll<E>-C00^5>0C5Hll 33-3 ( Gew.%)

CH^-coo^-C

* 33.3 (Gew.%)

'5h11

Wie aus diesen Tabellen hervorgeht, vergrössert sich der mesomorphe Bereich in dem Masse, wie eine Verbindung oder Verbindungen der Formel II zu einer oder mehr Verbindungen der Formel I hinzugefügt werden. In einigen Fällen wächst auch die untere Grenze leicht. In verschiedenen Kombinationen der Verbindungen wird der mesomorphe Bereich ein Maximum, wenn die Verbindung der Formel II in einem Betrag von ungefähr 10 bis 20 Gew.-% (s. Tabellen 4 und 5) hinzugefügt wird. Es ist auch hervorzuheben, dass das Hinzufügen einer Verbindung oder von Verbindungen der Formel II es erlaubt, ein gemischtes Flüssigkristallsystem mit weitem mesomorphem Bereich zu erhalten. Die Erhöhung der oberen Grenze des mesomorphen Bereiches ist in der Regel proportional dem Anteil der Verbindung von Formel II, doch in Anbetracht der Erhöhung der Viskosität des gemischten Systems und anderer damit zusammenhängender Faktoren ist es vorteilhaft, diese Verbindung in einer Menge von nicht weniger als 2 Gew.-%, aber höchstens 30 Gew.-% beizufügen. Die besten Ergebnisse wurden mit einem Anteil von 15 ± 7% erhalten.

Im Falle, dass diese gemischten Flüssigkristallsysteme für Feldeffekt-gedrillt-nematische Flüssigkristallanzeigevorrichtungen verwendet werden, ist es wichtig, dass die dielektrische Anisotropie dieses gemischten Flüssigkristallsystems positiv ist, d.h. S|| - 8j. (= Ae) muss positiv sein. Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines gedrillt-nematischen Flüssigkristallanzeigeelements, welches unter die Feldeffekt-Flüssigkristallanzeige-elemente fällt. Dieses Element gemäss Fig. 1 enthält ein erstes s Substrat 1 und ein zweites Substrat 2 aus durchsichtigem Glas oder ähnlichem Material und in einem bestimmten Abstand im wesentlichen parallel zueinander angeordnet, beispiels-5° — 7 5° C weise mit einem Abstand von 5-15 p.m, und am Umfang mit einer Dichtungsmasse 3 wie Glasfritte oder einem organi-|u sehen Klebstoff abgedichtet und schliesslich mit einem nematischen Flüssigkristall 4 versehen. Der vorbestimmte Abstand kann beispielsweise durch Abstandstücke 5 aus Fiberglas, Glaspulver oder dergleichen hergestellt werden. Ausserdem ist es möglich, die Dichtungsmasse 3 als Abstandselement zu |5 verwenden. Elektroden 6 mit einem bestimmten Muster sind auf den inneren entgegengesetzten Seiten der Substrate 1 und 2 gebildet und die mit dem Flüssigkristall in Kontakt stehenden Oberflächen sind als Steuerflächen 7 und 8 ausgebildet, wodurch die Flüssigkristallmoleküle in der Nähe dieser Flä-20 chen in einer bestimmten Richtung orientiert werden. Solche Orientierungssteuerflächen können dadurch hergestellt werden, dass die entsprechenden Oberflächen der Substrate durch Schrägbedampfen mit einem Film aus SÌO2 oder aus einem organischen hochmolekularen Material oder aus einem 25 anorganischen Material versehen werden und dass diese Oberflächen anschliessend in einer bestimmten Richtung mit Baumwolle oder dergleichen gerieben werden. Dabei sind diese beiden Steuerflächen 7 und 8 derart ausgerichtet, dass die Flüssigkristalle in zwei verschiedene Richtungen orien-30 tiert werden. Der Drillwinkel zwischen den beiden Flächen ist im allgemeinen etwa 90°, wie aus Fig. 2 hervorgeht.

Ein erster und zweiter Polarisator 9 und 10 sind ausserhalb der beiden Substrate 1 und 2 derart angeordnet, dass der Winkel zwischen den beiden Polarisationsachsen gleich dem 35 Drillwinkel der Flüssigkristallmoleküle ist, oder beide Achsen sind parallel zueinander angeordnet. Ausserdem müssen die Polarisationsachsen der beiden Polarisatoren parallel oder rechtwinklig zu den Orientierungsflächen der entsprechenden Substrate angeordnet sein. Ein solches Anzeigeelement wird 40 weitgehend als Reflektionsanzeigeelement verwendet, wobei ein Reflektor 11 auf der Hinterseite des zweiten Polarisators

10 angeordnet ist um entweder als normale Anzeige in Richtung von der ersten Substratseite her gesehen zu funktionieren oder als Nachtsichtanzeigeelement, wobei ein Fotoleiter

45 aus einem Acrylkunstharz, Glas oder dergleichen mit geeigneter Dicke zwischen dem zweiten Polarisator 10 und Reflektor

11 angeordnet wird und eine Lichtquelle auf einer Seite des Fotoleiters angebracht wird.

Im folgenden wird die Arbeitsweise eines Reflektions-50 Flüssigkristallanzeigeelements mit einem 90°-Drillwinkel und unter 90° gekreuzten Polarisationsachsen beschrieben. Im Falle, dass kein elektrisches Feld in der Flüssigkristallschicht vorhanden ist, gelangt das hereinkommende Licht, Umgebungslicht, das auf den ersten Polarisator 9 fällt, durch diesen 55 ersten Polarisator, wird linear polarisiert und tritt in die Flüssigkristallschicht ein. Da jedoch die Flüssigkristallmoleküle in dieser Schicht um 90° gedrillt sind, wird die Polarisationsebene beim Durchgang des Lichtes durch die Flüssigkristallschicht um 90° gedreht, wodurch es durch den zweiten Polari-60 sator 10 gelangen kann. Dieses polarisierte Licht wird durch den Reflektor 11 zurückgeworfen, gelangt durch den zweiten Polarisator 10, durch die Flüssigkristallschicht 4 und durch den ersten Polarisator 9 und tritt schlussendlich aus dem Flüssigkristallanzeigeelement aus, wodurch dieses beleuchtet 65 erscheint. Wird andererseits eine bestimmte Spannung an ausgewählte Elektroden 6 gelegt, um ein elektrisches Feld in einem bestimmten Bereich zu erzeugen, werden die Flüssigkristallmoleküle in diesen Bereichen in Richtung des Feldes u4°- 62°c

642 995

12

orientiert, wodurch diese Bereiche die Fähigkeit verlieren, die Beispiele: Polarisationsebene zu drehen. Dadurch kann auf den ersten Polarisator 9 fallendes Licht nicht durch den zweiten Polarisator 10 gelangen, wodurch diese Elemente dem Betrachter dunkel erscheinen. 5

Es ist nicht schwierig, diesen gemischten Flüssigkristallsystemen eine positive dielektrische Anisotropie durch Änderung der Materialeigenschaften zu vermitteln. Die Flüssigkristallzusammensetzung, das heisst, die gemischten Systeme der n-C»,H2m+1-<0>-CHiN-<0)-CN

staiizusammensetzung, das fteisst, die gemischten Systeme der /—y / \

Verbindungen der Formeln I und II hat eine negative dielek- io ri-C -C00-/ 0 \-CH-MO /~CN trische Anisotropie, doch kann eine solche in eine positive Ifl \ / \ /

n-C„1H2m+l-°-<0>-CH=N-<v£/CN

verwandelt werden, indem eine relativ geringe Menge eines nematischen Flüssigkristalls (Np) mit starker positiver dielektrischer Anisotropie oder ein Homolog beigegeben wird, ohne die gewünschten Eigenschaften, der gemischten Systeme mit 15 den Komponenten a und b, wie grosser mesomorpher Bereich, niedrige Viskosität, stark zu beeinflussen.

