CH631283A5 - Phasenwechsel-fluessigkristalleinrichtung. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine tempera- gen, die in niedrigeren Umgebungstemperaturen zum Einsatz turkompensierte Phasenwechsel-Flüssigkristalleinrichtung mit gelangen, im Bereich von beispielsweise 10 - 15 °C liegen.
einer zwischen zwei transparenten Platten befindlichen « Das cholesterische Gemisch kann ein Gemisch von minde-
Schicht eines cholesterischen Flüssigkristallmaterials, wobei stens einem Material mit nematischer Phase bei oder unterhalb die Platten an ihren nach innen gerichteten Oberflächen Elek- normaler Betriebstemperatur und mindestens einem Material troden aufweisen. mit cholesterischer Phase bei oder unterhalb normaler
Eine typische Flüssigkristalleinrichtung umfasst eine dünne Betriebstemperatur sein. Eine typische Betriebstemperatur Schicht eines Flüssigkristallmaterials zwischen zwei Glaspalt- so liegt im Bereich von 20 - 50 °C. Unterhalb der Betriebstempe-ten, deren nach innen gerichtete Oberfläche mit transparenten ratur zeigt das Gemisch einen Übergang vom festen zum smek-Flächenelektroden beschichtet sind. Durch Einwirkung einer tischen Zustand und oberhalb dieses Temperaturbereichs einen elektrischen Spannung auf die Flüssigkristallschicht ergibt sich Übergang vom cholesterischen zum isotropen Zustand. Die eine Reorientierung von Molekülen in der Schicht. In einer auf Betriebstemperatur ist abhängig von der Umgebung, in wel-Phasenwechsel basierenden Einrichtung führt die Einwirkung 55 eher die Einrichtung zum Einsatz gelangt, d.h. im Gebäudeinneeiner elektrischen Spannung oberhalb einem bestimmten ren oder im Freien. Bei Verwendung im Freien kann die Schwellenwert zum Wechsel des Flüssigkristallmaterials von Betriebstemperatur unterhalb 20 °C liegen. Für Einrichtungen, einer lichtstreuenden cholesterischen Phase zu einer licht- die in elektronische Ausrüstung eingebaut sind, kann die durchlässigen nematischen Phase. Aufhebung der elektrischen Betriebstemperatur 60 °C übersteigen.
Spannung ermöglicht Rückkehr des Flüssigkristallmaterials so Das nematische Gemisch selbst kann einen Phasenwechsel zur cholesterischen Phase. Das in Phasenwechsel-Einrichtun- von smektischem zu nematischem Zustand in der Umgebung gen verwendete Flüssigkristallmaterial ist üblicherweise ein von Zimmertemperatur aufweisen.
Gemisch von nematischem und cholesterischem Material, da Das cholesterische Gemisch zeigt positive Anisotropie,
durch die Verdünnung des cholesterischen mit nematischem obwohl Komponenten im Gemisch negative Anisotropie aufMaterial, die zum Wechsel des Gemischs vom cholesterischen, 65 weisen können während die anderen Komponenten positive ausgeschalteten zum nematischen, eingeschalteten Zustand Anisotropie zeigen.
