CH642464A5

CH642464A5 - Fluessigkristall-anzeigegeraet und fuer multiplex-ansteuerung geeignete fluessigkristallgemische.

Info

Publication number: CH642464A5
Application number: CH679079A
Authority: CH
Inventors: Tadashi Ota; Hiroshi Takeshita
Original assignee: Suwa Seikosha Kk
Priority date: 1978-07-21
Filing date: 1979-07-20
Publication date: 1984-04-13
Also published as: GB2028363B; DE2929509A1; GB2028363A; HK53084A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkristall-Anzeigegerät und auf Flüssigkristallgemische, die mindestens je eine Flüssigkristallverbindung vom Estertyp und eine Caclohexan- und Benzolringe aufweisende Verbindung enthalten und für Multiplex-Ansteuerung geeignet sind.

Von Flüssigkristallgemischen, die in verdrillt-nemati-schen Flüssigkristall-Anzeigegeräten, in denen die Anzeige durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die nematische Flüssigkristallphase in verdrillter Form erfolgt, oder in Flüssigkristall-Anzeigegeräten nach dem Gast/Wirt-Effekt, in denen die Anzeige durch Mischen bichroischer Farbstoffe mit der Flüssigkristallverbindung und Anlegen eines elektrischen Feldes erfolgt, verwendet werden, wird verlangt, dass sie gegen äussere Einflüsse, wie Feuchtigkeit, Luft, Licht, Wärme und dergleichen, beständig sind und einen Flüssigkristall-Temperaturbereich, in welchem das jeweilige Anzeigegerät zum Einsatz gelangt, sowie gute Ansteuerangseigenschaften aufweisen.

In letzter Zeit ist es mit zunehmendem Einsatz von Flüssigkristall-Anzeigegeräten oft notwendig, diese Geräte im Hinblick auf die Herstellung und Kosten der Einrichtungen, in denen sie zum Einsatz gelangen, nach dem Multiplex-An-steuerungssystem anzusteuern. Dies beruht darauf, dass nur eine geringe Anzahl von Ansteuerungsleitungen benötigt wird, obwohl natürlich jedes Anzeigesegment in einem nach diesem System angesteuerten Anzeigegerät eine eigene Zuleitung benötigt.

Bisher wurden in Flüssigkristall-Anzeigegeräten, die nach dem Multiplex-Ansteuerungssystem betrieben werden, die nachstehenden Flüssigkristallgemische eingesetzt: Flüssigkristallgemische vom Azoxytyp, die eine Basisverbindung der Formel iHgy» ° rç-(0)-R'

' 0

worin R und R' Alkyl oder Alkoxy bedeuten, enthalten, und Flüssigkristallgemische vom Biphenyltyp, die eine Basisverbindung der Formel

Î"©H@HCN

R.

R,

-KD* COO OR,

r®- COO CN

CN

worin R, und R2 n-Alkyl mit 1-6 C-Atomen und R4 n-Alkyl mit 3-8 C-Atomen bedeuten, enthält.

6. Flüssigkristallgemisch nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich mindestens eine Verbindung der Formel

50

55

60

- 65

R,

,-<g^COO-<^-CN

worin R Alkyl oder Alkoxy bedeutet, enthalten.

Diese bekannten Flüssigkristallgemische zeigen jedoch einige Nachteile. Diejenigen vom Azoxytyp zeigen gute Multiplex* Ansteuerangseigenschaften, müssen jedoch zur Verhinderung der Zersetzung des Gemischs mit einem Gelbfilter ausgerüstet werden, da die Azoxyverbindung das Licht im sichtbaren Spektralbereich absorbiert. Die Anzeige erscheint somit gelb mit geringem Kontrast, wodurch die Anzeigewirkung sehr beeinträchtigt wird.

Andererseits sind Flüssigkristallgemische vom Biphenyltyp beständig gegen zahlreiche äussere Einflüsse, und Anzeigegeräte mit solchen Gemischen benötigen kein Gelbfilter, so dass ungefärbte Anzeigen erhältlich sind. Derartige Flüssigkristallgemische vom Biphenyltyp zeigen jedoch die Nachteile, dass sie keine guten Multiplex-Anteuerungseigenschaften aufweisen und mehrstufige Ansteuerung sehr schwierig ist. Bei alleiniger Berücksichtigung der Multiplex-Ansteuerangseigenschaften können diese durch Zusätze um 10-20% verbessert werden, was jedoch nicht praktisch ist, da hierdurch die Viskosität des Gemischs erhöht und die Eigenschaften bei

3

642 464

tieferen Temperaturen verschlechtert werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flüssigkristall-Anzeigegerät zu schaffen, das die vorstehend angeführten Nachteile nicht aufweist und gute Eigenschaften zeigt, die durch Verwendung von neuen Flüssigkristallgemischen, die gegen zahlreiche äussere Einflüsse beständig sind, die nematische Flüssigkristallphase über einen weiten Temperaturbereich beibehalten und hervorragende Multiplex-An-steuerungseigenschaften zeigen, erhältlich sind.