Als bevorzugte Beispiele der Np-Typ Flüssigkristalle und/oder ihre Homologe, die als Komponente c verwendet werden, sind nachfolgend einige genannt: 20

R-/O\-coo-<(2)-CN

n-Cn,H2m+l\0 /Co )-H02

m: mit obiger Bedeutung.

Y£A2/-CN

R.6. n-CmH2m f 1, n-CmH2lI1+1~0 oder n—CmH2m+j—COOj m : mit obiger Bedeutung.

25

Rs: n-CmH2m+I oder n-CmH2m+,-0;m: ganze Zahl von 1-10. Beispiele: Beispiele:

n-CmH2mH^Ö)-C00-<o)-CN n-°mH2m+l-0-(Ö)-000-<o)-CN

n-c ., m 2m-h

30

35

n-c h„ ,, m 2m+l

2/\£/"CN

-oYoN-ZöN-cu r5-<°)-

C00-/ O )-N0o n-CmH2m+l-C00-<Ö)<o)-CN

Rs, und m: mit obiger Bedeutung. Beispiele:

«-C„lH2m+i<Ö)-COO-<°>-H02 -cmH2m+i-0-(°>C00^ö>N0

n-CmH2m+l-{Ö)-COSAo)-C"

*-< hko >-cn

Rs : n-CmH2m +, oder n-CmH2m+, -O ; 45 m : mit obiger Bedeutung.

Beispiele:

m: mit obiger Bedeutung.

50

55

HKO V-cn n"ctah2m+l n-CmH2in+r0~ -°N

Rê(2)"c" = N "{Ö)-CN

r: n-c h0 .n, n-c h0 ,-0 c rn 2m+l in 2rn i-l oder n-c h -c00: m 2m+l '

~-V2un-("M0K0r u: ganze Zahl von 1-8;

n~CtlH

/X

2utl-(Ô)-C00-\l)-CN

m: mit obiger Bedeutung.

u: ganze Zahl von 1-8; X: ein Halogen (F, Br, Cl oder I);

13

642 995

m: mit obiger Bedeutung.

n~CUiH2U+l u, X: mit obiger Bedeutung.

X

0)-CH=N-( 0)-CM

n CmH2m-H.

m : mit obiger Bedeutung.

Diese Verbindungen werden entweder einzeln oder als Beimengung, als Komponente c zum System beigemengt, das 10 aus den Komponenten a und b besteht. Dabei sind folgende allgemeine Überlegungen und Regeln zu beachten, um den Anteil der Komponente c zu bestimmen. Der Anteil des Np-Typ Flüssigkristalls und/oder seines Homologes wird durch die Betriebsschwellspannung des gemischten Systems

, y / « ! v aie rseirieosscnwenspannung aes gemiscnten aystems n—C H —l H VCOO-/ O V( O V-CN 15 bestimmt. Dieses Verhältnis des Anteils der Komponente c in 2mH \ / \ / \ / zur Betriebsschwellspannung wird im folgenden erläutert.

m: mit obiger Bedeutung.

Diese Schwellspannung Vth wird durch die folgende Formel gegeben:

(4-tt ) - i ( e „ — ex ) V t h 2 —n 3 • K/i+CKs.a — 2 K sa ) 0

(18)

worin O der Drillwinkel ist, im allgemeinen 90° und Kn, K22 2^ Es ist im Prinzip möglich, Flüssigkristalle mit dem und K33 elastische Konstanten für die Längsdehnung, Verdre- gewünschten Ae durch Mischen von Flüssigkristallen mit ver-hung und Biegung sind. Diese Formel 18 kann vereinfacht schiedenen Werten von Ae zu erhalten. Angenommen, dass werden zu : die dielektrischen Konstanten von zwei verschiedenen Flüs-

sigkristallen A und B E||a und Ej. seien und dass das 3 K l. 30 Mischungsverhältnis A/B = X/(l-X) sei, dann ergibt sich,

y t ^ — 2 jf ' •> • C ™ J ^ , , n \ fa"s die Additivität der dielektrischen Konstanten vorausge-

(19)

setzt wird, für Ae:

worin

As = £ || - SL

(20)

K=K 1 1+ - (IC33-2K22 ) 4

1 -X) j £B=X Ç d £ Ä~ 4£.S)-J i

Je B

und falls man die Additivität von K auch voraussetzen kann:

K=XKa-K 1—X)K B—X(K a~K ß;+Kb

(21 )

(22)

Durch Einsetzen der Formeln 21 und 22 in Formel 19 erhält man:

»T-V

a B B

XC K -K. )+K .

Vth =

a /XC4sA-JeB)+J£

(23)

Im folgenden wird die Schwellspannung ausgerechnet, wobei angenommen wird, dass AeB des Nn-Typ Flüssigkristalls - 0,3 ist, AeA des Np-Typ Flüssigkristalls

C4H9-(Ö)-C00-(Ö)-CN

25 ist, KB4x IO-12 N und KA 17 x IO-22 N ist. Dann ergibt sich für r uniii-i 23:

642 995

14

2 * ZA U*3X>4 ) 1 0

Vth -

~ 7

(24)

2 5.3X-0 . 3

Für einen Fachmann ist es ersichtlich, dass die oben gewählten Werte für Aea, ÄeB, KA und KB nicht willkürlich gewählt worden sind, sondern den Eigenschaften des Flüssig-kristalls angepasst sind.

Fig. 9 zeigt die Relation zwischen dem Misch Verhältnis und dem Wert Vth (im statischen Betrieb) im Falle, dass die Np- und Nn-Typ Flüssigkristalle gemischt wurden bei Verwendung von

2. Npw (Np-Typ Flüssigkristalle mit schwacher Polarität)

CN

25

als Np-Typ Flüssigkristall und die Matrix 1-4 von Tabelle 2 als Nn-Typ Flüssigkristall. Dabei stellte sich heraus, dass die theoretischen Formeln 23 und 24 gut mit den Versuchsergebnissen übereinstimmen. Die Komponente c ist vorzugsweise mit einem Anteil von nicht weniger als 4 Gew.-% und nicht mehr als 70 Gew.-% beigemischt, vorzugsweise 10-50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponentn a, b und c. Das heisst, das Verhältnis der Komponenten a, b und c ist wie folgt: a: 10-80 Gew.-%, b: 2-30 Gew.-% und c: 4-70 Gew.-%.

