DD282543A5 - FERROELECTRIC LIQUID CRYSTAL DISPLAY CELL - Google Patents
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- DD282543A5 DD282543A5 DD88319871A DD31987188A DD282543A5 DD 282543 A5 DD282543 A5 DD 282543A5 DD 88319871 A DD88319871 A DD 88319871A DD 31987188 A DD31987188 A DD 31987188A DD 282543 A5 DD282543 A5 DD 282543A5
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Fluessigkristallzelle mit einer chiralen ferroelektrischen smektischen Fluessigkristallschicht, deren Helixstruktur durch Einwirkung eines elektrischen Feldes derart beeinfluszt wird, dasz sich ihre optische Anisotropie aendert, einem Paar den Fluessigkristall einschlieszender transparenter Platten, die mit einer die Molekuele des Fluessigkristalls ausrichtender Oberflaechenstruktur und mit Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in Fluessigkristall versehen sind und mit je einem Polarisator vor und hinter dem Fluessigkristall. Erfindungsgemaesz ist das Verhaeltnis d/p der Dicke d der Fluessigkristallschicht zur Ganghoehe p der schraubenfoermigen Verdrillung groeszer als 5, der smektische Kippwinkel Uo liegt zwischen 22,5 und 50 und das Produkt dU2 oDnll (Phasenfaktor aus der Dicke d, dem Quadrat des Kippwinkels Uo, dem Wert der Doppelbrechung Dn und dem Reziprokwert der Lichtwellenlaenge l ist groeszer als 0,45 mm).{Deformation von Helixstruktur in elektrischem Feld; Anwendung als Lichtventil oder Anzeigezelle}The invention relates to a liquid crystal cell having a chiral ferroelectric smectic liquid crystal layer whose helix structure is influenced by the action of an electric field to change its optical anisotropy, a pair of transparent plates enclosing the liquid crystal, having a surface structure aligning the molecules of the liquid crystal, and electrodes are provided for generating an electric field in liquid crystal and each with a polarizer in front of and behind the liquid crystal. According to the invention, the ratio d / p of the thickness d of the liquid crystal layer to the pitch p of the helical twist is greater than 5, the smectic tilt angle Uo is between 22.5 and 50 and the product dU2 oDnll (phase factor of the thickness d, the square of the tilt angle Uo , the value of the birefringence Dn and the reciprocal of the optical wavelength l is greater than 0.45 mm) {deformation of helical structure in electric field; Application as light valve or indicator cell}
Description
10. Chiraler Zusatzstoff für Flüssigkristallmischungen, gekennzeichnet durch folgende Formel10. Chiral additive for liquid crystal mixtures, characterized by the following formula
COO-C*H-RCOO-C * H-R
worin R1 und R2 unabhängig voneinander Alkyl mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen bedeuten und Cx ein chirales Kohlenstoffatom bezeichnet.wherein R 1 and R 2 are independently alkyl having at least 2 carbon atoms and C x denotes a chiral carbon atom.
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigezelle· mit einer chiralen ferroelektrischen smektischen Flüssigkristallschicht, deren Helixstruktur durch Einwirkung eines elektrischen Feldes derart beeinflußt wird, daß sich ihre optische Anisotropie ändert, einem Paar den Flüssigkristall einschließender, transparenter Platten, die mit einer die Moleküle des Flüssigkristalls ausrichtenden Oberflächenstruktur und mit Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes im Flüssigkristall versehen sind, und je einem Polarisator vor und hinter dem Flüssigkristall. Die Erfindung betrifft ferner chirale bzw. optisch aktive Verbindungen und flüssigkristalline Mischungen zur Verwendung in dieser Zelle sowie die Verwendung dieser Verbindungen für elektrooptische Zwecke.The present invention relates to a liquid crystal display cell having a chiral ferroelectric smectic liquid crystal layer whose helical structure is affected by an electric field to change its optical anisotropy, a pair of liquid crystal enclosing transparent plates having a surface structure aligning the molecules of the liquid crystal are provided with electrodes for generating an electric field in the liquid crystal, and a respective polarizer in front of and behind the liquid crystal. The invention further relates to chiral or optically active compounds and liquid-crystalline mixtures for use in this cell as well as the use of these compounds for electro-optical purposes.
