CH644886A5

CH644886A5 - Nematische fluessig-kristalline gemische.

Info

Publication number: CH644886A5
Application number: CH1093178A
Authority: CH
Inventors: Frank Dr Kuschel; Dietrich Dr Demus; Doris Dipl Chem Pfeiffer; Hans-Joachim Dr Deutscher
Original assignee: Werk Fernsehelektronik Veb
Priority date: 1977-12-08
Filing date: 1978-10-23
Publication date: 1984-08-31
Also published as: DE2846409A1; DE2846409C2; DD138558A1; FR2411227B1; FR2411227A1; JPS6251996B2; GB2015023A; JPS5495986A; GB2015023B

Description

Die Erfindung betrifft nematische flüssig-kristalline Gemische für elektrooptische Anordnungen zur Modulation des durchgehenden oder zurückgeworfenen Lichtes sowie zur Wiedergabe von Ziffern, Zeichen und Bildern. Die Wiedergabe kann farbig oder schwarz-weiss und bewegt oder unbewegt erfolgen.

Es ist bekannt, dass flüssig-kristalline Substanzen zur Modulation von Licht sowie zur Anzeige von Messwerten oder zur Wiedergabe von Informationen eingesetzt werden können. Diese Verfahren beruhen darauf, dass die Vorzugsorientierung in dünnen Schichten der flüssig-kristallinen Substanz durch Anlegen eines elektrischen Feldes verändert werden kann. Mit dieser Orientierungsänderung ist eine Veränderung des optischen Verhaltens (Doppelbrechung, Drehvermögen, Lichtabsorption) verbunden. Je nach der durch eine spezielle Vorbehandlung der einschliessenden Elektroden oder durch Zugabe geeigneter Substanzen erzielten Ausgangsorientierung, der dielektrischen Anisotropie, der Leitfähigkeit, dem Dichroismus sowie der Stärke und Richtung des angelegten elektrischen Feldes werden verschiedenartige elektrooptische Effekte beobachtet und technisch genutzt / M. Tobias: International Handbook of Liquid Crystal Displays 1975-1976, Ovum Ltd., London 1976; G. Meier, E. Sackmann, J.G. Grabmaier: Applications of Liquid Crystals, Springer-Ver-lag, Berlin-Heidelberg-New York 1975 /. Beispielsweise beruht ein bekanntes Verfahren darauf, dass durch Anlegen eines elektrischen Feldes das optische Drehvermögen einer

Schicht mit verdrillter Struktur aufgehoben und damit zwischen parallelen (gekreuzten) Polarisatoren Durchlässigkeit (Auslöschung) für eingestrahltes Licht gefunden wird [M. Schadt, W. Helfrich: Applied Physics Letters 18,127 (1971)].

Je nach dem zugrundeliegenden elektrooptischen Effekt müssen die eingesetzten Substanzen bestimmte Anforderungen erfüllen: Schmelzpunkt weit unterhalb Zimmertemperatur (möglichst unter 0 °C), Klärtemperaturen von über + 50 °C, niedrige Viskosität, hohe chemische und thermische Stabilität sowie Beständigkeit bei dauernder Tageslichteinwirkung. Darüber hinaus müssen die Substanzen eine bestimmte (meist möglichst hohe positive) dieelektrische Anisotropie und eine niedrige elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Reine Substanzen, die alle diese Anforderungen gleichzeitig erfüllen, sind nicht verfügbar. Deshalb werden Mischungen verschiedener Substanzen, die häufig auch zu verschiedenen Substanzklassen gehören, verwendet. Infolge beschränkter Mischbarkeit können jedoch nicht beliebige Substanzen miteinander kombiniert werden.

Es ist bekannt, zur Herstellung elektrooptischer Zellen Verbindungen aus der homologen Reihe der Phenylpyrimi-dine mit der allgemeinen Formel ri <dC>

wobei R1 und R2 gleiche oder verschiedene Substituenten bezeichnen, z.B. CnH2n+,-, CnH2n+ ,0-, C„H2n+ ,COO- oder CnH2n+1CO-, einzusetzen [H. Zaschke, H. Schubert, F. Ku-schel, F. Dinger, D. Demus: DDR WP 95892], So besteht z.B. eine Mischung Mi 3 aus zwei Komponenten dieser Substanzklasse:

5-n-Hexyl-2-(4-n-hexyloxyphenyl)-pyrimidin 68,5 mol % 5-n-Hexyl-2-(4-n-nonyloxyphenyl)-pyrimidin 31,5 mol %

Diese Mischung hat folgende Eigenschaften:

Schmelztemperatur: +4°C

Klärtemperatur: 60 °C

DK-Anisotropie: + 0,7

Spannungsbedarf für den Feldeffekt an verdrillten Schichten, 10%-Spannung: 6,0 V

90%-Spannung: 8,2 V

Einschaltzeit (nach Anlegen der 4fachen Schwellenspannung an eine verdrillte Schicht, 25 °C,

20 um Schichtdicke): 170 ms

Ausschaltzeit: 320 ms

Bezüglich des Schmelzverhaltens und der für den Feldeffekt in verdrillten Schichten notwendigen Spannungen erfüllt diese Mischung nicht die üblichen Forderungen (Schmelztemperatur der thermodynamisch stabilen, kristallinfesten Phasen möglichst unter 0 °C, 10%-Spannung unter 2 V).

