DE2121085A1 - Flüssigkristall Zelle - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland ■ Dn.-ing. R. König

Dipl.~Ing. K. Bergen

Patentanwälte · 4aoa Düsseldorf ■ Cecifienallee 7S · Telefon 43273s

Unsere Akte: 26 617 28_β April 1971

RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza, New York. N.Y. 10020 (V.St.A·)

»Flüssigkristall-Zelle »

Die Erfindung bezieht sich auf elektro-optische, lichtstreuende Bauteile, insbesondere auf solche, bei denen das wirksame Medium eine Flüssigkristall-Zusammensetzung enthält.

Thermotropische, nematische Flüssigkristalle sind Flüssigkeiten mit langgestreckten, polaren Molekülen, Eine Art dieser Kristalle richtet sich selbst normalerweise in einem elektrischen Feld so aus, daß ihre nächsten Nachbarn parallel zueinander liegen* Diese Ausrichtung führt zu einer Veränderung der Lichtstreueigenschaften dieser Materialien. Bei einem anderen Typ nematischer Flüssigkristalle wird Turbu·· lenz erzeugt, wenn sie zwischen zwei transparente Elektroden ä gebracht werden und ein elektrischer Strom durch sie hin— durchgeführt wird, der die Ausrichtung zerstört und zu einer Streuung des auf die Kristalle gerichteten Lichts führt. Wenn dieser letzte Typ nematischer Flüssigkristalle mit einer cholesterinartigen Substanz kombiniert werden, tritt ein Speichereffekt ein.

Ein wirkungsvoller Betrieb der Flüssigkristalle bei der Verwendung in elektro-optischen, lichtstreuenden Bauteilen ist auf einen Temperaturbereich beschränkt, der von der Art der benutzten flüssigen Kristalle abhängt. Dieser Temperaturbereich liegt im allgemeinen zwischen den Übergangstampsraturen, bei den^n die flüssigen Kristalle entweder in einen fe-

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sten oder einen isotropen Flüssigkeitszustand übergehen.

Die eigentliche kommerzielle Anwendung von Flüssigkristall len in den verschiedensten Bereichen, wie z.B. bei Fen·» stern, Spiegeln und Flugzeugeinrichtungen hängt in großem Maße von dem Betriebs-Temperaturbereich der Flüssigkristall-Zusammensetzung ab. So muß Z₀B₀ ein Fenster, das vom durchsichtigen in den durchscheinenden Zustand versetzt werden kann, Wintertemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts und Sommertemperaturen über 4O⁰G standhalten. Folglich sollten die Übergangstemperaturen der Flüssigkristall-Zusammen-· Setzung, d,h. die Temperaturen, bei denen die Zusammensetzung entweder kristallisiert oder eine isotrope Flüssigkeit wird, unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser- und höher als 40°C liegen. Mit den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen wird dieses Ziel erreicht.

Erfindungsgemäß besitzt eine Flüs8igkristall-»Zelle zwischen einem Elektrodenpaar eine Flüssigkristall-Zusammensetzung, die eine Mischung von mindestens zwei Verbindungen beinhal«* tet, die den Gruppen mit den Formeln

^Gn^H2n-M°

0 -(T^HJH=N -/J)-O-C^CH₂-CH-CH₂-CH₃

CH

angehören.

Anhand der beigefügten Zeichnung « in der eine einfache Flüs sigkristall-Zelle perspektivisch dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert«,

Die Flüssigkristall-Zelle 10 besitzt ©ine Schicht 12 einer Flüssigkristall-Zusammensetzung_s die sich zwischen einer vorderen durchsichtigen Stützplatte 14 und einer hinteren

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Stützplatte 16 befindet. Die vordere Stützplatte 14 weist an ihrer inneren Oberfläche eine durchsichtige Elektrode 18 auf. Die hintere Stützplatte ist in ähnlicher Weise an ihrer inneren Oberfläche mit einer Elektrode 20 versehene Wenn Licht durch die Zelle hindurchgeleitet werden soll, ist sowohl die hintere Elektrode ZO als auch die hintere Stützplatte 16 durchsichtig. Wenn die Zelle Licht reflektieren soll, kann die hintere Elektrode reflektierend ausgebildet sein*