-2- 282 543 Charakteristik des bekannten Standes der Technik-2- 282 543 characteristic of the known prior art
Der Effekt der Deformation einer Helixstruktur der voi stehenden Art durch ein elektrisches Feld ist in Ostrovski, B. I., Advances in Liquid Cystal Research and Applications, Oxford/Budapest, 1980, Seiten 469ff. beschrieben. Der Effekt wird in der Liteiatur gelegentlich mit der Abkürzung DHF für „Distorted Helix Ferroelectric" bezeichnet. In dem erwähnten Artikel wurde die Möglichkeit der Modulation eines Lichtstrahls mit einer Frequenz von 1 kHz und mit einem elektrischen Feld von weniger als 6 x 1(T3V/cm in Betracht gezogen. In der Folge schien sich jedoch herauszustellen, daß auf der Grundlage dieses Effekts keine praktisch brauchbare elektrooptischo Zelle zu verwirklichen ist.The effect of deformation of a helical structure of the voi standing type by an electric field is described in Ostrovski, BI, Advances in Liquid Cystal Research and Applications, Oxford / Budapest, 1980, pages 469ff. described. The effect is sometimes referred to in the literature as DHF for "Distorted Helix Ferroelectric." In the article mentioned, the possibility of modulating a light beam at a frequency of 1 kHz and with an electric field of less than 6 x 1 (T 3 As a result, however, it appeared that no practically useful electro-optic cell can be realized on the basis of this effect.
Ein bekannter, jedoch anders gearteter Effekt ist der sog. Surface Stabilized Ferroelectiic Liquid Crystal (SSFLC) Effekt von Lagerwall und Clark, bei dem ferroelektrische Flüssigkristalle in einer unverdrillten Konfiguration zur Anwendung kommen. Dieser Effekt ist in Mol. Cryst. Liq. Cryst. 94 (1983), 213-234 und 114 (1984), 151-187 beschrieben.A well-known, but different, effect is the so-called Surface Stabilized Ferroelectric Liquid (SSFLC) effect of Lagerwall and Clark, in which ferroelectric liquid crystals are used in an untwisted configuration. This effect is in Mol. Cryst. Liq. Cryst. 94 (1983), 213-234 and 114 (1984), 151-187.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer DHF-ZeIIe, die neben den bekannten Vorzügen des DHF-Effekts die für einon praktischen Einsatz als Lichtventil oder Anzeigezelle erforderlichen Eigenschaften aufweist.The object of the invention is to provide a DHF cell which, in addition to the known advantages of the DHF effect, has the properties required for practical use as a light valve or display cell.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Flüssigkristallanzeigezelle bezüglich der Abmessungen und Anordnung ihrer Bauteile so zu gestalten, daß sie die gewünschten Eigenschaften aufweist.The invention has for its object to make the liquid crystal display cell with respect to the dimensions and arrangement of their components so that it has the desired properties.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine DHF-ZeIIe der eingangs angegebenen Art, die sich dadurch auszeichnet, daß das Verhältnis d/p der Dicke d der Flüssigkristallschicht zur Ganghöhe ρ der schraubenförmigen Verdrillung größer ist als 5, der smektische Kippwinkei G0 /wischen 22,5° und 50° liegt und das Produkt d · Θ? · Δη · Ι/λ größer ist als 0,1 pm. Δη ist die Doppelbrechung und λ di'3 Wellenlänge des Lichts.According to the invention, this is achieved by a DHF cell of the type specified in the introduction, which is characterized in that the ratio d / p of the thickness d of the liquid crystal layer to the pitch ρ of the helical twist is greater than 5, the smectic tilt angle G 0 / wipe 22, 5 ° and 50 ° and the product d · Θ? · Δη · Ι / λ is greater than 0.1 pm. Δη is the birefringence and λ di'3 wavelength of the light.
Die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigezelle hat besonders günstige Eigenschaften, wenn d/p größer ist als 10, wenn Θο = 29° ist und wenn der Phasenfaktor größer als 1 ist.The liquid crystal display cell according to the invention has particularly favorable properties when d / p is greater than 10 when Θο = 29 ° and when the phase factor is greater than 1.
Für eine Betriebsart der Zelle, bei der die Intensität des durchgehenden Lichts proportional zur angelegten Spannung ist, beträgt erfindungsgemäß der Winkel β zwischen der Helixachse und der Polarisationseinrichtung des eingangsseitigen Polarisators 22,5° oder 67,5°.For an operating mode of the cell in which the intensity of the transmitted light is proportional to the applied voltage, according to the invention the angle β between the helical axis and the polarization device of the input-side polarizer is 22.5 ° or 67.5 °.
Für eine Betriebsart der Zelle, bei der die Intensität des durchgehenden Lichts proportional zum Quadrat der angelegten Spannung ist, beträgt der Winkel β zwischen der Helixachse und der Polarisationsrichtung des .,'ngangsseitigen Polarisators 0°,For a mode of operation of the cell in which the intensity of the transmitted light is proportional to the square of the applied voltage, the angle β between the helical axis and the polarization direction of the polarity-side polarizer is 0 °,
Erfindungsgemäß hat die Oberflächenstruktur der Platten eine die Flüssigki istallmoleküle planar ausrichtende Wirkung.In accordance with the invention, the surface structure of the plates has a planar aligning effect on the liquid molecules.
