DE2235387A1

DE2235387A1 - Fluessigkristalline zusammensetzungen und deren verwendung zur erzeugung von bildern

Info

Publication number: DE2235387A1
Application number: DE2235387A
Authority: DE
Inventors: James E Adams; John B Flannery; Werner E L Haas; Bela Mechlowitz
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1971-09-13
Filing date: 1972-07-19
Publication date: 1973-03-22
Also published as: CA1003632A; FR2248084A1; JPS4837380A; US3816113A; NL7212433A; GB1410221A

Description

DIpI.-Ing, A, On->c~i'r. Dt.-lng. H. Kinif.''i*v

Dr.-Ing. W Srcr*-■■** ■ !^235387

S München 22, Ni nt iv'tinte. 49 ·. *

Xerox Corporation

Xerox Square

!Rochester, Hew York 14603

Flirssigkristalline Zusammensetzungen und deren zur: Erzeugung you Bildern

Di-3 Erfindung betrifft flüssigkristalline Zusanmensetzizngen sowie deren Verwendimg sup Erzei^gmig von Bildern. Sie "betrifft insbesondere solche Zusammensetzungen mit erweiterten nema~ tischen mesomorphen Temperaturbereichen, die "beträchtlich breiter sind als die jeniges, der Einzslkomponenten der Znsajomensetzungen, die bei. verhärbnismäßig tiefen femperaturen beständig sind, sowie deren Verwendmig bei elalrbrooptischen Inwendungszv/ecken.

Flüssigkristalline Substaas.en v/eisen iDa^sikalische Eigenschaft ten auf, von denen einige typisch für Flüssigkeiten sind₉ während andere typisch für feste Kristalle siado Die Bezeichnung "Flüssigkristalle" besieht sioh allgeBieis auf Substanzen,

welche diese dualen Eigenschaften aufweisen. Flüssigkristalle treten bekanntlich in drei verschiedenen Formen auf: der smektischen, der nematischen und der cholesterischen Forin. Diese Strukturformen werden manchmal als Mesophaeen bezeichnet, wodurch angedeutet v/ird, daß es sich dabei um.Zustände zwischen den flüssigen und kristallinen Zuständen handelt. Die drei oben erwähnten Mesophasenformen von Flüssigkristallen sind durch verschiedene physikalische Strukturen charakterisiert, in denen die Moleküle der Verbindung in einer solchen Struktur angeordnet sind, die für jede der drei mesomorphen Strukturen charakteristisch ist. Jede dieser Strukturen ist auf dem Gebiet der Flüssigkristalle an s,ich bekannt.

In der smektischen Struktur sind die Moleküle in Schichten angeordnet, deren Hauptachsen etwa parallel zueinander und etwa senkrecht zu den Ebenen der Schichten verlaufen. Innerhalb einer gegebenen Schicht können die Moleküle in gleichmäßigen Reihen oder willkürlich innerhalb der Schicht verteilt angeordnet sein, jedoch sind in jedem Falle die Hauptachsen (größeren Achsen) noch etwa senkrecht zur Ebene der Schicht. Die Anziehungskräfte zwischen den Schichten sind verhältnismäßig schwach, so daß sich die Schichten frei gegeneinander bewegen können, so daß die smektische flüssigkristalline Substanz die mechanischen Eigenschaften einer planaren oder zweidimensionalen . seifenähnlichen Flüssigkeit (Fluid) aufweist. In der nematischen Struktur liegen die Hauptachsen der Moleküle etwa parallel zueinander, jedoch sind die Moleküle nicht in definierten Schichten angeordnet wie im Falle der smektischen Struktiir. Die Empfindlichkeit der optischen Eigenschaften von nematischen Flüssigkristallen gegenüber elektrischen Feldern macht diese Materialien außerordentlich wertvoll für elektrooptische Anwendungszwecke. Zum Beispiel ist die dynamische Streuung vielen Materialien eigen, die nematische flüssigkristalline Mesophasen aufweisen. Der Zustand der sogenannten "dynamischen Streuung" tritt auf, wenn ein Ionenstrom durch das nematische

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Flussiglcristallmaterial geleitet wird und das nematogene Material nisire ein nicht-selektives 3JcM;streuendes Aiassches. an.. Von diesem Phänomen kann in elektrooptischen Vorrichtungen ₄ "heispielsv/eise in Bilder zeugtmgss;·' st e^nen (Bildpr-o j ekt ionssywtemen) Gebx-aac'li gemacht v/erden<> Kin schwerwiegender ITacliteil in Bezug auf die potentielle Verwendung von nematogeneii Materialien in elektrooptischen Vorrichtungen waren bisher jedoch die verhältnismäßig hohen 5ei;:;pe:eatiij?e:a_? bei denen die Mehrheit der "bekannten nematischen Materialien raesomorph wird« Bloktrooptisclie Yorrichtu'ccen werclen. in der Regel bei Baiuatemperat'or oder in der Kähe von Kauiaterripej-atur betrieTäen«. ¥orrichtunseiii in denen derartige nematische Flüssigkristallmaterialien verisrendet YJÜrden_s wurden die Terwendiing einer BusätÄ-lichen Vorrichtung erforderlich machen _? um die 'lemperatia? des .t'lüssigkristalj-iiien Materials innerhalb seines piesomorphon Bereiches su halten, wodurch der Gesamtaufbau der Vorrichtung in une3??a.msc.hter'¥/eise kompliziert ?Äirde₀

Vor kuraem ist nun ein nematogenes Material vorgeschlagen ?iorden, das bei Baurotemperatur flüssigkristallin ist. In -^8Ü Angewandte Gheaie", internationale Ausgebe, 8, 884 (1969)₉ ist die Herstellung von p-Iäethoscybe-nssyliden-p' -n-butylanilin (ABUSA) der