Unter den Np-Typ Flüssigkristallen sind der Schiff-Grundtyp, Estertyp, Pyrimidintyp, Biphenyltyp, PCH-Typ und dergleichen Flüssigkristalle vorhanden. Diese Flüssigkristalle, ausgenommen des Schiff-Grundtyps, der aufgrund seiner chemischen Instabilität bei einer organischen Versiegelung nicht verwendet werden kann, können in zwei Gruppen aufgeteilt werden:

1. Nps (Np-Typ Flüssigkristalle mit starker Polarität)

R -(Öy- COO^O> CN

R'

etc.

•CN

30

35

(Estertyp) (Pyr imid intyp)

r^X2>cn r-<ìx2> CN

(Biphenyltyp) ( PCII-Typ )

etc,

45

Wie bereits erwähnt wurde, kann eine geeignete Betriebsspannung durch Mischen von einem Nn-Typ Flüssigkristall mit einem Np-Typ Flüssigkristall erreicht werden. Um eine Betriebsspannung von 3 Volt zu erhalten, die im allgemeinen benutzt wird, ist es nötig, den Np-Typ Flüssigkristall in einem Betrag von 30 Gew.-% oder mehr beizumischen. Doch in diesem Falle entstehen Probleme bezüglich der Verträglichkeit zwischen dem Nn- und Np-Typ Flüssigkristall, insbesondere mit dem Nps-Typ Flüssigkristall. Im Falle von Beimengung einer geringen Menge, 20 Gew.-% oder weniger, des Nps-Typ Flüssigkristalls mit einem Nn-Typ Flüssigkristall weist die sich daraus ergebende Mischung einen weiten mesomorphen Bereich auf, ohne Verträglichkeitsprobleme aufzuwerfen.

Falls jedoch mehr als 20 Gew.-% des Nps-Typ Flüssigkristalls beigegeben werden, kann die entstehende Mischung praktisch nicht verwendet werden infolge einer Erhöhung des Tc-N-Punktes, der die untere Grenze des mesomorphen Bereichs darstellt und wegen dem Niederschlag bei normaler Temperatur.

Um diese Probleme zu lösen, kann folgendes Verfahren angewandt werden: Bei der Mischung eines Nps-Typ Flüssigkristalls mit einem Nn-Typ Flüssigkristall wird der Mischung auch ein Npw-Typ Flüssigkristall beigegeben. Die dadurch entstandene Mischung hat eine verbesserte Verträglichkeit und kann die Betriebsspannung auf 3 Volt erniedrigen. Das heisst, falls 20-30 Gew.-% des Npw-Typ Flüssigkristalls mit einem Flüssigkristallsystem mit 20 Gew.-% oder weniger vom Nps-Typ Flüssigkristall gemischt werden, kann der mesomorphe Bereich verbreitert werden und die Spannung derart erniedrigt werden, dass ein Betrieb bei 3 Volt möglich ist. Dieses wird in den folgenden Beispielen erklärt:

a) gemischtes System von Nn + Nps

a) gemischtes System von Nn + Np

1/3 • 1/3

15 642 995

S

Spiel- Mittel- •

räum Spannung MR ( ° C )

(V)

( FK-3(90 Gew.%)

10.5 6.0 -15 - 64.0

C4H9"\^~COO"^)~CN (1° Gew*%)

FK-3(80 Gew.%)

9.0 4.5 10 - 61.0

k C4H9*{^}'COOh(£)"CN(20 Gew'%>

FK-3 (70 Gew.%)

5.0 3.5 25-57-8

» (30 Gew.)

(b) Mischsystem von Nn + Np + Np

1/3 * 1/3

Spiel- Mittel- MR (°C) räum Spannung

FK-3 (70 Gew.%) (V)

C4H9~{^~COO~^)~CN (20 Gew-%> 9.0 4.0 -14-63

• C5H11~{EK£}"CN (1° Gew*%>

FK-3 (60 Gew.%)

C4H9-<0>COO-{Ö>CN (20 Gew.%) 8.5 3.4 -20 - 62-

C5H11<EK2>CN (2° Gew*%)

( FK-3 (50. Gew.%)

C4H9~{^COO"{°)-CN (20 Gew.%) 8.0 3-0 -20 - 61 ^c5hu-(h){Ö)-cN (30 Gew.%)

642 995

16

Im Falle von a) bei einer Beimischung des NPs-Typs in wünschen übrig lässt. Es ist daher empfehlenswert, eine vierte einem Anteil von 30 Gew.-% können die Eigenschaften, Komponente, d, einen Nn-Typ, insbesondere eine polare Nn-bedingt durch den hohen Tc-N-Punkt von 25 °C unter unter- Typ-Verbindung (eine polare Nn-Typ Flüssigkristallverbin-kühltem Zustand gemessen werden, doch da ergibt sich eine dung und/oder ihr Homolog) beizugeben. Der Anteil der Erhöhung von Vth in der Nähe von 0°C, und die Tempera- 5 Komponente d kann in Relation mit der Komponente c turabhängigkeit der Schwellspannung wird gross und der bestimmt werden, d.h. in bezug auf den Anteil des Np-Typ Spielraum klein. Andererseits, im Falle von Beispiel b) wer- Flüssigkristalls und/oder seines Homologs. Die Mengenanden diese Probleme gelöst durch das Mischen des Npw-Typ gaben bezüglich der Komponente d werden in den später fol-Flüssigkristalls, wodurch die Spannung angepasst werden genden Beispielen gegeben.

kann. 10 Um die Verträglichkeit eines nichtpolaren und eines pola-

Eine vorteilhafte Zusammensetzung des Systems des Nn- ren Flüssigkristallsystems zu erhöhen und um einen weiteren

+ Nps- + Npw-Typs ist die folgende: mesomorphen Bereich zu erhalten ist es empfehlenswert, ein

Nn: 10-80 Gew.-%, vorzugsweise 20-60 Gew.-% Nn-Typ Flüssigkristallsystem beizumengen, das von einem

Nps: 2-30 Gew.-%, vorzugsweise 5-20 Gew.-% anderen Typ ist als das weiter oben angegebene Nn-Typ

Npw: 2-40 Gew.-%, vorzugsweise 5-30 Gew.-% '5 Mischsystem. Dabei ist es vorzuziehen, eine nematische Flüs-

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die weiter oben sigkristallverbindung zu verwenden, die eine elektrische Pola-

beschriebene Kombination alleine, d.h. die Kombination rität in ihren Molekülen und eine negative dielektrische Ani-

einer Verbindung der Formel I (Komponente a), mit einer sotropie aufweist oder ein Homolog davon. Bevorzugte BeiVerbindung der Formel II (Komponente b) und eines Np-Typ spiele von solchen Nn-Typ Flüssigkristallkomponenten und/ Flüssigkristalls oder seines Homologs (Komponente c) bezüg- 20 oder ihren Homologen, die als Komponente d verwendet wer-

lich Verträglichkeit dieser Komponenten untereinander zu den können, werden nachfolgend angegeben.