Erfindungsgemäß sind die Polarisatoren gekreuzt.According to the invention, the polarizers are crossed.
Ausführungsbeispielembodiment
Im folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:In the following, embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1: eine schematische perspektivische Darstellung eines kleinen Ausschnitts aus einer Flüssigkristallzelle nach einer1 is a schematic perspective view of a small section of a liquid crystal cell after a
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2: eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Speicherzeit von der angelegten Spannung.preferred embodiment of the invention; 2 shows a graphic representation of the dependence of the storage time on the applied voltage.
Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht die vorliegende Flüssigkristallzelle aus einer Flüssigkristallschicht 1, die zwischen zwei im wesentlichen zueinander planpaiallelen Platten 2,3 aus durchsichtigem Material, z.B Glas, Acryl-Glas, Kunststoffolien usw.As shown in Fig. 1, the present liquid crystal cell consists of a liquid crystal layer 1 sandwiched between two substantially planar plates 2,3 of transparent material, e.g. glass, acrylic glass, plastic films, etc.
angeordnet ist. Vor der vorderen Platte 2 befindet sich ein Polarisator 4, der vorzugsweise mit der Platte 2 verbunden, beispielsweise aufgeklebt ist. Entsprechend ist der hinteren Platte 3 ein Polarisator 5 zugeordnet. Die Platten 2; 3 haben einen Abstand d voneinander.is arranged. In front of the front plate 2 is a polarizer 4, which is preferably connected to the plate 2, for example glued. Accordingly, the rear plate 3 is assigned a polarizer 5. The plates 2; 3 have a distance d from each other.
Auf ihren dem Flüssigkristall 1 zugewandten Oberflächen weisen die Platte η 2; 3 die üblichen, zur Darstellung von Zeichen oder Bildpunkten segfientierten Elektrodenbeschichtungen auf. Auf dem hier dargestellten Ausschnitt aus einer Zelle ist lediglich ein einzelnes Elektrodensegment 6 auf der Platte 2 und ein gegenüberliegendes Elektrodensegment 7 auf der rückwärtigen Platte 3 gezeigt.On their surfaces facing the liquid crystal 1, the plate η 2; 3 shows the usual electrode coatings that have been blended to display characters or pixels. In the section of a cell shown here, only a single electrode segment 6 on the plate 2 and an opposite electrode segment 7 on the rear plate 3 is shown.
Die dem Flüssigkristall 1 zugewandten Oberflächen sind außerdem so behandelt, daß sia auf die angrenzende ι Flüssigkristallmoleküle eine Richtwirkung ausüben und damit die Richtung des Direktors bestimmen. Diese Behandlung besteht beispielsweise im Reiben der Oberfläche in einer Richtung zur Erzielung einer planaren Orientierung. Andere Mögi.'rhkeiten sind das Schrägaufdampfen orientierender Schichten, usw. Das Ergebnis dieser Behandlung wird für den Zweck dieser Beschreibung 3ls Oberflächenorientierung bezeichnet. Die Oberflächenorientierung auf den beiden Platten ist durch Pfeile dargestellt. Auf der hinteren Platte 3 ist die Oberflächenorientierung zu derjenigen auf der vorderen Platte parallel. Außer planarer Oberflächenorientierung können auch homöotrope Orientierung oder Kombinationen aus beiden in Frage kommen.The liquid crystal 1 facing surfaces are also treated so that sia exert on the adjacent ι liquid crystal molecules a directivity and thus determine the direction of the director. For example, this treatment involves rubbing the surface in one direction to achieve a planar orientation. Other possibilities are the oblique evaporation of orienting layers, etc. The result of this treatment is referred to for the purpose of this specification as the surface orientation. The surface orientation on the two plates is shown by arrows. On the back plate 3, the surface orientation is parallel to that on the front plate. Apart from planar surface orientation, homeotropic orientation or combinations of both can also be considered.
Der zur vorderen Platte 2 gehörende Polarisator 4 ist so angeordnet, daß er mit der Richtung der Oberflächenorientierung bzw. mit der Helixachse einen Winkel β einschließt. Der zur rückseitigen Platte 3 gehörige Polarisator 5 ist gegen den vorderen Pf 'arisator 4 um einen Winkel von 90° verdreht. Diese Anordnung der Polarisatoren 4; 5 stellt ein bevorzugtes A sführungsbeispiel dar. Es sind andere Polarisatoranordnungen möglich, mit denen ebenfalls gute Ergebnisse erzielbar sind.The polarizer 4 belonging to the front plate 2 is arranged so as to enclose an angle β with the direction of the surface orientation or with the helical axis. The belonging to the rear plate 3 polarizer 5 is rotated against the front Pf 'arisator 4 by an angle of 90 °. This arrangement of the polarizers 4; 5 illustrates a preferred embodiment. Other polarizer arrangements are possible with which good results can also be achieved.