Formel beschrieben:

GH = Η—( ( λ V-Oy₁H.

das einen nematischen mesomorphen Bereich von etwa 20 bis etwa 41°C aufweist. Zwar hat sich diese Verbindung als sehr brauchbar in verschiedenen elektrooptischen Systemen erwiesen, jedoch besteht weiterhin ein Bedürfnis nach flüssigkristallinen Materialien, die eine nematische Mesophase bei Raumtemperatur oder in der Uähe von Raumtemperatur aufweisen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, neue flüseig-

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kristalline Materialien und neue flüerÄgkristalline Zusammensetzungen anzugeben, welche die oben genannten vorteilhaften Eigenschaften aufweisen, welche insbesondere nematische mesomorphe Temperaturbereiche aufweisen, die beträchtlich breiter sind als diejenigen der Einzelkoraponenten. Ein weiteres Ziel der Erfindung 1st es, flüssigkristalline Zusammensetzungen anzugeben, die bei Raumtemperatur oder in der Nähe von Raumtemperatur eine nematische Mecophase aufweisen, für elektrooptische Anwendungszwecke geeignet sind und in elektrooptischen Abbildungsvorrichtungen verwendet werden können.

Diese und weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden durch neue flussi£kristalline Zusammensetzungen erreicht, die durch Vermischen von flüssigkristallinen Verbindungen der allgemeinen FormeI

mit einer bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen beständigen nematischen Mesophase gebildet werden. Flüssigkristalline Verbindungen bzw. Flüssigkristallverbindungen, die sur Klasse der Verbindungen der allgemeinen Formel gehören

R₁-O-(Q

in de χ· R^ und Rp

spezielle Kombinationen von Alkylgruppen bedeuten, sind in der von der gleichen Anmelderin am gleichen Tage unter dem internen Aktenzeichen P 47^9 eingereichten Patentanmeldung beschrieben. Bei diesen Verbindungen handelt es sich um die in der folgenden Tabelle I aufgezählten Verbindungen:

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labelle I

C₇H₁₅

smektisch

„(^öc) __

7-4-6

nematisch 39-59

46-75

!ame

^G4^H9	24-54	54-71
C4.K9	425-70	70-78 ·
Ö4-H9	29-76	76-77,5
^w 3	*(49)-66	66-68 ■
C₂H₅	42-52	52-67
CH.	35-45	45-64-

p-n-Propo^ybenayliden-ρ'-n-butylanilin

p-n-Butoxybenzylidenp' -n-buty 1 aiii 1 in

p-n-Pentyloxybensylidenp'-n-butylanilin

p-n-Hexyloxybenaylidcn-ρ'-n-butylanilin

ρ -η-Hep ty 1 oxyb ens.ylidesp⁸-n-butylanilin

p-n-But ox:yb enzy lidenp-toluidin

p-n-Butoxybenzylideji-

p'-äthylanilin

p-n-Pentyloxybenzyliden-

p-toluidin

*monotroper Übergang

Daraus ist zu ersehen, daß die in -der genannten Patentanmeldung beschriebenen neuen Verbindungen, ,jeweils eine nematische Mesophase aufweisen, die bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen, d.h. in der Nähe von Bäumtemperatur_s beständig ist_o Diese Yer~" bindungen haben sich als kochst "vor-teilhaft für die Verwendung auf verschiedenen elefctr-ooptischen liiSyenduiigsgebieten, x^ie s.B, in Abbildungsvorrichtung©?2_s

Es wurde nun überraschend gefunde3a_s _ daß durch Verwendung eisiger der in der vorstehenden tabelle 1 aiifgesäliltezs, Verbindungen zusammen mit anderen Vertretern der gleichen allgemeinen Elasss

Zusammensetzungen hergestellt werden können, die beträchtlich breitere nematische mesomorpheTemperaturbereiche aufweisen als die Einzelverbindungen. Die Erfindung geht nun von Flüssigkristallzusammensetzungen des eingangs geschilderten Typs aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß sie bestehen aus Gemischen von

~ ~ -C₄H₉ und C₄H₉-O-Zo'

— Γ—\ /—\ —' Gemischenvon C^Hc-O-(O)-CH=N-(OV-Cz₁H₉ und ,; Gemischenvon C₀H^-O-(OVCH=N-/OV*°₄H_C

,; Mischungen von

Η_ς und CH-^-O-(O V-CH»N-<OV-^GZL^Ha» Mischungen von

und
Mischungen von

,; und

und CH,-0-ZrSV-CH-N-^Vc₄H₉.

Bei den neuen flüssigkristallinen Zusammensetzungen der Erfindung handelt es sich um Mischungen von p-Methoxybenzyliden-p'-nbutylanilin (nachfolgend abgekürzt mit ABUTA) und p-n-Butoxybenzyliden-p'-n-^itylanilin (nachfolgend abgekürzt mit BOBUTA), um Mischungen von p-Ä'thoxybensyliden-p' -n-butylanilin

und R₂ » C₄H₉) (nachfolgend abgekürzt mit EOBUTA) und ABUTA , Mischungen von EOBUTA und BOBUTA, Mischungen von pn-Butoxybenzyliden-p'-äthylanilin (nachfolgend abgekürzt mit BOETHA) und ABUTA, Mischungen von BOETHA und EOBUTA, Mischungen von p-n-Pentyloxybenzyliden-p' -n-butylanilin (nachfolgend abgekürzt mit PENTOBUTA) und ABUTA und Mischungen von p-n-Hexyloxybenzyliden-p¹-n-butylanilin (nachfolgend abgekürzt niit HEXOBUTA) und ABUTA. Wie aus dem Nachfolgenden hervorgeht, besteht είητ außerordentlich wichtiges Charakteristikum dieser neuen Zusammensetzungen darin, daß sie in der Regel nematische

