CH666900A5 - Schaltzeitverkuerzende dotierungen fuer kristallin-fluessige gemische. - Google Patents

Schaltzeitverkuerzende dotierungen fuer kristallin-fluessige gemische. Download PDF

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CH666900A5
CH666900A5 CH5357/85A CH535785A CH666900A5 CH 666900 A5 CH666900 A5 CH 666900A5 CH 5357/85 A CH5357/85 A CH 5357/85A CH 535785 A CH535785 A CH 535785A CH 666900 A5 CH666900 A5 CH 666900A5
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mol
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crystalline
schaltzeitverkuerzende
budgetary
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CH5357/85A
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Dietrich Prof Dr Demus
Anton Dr Hauser
Michael Keil
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Werk Fernsehelektronik Veb
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Description

666 900
2
PATENTANSPRUCH Schaltzeitverkürzende Dotierungen für kristallinflüssige Gemische, gekennzeichnet dadurch, dass diese eine oder mehrere Verbindungen der allgemeinen Formel CmH2ra+2- in der m 10 bis 35 bedeutet, enthalten.
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft schaltzeitverkürzende Dotierungen für nematische Gemische, die in optoelektronischen Bauelementen ( Displays) zur elektronisch gesteuerten Modulation des durchgehenden oder reflektierenden Lichtes, sowie zur Darstellung von Ziffern, Zeichen und Abbildungen angewandt werden können.
Nematische kristalline Flüssigkeiten können in optoelektronischen Bauelementen (Displays) benutzt werden G. Meier. E. Sackmann, J.G. Grabmeier: Application of liquid Crystals Berlin, N.Y., London 1975.
Um für Displays geeignet zu sein, müssen die flüssigen Kristalle eine Vielzahl von Forderungen erfüllen, wozu auch sehr kurze Schaltzeiten gehören, die unter anderem auch durch niedrige Viskositäten erreicht werden können.
Ais viskositätserniedrigende Zusätze sind bis jetzt Dialkyl-biphenylderivate bestimmt worden J. Krause, R. Stein-strässer, L. Pohl, F. del Pino, G. Weber, DE-OS 2 548 360. Nachteile in der Anwendung der Biphenylderivate sind die Erniedrigung der Klärpunkte, die durch Zumischung weiterer Substanzen wieder erhöht werden müssen. Weiterhin ist die Zugabe von ca. 25 Gewichtsteilen an Biphenylderi-vaten nötig, um die Viskosität auf die Hälfte herabzusetzen, v. obei sich aber der Klärpunkt um fast 20°C erniedrigt.
Ziel der Erfindung sind kristallin-flüssige Gemische mit kurzen Schaltzeiten für optoelektronische Bauelemente.
Aufgabe der Erfindung sind Substanzen, welche die Rotationsviskosität von kristallinen nematischen Flüssigkeiten erniedrigen und damit zu schnellen Schaltzeiten führen und die sich ferner durch eine hohe Wirksamkeit auszeichnen und einfach herzustellen sind.
Es wurden gefunden, dass durch Zusatz von 0,5 bis 30% einer oder mehrerer Verbindungen der allgemeinen Formel
CmH:m-; (I)
mit m = 10-35 die elektrooptische Schaltzeit kristallinflüssiger nematischer Substanzen stark vermindert wird.
Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Beispiel 1
Die nachfolgend genannten Mischungen werden in einer optoelektronischen Zelle vom Typ der Schadt-Helfrich-Zelle (verdrillte nematische Struktur, TNP-Zelle) eingesetzt. Die Zelle besteht aus zwei mit Hilfe von Abstandshaltern in einem Abstand von 7 bis 25 (im fixierten, auf der Innenseite mit Zinndioxid versehenen Glasscheiben. Die Innenseite ist ferner nach bekannten Methoden so vorbehandelt, dass der zwischen den Scheiben befindliche Flüssigkristall sich par-5 allei zu den Scheiben orientiert, die Vorzugsrichtung an den beiden Scheiben jedoch einen Winkel von 90 ° einschliesst, so dass eine verdrillte nematische Struktur entsteht, die zwischen gekreuzten oder parallelen Polarisatoren angeordnet ist. Durch Ein- und Ausschalten des elektrischen Feldes io erhält man starke Änderungen der Lichtdurchlässigkeit der Zelle.