Die geeigneten Polarisatoranordnunyen sind ohne weiteres durch einfaches Optimieren bestimmbar.The appropriate polarizer arrangements are readily determinable by simple optimization.
Der Flüssigkristall 1 ist ein chiraler smektischer ferroelektrischer, in der Litei atur häufig als smektisch C bezeichneterThe liquid crystal 1 is a chiral smectic ferroelectric, often referred to in the Litei atur as smectic C.
Flüssigkristall. Solche Flüssigkristalle sind aus der Literatur bekannt. Sie zeichnen sich dadurch aus, daß ihre Moleküle nicht senkrecht zu den smektischen Ebenen, sondern unter einem bestimmten Winkel, dem smektischen Kippwinkel Q0, angeordiiet sind. Die Chiralität besteht darin, ddß die Molekülrichtungen nicht in allen Schichten zueinander parallel sind, sondern von Schicht zu Schicht gegeneinander verdreht sind, so daß insgesamt eine schraubenförmige Verwindung entsteht. Bei planarer Oberflächenorientierung ist die Achso dieser schraubenförmigen Verdrillung parallel zu den Platten ausgerichtet. In Fig. 1 ist jeweils ein Molekül 8 pro smektische Schicht und die sich von Schicht zu Schicht fortsetzende schraubenförmige Verwindung der Moleküle gegeneinander entlang einer Helixachse 9 gezeigt. Der smektische Kippwinkel Θο ist der Winkel zwischen der Moleküllängsachse und der Helixachse 9. Die Ganghöhe der Helix im feldfreien Zustand des Flüssigkristalls ist p0. Wird an die Elektroden 6 und 7 eine Spannung angelegt, so entsteht im flüssigen Kristall 1 ein elektrisches Feld, das eine Umorientierung der Moleküle bewirkt. Von der symbolisch angedeuteten Spannungsquelle 10 kommen im praktischen Fall periodische Signale oder auch Ansteuerimpulse, die bei derLiquid crystal. Such liquid crystals are known from the literature. They are characterized by the fact that their molecules are not perpendicular to the smectic planes, but at a certain angle, the smectic tilt angle Q 0 angeordiiet. The chirality is that the molecular directions are not parallel to each other in all layers, but from layer to layer are rotated against each other, so that a total of a helical twist arises. With planar surface orientation, the axis of this helical twist is aligned parallel to the plates. In FIG. 1, one molecule 8 per smectic layer and the helical twisting of the molecules continuing from one layer to another along a helix axis 9 are shown. The smectic tilt angle Θο is the angle between the molecular longitudinal axis and the helix axis 9. The pitch of the helix in the field-free state of the liquid crystal is p 0 . If a voltage is applied to the electrodes 6 and 7, the result is an electric field in the liquid crystal 1 which causes a reorientation of the molecules. From the symbolically indicated voltage source 10 come in the practical case periodic signals or drive pulses, which in the
vorliegenden Zelle, wie nachstehend noch im einzelnen erläutert, gegensinnige Polarität haben können.present cell, as explained in more detail below, opposite polarity can have.
Im Ruhezustand, d.h. ohne angelegtes elektrisches Feld, zeigt die Zelle eine bestimmte Lichtdurchlässigktit. Durch Anlegen eines elektrisches Feldes wird die Helixanordnung der Moleküle deformiert, was eine Aenderung der Lichtdurchlässigkeit zur Folge hat. Zwischen den beiden Zuständen besteht ein optischer Kontrast. Die durch das elektrische Feld hervorgerufene Deformation der Schraubenstruktur bewirkt im wesentlichen eine Aenderung der Ganghöhe.At rest, i. without applied electric field, the cell shows a certain Lichtmittlässigktit. By applying an electric field, the helical arrangement of the molecules is deformed, which results in a change in the light transmittance. There is an optical contrast between the two states. The deformation of the screw structure caused by the electric field essentially causes a change in the pitch.
Je nach der Abhängigkeit der Intensität des Lichts von der angelegten Spannung sind zwei verschiedene Betriebsarten uöglich, nämlich die lineare, bei der die Intensität zur angelegten Spannung direkt, und die quadratische, bei der die Intensität zuin Quadrat der Spannung proportional ist.Depending on the dependence of the intensity of the light on the applied voltage, two different modes are possible, namely the linear, in which the intensity is proportional to the applied voltage, and the square, in which the intensity is proportional to the square of the voltage.