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Mesophasen aufweisen,, die oei laiaste-Bper-atiir ©der ©t^a© darunter "feeetändig eis.fi imä sioli in Qinigea 3?äll©a In sig nifikanter Weise bis auf iiata? O⁰C e^srteeeks&o Bi©s s daß die erfindiingsgemäBsii S-ßsafflmeassta^mg^a höefest sind, wenn sie auf TerscMedsaen elektrooptischen law gebieten eingesetzt T/erden _s da sie des. @esamtaufbau ±ίά ge- wünsclit-oi Sinne T©r-einfaeheao Sie Isömisa sweclnaäßig für else

leihe von elektrooptischen Anwendungsgebiete&, wie SoB, Projekticnsr.ellen (Bilderzeugimgszellen) ^er-wendot werden₉ beim Anlegen eines elektrischsa leides isiaer-.ausreieiaeaden Größe, beispielsweise von mehr als etwa 3CK3O ¥©lt/ea₂ sich die optischen Eigenschaften der Materialien „änäer-a und das Tor dem Anlegen des Feldes praktisch transparente Flüssigkristallmaterial "mattiert¹" wird₉ d*li_{o 9} daß sie eine dpiaaische Streuung aufweisen;»* Gegenstand aes^j Br-fiadiiag ist- feraer eis n zum Überführen elaes flüssigkristallinen Materials einem optisch traaspareatesi ^ustaad la ©inen iielitstreuenden Zustand, das ela&ureli gekennzeichnet ist„ daß man-©in flüssigkristallines Material, wie es wsitez? ©ben beschrieben ist, herstellt und an das flüssigkristalline Material ein elektrisches Feld anlegt, dessen Stärke für eizie Überfütoung ües flüssigkristallinen Materials ia eiaen lichtsteeueaden Zustand ausreichend groß ist·

Gegenstand der Erfindung Ist ferner ein Äbbildungsverfahren unter Verwendung eines flüssigkristallinen Materials, das dadurch gekennzeichnet ist, daß n?an eise Schicht aus einem flüssigkristallinen Material in Form einer Bildkonfigmration zwischen zwei Elektroden anordnet, von denen mindestens eine ia wesentlichen transparent ist und wobei das flüssigkristalline Material eine Verbindung gemäß Anspruch 1 enthält, und daß man an das flüssigkrißtallinö Material ein elektrisches Feld anlegt, dessen Stärke für die überführung des flüssigkristallinen Materials in einen lichtstreuenden Sustand ausreichend groß ist, wodurch ein sichtbares Bild erzeugt wird.

'(Bezüglich näherer Einzelheiten vgl. G.H. Heilmeier et al, ^wProc. IEEE", j56, 7 (1%8)),

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen derselben in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor. Darin bedeuten:

Figuren 1 bis 7·graphische Darstellungen, welche des eutektische Verhalten der Jeweiligen erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bei variierenden Molverhältnissen der einzelnen Komponenten erläutern;

Fig. 8 eine z.T. schematische Querschnittsansicht einer flüssigkristallinen Bilderzeugungsvorrichtung;

Fig, 9 eine z.T. schematische isometrische Ansicht einer Ausführung s form einer flüscigkrietallinen Bilderzeugungsvorrichtung, in der das gewünschte Bild durch die Gestalt mindestens einer der Elektroden definiert ist;

Fig. 10 eine z.T. schematische isometrische Ansicht einer Ausführungsform einer flüssigkristallinen Abbildungsvorrichtung und

Fig· 11 eine z.T. schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer flüssigkristallinen Bilderzeugungsvorrichtung, in der mindestens eine der Elektroden eine photoleitfähige Oberfläche aufweist.

Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendeten Einzelverbindungen werden hergestellt durch Kondensation des jeweiligen p-n-Alkoxybenzaldehyds mit einem geeigneten p-n-Alkylanilin in unter Rückfluß siedendem Äthanol. i Das Sieden unter Rückfluß wird einige Stunden lang forgesetzt und das Lösungsmittel wird dann durch Destillation entfernt. Die auskristallisierenden Produkte werden dann durch wiederholte Umkristallisation aus einem geeigneten Lösungsmittel,

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beispielsweise Methanol oder Petrolather, gereinigt. Nähere Einzelheiten bezüglich der zur Herstellung dieser Verbindungen angewendeten Verfahren sind in der von der gleichen.Anmelderin am gleichen Tage unter dem internen Aktenzeichen P 4-74-9 eingereichten Patentanmeldung angegeben· Die Zusammensetzungen werden hergestellt, indem man geeignete Mengenanteile der gewünschten Bestandteile abwiegt, sie in einem Gefäß, beispielsweise einem GlasBecher, miteinander bereinigt und unter Mischen auf die isotropen Übergangstemperaturen der jeweiligen Bestandteile erhitzt, um eine homogene Zusammensetaung zu gewährleisten. Die Temperatur, bei der die übergänge von dem nematischen mesomorphen Zustand in den isotropen Zustand auftreten, wie sie in den Figuren 1 bis 7 für die ^Jeweiligen Zusammensetzungen angegeben sind, wurden aurei? thermisch,© Bifferentialanalyse unter Verwendung eines mit Chrome1-AlumeI« Thermoelementen ausgestatteten thermischen Differentialanalysatore des Typs 900 der Firma DuPont bestimmte Die Thermogramme wurden bei einer Erhitzungsgeschwindiglceit von 10⁰G pro Minute erhalten und die Temperatur zu Beginn der- ÜbergangszustandsendotherBse wurde als charakteristische Temperatur genommen. Die Temperatur wurde durch lineare Extrapolation, der Kurven der Endotherme -bis au ihrem Schnittpunkt mit der Grundlinie ermittelt. Das Auftreten der- Zustände wurde mittels eines op*· tischen Polarisationsmikroskops beobachtet.,· Proben dieser Zusammensetzungen wurden in Form von dünnen filmen zwischen Glas deckplättchen gebracht und durch ein Leits Ortfesliax» Polarisationsmikroskop mit einem kalibrierten heizbaren Objekttisch betrachtet· Es wurde festgestellt, daß die visuell beobachteten Texturänderungen innerhalb von 2⁰G mit ä©n bei der thermischen Analyse beobachteten Pbasenübergärigea übereinstimmten.