benötigte Spannung herabgesetzt wird. Das in einer Phasen- Im nachstehenden wird die Erfindung unter Bezugnahme wechsel-Einrichtung zum Einsatz gelangende Flüssigkristall- auf die Zeichnungen beispielsweise erläutert. In den Zeichnun-
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gen zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Matrixform eines Anzeigegerätes mit je drei Elektrodenstreifen pro Platte;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Einrichtung gemäss Fig. 1; s
Fig. 3-7 Diagramme betreffend die Veränderung der Schwellenspannung in Abhängigkeit der Temperatur für eine Anzahl verschiedener Flüssigkristallgemische.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Zelle 1 umfasst zwei Glasplatten 2 und 3. Die Platte 2 trägt drei transparente, streifenför- io mige Elektroden 4,5,6, welche Längs- oder x- Elektroden darstellen, während die Platte 3 gleicherweise drei Elektrodenstreifen 7,8,9 trägt, die Quer- oder y-Elektroden darstellen. Typische Elektroden bestehen aus einem Gemisch von Zinn-und Indiumoxid in Form einer zusammenhängenden Beschich- is tung einer Dicke von 500 Â, die auf die gewünschte Form geätzt ist. Zwischen den Platten 2 und 3 befindet sich eine Schicht 10 einer Dicke von 12 [im aus einem cholesterischem Flüssigkristallgemisch. Die Kanten der Zelle 1 sind mit einem Epoxidharz-Klebstoff 11 versiegelt. 20
Wenn nun beispielsweise die Kreuzungsstelle xiyi angesteuert, d.h. lichtstreuend gemacht werden soll, während die übrigen Kreuzungsstellen transparent erscheinen, kann eine Dreiphasenspannung folgendermassen, und wie in der GB-PS 1 502 280 beschrieben, zum Einsatz gelangen. Die drei Phasen 25 sind nachstehend folgendermassen bezeichnet: V/0, V/120, V/240. Zuerst wird eine Löschspannung oberhalb einer Schwellenspannung an alle Kreuzungsstellen angelegt. Eine Spannung V/120 wird an jede x-Elektrode und eine Spannung V/240 an jede y-Elektrode angelegt. Dies ergibt V/120 - V/240 = *ß V/90 30 in jeder Kreuzungsstelle, und tß V wird so eingestellt, dass sie einer Haltespannung Vs gleich ist, welche ihrerseits der Schwellenspannung Vth fast gleich ist. Jede Kreuzungsstelle, die nun die Haltespannung Vs erhält, erscheint weiterhin transparent während einer Zeitdauer von bis zu 40s, abhängig davon, wie 35 nahe die Haltespannung Vs bei der Schwellenspannung Vth der Zelle 1 liegt. Zur Ansteuerung der Kreuzungsstelle x2y2 wird eine Spannung V/0 an die beiden Elektroden x2 und y2 angelegt, so dass auf die Kreuzungsstelle x2y2 keine Spannung zur Einwirkung gelangt. Dies führt zu einer schnellen Entspannung der 40 Flüssigkristallschicht 10 in ihren abgeschalteten, lichtstreuenden Zustand. Währenddessen sind alle anderen Kreuzungsstellen unter der Einwirkung der Spannung -ß V verblieben. Bei der Kreuzungsstelle x2yt liegt beispielsweise an der Elektrode x2 die Spannung V/0 und an der Elektrode y, V/240, resultierend 45 in V/240 - V/0 = v'3 V/210. Sobald die Kreuzungsstelle x2y2 lichtstreuend wird, hat die Rückspannung V3 V ungenügende Wirkung, um diese Kreuzungsstelle transparent zu machen. Die Spannung *ß V wird somit als Vorstufe für die Ansteuerung einer anderen Kreuzungsstelle an die Kreuzungsstelle x2y2 so rückgeführt.
Aus dem vorstehenden geht hervor, dass ein Flüssigkristallmaterial mit einer annehmbar konstanten Schwellenspannung im gesamten Bereich der Betriebstemperatur der Zelle benötigt wird. Bei den meisten cholesterischen Gemischen nimmt 55 die Schwellenspannung mit ansteigender Temperatur ab. Die Haltespannung Vs wird daher so eingestellt, dass sie unterhalb der Schwellenspannung Vth liegt, da die Zelle 1, wenn Vs grösser wird als Vth, die gewünschte Anzeige nicht mehr ergibt und die ganze Zelle transparent erscheint. 60
In der erfindungsgemässen Einrichtung wird die temperaturbedingte Schwankung von Vth kompensiert, indem sichergestellt wird, dass der Wechsel von smektischer zu cholesteri-scher Phase im Flüssigkristallgemisch 10 der Zelle unmittelbar unterhalb des Bereichs der Betriebstemperatur erfolgt. Diese 65 Kompensation ergibt sich folgendermassen, wobei bedeuten:
Vth = Schwellenspannung
P = Steigung der cholesterischen Molekülanordnung d = Dicke der Schicht 10 des Flüssigkristallmaterials k22 = Drehungs-Elastizitätskonstante ea = ( en - ei) = Dielektrizitätskonstante e0 = Dielektrizitätskonstante des freien Raums
V
th
In einem typischen cholesterischen Gemisch nimmt k22/ ea mit ansteigender Temperatur ab, während P praktisch konstant bleibt. Somit nimmt auch Vth mit ansteigender Temperatur ab.