In die Schadt-Helfrich-Zelle werden Mischungen folgender Verbindungen eingeführt:
Basiskomponente: 4-n-Pentyl-cyclohexancarbonsäure-4'-15 cyanphenylester
Dotant: n-Eicosan (n-C2oH42)
Die Eigenschaften von Mischungen der Basiskomponente mit dem Dotanten sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt (Messfrequenz 5Q0 Hz, Messtemperatur 42,5°C, 20 Schichtdicke 10 (im).
In den Tabellen bedeuten :
Uo - Spannung für eine Intensitätsänderung von 10%
tEso - Zeit vom Anlegen des elektrischen Feldes bis zum 25 Erreichen einer Intensitätsänderung von 50%
tAso - Zeit vom Abschalten des elektrischen Feldes bis zum Erreichen einer Intensitätsänderung von 50% y - Rotationsviskosität uNI - Klärtemperatur 30 oKN - Umwandlungstemperaturlcristallin-nematisch AEe - Aktivierungsenergie für die Einschaltzeiten
Mol-% Dotant
0
2
8
10
Uo/V
1,10
1,12
1,17
1,18
tEso (U = 2Uo)/ms
169
122
69
43
tE5n(U = 5V)/ms
26
19
12
9
tA50/mS
75
47
19
11
y/cP
82
41
15
11
u NI/°C
79
75-76
65-68
61-65
u KN/°C
47
46,5
46
45,5
Die im Beispiel 1 beschriebene elektrooptische Zelle vom Typ Schadt-Helfrich-Zelle (TNP-Zelle) wird in den weiteren Beispielen 2 bis 7 mit Basissubstanzmischungen betrieben, so denen jeweils 4% der Verbindung in der allgemeinen Formel
(I) zugegeben wurden.
(Messung der Schaltzeiten beim Doppelten der Schwellenspannung Uo)
In den Beispielen 2-6 besteht die Basissubstanzmischung 55 A aus
666900
Mol-%
Beispiel 3
il,2 CrH
Mischung A + 10 Mol-% CsHn
5 11
C6H13°
3,7 C9H19°
12,0 c4Hg--(V)- COO
coo--(^>-^n^)-.C6H13 (B)
^ /^"CgHis Mischung A + 10 Mol-% B w 10 uni = 56°C,AEe =10,4kJmol-'
o >~oc2h5
5,6 C4Hg
H
COO
Beispiel 2
o woc6h13,
u/°C
Uo/V
N
tE5o/ms
15
20
25
Mischung A
vi m = 46 °C, A Et
= 22,9 kJmol-'
v/°C
U../V
ttto/ms tA5ii/mS
20
1,34
156
68
25
1,23
133
50
30
1,17
106
41
35
1,06
90
36
40
0,98
80
32
45
0,93
72
31
50
0,88
67
30
Mischung A + 4 Gew.'io CaH?»