Die Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen stellt eine graphische Darstellung dar, welche das eutektische Verhalten von aus verschiedenen Molmengen von BOBUTÄ und ABUTA hergestellten

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Zusammensetzungen erläutert. Der nematische mesomorphe Temperaturbereich von BOBTJTA liegt bei etwa 46 bis etwa 75°C und derjenige von ABUTA liegt bei etwa 20 bis etwa 4-1⁰C. Daraus ist zu ersehen, daß die Zusammensetzungen erweiterte nematische mesomorphe Temperaturbereiche aufweisen, die im allgemeinen progressiv ansteigen, wenn der Gewichtsprozentsabz an BOBUTA zunimmt, und die ein Maximum bei etwa 55 bis etwa 65 Gew.-% BOBUTA erreichen.

Die Fig. 2 der beiliegenden Zeichnungen erläutert das eutektische Verhalten von aus variierenden Gewichtsprozentsätzen an EOBUTA und ABUTA hergestellten Zusammensetzungen. Der'nematische mesomorphe Temperaturbereich liegt bei EOBUTA bei etwa 38 bis etwa 82⁰C. Die Zusammensetzungen weisen erweiterte nematische mesomorphe Temperaturbereiche.auf, die bei etwa 50 bis etwa 70 Gew.-% ABUTA ein Maximum erreichen.

en

Die Fig. 3 der beiliegenden Zeichnung/erläutert das eutektische Verhalten von aus variierenden Gewichtsprozentsätzen an BOBUTA und EOBUTA hergestellten Zusammensetzungen. Die Zusammensetzungen weisen erweiterte nematische mesomorphe Temperaturbereiche auf, die bei etwa 55 bis etwa 75 Gew.-?» EOBUTA ein Maximum erreichen.

Das eutektische Verhalten von aus variierenden Gewichtsprozentsätzen an BOETEUyünd ABUTA hergestellten Zusammensetzungen ist in der Fig. 4 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt. BOETHA weist einen nematischen mesomorphen Bereich von etwa 48 bis etwa 62,5⁰C auf. Die Zusammensetzungen weisen erweiterte nematische mesomorphe Temperaturbereiche auf, die im allgemeinen mit dem Mengenanteil des ABUTA-Bestandteils schnell ansteigen und bei etwa 60 bis etwa 80 Gew.-% ABUTA ein Maximum erreichen.

Die Fig. 5 der beiliegenden Zeichnungen erläutert das eutekti-

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sehe Verhalten vcn aus variiereaägn ßewi von BOETHA land SiGEUiA hergestelltes. ShisasffiKB&setzungen· Die Zusammensetzungen weisen ez-vieitex^B aematlsea© aesosorpiie Temperaturbereich© auf ₅ die bei <3ti?a ψ3 bis et^a 90 &©■#„»$ EOBUI¹A ein Maximum erreichen_β

Die Fig.-6 der "beiliegenden Zeielisrüsigea srläutert graphisch das eutektische Verhalten von aus iFasdiersncIen Gewichtsprozent™ sätzen von PHWOBtKOA und ABUTA hergestelltes. Zusammensetzungen. PENTOBUtPA weist einen nematische^. aesomorpli®a Temperaturbereich von etwa 5^· bis etwa yi°C3 auf _β Die Zusammess®tsungen weisen erweiterte mesomorphe S»ap©raturbereiche auf₉ die im aligemeinen mit'dem Mengenanteil des ABUTA-BsEtandteils rasch ansteigen und "bei etwa 50 "bis etwa 80 Gew.-% JBUTA eis Maximtim erreichen«

•Das eutektische Verhalten von ans

ΗΕΣΟΒΙΤΤΑ und ABTJTA hergestelltaa Zuseaaiaensetzungen ist ia der Jig. 7 der "beiliegenden Zeichnungen eriä>nt@s?t_e I-IEXGBÜTÄ weist einen nematischen mesomorphen. Temperaturbgrelsä. vos, etwa 70 bis etwa 78°C auf« Die Zusammensetzungen vj^lsen^ wie ersichtlich, erweiterte nematische mesomorphe Temperaturlbsraiche auf _s die im allgemeinen mit zunehmendem Mengenantsii des Bestandteils größer werden und bei etwa 90 bis etwa- 70 ABUTA ein Maximum erreichen.