In einem für die erfindungsgemässe Einrichtung geeigneten cholesterischen Gemisch nimmt k22/ sa mit ansteigender Temperatur ebenfalls ab, was jedoch durch P kompensiert wird, da dieser Wert im Bereich des Phasenwechsels von smektischem zu cholesterischem Zustand mit ansteigender Temperatur beträchtlich abnimmt. Der Wert 1/P V k.22/ eo ea und somit Vth bleibt ungefähr konstant. Oberhalb des Phasenwechsels von smektischem zu cholerischem Zustand verbleibt P relativ konstant.
In Fig. 3 ist die Veränderung von Vth in Abhängigkeit von der Temperatur für das nachstehende Gemisch dargestellt:
C7H15
C8H17°
<eXs>
CN
CN
Choiesteryl-nonanoat
7 5 Gew.%
15 Gew.%
10 Gew.%.
Dieses Gemisch zeigt einen Phasenwechsel von smektischem zu cholesterischem Zustand bie 19 °C und von cholesterischem zu isotropem Zustand bei 49,4 °C. In einem Temperaturbereich von 22-40 C beträgt die Veränderung von Vth ungefähr ± 1,5%, im Vergleich zu ± 3,9% für die Vergleichsmischung
C5K11
C8H17
CN
CN
Cholesteryl-nonanoat
6 2 Gew•%
28 Gew.%
10 Gew.%.
Das Gemisch mit den in Fig. 3 dargestellten Eigenschaften kann nach einem Standardverfahren hergestellt werden durch Mischen und Erhitzen der drei Komponenten in einem Glasbehälter. Nach Abkühlung ist das Gemisch bereit für die Einführung zwischen die Glasplatten 2 und 3.
Die Kompensation des Wertes ki2l ea mittels P ist anwendbar auf Schiffs-base-, Ester-, Azo-, Azoxymaterialien, wie auch auf Biphenylmaterialien, wie vorstehend beschrieben.
Geeignete Flüssigkristallgemische sind erhältlich durch Auswahl des Betriebstemperaturbereichs, der mit der Umgebungstemperatur, in welcher die Einrichtung zum Einsatz gelangt, übereinstimmt; Verwendung eines Mengenanteils von cholesterischem Material, der eine annehmbare Betriebsspannung und Lichtstreuung im abgeschalteten Zustand ergibt, Verwendung eines nematischen Materials oder eines Gemisches
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4
solcher Materialien mit einer Übergangstemperatur vom smektischen zum nematischen Zustand unterhalb der Betriebstemperatur. In einem nematischen Gemisch kann die Übergangstemperatur vom smektischen zum nematischen Zustand durch Veränderung des Mischungsverhältnisses variiert werden. Zusatz von cholesterischem Material ergibt eine Übergangstemperatur vom smektischen zum cholesterischen
Zustand, die üblicherweise von derjenigen des nematischen Materials verschieden ist, was bei der Bestimmung des nematischen Materials berücksichtigt werden muss.
Beispiele für die Kompensation der Veränderung des Wer-5 tes k22/ ea bei wechselnder Temperatur sind in Fig. 4 - 7 für eine Anzahl verschiedener Flüssigkristallmaterialien dargestellt.
(ii)
Fig. 4, Schiffs-base-Material:
(i) NC <2> CH = N.