Es hat sich nun herausgestellt, daß Flüssigkristall-Zellen, die Mischungen von Flüssigkristallen gemäß den Formeln

^Cn^H2n₊1 °

-. .0 -/(j)- GH«N -O)V- 0-C-GH₉-CH-CH₉-CH 2n+1 V^y V**-^/ 1 2

aufweisen, worin η eine ganze Zahl zwischen 1 und 7 und m eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 bedeutet, den zuvor definierten Temperaturbereich über weite Grenzen von unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser bis weit über 40° aufweisen. Bei bevorzugten Zusammensetzungen wird mindestens eine Verbindung der ersten Gruppe mit mindestens einer Verbindung der zweiten Gruppe verwendet.

Beispiele besonders vorteilhafter Mischungen sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Die mit "A" bezeichnete Verbindung hat die Formel

und besitzt einen nematischen Bereich von 22⁰C bis 48⁰C.

Die mit ¹¹B" bezeichnete Verbindung besitzt die Formel

CaHq und weist einen nematischen Bereich von 36^UC bis 78^UC auf.

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Die mit "C" bezeichnete Verbindung hat die Formel

CH=N·

CH₃O

Bereich von 35⁰C bis 76⁰C.

c mit einem mesomorphen

Zusammensetzung	C	CN	0C	NL
A B	33.3	unter		65
33.3 33.3	50	unter	-40	70
50 0	50		-40	84
0 50	0	unter	-7	52
70.2 29,8		-40

Die mit "CN" überschriebene Spalte gibt die Übergangstemperaturen vom festen, kristallinen zum mesomorphen oder Flüssigkristall-Zustand an. Die mit "NL" überschriebene Spalte gibt die Übergangstemperaturen vom Flüssigkristall-Zustand zum isotropen, flüssigen Zustand an. Der Temperaturbereich des Flüssigkristall-Zustandes liegt daher zwischen der CN-Temperatur und der NL-Temperatur.

Eine erfindungsgemäße Flüssigkristall-Zelle der in der Zeichnung dargestellten Art, die die erste in der Tabelle wiedergegebene Zusammensetzung enthielt, wurde unter Gleichstrom-Anregung zwischen -25⁰C und 65⁰C betrieben. Diese Zelle kann auch mit Wechselstrom-Anregung betrieben werden.

Im Rahmen der Erfindung hat sich auch herausgestellt, daß das erfindungsgemäße Bauteil den eingangs beschriebenen Speichereffekt aufweist, wenn die nematische Flüssigkristall-Mischung ein optisch aktives Isomer, wie beispiels-

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weise ein solches der durch die Formel

^Cn^H2n₊1 ° \J- ^CH=N

definierten Verbindungen anstelle einer razemischen Mischung solch einer Verbindung enthält. Es wird angenommen, daß der Grund dafür darin liegt, daß die rechts- oder links drehenden optischen Isomere sich in der Cholesterin-Mesopha se befinden, während die razemische Mischung nematisches Verhalten zeigt.

Eine Zelle mit einer ungefähr 12,5 μ dicken Schicht einer im Gewichtsverhältnis 1:1 hergestellten Mischung von

0
1-Isomer CH,0 -/^V- CH=N -/*%■ 0-C-CH₀-CH-C₀H,-

mit ^CH3°~CIy ^CH=N~C/ ^C4^H9 ^{war ohne} ^*¹^¹**S^tes Signal durchsichtig. Sobald 5Obis 100 Volt Gleich- oder Wechselstrom (100 Hz) angelegt wurden, erschien die Zelle zufolge der Lichtbrechung weiß. Der Fortfall des elektrischen Feldes führte nicht zur Relaxation des Brechungszustandes, Dieser kann durch Anlegen eines 50 bis 100 Volt Wechselstromsignals mit 1.000 bis 10,000 Hz aufgehoben werden, "