Gegenstand der Erfindung ist ein Flüssigkristall-Anzeigegerät mit einem Flüssigkristallgemisch, das mindestens eine Verbindung der Formel

COO

worin X und Y unabhängig voneinander n-Alkyl oder Alkoxy mit 1-6 C-Atomen oder Cyano bedeuten, enthält.

Im nachstehenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielsweise erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine in den Ausführungsformen der Erfindung zum Einsatz gelangende verdrillt-nematische Zelle im Querschnitt;

Fig. 2 und 3 Ansteuerungsdiagramme zur Messung der Multiplex-Ansteuerungseigenschaften von Zellen gemäss Figur 1.

In den nachstehenden Ausführungsformen 1-9 gelangte die in Fig. 1 dargestellte Zelle zum Einsatz. Auf den beiden Grundplatten 2 aus «Pyrex»-Glas sind transparente Elektroden 1 aus In203-Sn02 angebracht und durch eine Polyimid-Schutzschicht 3 abgedeckt. Die Orientierungsbehandlung erfolgte durch Reiben der beschichteten Oberfläche dieser Platten in einer Richtung mit einem Baumwollgewebe. Diese beiden Grundplatten sind mit den beschichteten Oberflächen gegeneinander so angeordnet, dass sich die Reibrichtungen der Orientierungsbehandlung in einem Winkel von 86-94° schneiden, und mit dazwischenliegenden Abstandhaltern 4 zur Bildung einer hermetisch verschlossenen Zelle unter Anwendung von Wärme und Druck miteinander verschweisst. Innerhalb dieser hermetisch verschlossenen Zelle befindet sich jeweils eine der nachstehend angeführten Ausführungsformen des Flüssigkristallgemischs 5. Auf den aussen liegenden Oberflächen der beiden Grundplatten 2 sind Polarisationsplatten solcherart auflaminiert, dass deren Polarisationsrichtung der Reibrichtung der Orientierungsbehandlung der jeweiligen Platte entspricht. Das Ganze bildet eine verdrillt-nematische Zelle.

* C6H13

Für die nachstehend angeführten 9 Ausführungsformen von Flüssigkristallgemischen gelangten die folgenden Verbindungen 1-10 zum Einsatz:

1: C3H7-(f)-COOH((5}-oc2H5

, C4H9^> COO

OC2H5

COO

0CH3

COO -°CH3

C2H5"<3>-C00K5)-C3H7HQ>"COOH@>-

C4H9®)-COO-©>-

<H> COO

-©-eoo-©-

20 5:

6:

C5H11

-CN

CN

C2H5

10:

CN

45

In der nachstehenden Tabelle sind 9 Ausführungsformen von erfindungsgemässen Flüssigkristallgemischen mit ihrer Zusammensetzung aus den vorstehenden Verbindungen der Formeln 1-10 und deren Eigenschaften angeführt. Mit «N-I-Punkt» ist in der Tabelle die Umwandlungstemperatur in °C des jeweiligen Gemischs von der nematischen Phase zur isotropen Lösung bezeichnet.

Ausführungsform

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

11,1

10,2

9,9

9,4

7,4

6,7

_

2

22,0

20,2

19,7

18,7

14,7

13,4

18,7

19,5

3

-

19,6

20,3

4

11,9

11,0

10,7

10,2

8,0

7,2

-

5

7,0

6,4

6,3

6,0

14,0

12,7

—

-

6

11,8

10,8

10,5

10,0

13,7

12,5

10,0

-

7

20,4

18,7

18,2

17,3

23,8

21,6

17,3

19,3

8

15,9

14,6

14,2

13,5

18,5

16,9

13,5

15,5

9

-

8,1

10,6

9,5

-

—

15,4

19,4

18,0

10

-

5,4

9,0

5,4

7,4

N-I-Punkt, °C

64,5

61,5

60,5

70

61

75

70

71,5

72

1/2 Leistung

Haltespannung

3,00

2,76

2,56

2,76

2,75

2,98

2,65

2,57

2,64

bis2V

Spannungs

10,8

10,1

10,6

12,4

8,7

10,7

12,3

13,1

12,9

spielraum, %

1/3 Leistung

Haltespannung

3,29

3,02

2,83

3,02

3,03

3,25

2,90

2,81

2,9C

bis 3V

Spannungs-

7,3

6,5

6,6

8,6

5,3

6,8

9,2

10,0

9,7

Spielraum, %

642 464

Bei Lagerung von Zellen mit den vorstehenden Ausführungsformen 1-9 von Flüssigkristallgemischen im verdrillt-nematischen Zustand in einem Cryostat bei —10 °C während einem Monat und mehr, behalten sämtliche Flüssigkristallgemische in der Zelle die nematische Phase bei.