R-y^y-CH = N
CH = CHC00CoHlo y xy
CN
erhältlich als ROTN 200
Gew.% 80
15
(iii) Cholesteryl-nonanoat
Dieses Gemisch zeigt eine Übergangstemperatur vom smektischen zum cholesterischen Zustand von 68,8 °C. Das Material (i) zeigt eine Übergangstemperatur vom smektischen zum nematischen Zustand von 82 °C. Durch Erhöhung des Mengenanteils der Komponente (ii), die keine smektische
Phase aufweist, wird die Übergangstemperatur vom smekti-25 sehen zum cholesterischen Zustand herabgesetzt.
Alternativ kann die Komponente (i) durch ein Material ersetzt werden, das eine niedrigere Übergangstemperatur vom smetischen zum cholesterischen Zustand aufweist.
Fig. 5, Estermaterial:
(i) C7H15 COO
CN
20 Gew.%
(ii) CgH17 COO
CN
7 0 Gew.%
(iii) Cholesteryl-nonanoat
10 Gew.%.
Dieses Gemisch zeigt eine Übergangstemperatur vom smektischen zum cholesterischen Zustand von 140 °C. Die 45 Komponente (ii) zeigt eine Übergangstemperatur vom smektischen zum nematischen Zustand von 183 °C. Durch Erhöhung des Mengenanteils der Komponente (i) wird die Übergangstemperatur des Gemischs vom smektischen zum cholesterischen Zustand herabgesetzt. Anstelle oder zusätzlich so zur Kompenente (ii) kann das Material der Formel
C8H17
COO
zum Einsatz gelangen.
CN
Fig. 6, Cyano-biphenylmaterial:
fH3
(i) ch3-ch2-ch-ch2-(0
(ii) c8h17o
CN
CN
erhältlich als CB 15
5 Gew.%
9 5 Gew.%
Dieses Gemisch zeigt eine Übergangstemperatur vom es Dem Gemisch kann zur Herabsetzung der Übergangstem-smektischen zum cholesterischen Zustand von 58,5 °C. Die peratur vom smektischen zum cholesterischen Zustand die Komponente (ii) zeigt eine Übergangstemperatur vom smekti- Komponente sehen zum nematischen Zustand von 67 °C.
631 283
zugesetzt werden, beispielsweise in den Gemischen
(iii) c^VoVoVch
C7H15"(0X0/ CN
Gew.% (a) Gew.% (b) 58 48
C8H170"(O KO)"™
:h.
34
ch -ch -ch-chovcovcn
Die Übergangstemperatur vom smektischen zum choleste- 20 Gemisch (b) 25 °C. rischen Zustand beträgt beim Gemisch (a) 5 °C und beim
Fig. 7, Cyclohexan-estermaterial:
45
(i) c7h15^}coo^){^)-c
90 Gev.%
(ii) Cholesteryl-nonanoat
10 Gew.%
Dieses Gemisch zeigt eine Übergangstemperatur vom smektischen zum cholesterischen Zustand von 137,4 °C. Die Übergangstemperatur der Komponente (i) vom smektischen zum nematischen Zustand beträgt 179 °C.
Andere geeignete Materialien sind beispielsweise Verbindungen der Formel die eine Übergangstemperatur vom smektischen zum nemati-35 sehen Zustand von 54 °C und negative Anisotropie aufweist. Es ist somit notwendig, ein nematisches und/oder cholesterisches Material mit positiver Anisotropie, beispielsweise die Verbindung der Formel
40 <?H3 J V/ V
ch3 - ch2 - ch - ch2 \° /\° Vcn
45 zuzusetzen, so dass das erhaltene Gemisch positive Anisotro-worin n eine ganze Zahl von mehr als 7 bedeutet. pie aufweist.