R?-^O)-C00H(2)-R

8

?q+l iq+1

Rn* n-C H0 ,,, n-C H_ .-,-0, n-C H0 .,-COO, 7 m 2m+lJ m 2m+l * m 2m+l 1

^ »-VWr0 co°;

R8: n"CqH2q+l' n~Cqlt2q+l'~° n"0qH2q+l~v'00 oder n-C^H^^i-OCOO ; m und q ; rn.it obiger Bedeutung.

Beispiele:

n-C,<,H2n>+l-°-<o)-C00-(Ö)-n-0qH2q4 n-°mH2m+l-°-<Ö)-C00-<o)-ü-'l-0qH2q+i n-Cm,I2m+l-000-<o)-000-(Ö)-n-cqH2q+.l n-CmH2m+l-°^Ö)-000-<o)-C00-"-CqH2q+l n-Cn,H2m+l-C0O-<Öy°00-<Öyü-n-Cq"24+l n-CmH2m«-°-C00-{o>-C00^o)-"-CqK2q+l n"C8H17"0"^^"C00"^Ö/-0-C0°-n~GqH2q+l n-C«"2,nU-0-C00-(Ö)-C00-<Ö)-0-"-nq"2qu

17 642 995

V^cosTÖ).^

r5: n-°mH2m+lodern-CmH2m+l-°:

R9: n-CqH2q+lo,3ern-0qH2q+l-0i m und q: mit obigèr Bedeutung.

Beispiele:

n-°mH2m+l-<Ö^C0S-<o)-n-0qH2qn n-CmH2mrt-°-<Ö)-COSX°)"n"0'lH2q+l n-°n,H2m+l-(Ö)-C0S^Ö)H0-n-CqH2q+l "-CmH2m+l-°-<Ö)-CH=N-<0)-n-CqH2qU

fiiö<£yoH-N'{£)-Ri4

Blö n-CmH2m«> n-CmH2m+l-°>-"-CmH2m+l-°-CO' CPI3-0-(CH2)2-0, CH3-0-(CH2)30, CH3-O-CH2-O, C2H5-0-(CH2)2-0, C2H5-0-(CH2)3-0,c3der C^-0-( CH2 ) 2-0 ;

R14: n_CqH2q+l ' n-CqH2q+l-°> n-CqH2q+l-C0 '

n-CqH2q+l-C0°' °der n~Cq^2q~°~^0'

. m und q: mit obiger Bedeutung.

Beispiele :

CHjj-O-(CH2 ) 2-0-^O^>-CH=N-<2)-n-C4H9 CH3-0- ( CH2 ) 3-O-^Öy CH=N-<Q)-n-C4Hg

CH3(CH2 )2-0-^O^-CH=N-^ÖN-0-n-CqH

2q+l

642 995 18

ch3ch2ch(ch2)-0-^o^-ch=n-^o^-0-n-cqh2q+1

n-°mH2m+l-°^Ö)-0H-N-<@>-00-n-0qH2q+l ch3-0-ch2-0-^ô^)-ch=w-^o^)-c0-ch3 ch3-0- ( ch2 ) 2-0-{5)-ch=m <ô> -co-ch3 c2h5-0- ( ch2 ) 2-0-^)-ch=n -co-ch3 ch3-0-(ch2 ) 3-0-^o^)-ch=n- <2> co-ch3 c 3h7-0- ( ch2 ) 2-0-^ö^)-ch=n-^ö^)-c0-ch3

c2h5-o- (ch2 ) 3-0-{5)-ch=n^o>-co-ch3 n-CmH2m+l-°-<o)-0H-N-<o)-C00-n-0qH2q, 1 n-°mH2m+l-c00-{ö)-ch=n^2yn-0qH2q+l •

n-°mH2m+l-°-<o)-0H!'N^Ö>-0-00-n-CqH2q+1

n-CmH2m+l-°-00-<(Öy0H=H-(2)"0-,,-0qH2q+l n"°mH2m+l"000"{2}"CH=N"^2)"COC2H5 n-°mH2m+l-°-(oy0H=,NH(Ö)-0-C00-n-CqH2q+l

^c„=n^>-K9

"lì n-°mH2m+l-° ^""Vam+l"000 '•

R9: "-"q^q+l^n-Vaq+l"01

m und q: mit obiger Bedeutung.

ili

19 642 995

Beispiele:

•N,

\_V-1_P T-,

2q+l n-CmH2m+l-0^(Ö)-CH=N^O)-n-CqH;

n-°mH2m+l-°-<o)-0H=N-{ö^0-n-CqH2q+l n-CmH2m+r000-{2)-CH=N-{2)-0"0II3 RI<2)-<Ö>R12

RX: n-°mH2m+l' n-CraH2m+l-°' oder n-CmH2m«-°°; n-°qH2q+l' n-°qH2q+l-°-

n-CqH2q+r00 oder n-CqH2q+l"°00"'

m und q: mit untenstehender Bedeutung. Beispiele :

n-°mH2n,+l-<SKo>-0-,1-06H13

m : ganze Zahl von 1 - 10.

n~CmH2m+l \0/\0/ C0-n~CQ.H2q+l m: ganze Zahl von 1-10 q : ganze Zahl von 1-8

n"CmH2m+l-°-{Ö)H(^CO-n-CqH2q+1

m: ganze Zahl von 1-12 q : ganze Zahl von 1-10

n-CmH2m+l"COX^"{2}"CO"n"CqIl2q+1

m, q : ganze- Zahl von 1-10

642 995

20

n-CmH2m+r°^Ö}^)-000-n-CqH2q+1

m: ganze Zahl von 1 - 18 q; ganze Zahl von 1-6

n-0^2v+1-(Ö)-(o>-C00-<o)- n~CwH2w+

v, w: ganze Zahl von 3-8

n-CmH2m+l-°-(o)Ko)-n-0qn2q+l m, q: ganze Zahl von 1-10.

Diese Verbindungen können entweder einzeln oder als Beimengung von zwei oder mehr Verbindungen zu den notwendigen Komponenten a, b, c beigemischt werden. Die Komponenten a, b, c und d werden bevorzugt in folgenden Verhältnissen verwendet:

a) 10-80 Gew.-%'

b) 2-30 Gew.-%

c) 4-70 Gew.-%

d) 5-30 Gew.-%

Tabelle 5.2 zeigt das Beispiel, worin FK-3 als gemischte Flüssigkristallmatrix und ch3o-(ö)-coo-<ö)-c5h1 1

als Nn-Typ Flüssigkristall verwendet wird. Das resultierende gemischte Flüssigkristallsystem weist einen weiten mesomorphen Bereich ( — 4 bis 62° C) auf und kann für den Gebrauch eingesetzt werden. Andererseits zeigt es sich, dass ein System, welches kein Nn-Typ Flüssigkristall ch3o-(ö)-coo-(ö)~c5h1 1

enthält, einen nach höheren Temperaturen (13-70°C) verschobenen mesomorphen Bereich aufweist, wie aus 1-1 in der Tabelle 2 hervorgeht und dass dieses System bezüglich Verträglichkeit schlechtere Eigenschaften aufweist. Daher sollte der Anteil der Nn-Flüssigkristallverbindung, die als Komponente d beigemengt wird, im Bereich von 2-40 Gew.-% liegen. Besonders gute Resultate wurden mit einem Anteil von 20 ± 10 Gew.-% erreicht.