Der Effekt tritt auf, wenn der die flüssigkristalline Struktur durchlaufende Lichtstrahl eine Apertur a vorfindet,The effect occurs when the light beam passing through the liquid-crystalline structure has an aperture a,
2^ die mehreren Perioden D der schraubenförmigen Struktur 2 ^ the multiple periods D of the helical structure
' ο'o
entspricht. Auf diese Weise wird die elektrooptische Ausgangswirkung entlang der Schraubenrichtung gemittelt.equivalent. In this way the initial electro-optical effect along the helical direction is averaged.
Gegenüber Effekten, bei denen die schraubenförmige Struktur vollständig aufgehoben wird, z.B. dem sog. SSFLC-Effekt, besteht eine Reihe von wichtigen Unterschieden.In contrast to effects in which the helical structure is completely removed, e.g. the so-called SSFLC effect, there are a number of important differences.
1. Die Betriebsspannung hängt ab vom smektischen Kippwinkel θ , der Polarisation P im unverdrillten Zustand, dem1. The operating voltage depends on the smectic tilt angle θ, the polarization P in the untwisted state, the
Ort 0 C Place 0 C
Verhältnis von Schichtdicke zur Ganghöhe d/p und ist im allgemeinen niedriger als die zur Aufhebung der Helix benötigte Spannung U . Durch Erhöhung des Verhältnisses von Schichtdicke d zu Ganghöhe ρ und Vergrösserung des smektischen Kippwinkels θ ist es möglich, den Betriebs-Spannungsbereich zu erweitern.Ratio of layer thickness to pitch d / p and is generally lower than the voltage required to cancel the helix U. By increasing the ratio of layer thickness d to pitch ρ and increasing the smectic tilt angle θ, it is possible to expand the operating voltage range.
2. Der Effekt besitzt eine gute Modulationstiefe und ein hohes Kontrastverhäitnis sowie eine zur angelegten Spannung ungefähr proportionale Grauskala.2. The effect has a good modulation depth and a high contrast ratio as well as an approximately proportional to the applied voltage gray scale.
3. Der Effekt erlaubt eine durch die angelegte Spannungsamplitude gesteuerte Speicherung. Die Zeit t bis zur Rückkehr der Struktur zur ursprünglichen ungestörten Helixforra ist abhängig von der Viskosität und den elastischen Konstanten des Flüssigkristallmaterials, sowie von der Helixganghöhe. Ausserdem wird die Speicherzeit von den Oberflächenbedingungen beeinflusst. Für niedrige Werte der Ganghöhe kann die Speicherzeit von sehr kleinen Werten von etwa 10-100 usec. bis zu grossen Werten von 5-10 see. variiert werden.3. The effect allows storage controlled by the applied voltage amplitude. The time t until the structure returns to the original undisturbed Helixforra depends on the viscosity and the elastic constants of the liquid crystal material, as well as on the helical pitch. In addition, the storage time is influenced by the surface conditions. For low values of pitch, the storage time can be very small values of about 10-100 μsec. up to big values of 5-10 see. be varied.
4. Der Effekt beruht auf geringen Variationen der Direktor-4. The effect is based on minor variations of director
-Orientierung und verändert die Desinklinationswände im Anzeigebereich nicht. Infolgedessen sind Verzögerungszeiten im Anzeigebetrieb nicht zu beobachten.Orientation and does not change the desinting walls in the display area. As a result, delay times are not observed in the display mode.
5. Der Effekt ist bei planarer Konfiguration nicht empfindlich in Bezug auf die Wandorientierung. Die üblichen Methoden zur Wandorientierung wie bei nematischen Flüssigkristallen können verwendet werden.5. The effect is not sensitive to wall orientation in a planar configuration. The usual methods of wall orientation as in nematic liquid crystals can be used.
6. Der Effekt erlaubt die Anwendung von bipolaren Signalen6. The effect allows the application of bipolar signals
als auch von harmonischen Feldern mit einer charakteristischen Frequenz f.as well as harmonic fields with a characteristic frequency f.
7. Mit geeigneten Steuersignalen können mit dem Effekt auch optische Phasenunterschiede in der Flüssigkristallschicht so hervorgerufen werden, dass eine Farbumschaltung möglich ist.7. With suitable control signals, the effect can also cause optical phase differences in the liquid-crystal layer such that color switching is possible.
Wie bereits erwähnt, sind bevorzugte Parameter ein Verhältnis von Dicke d zu Ganghöhe ρ von mohr als 5, besonders bevorzugt mehr als 10. Der smektische Kippwinkel sollte bevorzugt 22,5 bis 50° und besonders bevorzugt 25°As already mentioned, preferred parameters are a ratio of thickness d to pitch ρ of less than 5, particularly preferably more than 10. The smectic tilt angle should preferably be 22.5 to 50 ° and particularly preferably 25 °
-C--C-
bis 40° betragen. Ferner sol]ce der Wert für den sog. Phasenfaktorto 40 °. Furthermore, the value for the so-called phase factor should be
grosser als 0,45, besonders bevorzugt grosser als 1 sein.greater than 0.45, more preferably greater than 1.