Eine geeignete Azoxyverbindung entspricht beispielsweise der Formel
C7H15
= N^T)-C7H15
g
6 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
- 631283 2PATENTANSPRÜCHE material kann somit als cholesterisches Gemisch bezeichnet1. Phasenwechsel-Flüssigkristalleinrichtung mit einer zwi- werden, obwohl es sowohl cholesterisches wie auch nemati-schen zwei transparenten Platten (2,3) befindlichen Schicht sches Material enthält.(10) eines cholesterischen Flüssigkristallmaterials, wobei die Grosse Anzeigegeräte sind üblicherweise in einer Matrix-Platten an ihren nach innen gerichteten Oberflächen Elektro- 5 form aufgebaut, d.h. die Elektroden auf jeder Platte sind in par-den (4,5,6,7,8,9) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das allelen Reihen streifenförmig mit Abstand zueinander so Flüssigkristallmaterial eine Übergangstemperatur vom smekti- angeordnet, dass Längsstreifen auf der einen Platte rechtwink-schen zum cholesterischen Zustand aufweist, die unmittelbar lig zu Querstreifen auf der anderen Platte verlaufen und unterhalb des Bereichs der Betriebstemperatur der Einrichtung dadurch eine Mehrzahl von Elektroden-Kreuzungsstellen gebil-liegt. 10 det wird. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an einen
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, bestimmten Längs- und Querstreifen erfolgt somit die Einwir-dass die Schicht (10) aus einem Gemisch von mindestens je kung auf ein Flüssigkristallmaterial an einer bestimmten Kreu-einem nematischen und cholesterischen Flüssigkristallmaterial zungsstelle. Für die Ansteuerung derartiger grosser Anzeigege-besteht. räte wurden verschiedene Methoden vorgeschlagen, wovon
- 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, ,5 beispielsweise eine in der GB-PS 1 502 280 und eine andere in dass eines der nematischen Flüssigkristallmaterialien eine der GB-PS 1 526 266 beschrieben ist, und in beiden eine Span-Übergangstemperatur vom smektischen zum nematischen nung im Bereich der Schwellenspannung an eine Elektroden-Zustand aufweist, die unterhalb des Bereichs der Betriebstem- Kreuzungsstelle angelegt und somit ein Flüssigkristallmaterial peratur der Einrichtung liegt. benötigt wird, das bei variierender Temperatur eine annähernd
- 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, 20 konstante Schwellenspannung beibehält.dass das nematische Flüssigkristallmaterial ein Cyano-biphenyl- Die Anzahl von Elektroden-Kreuzungsstellen, die in einem material ist. derartigen Matrixaufbau ansteuerbar ist, hängt davon ab, wie
- 5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, nahe die Haltespannung und die Schwellenspannung beiein-dass das nematische Flüssigkristallmaterial ein Schiffs-base- anderliegen. Je grösser die Schwankung der Schwellenspan-material ist. 25 nung bei Temperaturveränderung ist, umso kleiner ist die
- 6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, Anzahl von ansteuerbaren Elektroden-Kreuzungsstellen.dass das nematische Flüssigkristallmaterial ein Estermaterial Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einrich-ist. tung, deren Flüssigkristallmaterial eine Übergangstemperatur
- 7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, vom smektischen zum cholesterischen Zustand aufweist, die dass das nematische Flüssigkristallmaterial ein 30 unmittelbar unterhalb des Bereichs der Betriebstemperatur der Cyclohexanester ist. Einrichtung liegt.
- 8. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, Zweckmässig enthält die erfindungsgemässe Einrichtung dass das cholesterische Flüssigkristallmaterial ein Cholestryl- ein Gemisch von nematischen und cholesterischen Flüssigkri-nonanoat-material ist. Stallmaterialien, das im Bereich normaler Betriebstemperatur
- 9. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, 35 ohne angelegte elektrische Spannung cholesterisch und nach dass das cholesterische Flüssigkristallmaterial ein cholesteri- Anlegen einer zweckmässigen Spannung nematisch ist, wobei sches Cyanobiphenylmaterial ist. das Gemisch im Bereich von Zimmertemperatur einen Phasenwechsel von smektischem zu cholesterischem Zustand aufweist.40 Der Phasenwechsel von smektischem zu cholesterischemZustand kann für im Gebäudeinneren verwendete Einrichtungen im Temperaturbereich von 15 - 22 °C und für Einrichtun-
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