Die Verwendung solcher optischer Isomere, z.B. des 1-Isomer

0 H
von CH₃0-^3~^CH=N"^3" C-C-CH₂-C-C₂H₅ anstelle der be-

4h₃

kannten Cholesterin-Derivate, wie Cholesteryloleat, als cholesterinartige Substanz in den Zellen mit Speichereffekt hat unter anderem den Vorteil, daß die Ansprechzeiten der derartige Isomere enthaltenden erfindungsgemäßen Zellen schneller sind als die bekannter Speicherzellen, wobei gleichzeitig ein weiter Temperaturbereich für einen wir-

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kungsvollen Betrieb garantiert ist.

Die optisch aktive Verbindung kann entsprechend der nachfolgend angegebenen Synthese hergestellt werden, wobei vom optisch aktiven Methyl-Butyl-Bromid, z.B. 1-Isomer-2 Methylbutylbromid ausgegangen wird.

BrCH₉ CH-C₉H,--2 ι 2 5 CH₃

Mg_

S0C1.

Ho₂C CH₂CH-C₂H₅-CH,

MgBrCH₂CH-C₂H₁ CH₃

CO,

CIOCCH₂ C-C₂H₅ CH₃

+
N=CH

^{0 C}n^H2n+1

/-ITT ft TT

»~Γ 2^tt5 CH,

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Claims (1)

1. Patentansprüche;

   Elektro-optische Lichtstreuzelle, dadurch ge·» kennzeichnet , daß zwischen Elektroden (18, 20) eine Schicht (12) einer Flüssigkristall-Zusammensetzung angeordnet ist, die aus einer Mischung von Verbindungen gemäß den Formeln

   (B)

   besteht, wobei η eine ganze Zahl zwischen 1 und 7 und m eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 bedeutet, und daß im Falle des Vorhandenseins einer Verbindung der Gruppe B die Mischung mindestens eine Verbindung der Gruppe A aufweist„

   β Elektro-optische Zelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Eingeben aktivierender Signale erlaubende Anschlüsse«

   3β Elektro-optische Zelle nach Anspruch 1 oder 2,

   da

   durch gekennzeichnet

   daß die Flüs

   sigkristall-Zusammensetzung eine Mischung aus mindestens zwei Verbindungen der aus

   I=N-O-C₄H₉

   CH₅O

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   £ ! £ J UÖÖ

   bestehenden Gruppe enthält«

   4β Elektro-optische Zelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeic h net, daß die Mischung ungefähr 33 bis 50 Mol-%

   enthält.

   5_β Elektro-optische Zelle mit einer zwischen Elektroden angeordneten Flüssigkristallschicht, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkristall-Zusam« mensetzung eine Mischung von nematischen Flüssigkristallen mit einem optischen Isomer einer Verbindung enthält, deren razemische Mischung nematisch ist,

   6. Elektro-optische Zelle, dadurch gekennzeichnet , daß die zwischen Elektroden angeordnete Flüssigkristall-schicht aus einer Mischung von mindestens einem nematischen Flüssigkristall mit einem optischen Isomer gemäß der Formel

   ^Cn^H2n+1 ° \O/ ^CH=N
   besteht, wobei η eine ganze Zahl von 1 bis 7 ist„

   7. Elektro-optische Zelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkristall-Zusammensetzung mindestens eine nematische Verbindung ge mäß der Formel

   ^Cn^H2n₊1 °y
   mit einem optisch aktiven isomer gemäß der Formel

   ^Cn^H2n+1

   enthält,

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   8β Elektro-optische Zelle nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkristall-Zusammensetzung eine Mischung von mindestens einer von

   CH=N

   CH=N

   C₄H_g und
   ausgewählten Verbindung mit einem optisch aktiven Isomer von

   CH^O

   CH=N

   0—C—CHp-CH"«C CH,

   enthält.

   9. Elektro-optische Zelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das optisch aktive Isomer das 1-Isomer von

   CH,0

   CH=N

   0-C-CH₂-CH-C₂H₅

   CH

   ist.

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   AO

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