Der Flüssigkristall besteht beim vorliegenden Ausführungsbeispiel aus folgender Mischung: 26,1 Gew.% 5-Octyl-2-[p-(octyloxy)phenyl]pyrimidin, 17,1 Gew.% 5-Octyl 2-[p-(nonyloxy)phenyl]pyrimidin, 24,5 Gew.% 5-Octyl-2- -[p-(decyloxy)phenyl]pyrimidin und 32,3 Gew.% des chiralen ZusatzstoffesThe liquid crystal in the present embodiment consists of the following mixture: 26.1% by weight of 5-octyl-2- [p- (octyloxy) phenyl] pyrimidine, 17.1% by weight of 5-octyl 2- [p- (nonyloxy) phenyl ] pyrimidine, 24.5% by weight of 5-octyl-2- [p- (decyloxy) phenyl] pyrimidine and 32.3% by weight of the chiral additive
Allgemein können als chirale Zusatzstoffe Verbindungen der allgemeinen FormelGenerally, as chiral additives, compounds of the general formula
CH3 CH 3
• 2 COO-C*H-R• 2 COO-C * H-R
worin R und R unabhängig voneinander Alkyl mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen bedeuten und C* ein chirales Kohlenstoffatom bezeichnet, verwendet werden.wherein R and R are independently alkyl of at least two carbon atoms and C * is a chiral carbon atom.
Die Verbindungen der Formel I sind neu und ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Sie induzieren imThe compounds of the formula I are novel and likewise the subject of the present invention. They induce in
Flüssigkristallgemisch eine sehr hohe spontane Polarisation, sind chemisch stabil, farblos und gut löslich in üblichen Flüssigkristallmaterialien, insbesondere in ferroelektrischen smektischen Flüssigkristallen.Liquid crystal mixture a very high spontaneous polarization, are chemically stable, colorless and readily soluble in conventional liquid crystal materials, especially in ferroelectric smectic liquid crystals.
Der Ausdruck "Alkyl mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen" umfasst geradkettige und verzweigte Gruppen, insbesondere geradkettiges Alkyl mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen und Isoalkyl, wie Aethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl und dergleichen. DieThe term "alkyl having at least 2 carbon atoms" includes straight-chain and branched groups, especially straight-chain alkyl having at least 2 carbon atoms and isoalkyl such as ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl and the like. The
-ι ο-ι ο
1^ Alkylgruppen R und R besitzen vorzugsweise je 2-15, 1 ^ alkyl groups R and R preferably have 2-15 each,
1 2 besonders bevorzugt 2-9 Kohlenstoffatome. R und R können verschiedene oder vorzugsweise gleiche Bedeutungen haben.1 2 particularly preferably 2-9 carbon atoms. R and R may have different or preferably identical meanings.
Die Konfiguration an den Chiralitätszentren in Formel II ist vorzugsweise so, dass die chiralen Gruppen eine gleichsinnige spontane Polarisation induzieren. Vorzugsweise liegen beide chiralen Kohlenstoffatome in S-Konfiguration oder beide in R-Konfiguration vor, insbesondere wenn R und R die gleiche Bedeutung haben.The configuration at the chiral centers in formula II is preferably such that the chiral groups induce a co-directed spontaneous polarization. Preferably, both chiral carbon atoms are in the S configuration or both in the R configuration, especially when R and R have the same meaning.
Die Verbindungen der Formel XI können in an sich bekannter Weise nach üblichen Veresterungsmethoden aus 4,4"-p- -Terphenyldicarbonsäure und 2-Alkanolen hergestellt werden. Die Ausgangsmaterialien sind bekannte oder Analoge bekannter Verbindungen.The compounds of the formula XI can be prepared in a manner known per se by customary esterification methods from 4,4 "-p-terephenyl dicarboxylic acid and 2-alkanols.The starting materials are known or analogous known compounds.
Die Verbindungen der Formel II eignen sich insbesondere als chirale Dotierstoffe für flüssigkristalline Gemische. Die Erfindung betrifft daher ebenfalls ein flüssigkristallines Gemisch mit mindestens 2 Komponenten, ladurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Komponente eine optisch aktive Verbindung der Formel II ist. Vorzugsweise enthält das Gemisch ein Flüssigkristallmaterial mit getjlteter smektischer Phase und eine oder mehrere optisch aktive Verbindungen der Formel II.The compounds of the formula II are particularly suitable as chiral dopants for liquid-crystalline mixtures. The invention therefore also relates to a liquid-crystalline mixture having at least two components, characterized in that at least one component is an optically active compound of the formula II. Preferably, the mixture contains a liquid crystal material having a wetted smectic phase and one or more optically active compounds of the formula II.
