DE2359777A1 - Fluessigkristall-anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

CASE: L 10235

KABUSHIKI KAISHA SWA SEIKOSHA
3-4, 4--ChOnIe, Ginza,- Chuo-ku, Tokyo, Japan

Iflüssigkristall-Anzeigevorrichtung.

Die Erfindung "betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die eine dünne Schicht aus .einer nematischen Flüsslgki'istall-Zusanimensetzung mit positiver dielektrischer Anisotropie, zwei Elektroden, um die Flüssigkristallmoleküle spiralig in der dünnen Schicht zu orientieren, Einrichtungen
«Kum Anlegen eines elektrischen Feldes an diese dünne Schicht und Polarisationsfilter aufweist.

Genauer gesagt "betrifft die vorliegende Erfindung eine Plüssigkristall-Anzeigeyorrichtung folgender Konstruktion: Eine¹" FLüssigkriställzelle wird so aufgebaut, daß sich zwischen
zwei transparenten Elektroden, in Form eines Sandwichs, eine neue Elüsöigloristall-Zusammensetzung "befindet, die aus einer

409824/078

nematischen Flüssigkristall-Verbindung, die eine Azoxygruppe (-N=U-) im Molekül aufweist, und einer nematischen Flüssig-

0
kriStallverbindung mit einer Estergruppe (-C-O-) bestellt, wo-

Il

bei die Moleküle der Zusammensetzung durch Reiben an der Oberfläche der Zusammensetzung in eine verdrehte, spiralige Anordnung gebracht werden, und die Flüssdgkristall-Anzeigevorrichtung außerdem mit zwei Polarisationsfiltern, zwischen die die Zelle gesetzt wird, und Einrichtungen zum Anlegen eines elektrischen Feldes an die Zelle ausgestattet ist.

Die nematischen Flüssigkristallmaterialien" lassen sich nach der Differenz (aE = \_// -F-L) zwischen der dielektrischen Konstante (£^) in der Richtung parallel zur Molekülachse und der dielektrischen Konstante ([J-) in der Richtung senkrecht "zur Molekülachse in. zwei Gruppen einteilen, nämlich ein neinatisch.es Flüssigkristallmaterial mit einer positiven dielektrischen Anisotropie (δ£ >o) und ein nematisches Flüssigkristallmaterial mit einer negativen dielektrischen Anisotropie (Ac<0).

Im allgemeinen ist bei einer "Verbindung mit einer positiven dielektrischen Anisotropie die Temperatur für den Übergang Kristall/nematische Phase (die sogenannte Kristall-nematische Phase-Übergangstemperatur) hoch und im Falle eines Gemisches von Verbindungen mit positiver dielektrischer Anisotropie ist es schwierig, eine Flüssigkristall-Zusammensetzung herzustellen, die eine breite nematische Phase in der Nähe der Raumtemperatur einnimmt, man kann jedoch eine Flüssigkristall-Zusammensetzung mit positiver dielektrischer Anisotropie.herstellen, die eine breite nematische Phase in der Nähe von Raumtemperatur einnimmt, indem man mit einer Verbindung vermischt, die eine relativ niedrige nematische Phase-Übergangstemperatur und eine negative dielektrische Anisotropie aufweist."

— 2 —

4098 2-4/07

Die neuen erfindungsgemäßen neinatisehen Elüssigicristall-Zusammensetzungen sind z.B. "solche· der folgenden Formeln:

^R0

^R'

für -H
0

= N-

bzw. -N = N-0

und
2.

^R0

= N-/OV0-C-O-R¹ O

^ ν

^{c Ξ}

It

η O

worin R-, R^!- n-Alkylgruppen darstellen.

— 3 — A0982A/Q7Ö4

L 10235

Die nematischen FlüssigkristaH-Verbindungen mit einer Azoxy-gruppe (-N = M-), vgl. die vorstehende erste Verbindungsgruppe,

haben eine niedrige Kristall/nematische Phase-Übergangstemperatur und· man kann Flüssigkristall-Zusammensetzungen herstellen, die eine breite nematische Flüssigkristallphase in der Nähe der Raumtemperatur einnehmen, indem man zwei bis drei Komponenten vermischt. Die oben genannten Verbindungen mit einer Azoxygruppe sind gelb gefäi-bt und haben negative dielektrische ■ Anisotropie (δ6 =0 bis -0,3), außer einer Verbindung der

Formel

Die Verbindungen, die eine Estergruppe (-C-0-) aufweisen, vgl.

ti

0 die oben angegebene zweite Verbindungsgruppe, haben ein großes Dipolmoment wegen dem Nitrilrest (-ChN) in Richtung der Molekülachse, deswegen handelt es sich bei Ihnen um Verbindungen, die zu einem Flüssigkristallmaterial werden, das eine große dielektrische Anisotropie aufweist oder die zur positiven dielektrischen Anisotropie beitragen können.