Es ist ferner bekannt, zum Bau von Flüssigkristall-Displays Verbindungen aus der homologen Reihe der 4-Subst.-cyclohexancarbonsäure-[4-subst.-phenylester] mit der allgemeinen Formel

CnH2n+<S>- -COO- <2>-.

wobei R=CmH2m+ls -OCmH2m+u -COCmH2m+b -CN oder -N02 sein kann, zu verwenden [H.-J. Deutscher, F. Kuschel, H. Schubert, D. Demus: DDR WP 105701]. So besteht z.B. eine Mischung Mi 14 aus drei Komponenten dieser Substanzklasse:

4-n-Propyl-cyclohexancarbonsäure-[4-cyan-phenylester] 34,5 mol %

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

644 886

4-n-Butyl-cyclohexancarbonsäure-[4-cyan-phenylester] 31 mol %

4-n-Pentyl-cyclohexancarbonsäure-[4-cyan-phenylester] 34,5 mol %

Diese Mischung hat folgende Eigenschaften:

Schmelztemperatur: +12,5° bis +16 °< Klärtemperatur: 72 °C DK-Anisotropie: +6,5 10%-Spannung: 1,4 V 90%-Spannung: 2,1 V Einschaltzeit: 115 ms Ausschaltzeit: 240 ms

Diese Mischung erfüllt hinsichtlich ihres Schmelzverhaltens nicht die bereits genannte Forderung.

Für die Herstellung von Displays mit Flüssigkristallen können weiterhin Verbindungen aus der homologen Reihe der 4-Subst.-benzoesäure-[4-cyan-phenylester] mit der allgemeinen Formel

-N02 bedeutet, sowie einen oder mehrere Vertreter aus der homologen Reihe der 5-Subst.-2-(4-subst.-phenyl)-pyrimi-dine der allgemeinen Formel

R1

<2>

N-

N:

X

R2,

10

wobei R1 und R2 jeweils einen der Substituenten C„H2n+i~, CnH2n+10-, CnH2n+1 COO-, oder CnH2n+ICO-bezeichnen, und/oder einen oder mehrere Vertreter aus der homologen Reihe der 4-Subst.-benzoesäure-[4-cyanphenylester] mit der allgemeinen Formel

R-

■CN,

20

R

-COO- <°> -CN,

wobei R=CnH2n+1- oder CnH2n+[O- ist, n und m sind beispielsweise gleiche oder verschiedene Zahlen von 1 bis 12.

Für verschiedene Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, diesen Gemischen weitere flüssig-kristalline oder nichtflüssig-kristalline Stoffe, insbesondere Farbstoffe, zuzusetzen.

wobei R=CnH2n+j- oder CnH2n+! O- bedeutet, verwendet werden [A. Boller, H. Scherrer, M. Schadt: Proceedings of the JEEE 60 1002 (1972); H.-J. Deutscher, F. Kuschel, E. Bar-genda, H. Schubert, D. Demus: DDR WP 106120].

Beispielsweise hat die Mischung Mi 16 aus drei Komponenten dieser Substanzklasse folgende Zusammensetzung: 4-n-Hexyl-benzoesäure- [4-cyan-phenylester] 36 mol % 4-n-Heptyl-benzoesäure- [4-cyan-phenylester] 37 mol % 4-n-Oktyl-benzoesäure- [4-cyan-phenylester] 27 mol %

Diese Mischung weist folgende Eigenschaften auf:

Schmelztemperatur: + 33° bis 21 °C

Klärtemperatur: 53 °C

DK-Anisotropie: ca. +20

10%-Spannung: 1,7 V

90%-Spannung 2,3 V

Einschaltzeit: 420 ms

Ausschaltzeit: 600 ms

Die Schmelztemperatur dieser Mischung Mi 16 liegt so hoch, dass ihr technischer Einsatz trotz der vergleichsweise günstigen dielektrischen Eigenschaften nicht empfohlen werden kann.

Ziel der Erfindung ist der Einsatz von Substanzen, die chemisch und thermisch stabil sind, die Schmelzpunkte weit unterhalb Zimmertemperatur und Klärpunkte von über 50 °C haben und die sich durch einen möglichst niedrigen Spannungsbedarf auszeichnen, in optoelektronischen Bauelementen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Gemische kristallin-flüssi-ger Substanzen zu finden, deren Schmelztemperatur tiefer und deren Spannungsbedarf niedriger ist als die der Mischungspartner.