-r--r-
Der Anteil an Verbindungen der Formel II in den erfindungsgemässen Gemischen kann in breiten Grenzen variieren und beispielsweise etwa 0,5-30 Gew.-% betragen. Bevorzugt ist im allgemeinen ein Bereich von etwa 1-20 Gew.-% und besonders bevorzugt ein Bereich von etwa 3-10 Gew.-%. 5The proportion of compounds of the formula II in the mixtures according to the invention can vary within wide limits and be, for example, about 0.5-30% by weight. In general, a range of about 1-20% by weight, and more preferably a range of about 3-10% by weight, is preferred. 5
Das Flüssigkristallmaterial mit getuteter smektischer Phase kann aus üblichen Materialien bestehen. Bevorzugt sind Materialien mit einer smektisch C-Phase, wie Derivate von Phenylpyrimidin, Phenylpyridin. Phenylbenzoat, Benzoesäurebiphenylester, 4-Biphenylcarbonsäure-phenylester mit einer smektisch C-Phase.The liquid crystal material with a tipped smectic phase may consist of conventional materials. Preferred are materials having a smectic C phase, such as derivatives of phenylpyrimidine, phenylpyridine. Phenyl benzoate, Benzoesäurebiphenylester, 4-Biphenylcarbonsäure-phenylester with a smectic C phase.
In der Zelle mit dieser Flüssigkristallmischung beträgt die Ganghöhe ρ 0,3 bis 0,4 μ bei 25°C, die Doppelbrechung Δη = 0,25. Der smektische Kippwinkel θ be-In the cell with this liquid-crystal mixture, the pitch is ρ 0.3 to 0.4 μ at 25 ° C, the birefringence Δη = 0.25. The smectic tilt angle θ is
trägt ca. 29° bei Raumtemperatur Die spontane Polarisationcarries about 29 ° at room temperature The spontaneous polarization
-8 2 P beträgt ca. 7·10 c/cm bei 25°C. Die Rotationsviskosität beträgt ca. 1 Poise. Die Flüssigkristallschicht in der Zelle hat eine Dicke von 3,6 um.-8 2 P is about 7 · 10 c / cm at 25 ° C. The rotational viscosity is about 1 poise. The liquid crystal layer in the cell has a thickness of 3.6 μm.
Die . oaanung U für die vollständige Aufhebung der Schraubanstruktur liegt bei ca. 2 V. Für diese Zelle beträgt die Ansprechzeit ungefähr 200 usec. Die Ansprechzeit ist für den gesamten Bereich der angelegten Spannung 0<U<U annähernd gleich lang.The . oaanung U for the complete removal of the screw structure is about 2 V. For this cell, the response time is about 200 μsec. The response time is approximately the same for the entire range of the applied voltage 0 <U <U.
Die bevorzugten Werte für den Winkel β sind β = 22.5°The preferred values for the angle β are β = 22.5 °
ir 3-irir 3-ir
(8) oder ß = 67,5° (8 ) tür die lineare( 8 ) or ß = 67,5 ° ( 8 ) door the linear
Betriebsart und ß = 0°. β = 45° (£). ß = 90°Operating mode and ß = 0 °. β = 45 ° (£). ß = 90 °
(—) für die quadratische Betriebsart. 30(-) for the quadratic mode. 30
Die so aufgebaute Zelle zeigt einen Kontrast von mehr als 100:1. In der folgenden Tabelle sind die Intensitätswerte I für eine Reihe von Spannungsamplituden angegeben. Die Spannung besteht aus Rechteckimpulsen. Die Werte gelten für die lineare Betriebsart.The cell thus constructed shows a contrast of more than 100: 1. The following table shows the intensity values I for a range of voltage amplitudes. The voltage consists of rectangular pulses. The values apply to the linear mode.
U [V] I [%]U [V] I [%]
O 1O 1
0,15 100.15 10
0,25 200.25 20
0,45 350.45 35
0.6 550.6 55
\.O 90 \ .O 90
1.5 991.5 99
1.75 981.75 98
2.0 972.0 97
2.45 802.45 80
2,6 652.6 65
2.95 502.95 50
3.3 403.3 40
4,0 354.0 35
5.15 355.15 35
Der maximale Intensitätswert ist 100%. Die ersten Werte im Spannungsbereich von O bis 2 Volt geben die erzielbare Grauskala wieder. Oberhalb von 2 Volt wird der Kontrast geringer, was auf den höheren smektischen Kippwinkel zurückzuführen ist. Bei Spannungen über 4,0 Volt wird die Helix vollständig abgewickelt.The maximum intensity value is 100%. The first values in the voltage range from 0 to 2 volts give the achievable gray scale. Above 2 volts, the contrast decreases, which is due to the higher smectic tilt angle. At voltages above 4.0 volts, the helix is completely unwound.