Tabelle 6 zeigt den mesomorphen Bereich von gemischten Flüssigkristallsystemen, die durch Beimengung einer Np-Flüssigkristallverbindung als Komponente c zum gemischten Flüssigkristall, das eine Formel-I-Verbindung (Komponente a) und eine Formel-II-Verbindung (Komponente b) enthält. Aus der Tabelle geht hervor, dass die untere Grenze des mesomorphen Bereichs keine Tendenz hat zu sinken, wenn der Anteil des Np-Flüssigkristalls bei 5-10 Gew.-% liegt und eine Tendenz hat zu steigen, wenn der Anteil 20 Gew.-% oder mehr beträgt.

Tabelle 6-1

Versuchsreihe

30

35

A-2

(Gew.-%)

c 4 h 9c 0 o-^o^-c m

MR(°C)

Gew.-%)

1

95

5

-1-80

2

90

10

-2-79

3

80

20

2-76

4

70

30

7-71

Tabelle 6-2

45

50

Versuchs reihe

- C-2 /—v /—\

(Gew.-%) C4Hg-/oVcOO-^Cy-CN

MR (°C)

(Gew.-%)

1

95

5

-2-83

2

90

10

-1-80

3

80

20

4-77

4

70

30

6-71

Tabelle 6-3

Versuchs-60 reihe

-B-2 / \ \

(Gew.-%) C^H^-^OV/Oy-CN

MR(°C)

(Gew.-%)

1

95

5

-1-82

2

90

10

-3-80

3

85

15

-5-77

4

80

20

-1-73

2!

642 995

Tabelle 6-4

Versuchsreihe Nr.

B-2

(Gew.-%)

C5HU"(°X°>-ch

(Gew.-%)

MR (°C)

1

95

5

2-83

2

90

10

-2-82

3

85

15

-3-80

4

80

20

-2-78

Tabelle 6-5

Versuchs- D-2 \ / v reihe Nr. (Gew.-%) C^Hg-^ O y-COO-^ Qy-CN

NM (°C)

(Gew.-%)

1

95

5

5-60

2

90

10

-1-58 20

3

85

15

0-56

4

80

20

5-53

Tabelle 6-6

Versuchs-D-2 /""N /—\

reihe Nr. (Gew.-%) -/Q )-^Q^-CH

MR (°C)

(Gew.-%)

1

95

5

-1-60

2

90

10

-2-57

3

85

15

-2-55

4

80

20

2-52

Nachfolgend werden nun die Eigenschaften der erfin-dungsgemässen Zusammensetzungen beim Zeitteilungsbetrieb anhand von Beispielen beschrieben. Fig. 10 zeigt die Eigenschaften des Zeitteilungsbetriebs, die erhalten wurden 5 bei der Verwendung von FK-3 (s. Tabelle 5-2) als MatrixOüs-sigkristall und

C4H9"~®-G00-{Ö)-cn als Np-Typ Flüssigkristall. Man kann ersehen, dass Ae (ey-eX) proportional der Erhöhung des Np-Flüssigkristallan-teils wächst, während die Spannung beim Anwachsen von Ae fällt, infolge der Beziehung Vth = i/K/Ae wodurch eine niedrige Betriebsspannung, etwa 3 Volt, 'A Vorspannung, Vi 15 Arbeitsspannung möglich wird. In bezug auf die Zeitteilungseigenschaften jedoch ist eine Tendenz festzustellen, dass der Betriebsspielraum M sich bei sinkender Spannung verringert und bei diesen Bedingungen, 3 Volt, Vi Vorspannung und Vi Arbeitsspannung, auf 5% zusammenschrumpft. Dies ist ein für den praktischen Gebrauch unannehmbarer Wert. Diese Verringerung des Betriebsspielraums ist der hohen Temperaturabhängigkeit (AT) und der hohen Winkelabhängigkeit (AO) von Vth zuzuschreiben, wie aus Fig. 10 hervorgeht. Fig. 11, Beispiel 2, zeigt das Ergebnis einer Mischung von 25 einer Verbindung der Formel 2 mit dem System von Beispiel 1. Wenn die Verbindung

C4H9-<®-C00-(0>-C00-(Ö)-C4Hg

30

mit einem Anteil von 0-15 Gew.-% zum System von Beispiel 1, welchem 20 Gew.-%

35

W ®^goo-(Ö)~CN

Tabelle 6-7

Versuchs-A-2 X-l reihe Nr. (Gew.-%) (Gew.-%)

90 80 60

10 20 40

Tabelle 6-8

Versuchs- C-2 reihe Nr. (Gew.-%) C

5H11

(Gew.-%)

^>cos-(5>CN

beigesetzt wurde, beigemischt wird, erhöht sich der Betriebs-

MR (°C) Spielraum von ungefähr 8% auf ungefähr 10,5%, wenn der Anteil dieser Verbindung steigt. Die Erhöhung des Spiel--»o raums wird dadurch verursacht, dass die Schwankungen von AT von etwa 7% auf 4,5% herabgesetzt werden. Im allgemeinen kann gesagt werden, dass wenn lange Flüssigkristallmoleküle mit drei Benzolringen (solche Materialien haben eine hohe obere Grenze des mesomorphen Bereichs) beigemengt 45 werden, die Schwellspannung Vth erhöht wird und die Winkelabhängigkeit AO von Vth ebenfalls erhöht wird, wie dies aus Fig. 12 hervorgeht, worin

0-78 -1-74 -4-63

MR(°C)

50

05H11-<ÖHÖ>-<Ö>-CH

1 95 5

2 90 10

3 80 20

0-5-11-

-85 -85 -85

Anmerkung) X-l:

C3H9"(2K^)~CN 30 Gew-%^

' C5Hll~(^X^)~CM 30Gew'%

Lc7H15-(h)^Ö)-CN ito Gew.%

benutzt wird. Ein solcher Flüssigkristall ist für den Gebrauch im Niederspannungsbetrieb und als Material mit grossem 55 Spielraum nicht geeignet. Andererseits ist ein System mit der Beimengung der Verbindung

C4HQ-(Ö)-COO-(Ö)-COO- (Ô)—C,H(

4 9

0° - 52°C

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

und gut geeignet, denn eine solche Verbindung erlaubt einen Betrieb bei niedriger Spannung mit einem hohen Spielraum.

Tabelle 7 zeigt die Eigenschaften beim Zeitteilungsbetrieb und die Ansprechbarkeit, die aus Beispielen 2-5 durch Beimengung von Verbindungen der Formel II zu verschiedenen gemischten Flüssigkristallsystem erhalten wurden.