-Die Entwicklung von Anzeigevorrichtungen, die flüssige Kristalle verwenden und die durch geringen Energieverbrauch und niedrigen Preis gekennzeichnet sind, ist rasch vorangetrieben worden, die praktische Anwendung derartiger Vorrichtungen ist jedoch aufgrund von Problemen, die in Verbindung mit der Lebenszeit und dem Anzeigevermögen der Vorrichtungen auftraten, verzögert worden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Probleme durch Bereitstellung neuer, stabiler Flüssigkristall-Verbindungen und -Zusammensetzungen, zu lösen.

409824/07 8 Jk

■ L 102355

Das übliche Flüssigkristall-Anzeigesystem ist ein DSM-System. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes an eine dünne Schicht aus riematisehen flüssigen Kristallen tritt nämlich Ionenwanderung in der Schicht auf, die die S'lüsslgkri stall schicht stört und feine Domänen erzeugt, dabei findet Lichtstreuung statt, wegen der Doppelbrechung an den Rändern dieser Domänen. Das Anzeigesystem nutzt dieses Phänomen aus. Aufgrund der .Tatsache, daß die Spannung, bei der die Lichtstreuung eine Sättigung erreicht-, relativ hoch ist, bei etwa 20 Volt liegt, und daß die Lichtstreuung im Grunde von_:dem Strom abhängig ist, hat dieses System bezüglich der Lebensdauer gewisse Nachteile,.

Demgegenüber-wendet die vorliegende Erfindung die Doppelbrechung und die Polarisation einer Flüssigkristall-Zusammensetzung · mit positiver dielektrischer Anisotropie für eine Anzeigevorrichtung an. ·

Man erwartet, daß eine dünne Schicht, aus einem Flüssigkristall-Material mit einer negativen dielektrischen Anisotropie wegen seiner Eigenschaft, .beim Anlegen eines elektrischen Feldes das Licht zu streuen, für verschiedene Anzeigezellen verwendet wird. Das Phänomen der Lichtstreuung rührt her von der Lichtstreuung in den Bereichen aus flüssigkristallinen Molekülen, die durch Ladungsträger in der dünnen Flüssigkristallschicht erzeugt· werden« "'". ■

Ein nematisches Flüssigkristall-Material mit einer positiven dielektrischen Anisotropie hingegen hat die Eigenschaft, daß die Richtung der Molekülachse parallel zur Richtung eines angelegten elektrischen Feldes orientiert wird. Ein nematisches Flüssigkristall-Material hat im allgemeinen die Eigenschaft, daß beim Reiben einer Elektrode mit Baumwolle etc. die Molekülachsen der Flüssigkristalle parallel zur Reibrichtung orientiert werden. Dieser Orientierungseffekt-wird noch stärker; wenn man dünne Filme aus anorganischen Materialien, wie

- 4098 2 4/0 7 8 4 . . .