Wie "bereits oben erläutert, können die erfindtmgsgemäßen neuen Zusammensetzungen, in den verschiedensten elektrooptischen Vorrichtungen verwendet werden₅und aufgrund ite»er Stabilität bei Baumtemperatur oder darunter können dadurch diese Vorrichtungen beträchtlich vereinfacht werden«

en Die Fig. 8 der beiliegenden Zeichnung' erläutert eine typische flüssigkristalline elektrooptisch^ Zelle, in der die erfindungßgemäßen neuen Verbinclungen verwendet werden können· Sie zeigt

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eine flüssigkristalline elektrooptisch Zelle 10, manchmal als mit Elektroden versehener Bilder^eugungs- bzw. Abbildungssandwich bezeichnet, die z.T. in schematischem Querschnitt dargestellt ist und bei der e%n Plattenpaar 12 aus einem parallelen Paar von Elektroden besteht, von denen mindestens eine praktisch transparent ist. Eine elektrooptisch^ Zelle, in der beide Elektroden transparent sind, ist bevorzugt, wenn die Zelle im durchfallenden Licht betrachtet werden soll; eine flüssigkristalline elektrooptisch^ Zelle kann aber auch im reflektierten Licht betrachtet werden, bei der nur eine einzige transparente Elektrode erforderlich ist, während die andere opak sein kann. In der hier dargestellten Ausführungsform sind beide Elektroden 12 im wesentlichen transparent und sie bestehen in dem hier erläuterten Falle aus einer im wesentlichen transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 13» die auf die Kontaktoberfläche eines transparenten Trägers 14 aufgebracht ist. Eine typische Elektrode, die für die Verwendung in der elektrooptischen Zelle 10 geeignet ist, ist im Handel unter der Bezeichnung NESA-Glas der Firma Pittsburgh Plate Glass Company erhältlich und sie besteht aus einer dünnen_ttransparenten, elektrisch leitfähigen Schicht aus Zinnoxyd, die auf ein transparentes Glassubstrat aufgebracht ist.

Die transparenten Elektroden 12 sind durch ein Abstandsstück voneinander getrennt, das Hohlräume aufweist, die eine oder mehrere flache Schalen bilden, welche den flüssigkristallinen Film oder die flünaigkristalline -Schicht 17 enthalten, der bzw. die das aktive Element der elektrooptischen Zelle darstellt. Per flüssigkrintalline Film 17 kann aus irgendeiner der erfindungegemäßen neuen flüseigkristallinen Terbindungen oder Gemischen davon bestehen. Mittels eines äußeren Stromkreises 18, der in der Regel eine Spannungsquelle 20 aufweist, die durch die Leitungen 22 mit den beiden Elektroden in Verbindung steht, wird ein elektrisches Feld an die Elektroden angelegt. Der Stronücreir: 18 kann auch eine geeignete ßchaltereinrichtüng

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aufweisen. Bei der Spannungsquelle 20 kann es sich um eine Gleichstromquelle, eine Y/echselst-romquelle oder eine Kombination davon handeln»

Wenn ein elektrisches Feld eine ausreichende Stärke, s„B_a von mehr als etwa 300 Volt/cm, an den flüssigkristallinen Film angelegt wird, ändern sich die optischen Eigenschaften des flüssigkristallinen Materials und der flüssigkristalline PiIm, der vor dem Anlegen des Feldes praktisch transparent war, wird "matt" (opak), d.h_o er weist ein© dynamische Streuung auf. Auf diese Weise kann die elektrooptisch Zelle als Lichtverschluß fungieren, da ein großer Prozentsatz (z.B_e etwa 90 %j des einfallenden Liefetes gestreut und aus dem einfallenden Licht entfernt wird, wahrem! nur ein geringer Prozentsatz,-beispielsweise etwa 10 ?S_S durchgelassen wirde Bei der in der Pig. 8 aargestellten flüssigkristallinen elektrooptischen Zellekönnen die Elektroden aus irgendeinem geeigneten transparenten, elektrisch leitfähigen Material besteh©^.» Beispiel® für tjp'l geeignete transparente, eiektriscJa leitfällige Elektroden sind Glas- oder Kunststoffsubstrate nit praktisch transparenten und kontinuierlichen., elektrisch, leitiäliiges, fbersügea aus JUeItSPs₅ wie Zinn, Indiumoxyd_s Aiisainiuia ₅ Ghx-om^ Idnnosryd ©der irgendeinem anderen gesigastgi Leiter,, Blase prs&fciseh transparenten, elektrisch le it fähiges, fföergüge V7ss?ds5a in des Hsgel auf öas mehr isolierende transparente Substrat aufgedampft» W®aa in der elektrooptischen SsIIs eine opake Elektrode ver-uendei; kann irgendein geeignetes llslitrsassaats^ial In der Fig. 8 ist ύ&3 JLbefcasdsstuak 16§ 4218 öl® Elektroden voneinander -feenst und όμά f2üosigis?istalifilis uwischen den Elektrodss!. OEL"ufeäl^-fe₃ "vor-a^gsuGiE© ekeraiseli ä.a92?"fe_s bransparent, im wsssatlioäea sin Isol^t&s- waä ueist geeignete lielektrische Eigsnsciiaftexi auf. Bsi£;pielG füs* S3aterialiea, die für die Verwendmjg für tji>isch.G isoliereEiä.© Abstandsstücke geeignet sind, sind Celluloseacetat_g Gelluiosstriacetat, öelluloseacetatbutyrat, Polyuz'e bhanelastoaere ₈ Polyäthylen,

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Polypropylen, Polyester, Polystyrol, Polycarbonate, Polyvinylfluorid, Polytetraflxioräthylen, Polyäthylenterephthalat und Mischungen davon. Diese Abetandsstücke, die in etwa auch die Dicke der Bilderzeugungsschicht oder des Bilderzeugungsfilmes 17 dos flüssigkrifjtallinen Materials definieren, weisen vorzugsweise eine Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 0,254- mm (10 mils) oder weniger auf. Optimale Ergebnisse werden in der Regel mit Abstandsstücken mit einer Dicke innerhalb des Bereiches von etwa 0,00635 bis etwa 0,127 mm (i/4 bis 5 mils) erzielt.