Haltespannung und Spannungsspielraum sind unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 der Zeichnungen folgendermassen definiert:

Fig. 2(a) und (b) zeigen Ansteuerungsdiagramme der Zelle im eingeschalteten Zustand und zwar

(a) bei 1/2 Leistung und einer Spannung bis zu 2 V,und

(b) bei 1/3 Leistung und einer Spannung bis zu 3 V,und

Fig. 3 das Ansteuerungsdiagramm bei 1/2 Leistung und einer Spannung bis zu 2 V wie auch bei 1 /3 Leistung und einer Spannung bis zu 3 V.

Nachstehend werden der ein- und ausgeschaltete Zustand mit «Vein» bzw. «Vaus» bezeichnet.

Zum Einsatz gelangt die vorstehend beschriebene Zelle mit einem Winkel der Reib- bzw. Polarisationsrichtungen zueinander von 94°.

Bei Betrachtung der Zelle in einem Winkel von 10° zur Senkrechten zur Frontebene erscheint die Zelle im eingeschalteten Zustand, wenn sie bei 1/2 Leistung und einer Spannung bis zu 2 V 90% Transmission und bei 1/3 Leistungund einer Spannung bis zu 3 V 70% Transmission aufweist und die Zelle bei 0 °C entsprechend den Ansteuerungsdiagrammen gemäss Fig. 2(a) bzw. (b) angesteuert wird. Bei Betrachtung der Zelle in einem Winkel von 40° zur Senkrechten zur Frontebene erscheint die Zelle im ausgeschalteten Zustand, wenn sie sowohl bei 1J2 wie auch bei 1 /3 Leistung 10% Transmission aufweist und bei 40 °C nach dem in Fig. 3 dargestellten Ansteuerungsdiagramm angesteuert wird. Hieraus ergibt sich:

Haltespannung, V =Yein + V aus

1 V — V •

, . 12! x 100

2 Haltespannung

Spannungsspielraum, % =

V — V •

v aus v ein

V • + V

v ein 1 * aus

X 100

Nachstehend werden Auführungsformen erläutert:

Die Ausführungsform 1 ist ein Flüssigkristallgemisch, das ausschliesslich Verbindungen enthält, die der im Patentanspruch 1 angeführten Formel entsprechen. Das Flüssigkristallgemisch enthält 55 Gew.-% Verbindungen mit positiver dielektrischer Anisotropie. Bei 1/2 Leistung und einer Spannung bis zu 2 V beträgt der Spannungsspielraum 10,8% und bei 1/3 Leistungund einer Spannung bis zu 3 V 7,3%. Diese Werte sind ziemlich gut. Vergleichsweise beträgt der Spannungsspielraum bei Flüssigkristallgemischen vom Azoxytyp bei 1/2 Leistung und einer Spannung bis zu 2 V12-13% und bei 1/3 Leistung und einer Spannung bis zu 3 V 8-9%, und die entsprechenden Werte betragen im Fall eines Flüssigkri-stallgemischs vom Biphenyltyp 7-8% bzw. 2-3%.

Die Ausführungsformen 2 und 3 sind Flüssigkristallgemische entsprechend der Ausführungsform 1, welche zusätzlich die vorstehend angeführte Flüssigkristallverbindung 9 enthalten. Mit zunehmendem Mengenanteil dieser Verbindung vermindert sich die Haltespannung. In diesem Fall ist die Verminderung der Haltespannung grösser als bei der Ausführungsform 5, in welcher das Flüssigkristallgemisch aus Verbindungen, die der im Patentanspruch 1 angegebenen Strukturformel entsprechen, etwa 70 Gew.-% Verbindungen enthält, die der im Patentanspruch 2 an zweiter Stelle angeführ-5ten Formel entsprechen.

Die Ausführungsform 4 ist ein Flüssigkristallgemisch, das durch Zusatz der vorstehend angeführten Verbindung 10 zum Flüssigkristallgemisch der Ausführungsform 3 erhalten wurde. Durch Zusatz der Verbindung 10 wird die Haltespan-icnung etwas angehoben, wobei es jedoch wichtiger ist, dass auch der Spannungsspielraum erweitert wird. Ausserdem wird durch Zusatz der Verbindung 10 auch der N-I-Punkt erhöht. Die durch Zusatz der Verbindung 10 erzielten Auswirkungen werden durch Vergleich der Ausführungsform 5 mit 15der Ausführungsform 6 bestätigt.