642 995

Tabelle 7-1

Beispiel 2

FK-3 t \ /—-v DE-1

(Gew.-°/o) C^Hç-^Qy-COO-^Qy— CN (Gew.-%) Spielraum

(Gew.-%)

Mittelspannung

AT

Y

A<D

tr

(25 °C 10.um, Mittelspannung)

2-1 2-2 2-3 2-4

80 75 70 65

20 20 20 20

0 9.0 5 9.5 10 10.1 15 10.5

4.5

4.6

4.7

4.8

7.0 6.7 6.5 6.0

1.16 1.16 1.16 1.16

0.860 0.865 0.860 0.858

150 160 170 170

Tabelle 7-2

Beispiel 3

FK-2 (Gew.-%)

CAhSV °7H15-(hH2)-CN (Gew-%) spid räum

COO—^}-CN (Gew.-%)

Mittelspannung

AT

y Ad)

tr

(25° C 10 um Mittelspannung)

3-1 3-2 3-3 3-4

55 50 45 40

25 25 25 25

20 20 20 20

0 5 10 15

7.0 7.4 8.0 8.3

3.0

3.1

3.2

8.5

8.1 7.7

7.2

1.15 0.840 1.15 0.836 1,15 0.838 1.15 0.840

130 140 150 150

Tabelle 7-3

Beispiel 4

FK-2 (Gew.-%)

X-l

(Gew.-%)

C0°-^5)-CN

(Gew.-%)

DE-1 >/3-'/! (Gew.-%) Spielraum

Mittelspannung

AT

Y

A®

tr

(25 °C 10 (im Mittelspannung)

4-1 4-2 4-3 4-4

40 37.5 35 32.5

20 20 20 20

0 6.61 5 7.07 10 7.45 15 8.0

3.00

3.03

3.04 3.08

8.9 7.6 7.1 7.0

1.16

1.17 1.17 1.16

0.830 0.832 0.840 0.840

120 130 140 140

Tabelle 7-4

Beispiel

5

FK-2 (Gew.-%)

X-l

(Gew.-%)

COO-<Q>-CN

(Gew.-%)

DE-2 Zi-Zi (Gew.-%) Spielraum

Mittelspannung

AT

y

A<D

tr

(25 °C 10 Jim Mittelspannung)

5-1 5-2 5-3 5-4

40 37.5 35 32.5

20 20 20 20

0 6.61 5 6.91 10 7.10 15 7.50

3.00 3.05 3.08 3.12

8.9 8.0 7.6 7.2

1.16

1.17 1.16

0.830 0.835 0.835 0.832

120 130 140 140

(Anmerkung) X-l : s. Tabelle 6-7, DE-1 : s. Tabelle 4-1, DE-2: s. Tabelle 4-2, FK-2: s. Tabelle 5-1, FK-3: s. Tabelle 5-2.

Die gemischten Systeme dieser Tabelle zeigen im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie das System von Beispiel 2, woraus hervorgeht, dass diese Verbindungen in Kombination mit irgendeinem Flüssigkristalltyp brauchbar sind. Bezüglich der Ansprechbarkeit ist es bekannt, dass eine proportionale Beziehung mit der Viskosität besteht, die durch die Formel t œ n ausgedrückt werden kann. Ausserdem ist zu beachten, dass in Beispiel 2 die Viskosität des Materials, dem 15 Gew.-% der Verbindung c4h9-<ö}-coo- <2>coo-<ó>-c4h9

beigemengt wurde um etwa 50% erhöht wurde. Dies bedeutet

55

eine Erhöhung der Ansprechbarkeit um einen Faktor 1,5. Es ist noch hervorzuheben, dass in den Beispielen gemäss Tabelle 7 das System mit einem Anteil von 15 Gew.-% der oben genannten Verbindung nur eine Erhöhung der 60 Ansprechbarkeit von 15% aufwies, so dass diese Beziehung t °° t) nicht gut erfüllt worden ist. Dies hat seinen Grund darin, dass auch die elastischen Konstanten zu berücksichtigen sind.

Aus dem vorhergehenden geht hervor, dass die erfin-dungsgemässen nematischen Flüssigkristallzusammensetzun-65 gen für Anzeigevorrichtungen einen grossen Spielraum und eine schnelle Ansprechbarkeit aufweisen, so dass sie gut für den Betrieb in Zeitteilung verwendet werden können. Diese Materialien sind auch chemisch stabil und weisen eine grosse Zuverlässigkeit auf.

g

7 Blatt Zeichnungen

Claims

642 995

PATENTANSPRÜCHE

1. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung für Anzeigevorrichtungen, gekennzeichnet durch a) mindestens eine Verbindung (a) der Formel

Hr<H>-co°-<5>H2 (X)

worin R1 n-CmH2ra+i, n-CmH2m + i-0 oder n-CmH2m+i-CO; R2 n-CqH2q +1, n-CqH2q + ,-0 oder n-CqH2q +, -CO ist, m und q unabhängig ganze Zahlen von 1 bis 10 sind und b) mindestens eine Verbindung (b) der Formel

E3-<5>-COO-<gV-GOO-(Ö)-n4 (II)

worin Rj n-CrH2r+l odern-CrH2r+1-0 ist; und R4 n-CsH2s+1 oder n-CsH2s+|-0 ist, worin r und s eine ganze Zahl von 1 bis 10 sind.
2. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner enthält c) mindestens eine nematische Flüssigkristallverbindung (c), mit positiver dielektrischer Anisotropie und/oder ihre homologe Verbindung in einem Anteil von 4 Gew.-% oder mehr.
3. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner enthält c) mindestens eine nematische Flüssigkristallverbindung

(c), mit positiver dielektrischer Anisotropie und/oder ihre homologe Verbindung und d) mindestens eine nematische Flüssigkristallverbindung

(d) mit negativer dielektrischer Anisotropie und/oder ihre homologe Verbindung.
4. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe fi5-<ö>-coo-<ö> CN

worin Rsn-CmH2m+| odern-CmH2ra + i-0; m eine ganze Zahl von 1-10 ist,

worin R5 die obige Bedeutung hat,

worin m die obige Bedeutung hat,

ch=n cn worin Re n-CmH2m+h n-CmH2m + |-0 oder n-CmH2m+1-COO ist und m die obige Bedeutung hat,

n-°mH2m+l-(Ô>CH=1'-<°>-N02

worin m die obige Bedeutung hat,

R6-(EK°>-C!N

worin Re und m die obige Bedeutung haben,

worin m die obige Bedeutung hat,

r5-(IXÖ}-oh worin Rs und m die obige Bedeutung haben,

n-°uH2u+i-<EKEK°>-01J

worin u eine ganze Zahl von 1-8 ist,

x n-°uH2u+r<ö>000-<°>CH

worin X ein Halogen ist und u die obige Bedeutung hat,

x n-°uH2u+l-(°>0M-(°^OH

worin X und U die obige Bedeutung haben,

n-0mH2m+l-(D-C!0CK£K°>-0N

worin m die obige Bedeutung hat,

worin m die obige Bedeutung hat, ausgewählt ist.
5. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung der Formel r^<2>-coo-<2)-cn ist, worin R5 n-CmH2m+], n-CmH2m+|-0 und m eine ganze Zahl von 1-10 ist.
6. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung der Formel h-<ô)-coo-<o)-no2

ist, \vuA9 R.5 n-CmH2m+i, n-CmH2m + i-0 und m eine ganze Zahl von 1-10 ist.
7. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung der Formel