Die Fig. 9 der beiliegenden Zeichnungen stellt eine flüssigkriatalline elektrooptische Bilderzeugungs- bzw. Abbildungszelle dar. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist das gewünschte Bild durch die Gestalt einer Elektrode und damit durch die Gestalt des entsprechenden elektrischen Feldes definiert. Die hier dargestellte Bilderzeugungszelle weist transparente Platten 14 auf, die durch eine Abstandsdichtung 16 voneinander getrennt sind, die einen Hohlraum 24 aufweist, der mit dem flüssigkristallinen Material gefüllt ist, wobei dieser Hohlraum im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Abstandsstückes 16 ausmacht. Das gewünschte Bild wird durch die Gestalt des praktisch transparenten, elektrisch leitfähigen Überzugs 26 definiert, der an der inneren Oberfläche eines oder beider transparenter Substrate 14 befestigt ist. Die in der Fig. 9 dargestellte Ausführungsform zeigt nur eine der beiden Elektroden in Bildkonfiguration, es ist jedoch für den Fachmann klar, daß auch beide Elektroden leicht zu einem zusammenpassenden Paar verarbeitet werden können, das das gleiche gewünschte Bild definiert. Wenn die einzelne Bildelektrodenkonfiguration angewendet wird, besteht die zweite Elektrode aus einen transparent ten Substrat 14 mit einem praktisch transparenten,elektrisch leitfähigen Überzug 13 auf dem gesagten Bereich der inneren Oberfläche der transparenten Elektrode. Es sei bemerkt, daß in

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dieser Ausführungsforffi zum elektrischen Terlinden der Elektrode in der gewünschten Bildkonfiguratioa mit einem äußeren Stromkreis, der in ähnlicher Weise mit dem elektrisch leitenden überzug der gegenüberliegenden Elektrode verbunden ist, in der Regel ein sehr dünner oder praktisch, unsichtbarer" leiter 28 verwendet wird. Beim Betrieb dieser'Ausfübxungsform entsteht nur in den Bereichen ein elektrisches FeId₅ in denen die Elektroden parallel sind, d.h. zwischen der Elektrode.in der gewünschten Bildkonfiguration und d@r gegenüberliegenden Elektrode, unabhängig davon, ob die zweite Elektrode ebenfalls die gewünschte Bildkonfiguration aufweist oder nicht» Auch hier kazm. eine der Elektroden opak sein* wewi die Bilderzeugungszelle im reflektierten Licht anstatt im durchfallenden Licht betrachtet werden soll.

Wenn das gewünschte Bild durch die Gestalt einer oder mehrerer Elektroden definiert ist, kanu, außerdem eine Elektrode. die Zo-Tifiguration des Hintergrundes des gewünschten Bildes und einer bildmäßigen Elektrode habea, und eiüQ solche entsprechende Hintergrundclektrode kann coplanar au einer anderen und gegenüber dieser durch einen Hohlraum oder ein isolierendes Material isoliert sein* Ein solches coplanares Elektrodenpaar kann gleichzeitig in Form einer Elektrode mit einer praktisch vollständigen Oberfläche betrieben werden.

In der Fig. 10 der beiliegenden Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsfora einer flüssigkristallinen Bilderzeugungszelle (Abbildungszelle) dargestellt, die ein r-y-Gitter verkörpert und zwei parallel miteinander angeordnete transparente planare Substrate 32 und 3^ aufweist. Auf der inneren Oberfläche 36 des Substrats 32 sind transparente, elektrisch leitfähige Streifen angeordnet, die alle in einer Richtung verlaufen.» Es sind vier Streifen oder Elektroden 33a, 3Bb, 38c und 38d mit pa-rallelen Längsachsen dargestellt, es iot jedoch klar, daß in der Praxis auch ο ine* viel größere Anzahl von Elektroden verwendet werde» kan.ru Auf der dnnerwr. Oberfläche '5-0 dos Substrats

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34 ßind transparente, elektrisch leitfähige Elektroden 42a, 42b, 42c und 42d mit parallelen Längsachsen im wesentlichen senkrecht zur Richtung der leitfähigen Streifen 38a bis 3>8d auf dem Substrat 32 angeordnet. Auch hier gilt, daß in der Praxis auch eine viel größere Anzahl von Elektroden auf der inneren Oberfläche 40 des Substrats 34'angeordnet sein kann. Der Zwischenraum zwischen den Substraten 32 und 34 ist mit einer flüsaigkristallinen Substanz gefüllt, bei der es sich um irgendeine der erfindungsgemäßen neuen Verbindungen oder Mischungen/handeln kann« Es ist klar, daß dann, wenn zwei zueinander senkrecht verlaufende Elektrodenstreifen mit einer angelegten Spannung angeregt werden, der dem Kreuzungspunkt der beiden angeregten Elektroden entsprechende Teil der Flüssigkristallzelle dunkler wird als der restliche"Bereich der Zelle. Durch Anregen von mehr als einem Elektrodenstreifen pro Gruppe kann erreicht werden, daß eine Vielzahl von vorher festgelegten Bereichen dunkler erscheint.