d si = 44 "C. A Et
= 27,7 kJmol-1
i./°C
U../V
tb"50/ms tA5o/ms
20
1,24
127
51
25
1,11
86
44
30
1,01
79
35
35
0,93
55
30
40
0,87
48
27
45
0,80
45
24
50
0,75
41
22
30
40
45
50
tA50/mS
20
1,30
140
59
25
1,22
130
42
30
1,15
107
34
35
1,09
98
31
40
1,05
89
28
45
0,97
82
26
50
0,92
74
25
Mischung A + 10 Mol-% B + 4 Gew.% C24H
50
U ni =
47 "C, A EE
= 9,4 kJmol-1
u/°C
Uo/V
t£5u/ms tA5o/mS
20
1,23
118
43
25
1,17
110
36
30
1,04
1.03
31
35
0,98
97
27
40
0,94
92
24
45
0,89
87
21
50
0,85
85
18
Beispiel 4
Mischung A + 10 Mol-0 » B + 10 Mol-% C
C6H13 "
3
i n
c
-0- CN
(C)
0
Mischung A + 10 Mol-% B 4- 10 Mol-%C
l) m =
67 °C, A EE
= 10,0 kJmol"1
u/°C
Uo/V
tE5o/mS
tA50/mS
20
2,01
168
116
25
1,65
162
98
30
1,52
155
86
35
1,43
146
75
40
1,33
138
67
45
1,23
130
61
50
1,16
122
55
Mischung A + 4 Gew.% OiiH-t: Mischung A + 10 Mol-% B + 10 Mol-% C + 4 Gew.°/o C24H50
u ni = 44 °C, A Ee = 10,7 kJmol-1 u ni = 60 °C, A Ee = 7,2 kJmoI"1
u/°C Uo/V tf5(i/ms tAso/ms vi/°C Uo/V ti;5o/ms tA5o/ms
20
1,34
142
50
60
20
2,14
165
122
25
1,19
121
44
25
1,73
160
97
30
1,05
114
42
30
1,49
151
77
35
0,95
103
38
35
1,33
142
65
40
0,85
100
35
«5 40 45
1,20
135
55
45
0,77
96
32
1,09
125
46
50
0,69
92
29
50
0,98
100
38
666900
Beispiel 5
Mischung A + 10 Mol-% B+ 10 Mol-% D
Beispiel 6
Mischung A + 10 Mol- " « B + C + 10 Mol-% D + 4 Gew.% CaHso u m — 65 °(, A Ee = 10,8 ldmol-1
u/°C U../V tt5ö/ms tA5o/ms
/
'—\ r~0 \
/—s
C6^13 \
3-c y
)~CN (D)
0
Mischung A + 10 Mol-% B + 10 Mol-% D
um = 74 "C, A Et
= 19,4kJmoH
v'°C
Uo/V
tE50/mS
tA5l)/mS
30
1,60
115
64
35
1,49
101
51
40
1,42
90
41
45
1,35
86
33
50
1,29
71
28
5
20
1,78
72
43
25
1,63
64
37
30
1,50
59
32
35
1,38
55
28
io 40
1,27
52
26
45
1,20
48
23
50
1,12
46
21
Beispiel 7
Im Beispiel 7 besteht die Basissubstanzmischung aus einer Biphenylmischung E 5 (BDH)
20
Mischung H 5
um = 50°C, A Ee = 38,1 kJmoI"
u/°C
Uo/V
Mischung A + 1 0 M = 65 °C, A E v °C
0 Mol-% B + 10 Mol-%
1 = 16,6 kJmol-1
Uo/V
D + 4 Gew.p'0 C24H50 tEsn/ms tA50/ms
25
.1,68
99
50
30
1,50
83
38
35
1,40
72
30
40
1,32
66
24
45
1,25
60
21
50
1,18
55
20
40
45
Mischung A + 10Mol-%B + 10Mol-%C+ 10Mol-%D
vm = 77°C,A E> = 12,5 kJmol-'
i< T U../V tE5o/ms tA5n/ms 5fl u/°C
Mischung E 5 + 4Gew.%C:4H5i> u m = 49 °C, A Ee = 23,8 kJmol"1 Uo/V
tE5o/ms tEso/ms tA5(l/ms
20
1,63
250
126
25
1,46
206
92
25 30
1,30
167
73
35
1,18
136
55
40
1,07
99
48
45
0,98
80
45
50
0,90
62
41
Mischung E 5 + 4 Gew.0« OuHj: u m = 48 °C, A Ee = 26,1 kJmol"' u/"C Uo/ V
tEj»/ms tAsn/ms
20
1,44
200
88
25
1,38
170
75
30
1,34
150
67
35
1,30
136
61
40
1,26
126
55
45
1,21
117
49
50
1,17
105
45
tA5o/ms
20
2,27
125
80
20
1,57
145
54
25
1,99
116
69
25
1,40
100
47
30
1,78
108
59
30
1,29
75
36
35
1,58
101
51
55 35
1,23
66
33
40
1,46
94
42
40
1,17
59
30
45
1,36
87
36
45
1,12
55
27
50
1,28
82
31
50
1,07
52
26
B
CH5357/85A 1985-01-28 1985-12-16 Schaltzeitverkuerzende dotierungen fuer kristallin-fluessige gemische. CH666900A5 (de)

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