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

642 995

n-CmH2m+r<2>-COS-(Ö)-CN

ist, worin m eine ganze Zahl von 1-10 ist.
8. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung der Formel

R-(Ö)-CH=N- <jr>-CN

ist, worin Re n-CmH2m+i, n-CmH2m + 1-0 oder n-CmH2m+i-COO ist und m eine ganze Zahl von 1-10 ist.
9. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung der Formel ist, worin m eine ganze Zahl von 1-10 ist.
10. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach .Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung der Formel

R-(Ô)-(Ô)-CN

ist, worin Re n-CmH2m+i, n-CmH2m + i-0 oder n-CmH2m + ,-COO und m eine ganze Zahl von 1-10 ist.
11. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung der Formel ist, worin m eine ganze Zahl von 1-10 ist.
12. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung der Formel ist, worin Rs n-CmH2m+I, n-CmH2m+1-0 und m eine ganze Zahl von 1-10 ist.
13. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung der Formel n_0uH2u+1-<0)-CH»N-<ö5-CIJ

ist, worin u eine ganze Zahl von 1-8, und X ein Halogen ist.
14. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung der Formel n-CoH2m+1-®-C0'0-<2>-<°)-cf'

ist, worin m eine ganze Zahl von 1-10 ist.
15. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung der Formel

X

n-CuH2u+1-®-C00-<^"CN

ist, worin u eine ganze Zahl von 1-8, und X ein Halogen ist.
16. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung der Formel n-cuH2u+i-<!i}-®-<°>0N

ist, worin u eine ganze Zahl von 1 -8 ist.
17. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (c) mindestens eine Verbindung der Formel ist, worin m eine ganze Zahl von 1-10 ist.
18. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Komponenten (a), (b) und (c) das folgende ist:

(a) 10-80 Gew.-% •

(b) 2-30 Gew.-%

(c) 4-70 Gew.-%
19. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Komponenten (a), (b), (c) und (d) das folgende ist:

(a) 10-80 Gew.-%

(b) 2-30 Gew.-%

(c) 4-70 Gew.-%

(d) 5-30 Gew.-%
20. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (d) mindestens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe

V(5)-C00-<§)-R8

worin R: n-CmH2m + i, n-CmH2m+1-0, n-CmH2m+i-COO oder n-CmH2m + j-0-C00, Rs n-CqH2q + i, n-CqH2q + i~0, n-CqH2q+i-COO oder n-CqH2q+i-0-C00 ist und m und q unabhängige Zahlen von 1-10 sind,

v<2>- cos worin Rs n-CmH2m+1 oder n-C,nH2m+1-0, R9 n-CqH2q+1 oder n-CqH2q+1-0 ist und m und q die obige Bedeutung haben,

riö<0)-ch=n-<Ö>-r14

worin Rio n-CmH2m+i, n-CmH2m+|-0, n-CmH2m + !-0-C0, CH3-0-(CH2)2-0, CH3-O-CH2-O, CH3-0-(CH2)3-0, C2Hs-0-(CH2)2-0, C2H5-0-(CHz)3-0, oder

5

!ü

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

642 995

4

CîH7-0-(CH2)2-0; Ru n-CqH2q+i, n-CqH2q + i-O, n-CqH2q+]-CO n-CqH2q+i-OCO, n-CqH2q+q~COO ist, und m und q die obige Bedeutung haben,
R.

worin Ru n-CmH2m+i-0 oder n-CmH2m + 1-COO, Rs n-CqH2q+i oder n-CqH2q+ ,-0 ist, und m und q die obige Bedeutung haben,

R-

12

worin Ri n-CmH2m+i, n-CmH2m+1-0 oder n-CmH2m+i-CO, Rn n-CqH2q+i, n-CqH2q+1-0, n-CqH2q+,-CO oder n-CqH2q+i-COO ist und m und q die obige Bedeutung haben,

n-°vH2v+l

<ö><Ö>-

worin v und w unabhängige ganze Zahlen von 3-8 sind,

n-0mH2m+l"0X°X!3>"n"04H2<l+:L

worin m und q die obige Bedeutung haben, ausgewählt ist.
21. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (d) eine Verbindung der Formel

B —<Ö>-C00-<Ö)-R8

7

worin R7 n-CmH2m+1, n-CmH2m+1-0, n-CmH2m+1-COO oder n-CmH2m+1-0-C00, Rs n-CqH2q+i, n-CqH2q+1-Ö, n-CqH2q+i-COO oder n-CqH2q+)-0-C00 ist und m und q unabhängige ganze Zahlen von 1-10 sind.

. 22. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (d) mindestens eine Verbindung -der Formel

ist, worin Rsn-CmH2m + i odern-CmH2m+i-0, Rs n-CqH2q+1 oder n-CqH2q+ t-O ist und m und q unabhängige ganze Zahlen von 1-10 sind.
23. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (d) mindestens eine Verbindung der Formel

14

ist, worin Ri3 n-CmH2m+1, n-CmH2m+1-0 oder n—CmH2m+|—O-CO, Ri4 n-CqH2q+], n—CqH2q+j—O, n-CqH2q+i-CO, n-CqH2q + |-0-C0 oder n-CqH2q+i-COO und m und q unabhängige ganze Zahlen von 1-10 sind.
24. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (d) mindestens eine Verbindung der Formel iîi1:<ô>-ob=^(ô>-iî9

ist, worin Rn n-CmH2m+I-0 odern-CmH2m+I-COO, Rq n-CqH2q+1 oder n-CqH2q+i-O ist und m und q unabhängige ganze Zahlen von 1—10 sind.
25. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (d) mindestens eine Verbindung der Formel n -<o>-(ö>-.r

12

15 ist, worin Ri n-CmH2m+i, n-CmH2m+1-0 oder n CmH2m+1 CO, Ri2 n CqH2q+1, n CqH2q^. | O, n-CqH2q+i-CO oder n-CqH2q+i-COO ist und m und q unabhängige ganze Zahlen von 1-10 sind.
26. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach 20 Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (d) mindestens eine Verbindung der Formel n~CmH2m+r°"®^?)"n-CqH;

q 2q+1

30

ist, worin m und q unabhängige ganze Zahlen von 1-10 sind.
27. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (d) mindestens eine Verbindung der Formel n~CvH2v+1~®"^~C0°~®~n~CwH2w-i-1

35 ist, worin v und w unabhängige ganze Zahlen von 3-8 sind. 28. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (a) eine Mischung aus

°5Hll-<I>-000"<2>-0-C5Hll'

C5H11"^)"COO~^§)-0-C2H5j und

45

50

ci,H9-<2>-000-(Ö)-0-C2H5 '

oder eine Mischung aus c3H7-^H)-Ooo^O>-o-C5H1i ,

°5hu

<h)-000-<Ö>-0-

C.-H,- und ^ D

65

eoo ^OVo-C.H

5 li

5 ir oder eine Mischung aus

5

642 995

C3H7^T)-C00-^)-0-C5H113 und

C5Hll-<2)-C00-<5)-0-C5H

11

ist.
29. Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (b)

Ci,H9-{O>-c00-(o)-000-(Ö)-cilH9

c2h5

eoo <Ö> -eoo oder

°4h9

20

1. Gute Anpassung an den Orientierungs-Steuerabschnitt
2. Gute Arbeitsweise über einen grossen Temperaturbereich und
3. Gute Ansprechbarkeit über einen grossen Temperaturbereich, insbesondere bei niedrigen Temperaturen.