In der Fig. 11 der beiliegenden Zeichnungen i3t eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer flüssigkristallinen elektrooptischen Bilderzeugungezelle dargestellt, in der eine der .Elektroden einen Photoleiter aufweist und die Bilderzeugung in der Weise durchgeführt wird, daß man an die gesamte Oberfläche der Elektroden eine gleichförmige Spannung anlegt und anschließend den Photoleiter einem bildmäßigen Muster aktivierender elektromagnetischer Strahlung entsprechend einer gewünschten Bildkonfiguration aussetzt. In der Fig. 11 ist eine elektrooptische Bilderzeugungszelle 50 dargestellt, in der ein , Plattenpaar 52 und 54 aus einem parallelen Paar von Elektroden besteht, von denen mindestens eine im wesentlichen transparent ist. In dem dargestellten Falle sind beide Elektroden transparent. Die Elektrode 52 besteht aus einer Schicht 53 aus einem photoleitfähigen isolierenden Material, die auf ein elektrisch leitfähiges Substrat aufgebracht ist, wobei in dem dargestellten , Falle eine im wesentlichen transparente,elektrisch leitfähige Schicht 54 auf einen im wesentlichen transparenten Träger 55

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aufgebracht ist» Bei der Elektrode 5*'handelt es sich im dargestellten Falle um eine im wesentlichen transparente § elektrisch leitfähige Schicht 56, die auf ein im wesentliches . transparentes Substrat 57 aufgebracht ist. Wann die elektrooptisch e Zelle im durchfallenden Licht "betrachtet werden soll, sind vorzugsweise "beide Elektroden im wesentlichen transparent. In diesem Falle ist natürlich eine Schicht aus einem photoleitfähigen isolierenden Material erforderlich, die gegenüber der aktivierenden elektromagnetischen Strahlung praktisch transparent ist. Typisch© geeignet®, im wesentlichem transparente photoloitfähige Materialien sind a«,B_# verhältnismäßig dünne_t beispielsweise etwa 5 Mikron dicke Schichten von Selen« Die elektrooptisch© BildejrzeuguEgs seile kam «feer auch im reflektierten Licht betrachtet werden^ wobei nva? eine einzige transparente Eiektx-ode ©rfor-derlich ist, wäjhrend die andere opak sein kanu* In diesem falle "besteht eins der· Elektroden vorzugsweise aus einer opaken photolsitfähigen und isolierenden. Schicht, die auf ©in opakes Substrat aufgebracht ist, bei dem es sich um irgendein.geeignetes, elektrisch leitfähiges Material, wie SeB₁ eine Metallschicht, handeln kann»

Die transparenten Elektroden sind durch ©is Abstandsstück 16 voneinander getrennt, das Hohlräume enthält_s die eine oder * mehrere flache Schalen bilden^ welche den flüssigkristallinen Film oder die flüssigkristalline Schicht 17 enthalten. Die Elektroden sind mit den gegenüberliegendes Anschlüssen eines äußeren Stromkreises 18 fertunden·· Wenn aa.&ie elektrisch leifcfähige Oberfläche 54 &e^ Elektrode 52 eine Spaaming angelest wird, fließt im Dunkels, kein Strom und es entsteht kein elektrisches Feld an dem Flüssigkris1;allfilffi_c da die genassht 53 unter diesen Bedingungen isolierte Wem ^©cloefe die Bilder« seugungszelle einem biidaäßigen Muster aktivierender Strahlung ausgesetzt wird, werden die von dem Licht getroffenen Bezirke der photoleitfähigei! isolier ©»den·. SeMetrfe 55 eletteisefe' ieife» ■

seit/

~ 18 -

fähig, so daß ein Strom fließt und ein elektrisches Feld in den vom Licht; getroffenen Bezirken des Flüssigkristallfilmes entsteht. Das elektrische Feld führt dazu, daß sich dis optischen Eigenschaften des flüssigkristallinen Materials ändern» und der Flüssigkristal If ilia, der vor dem Anlegen des elektrischen Feldes praktisch transparent war, v/ird "ma/bt", d.h. er weist eine dynamische Streuung auf, wodurch die Bilderzeugung bewirkt wird. Wenn die Bilderzeugungszelle im reflektierten Licht betrachtet wird_v erscheint das Bild in der Regel in Form von milchig-weißen Bildflächen auf einem dunklen Hintergrund. V/enn die Bilderzeugungszelle im durchfallenden Licht betrachtet wird, erscheint das Bild in der Regel in Form von dunklen Bildflächen mit transparenten bildfreien oder Hintergrundbezirken.

Die Erfindung wurds zwar vorstehend an Hand verschiedener bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, sie ist jedoch darauf nicht beschränkt und es ist für den Fachmann klar, daß diese in vielerlei Hinsicht modifiziert 'und abgeändert werden können, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. IPlüssigkristalline Zusammensetzungen^ bestehend aus Mischungen von flüssigkristallinen Verbindungen der augemeinen Formel

in der 1L· und IU Alkylreste bedeuten, dadurch gekennzeichnet, daß sie bestehen aus Gemischen von

₅
Gemischen von C₂H₅-O-AjV-GH=N-ZQV-

* Genischen von G2^H5"*°~(O/-^GKasS"'^)^l)~^C4.^K9

Gemischen von O₄H₉-O

? Gemischen von

Gemischen von

-CH=K-ZoV Cj,H_o und. Gemischen von

2. FlÜBsigkristalline Zusaiomensetzuugen nach Anspruch 1» da durch gekennzeichnet, daß sie zu .etwa 55 ^³ zu etwa 65 aus

und zu etwa 45 bis etwa 35 Gew.-aus ai₅-0-/oy-CiS=N»/oV⁰4^K9 Gestehen.

3. riiisoigkristalline ZusMEjaensetzungen nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet_$ daß sie zu etwa $0 bis zu etwa '?Q

8MS

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- CH=IW QN-C₄II₉ und zu etwa 5O bis zu etwa

%) Gew.-% aus C₂H₅-O-ZQVCH=N-Zq)_tC₄H₉ bestehen

4. Flüssigkristalline Zusammensetzungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu et\va_# 55 bis zu etwa 75 Gew.--% aus

und zu etwa 45 bis zu etwa 25 Gew.-% aus 0,Ji_n-O-(OV-CH-IWOV-CyJI_n bestehen.