Erfindungsgemäss enthalten die für elektrooptische Anordnungen zur Modulation des durchgehenden oder zurückgeworfenen Lichtes sowie zur Wiedergabe von Ziffern, Zeichen und Bildern geeigneten nematischen flüssig-kristallinen Gemische einen oder mehrere Vertreter aus der homologen Reihe der 4-Subst.-cyclohexancarbonsäure-[4-subst.-phenyl-ester] mit der allgemeinen Formel

25

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1

I

Es wird ein Gemisch mit folgender Zusammensetzung hergestellt:

Mi 14 70 mol %

5-n-Butyl-2-(4-n-heptyloxyphenyl)-pyrimidin 30 mol %

35

Dieses nematische Gemisch hat folgende Eigenschaften: Schmelztemperatur: +1° bis 3 °C

Klärtemperatur: 58 °C

10%-Spannung: 1,45 V

40 90%-Spannung: 2,2 V

Einschaltzeit (nach Anlegen der 4fachen Schwellenspannung an eine verdrillte Schicht, 25 °C, 20 (im Schichtdicke):

190 ms

45 Ausschaltzeit: 280 ms

Beispiel 2

50

Es wird ein Gemisch mit der Zusammensetzung Mi 14 70 mol %

Mi 3 30 mol %

hergestellt. Dieses Gemisch hat folgende Eigenschaften: 55 Schmelztemperatur: Im mikroskopischen Präparat war bei Aufbewahrung des nematischen Gemisches bei — 20 °C auch nach 36 Stunden noch keine Kristallisation erkennbar. Klärtemperatur: 60 °C

10%-Spannung: 1,6 V

60 90%-Spannung: 2,2 V

Einschaltzeit: 150 ms

Ausschaltzeit: 240 ms

Durch Zumischen der Phenylpyrimidin-Verbindungen 65 entsprechend Beispiel 1 und 2 wird der Schmelztemperaturbereich der erhaltenen Gemische im Vergleich zu dem der Mischung 14 ohne Beeinträchtigung der elektrooptischen Eigen-wobei R=-CmH2m +,, -OCmH2m+j, -COCmH2m +1, -CN oder schaffen wesentlich abgesenkt.

CnH2n+]-

<E>-coo- (ö}-R;

644886

Beispiel 3 Ein Gemisch der Zusammensetzung

Mi 14 53 mol %

Mi 16 47 mol %

hat folgende Eigenschaften:

Schmelztemperatur: — 6° bis 0 c

Klärtemperatur: 59 °C

10 %-Spannung: 1,2 V

90%-Spannung: 1,9 V

Einschaltzeit: 310 ms

Ausschaltzeit: 450 ms

Neben der Verlagerung des Schmelzbereiches nach niedrigeren Temperaturen bietet die Reduzierung der für den elek-trooptischen Effekt an verdrillten Schichten erforderlichen Spannungen einen besonderen praktischen Vorteil.

Beispiel 4

Dem Gemisch Beispiel 3 werden 0,4% des dichroitischen Farbstoffes Indophenolblau zugesetzt. Der Farbstoff löst sich beim Erwärmen der Probe auf. Mit diesem Gemisch wird zwi-5 sehen transparenten, elektrisch leitenden Elektroden ein 20 (im dickes, orientiertes Präparat mit liegender Schicht hergestellt. Bei Durchstrahlung mit weissem, polarisiertem Licht erscheint die Schicht blau, wenn die Vorzugsrichtung des nematischen Präparates in der Polarisationsebene des Lichtes 10 liegt. Nach Einschalten eines elektrischen Feldes (2 V, 50 Hz) wird die liegende Schicht in Feldrichtung umorientiert. Dabei werden auch die in der nematischen Substanz gelösten Farbstoffmoleküle bezüglich der Richtung maximaler Lichtabsorption in eine zur Feld- und Durchstrahlungsrichtung pais rallele Lage gebracht; es tritt ein Farbumschalg von blau nach farblos auf. Dieser Farbwechsel kann durch Ein- und Abschalten des Feldes beliebig oft wiederholt werden.

C

Claims

644886 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Nematische flüssig -kristalline Gemische für elektroop-tische Anordnungen zur Modulation des durchgehenden oder zurückgeworfenen Lichtes sowie zur Wiedergabe von Ziffern, Zeichen und Bildern, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Vertreter aus der homologen Reihe der 4-Subst.-cyclohe-xancarbonsäure-[4-subst.-phenylester] mit der allgemeinen Formel

CnH2n + 1- "COO- -R;

wobei R CmH2m -f i - -OCmH^+i, —COCmH2m+h

-CN oder -N02 bedeutet, sowie einen oder mehrere Vertreter aus der homologen Reihe der 5-Subst.-2-(4-subst.-phenyl)-pyrimidine der allgemeinen Formel

/—V

R W"\ / RJ-

^ tiz-

wobei R1 und R2 jeweils einen der Substituenten CnH2„+i-, CnH2n+iO-, CnH2n+iCOO- oder CnH2n+] CO- bezeichnen, und/oder einen oder mehrere Vertreter aus der homologen Reihe der 4-Subst.-benzoesäure-[4-cyanphenylester] mit der allgemeinen Formel

R- <5> -COO- (öy -CN,

wobei R=-CnH2n + j- oder C„H2n+10-ist,

2. Nematische flüssig-kristalline Gemische nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Gemische weitere flüssig-kristalline oder nichtflüssig-kristalline Stoffe, insbesondere Farbstoffe, enthalten.