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Siliciumoxyd, Magnesiumfluorid etc. -und aus organischen Materialien, wie Teflonharz und andere, herstellt und auch dadurch, daß man Kratzer bzw. Rillen durch Reiben erzeugt. Wenn daher ein nematisches Flüssigkristall-Material in dichter Verbindung zwischen Elektrodenplatten aus Glas gebracht wird, die mit einem transparenten leitfähigen Material beschichtet sind, das gerieben wird, so" daß die Reibrichtungen im rechten Winkel . zueinander sind, so werden die Moleküle der nematischen flüssigen Kristalle so orientiert, daß die Molekülaehsen parallel zu den Elektrodenplatten zwischen den beiden Elektrodenplatten sind und außerdem die Molekülaehsen kontinuierlich um 90° zwischen beiden Elektrodenplatten verdreht¹ v/erden. Diese Flüssigkristallschicht "besitzt optische Aktivität und dreht die Polarisationsebene um 90°. Wenn diese dünne Schicht zwischen zwei polarisierende Platten gelegt wird, wird sie dunkel, wenn die Oszillationsoberflächen der polarisierenden Platten parallel sind und sie wird klar im Zustand von gekreuzten Mcols. Wenn ein elektrisches Feld, das größer als ein bestimmter Grenzwert ist, der von der Flüssigkristall—Zusammensetzung abhängig ist, an die dünne Schicht angelegt wird, so werden die Flüssigkristallmoleküle an der Stelle, wo das elektrische Feld angelegt ist, parallel zur Richtung des elektrischen Feldes orientiert und die dünne Flüssigkristallschicht verliert ihre optische Aktivität, so daß Helligkeit und Dunkelheit umgekehrt werden. Da eine Anzeigezelle, die die oben genannten Eigenschaften flüssiger Kristalle verwendet, den Vorteil hat, daß sie sehr wenig Energie verbraucht, kann man diese Anzeigevorrichtung für jede Art von Instrumenten verwenden, einschließlich für tragbare elektronische Tischrechner, Armbanduhren, Tischuhren, Thermometer etc.

Der spezifische Widerstand eines Flüssigkristall-Materiales, das für eine Anzeigevorrichtung des Streulichttypen verwendet wird, ausgestattet mit einem nematischen Flüssigkristall-Material mit negativer dielektrischer Anisotropie, beträgt

10
etwa,10 JT'cm, während der spezifische Widerstand eines

- 6 409824/078 4

Flüssigkristall-Materiales, das für eine Anzeigevorrichtung des Feldeffekt-Typs verwendet wird, ausgestattet mit einem nematischen Flüssigkristall-Material mit positiver dielektri-

11
scher'Anisotropie, mehr als 10 XL·cm beträgt, so daß der Energieverbrauch geringer ist. .

Außerdem ist die erforderliche anzulegende Spannung extrem niedrig» z.B. beträgt sie weniger als 6 YoIt, so daß es sehr aussichtsreich ist, dieses System insbesondere bei "solid state" elektronischen Armbanduhren mit Quarzoszillation und MOS-IG anzuwenden. ·

Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.

Zwischen transparenten Elektroden 2 und 3, die mit einem transparenten leitfähigen Film 1 aus Zinnoxyd etc. beschichtet sind, befindet sich eine nematische Flüssigkristall-Zusammensetzung mit positiver dielektrischer Anisotropie, die durch einen isolierenden Abstandhalter 4 aus Polyester, Polyamidharz etc. abgeschlossen und auf eine "Dicke von 5 - 20 ja eingestellt wird. Diese Anordnung wird zwischen Polarisationsfilter 6 und 7 gebracht, Bleidrähte werden·von dem leitfähigen Film abgeleitet und mit einer elektrischen Quelle 9 liber einen Schalter verbunden. Installiert man einen unregelmäßigen Reflektor hinter dem Polarisationsfilter 7, so erhält man eine reflektierende Anzeigevorrichtung. . ·

Für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung sind folgende Eigenschaften erforderlich:

1. Der Betriebs-Temperaturbereich soll weit sein und selbst im Bereich niedriger Temperaturen soll das System anwendbar sein. ' ·

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2. Die Punktionsfälligkeit soll unter 3,0 Volt gegeben sein, so daß man zwei Batterien ohne Verstärkerschaltung zur Betätigung des Flüssigkristall-Materiales verwenden kann·.

3. Die anzeigenden Teile sollen klar zu sehen sein.

4. Die Flüssigkristall-Zusammensetzung soll stabil und langlebig sein, aueh gegenüber Paktoren wie z.B. Feuchtigkeit, die die Lebensdauer einer Flüssigkristall-AnzeigeselDe beeinflussen.

Man kann eine Flüssigkristall-Zusammensetzung herstellen, die die oben genannte Bedingung 1 erfüllt, indem man Flüssigkristallverbindungen oder Gemische davon verwendet, bei denen die' Kristall/nematische Phase-Übergangstemperatur relativ niedrig ist und der Temperaturbereich, indem eine nematische Phase vorliegt, weit ist, indem man für diese Materialien eine Verbindung verwendet, die einen Beitrag für eine positive dielektrische Anisotropie liefert und deren Schmelzpunkt und Kristall/ nematische Phase-Übergangstemperatur so niedrig wie möglich sind.