Es wurden bis jetzt eine grosse Anzahl von Flüssigkristallmaterialien für Anzeigevorrichtungen, insbesondere solche, die mit dem Zeitteilungsprinzip arbeiten, vorgeschlagen, wie des Schiff-Grundtyps, Estertyps, Biphenyltyps, Azoxytyps usw. Das Azoxytyp-Flüssigkristallmaterial weist eine ausgezeichnete Temperaturcharakteristik auf (gering für T), das bedeutet, dass dieses Material eine sehr kleine Variation der Schwellenspannung mit wechselnder Temperatur aufweist und, wie weiter unten erklärt werden wird, sie weisen einen Betriebsspielraum M von grösser als 10% auf bei 'A Vorspannung und lA Arbeitsspannung bei Zeitteilungs-Betriebsbedingungen. Die Azoxy-Flüssigkristallmaterialien können durch die folgende allgemeine Formel dargestellt werden:

r» -(ö)-n(0)n-(ö)-r"

ist.

Flüssigkristallmaterialverbindungen oder -Zusammensetzungen für Feldeffekt-Flüssigkristallanzeigeelemente, beispielsweise des verdrillten nematischen Typs (TS-Typ) müssen drei Bedingungen erfüllen:

Sie besitzen eine an sich schwache negative dielektrische 25 Anisotropie und werden im allgemeinen als gemischtes System mit einer nematischen Flüssigkristallverbindung mit positiver dielektrischer Anisotropie verwendet. Diese Materialien sind jedoch gelblich gefärbt, da sie einen Teil des sichtbaren Lichtes absorbieren. Ausserdem weisen sie eine 30 maximale Lichtabsorption bei 350 nm auf und erleiden die folgende fotochemische Reaktion infolge der in Frage kommenden kurzen Wellenlänge:

r> -(ö)-n(o)n-(ö)-orm

r» -(ö}-n=n-<^>-0r*

Durch diese fotochemische Reaktion wird eine nichtflüssige Kristallverbindung hergestellt, wodurch die Farbe von gelb auf rot wechselt. Ausserdem wird der elektrische Widerstand scharf herabgesetzt. Es ist daher notwendig, bei der Verwendung eines solchen nematischen Flüssigkristalls des Azoxytyps einen 500-nm-Filter zu verwenden um die Fotozersetzung durch das Sonnenlicht oder durch das Fluoreszenzlicht zu vermeiden. Dadurch wird eine solche Vorrichtung komplizierter.

Andere Flüssigkristallmaterialien, die gegenüber einem solchen Fotozersetzungsprozess widerstandsfähig sind, wie der Schiff-Grundtyp, Biphenyltyp, Estertyp usw. wurden für ihre Verfügbarkeit als weisses Anzeigematerial bemerkt und ihre Anpassung an die Anzeigevorrichtungen wurde diskutiert.

Die Biphenyltyp-Flüssigkristalle werden als chemisch hochstabil angesehen, da sie sehr widerstandsfähig gegenüber Licht, Wasser und Sauerstoff sind. Allerdings weisen die meisten dieser bekannten Materialien, die bei Raumtemperatur Flüssigkristalle bilden, eine positive dielektrische Anisotropie auf, und wenige negative Äquivalente sind bekannt, die bei Raumtemperatur einen Flüssigkristall bilden können und praktisch benutzbar sind. Daher sind nur wenige Flüssigkristallverbindungen bekannt, die ein gemischtes System mit dem Biphenyltyp allein bilden können. Ausserdem ist infolge des nicht so hohen Wertes der positiven Anisotropie ein grosser Anpassungsbereich der Schwellspannung kaum möglich, und ausserdem hat die Schwellspannung eine grosse Temperaturabhängigkeit, derart, dass diese Materialien im allgemeinen für den Zeitteilungsbetrieb nicht geeignet sind.

ho

Die Estertyp-Flüssigkristallverbindungen haben eine rela--to tiv gute chemische Stabilität, und es sind viele Arten von Ein-fach-Flüssigkristall-Verbindungen mit positiver oder negativer dielektrischer Anisotropie bekannt. Jedoch besitzt die Schwellspannung dieser Verbindungen eine relativ hohe Temperaturabhängigkeit und auch die Viskosität ist beträcht-45 lieh hoch, so dass diese Verbindungen im allgemeinen die oben erwähnten zweite und dritte Bedingung nicht erfüllen.,

Die Schiff-Grundtyp-Flüssigkristallverbindungen weisen bessere Eigenschaften auf als der Estertyp, doch infolge der stark hydrolytischen Veranlagung ist eine Anpassung mit dem so Dichtungsteil der Anzeigevorrichtung häufig vonnöten.

Vereinzelte Flüssigkristallmaterialien sind beispielsweise in den US-Patentschriften 4 137 192 und 4 147 651, in Mole-cular Crystals and Liquid Crystals 22,285-299 (1973), Journal of Organic Chemistry, 38, 3160-3164 (1973), DL-PS 105,701, 55 offenbart, doch ihre speziellen Kombinationen sind bis anhin nicht bekannt.

Die Erfinder haben erkannt, dass ein Flüssigkristallsystem, das die eingangs erwähnte zweite und dritte Bedingung erfüllt, durch Gebrauch einer nematischen Flüssigkristallver-60 bindung mit negativer dielektrischer Anisotropie (Nn-Typ Flüssigkristallverbindung) als Matrix erfüllt werden kann und unter Beigabe einer geeigneten Menge einer nematischen Flüssigkristallverbindung mit positiver dielektrischer Anisotropie (Np-Typ Flüssigkristallverbindung) und/oder ihrer 65 Homologe (der Term «homolog» wird hier als Hinweis auf Materialien gebraucht, die in ihrer molekularen Struktur analog zu den positiven nematischen Flüssigkristallverbindungen sind, und solche Materialien werden im folgenden als Np-

642 995

Typ Flüssigkristallhomolog bezeichnet). Ein solches Flüssigkristallsystem kann von Schiff-Grundtyp-Flüssigkristallver-bindungen oder

Cyclohexancarbonsäure-Trans-4'-Alkoxyphenylester erhalten werden, doch ein solches System ist immer noch unzufriedenstellend.

Es ist demgegenüber Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Flüssigkristallverbindungen zu beseitigen und eine verbesserte Flüssigkristallzusammensetzung anzugeben, die mit grosser Beständigkeit in einem grossen Temperaturbereich orientiert ist, die eine Einstellung der Schwellspannung in einem weiteren Bereich erlaubt und die eine geringe Temperaturabhängigkeit der Schwellspannung aufweist und ausserdem schnell auf die angelegte Spannung anspricht. Solche Flüssigkristallzusammensetzungen werden in den Ansprüchen beschrieben.