Aus den Ausführungsformen 7-9 geht hervor, dass eine genaue Einregulierung der Haltespannung ohne Verminderung des Spannungsspielraumes durch Regulierung der Mengenanteile der Verbindungen 9 und 10 möglich ist. Aus diesen 2CAusführungsformen ist ersichtlich, dass befriedigende Eigenschaften durch Einsatz von etwa sechs der vorstehend angeführten Verbindungen erzielt werden können. Üblicherweise sind für Flüssigkristallgemische vom Azoxytyp vier bis fünf Verbindungen und für solche vom Biphenyltyp sieben bis 2' zehn Verbindungen nötig.

Wie bereits erwähnt, sind mit Flüssigkristallgemischen nach der Erfindung farblose Anzeigen erhältlich, die mit konventionellen Flüssigkristallgemischen nicht erhältlich sind, wobei nur Verbindungen verwendet werden müssen, die der 3,'im Patentanspruch 1 angegebenen Formel entsprechen. Ausserdem sind durch Zusatz anderer Verbindungen Flüssigkristallgemische erhältlich, die gute Multiplex-Ansteuerangseigenschaften aufweisen und deren Haltespannung leicht regulierbar ist.

35 Im vorstehenden sind nur die Multiplex-Ansteuerungsei-genschaften der Flüssigkristallgemische nach der Erfindung erwähnt. Diese Flüssigkristallgemische zeigen jedoch im Vergleich zu konventionellen Flüssigkristallgemischen auch hervorragende statische Eigenschaften. Beispielsweise beträgt im 40 Temperaturbereich von 0-40 °C die zur Erzielung von 90% Transmission benötigte Veränderung der Haltespannung bei Flüssigkristallgemischen nach der Erfindung 7-9 mV/ °C, bei konventionellen Flüssigkristallgemischen vom Azoxytyp 5-7 mV/ °C und bei konventionellen Flüssigkristallgemi-45 sehen vom Biphenyltyp 11-13 mV/ °C.

In den vorstehend beschriebenen Versuchen und Vergleichsversuchen gelangte zwecks besserer Vergleichbarkeit der Daten stets die gleiche, vorstehend beschriebene Zelle zum Einsatz. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, Zellen 50mit anderem Aufbau zu verwenden. Beispielsweise ist es möglich, einen Si02-Film durch Verwendung von Natriumanstelle von «Pyrex»-Glas zu erzielen, die Orientierungsbehandlung anstatt durch Reiben durch schräges Bedampfen auszuführen, die Orientierungsrichtungen der beiden Platten zuein-55 ander in einem anderen Winkel zu kreuzen oder als Abstandhalter und zur hermetisch dichten Verbindung der beiden Grundplatten anorganisches Material zu verwenden.

Wie bereits erwähnt, ermöglicht die Erfindung die Erzielung von Flüssigkristallanzeigen mit guten Eigenschaften, die 60 durch konventionelle Flüssigkristallmaterialien nicht erhältlich sind.

C

1 Blatt Zeichnungen

Claims

642 464

2

PATENTANSPRÜCHE

1. Flüssigkristall-Anzeigegerät mit einem Flüssigkristallmaterial, das mindestens eine Verbindung der Formel

X-^Êy~COO

worin X und Y n-Alkyl oder Alkoxy mit 1-6 C-Atomen oder Cyano bedeuten, enthält, das hermetisch zwischen zwei einander gegenüberliegenden Elektrodensubstraten eingeschlossen ist, wobei mindestens ein Teil mindestens eines dieser Substrate transparent ist.
2. Flüssigkristallgemisch, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens je eine Verbindung der Formel worin R5 n-Alkyl mit 1-5 C-Atomen bedeutet, enthält.

IG

15

Ri-(H)-C oo^Qy R3^§)-C00^O)-

worin Rj und R2 n-Alkyl mit 1-6 C-Atomen und R3 n-Alkyl mit 1-4 C-Atomen bedeuten, enthält.
3. Flüssigkristallgemisch nach Anspruch 2, dadurch ge- 25 kennzeichnet, dass es zusätzlich mindestens eine Verbindung der Formel
R.

CN

30

worin R4 n-Alkyl mit 3-8 C-Atomen bedeutet, enthält.
4. Flüssigkristallgemisch, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens je eine Verbindung der Formel eoo

0R2

V<f> eoo CN 4

CN

4

worin R! und R2 n-Alkyl mit 1-6 C-Atomen und Rs n-Alkyl mit 1-5 C-Atomen bedeuten, enthält.
5. Flüssigkristallgemisch, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens je eine Verbindung der Formeln

35