Im folgenden wird die Herstellung einer Verbindung derThe following is the preparation of a compound of
Formel II am Beispiel beschriebenFormula II described using the example
30 30
Eine Lösung von 2 g 4,4"-p-Terphenyldicarbonsäuredichlorid (herstellbar durch Umsetzung von 4.4"-p-Terphenyl- ^5 dicarbonsäure mit Thionylchlorid in Pyridin bei 800C) in ml trockenem Pyridin wurde mit 1,59 g S-(+)-2-OctanolA solution of 2 g of 4,4 "-p-Terphenyldicarbonsäuredichlorid (prepared by reaction of 4.4" -p-terphenyl- ^ 5 dicarboxylic acid with thionyl chloride in pyridine at 80 0 C) in ml of dry pyridine was treated with 1.59 g of S- ( +) - 2-octanol
"70-"70-
versetzt und 24 Stunden bei 200C gerührt. Anschliessend wurde das Reaktionsgemisch auf ein Gemisch von Eis una verdünnter Salzsäure gegossen. Das kristalline Produkt wurde abfiltriert, mit Wasser gewaschen und am Hochvakuum getrocknet. Chromatographische Reinigung und Umkristallisation ergab reines 4,4"-Di-[2(SJ-Octyloxycarbonylj-p-terphenyl mit Schmelzpunkt 81-R2°C.added and stirred at 20 0 C for 24 hours. Subsequently, the reaction mixture was poured onto a mixture of ice and dilute hydrochloric acid. The crystalline product was filtered off, washed with water and dried under high vacuum. Chromatographic purification and recrystallization gave pure 4,4 "di- [2 (SJ-octyloxycarbonyl-p-terphenyl, m.p. 81- R2 ° C.
In analoger Weise können die folgenden Verbindungen hergestellt werden: 10In an analogous manner, the following compounds can be prepared: 10
4,4"-Di-[2(S)-Hexyloxycarbonyl]-p-terphenyl; 4,4"-Di-[2(R)-Hexyloxycarbonyl]-p-terphenyl; 4.4"-Di-[2(S)-Heptyloxycarbonyl]-p-terphenyl; 4,/i"-Di-[2(R)-Heptyloxycarbonyl]-p-tet;phenyl; 4,4"-Di-[2(R)-Octyloxycarbonyl]-p-terphenyl;, Smp.4,4 "-Di- [2 (S) -exyloxycarbonyl] -p-terphenyl; 4,4" -Di- [2 (R) -xyloxycarbonyl] -p-terphenyl; 4.4 "di- [2 (S) -heptyloxycarbonyl] -p-terphenyl; 4: / i" -Di- [2 (R) -heptyloxycarbonyl] -p-tet; phenyl; 4,4 "di- [2 (R) octyloxycarbonyl] -p-terphenyl; m.p.
81-82°C;81-82 ° C;
4,4"-Di-[2(S)-Nonyloxycarbonyl]-p-terphenyl;, 4,4"-Di-[2(R)-Nonyloxycarbonyl]-p-terphenyl;,4,4 "-di [2 (S) -nonyloxycarbonyl] -p-terphenyl ;, 4,4" -di [2 (R) -nonyloxycarbonyl] -p-terphenyl;
4.4"-Di-[2(S)-Decyloxycarbonyl]-p-terphenyl;, 2^ 4,4"-Di-[2(R)-Decyloxycarbonyl]-p-terphenyl;.4.4 "-Di- [2 (S) -decyloxycarbonyl] -p-terphenyl ;, 2 ^ 4,4" -di [2 (R) -decyloxycarbonyl] -p-terphenyl;
Die spontane Polarisation Ps wurde anhand eines Gemisches von 5 Gew.-% 4,4" Di-[2(S)-Octyloxycarbonyl]-p-terphenyl und 95 Gew,-% 4-Octyloxybenzoesäure-4-hexyloxyphenylester untersucht. Das Gemisch besass bei 400C einen Ps-WertSpontaneous polarization Ps was assayed on a mixture of 5% by weight of 4.4% di- [2 (S) -oxyloxycarbonyl] -p-terphenyl and 95% by weight of 4-octyloxybenzoic acid 4-hexyloxyphenyl ester at 40 0 C a Ps value
2 von 8,8 nC/cm . Der extrapolierte Ps-Wert für 4,4"-2 of 8.8 nC / cm. The extrapolated Ps value for 4.4 "-
-Di-[2(S)-Octyloxycarbonyl]-p-terphenyl bei 400C beträgtDi- [2 (S) -Octyloxycarbonyl] -p-terphenyl is at 40 0 C
176 nC/cm .176 nC / cm.
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Family Applications (1)
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1988
- 1988-09-16 DD DD88319871A patent/DD282543A5/en not_active IP Right Cessation
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