ÜGci fjkristalJ ine Zusammensetzungen nach Anspruch 1, dadurch gelrennzeichnet, daß sie zu etwa 60 bis zu etwa 80 Gew.-/y aus

,-0-Zq\-CH=N-ZqV-O^Hq und zu etwa 40 bis zu. etwa 20 Gew.-%

TZV

aus 0,JI₀-OVrTV-CH-Ji-Zf)V-C₀Ht- bestehen. '

'+ y \2iy \ / ^- 5

6. Flüssigkristalline Zusammensetzungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu etwa 70 bis zu etwa 90 Gew.-% aus

-0-/O V-CH=N-ZQN-C₄H₉ und zu etwa 30 bis zu etwa .10 Gew.-^

7. Flüssigkristalline Zusammensetzungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu etwa 50 bis zu etwa 80 Gew.-% aus

VC₄H₉ und zu etwa 50 bis zu etwa 20 Gew.-%

aus C₅H₁₁-O-^VcH=N-ZoVc₄H₉ bestehen.

8. Flüssigkristalline Zusammensetzungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu etwa 50 bis zu etwa 70 Gew.-% aus

CH₅J-O-ZoV-CII=N-/OV- C,.H_Q und zu etwa 50 bis zu etwa 30 Gew.-fS aus

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₆H₁-~O-/qV-GH=It-(OV-O₄H₉ bestellen.

9. Verfahren zum überfahren eines flüssigkristall Αη,ίΐι Materials von dem optisch transparenten Zustand in einen lichtstreuenden Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß man an ein flüü.^rj:^:.gV:rictalli-fies Material, das eine flüssigkristalline ZufiauiKonsetaung gemäß Anspruch 1-8 enthält oder· daraus bestellt, ein elektrisches .Feld anlegt, dessen .Feldstärke ausreichend hoch ist, U¹B die Überführung des flüssigkrisballinen Material« von de*, optisch transparenten Zustand in einen liclitstrouonden Ζυstand, su "bewirken,

10. Verfahren nach Anspruch 9« dadurch gekennzeichnet, daß das flüssig-kristalline Material zwischen zwei Elektroden angeordnet wird, von denen mindestens eine im wesentlichen transparent ist«,

11. Verfahren zur Bilderzeugung mittels eines flüssigkriötal-- l:inon Materials, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Schicht aus einem flüssigkristallinen Material, das eine flüssigkristalline Zusammensetsung gemäß Anspruch 1-8enthält oder daraus besteht, in Gestalt der Bildkonfiguration zwischen zwei Elektroden anordnet, von denen mindestens eine praktisch transparent ist, und an das flüssigkristalline Material ein elektrisches Feld anlegt, dessen Feldstärke ausreichend hoch ist, um die Überführung des flüssigkristallinen Materials von dem optisch transparenten Zustand in einen lichbstreuendeii Zustand κιι bewirken unter Bildung eines sichtbaren Bildes.

12. · Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei Elektroden verwendeb, von denen mindestens eine praktisch transparent ist und mindesbens eine in Form der Bildkonfiguration vorliegt.

13· Verfahren zur Bilderzeugung mittels eines flüssigkristal-

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linen Materials, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Schicht aus eir.ein f lüssigkristallirien Material, das eine flüssigkristalline Zusammensetzung gemäß Anspruch1-8enthält oder daraus besteht, zwiachen zwei Elektroden anordnet, von denen mindestens eins praktisch transparent ist und mindestens eine eine photoleitfähige Oberfläche aufweist, die Elektroden durch Anlegen einer Spannung anregt und die· photoleitfähige Oberfläche einen bildmäßigen Muster aktivierender elektromagnetischer Strahlung aussetzt, wodurch ein bildmäßiges elektrisches Feld an das flüssigkristalline Material angelegt wird, dessen Feldstärke ausreichend hoch ist, um die überführung des flüsoigkristallinen Materials von dem optisch transparenten Zustand in einen lichtstreuenden Zustand zu bewirken unter Bildung eines sichtbaren Bildes.

Verfahren zur Erzeugung eines Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Abbildungavorrichtung, die in einem Abstand voneinander angeordnete erste und zweite Platten aufweist, von denen mindestens eine praktisch transparent ist, ait einer Vielzahl von parallelen, eleirtrisch leitfähigen Filmen auf einer Oberfläche der ersten Platte und einer Vielzahl von parallelen, elektrisch leitfHhigen Piliaen auf einer Oberfläche der zweiten Platta versieht, wobei die Vielzahl der elektrisch leitfähigen Filme auf mindestens einer Platte praktisch transparent ist und die beiden gegenüberliegenden Platten zueinander parallele und benachbarte elektrisch leitfähige Filme tragen und die Richtung der elektrisch loitfähigcn Filxao auf einor Platte senkrecht zur Richtung der elektrisch leitfähigen FxIne auf der anderen Platt« verläuft, daü man «in fiüßnigkrlatnll.ines Material, das eine flüssigkxistalline Zugammetisotaurig gemäß Anspruch 1-8enthält oder daraus beatebt, in den "wischenraum zwischen den Platten einfüllt und mindestans einen elektrisch leit.fp.bigen Film au.f jeder Platte selektiv anregt, wodurch selektiv ein elektrisches ^dId an das Jtlü.isigfcriötui-

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line Material angelegt wird, de se on Feldstärke aucreicbcj:id. hoch lot, um eine selektive Überführung des flüsn:igi:i-iotal· Iinc3i Material.¹:! von den optisch transpar oat on Zustand in. einen licht strop, enden Zierband zu bewirken.

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