Man kann eine Flüssigkristall-Zusammensetzung herstellen, die die obige Bedingung 2 erfüllt, indem man die Größe der dielektrischen Anisotropie der Flüssigkristall-Zusammensetzung vergrößert; mit anderen- Worten, man kann dies dadurch erreichen, daß man den Gehalt des den positiven Beitrag liefernden Mittels so groß wie möglich macht. Es gibt jedoch viele Mittel mit einem positiven Beitrag, die einen relativ hohen Schmelzpunkt haben und wenn der Gehalt dieser Mittel vergrößert wird, wird auch der Kristall/nematische Phase-Übergangspunkt der Zusammensetzung erhöht, was eine Benutzung bei niedrigen Temperaturen unmöglich macht. Es ist daher besser, als Mittel mit einem positiven Beitrag, ein solches zu vex*wenden, das einen niedrigen Schmelzpunkt oder eine niedrige Kristall/nematische Phase-Übergangstemperatur und eine große dielektrische Anisotropie

- 8 40982A/0784

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hat. Im allgemeinen besteht eine Beziehung zwischen der Schwel lenspannung Y₊, und der Größe Δ"£ der dielektrischen Anisotropie, die sich wie folgt ausdrücken läßt: V₊^ ='5t Y k/A £ , worin "k" eine Konstante ist. Erfindungsgemäße Meßergelviisse sind in-Figur· 2 niedergelegt. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß man eine Anzeigevorrichtung herstellen kann, die mit einer angelegten Spannung von 3,0 Volt, arbeitet, indem man eine Zusammensetzung herstellt, die eine dielektrische Anisotropie Δίΐ > 0,9 hat.

Man kann eine Flüssigkristall-Zusammensetzung herstellen, die die obige Bedingung 3 erfüllt, indem man den Farbton der Zusammensetzung der Farblosigkeit möglichst stark annähert. Bei der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung ist der Anzeigeteil" etwas dunkel, da durch die.Verwendung von Polarisationsfiltern die Menge des durchgelassenen Lichtes auf etwas weniger als die Hälfte des"einfällenden Lichtes abfällt. Obgleich eine Flüssigkristallverbindung mit einer Azobindung (-I=N-) im Molekül gegenüber Faktoren, wie Feuchtigkeit, die die Lebensdauer einer Flüssigkristall-Anzeigezelle beeinflussen, stabil ist und der Anzeigezelle eine lange Lebensdauer verleiht, besitzt sie einen orangefarbenen Ton und die durohgelässeiie Lichtmenge wird dadurch verringert, daß man die dünne Flüssigkristallschicht zwischen zwei Polarisationsfilter bringt, was eine dunkle Anzeigezelle ergibt, die wenig Licht durchtreten läßt. Deswegen ist es erforderlich, daß die für eine Anzeigevorrichtung verwendete Zusammensetzung einen schmalen Absorptionsbereich für sichtbares Licht hat.

Bezüglich der Lebensdauer einer Flüssigkristall-Vorrichtung gibt es·'ein weiteres. Problem. Die üblichen Flüssigkristall-Verbindungen, die eine Azornethingruppe (-GH=H-) im Molekül aufweisen, ha.ben einen wesentlichen Kachteil, der darin besteht, daß sie durch eine geringe Menge in die Anzeigezelle eiTir;udrungene Feuchtigkeit zersetzt werden _, ___.. '.

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und somit die Funktion einer Anzeigezelle nicht erfüllen. Es besteht daher eine Nachfrage nach einer Flüssigkristall-Zusammensetzung, die stabile Bindungen hat.

Die Yorliegende Erfindung schafft eine neue Flüssigkristall-Zusammensetzung, die sämtliche oben genannten vier Forderungen erfüllt.

Die Temperaturcharakteristiken und die Sehv/ellenspanmmgen der erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Verbindungen und ihrer Gemische sind in den Tabellen I und II angegeben;

Tabelle I

Verbindung

p, p'-Di-n-butyl-azoxybenzol

p, p'-Di-n-pentjrl-azoxybenzol

ρ, ρ' -Di-n-hexyl-azoxybenzol

p-Me thoxy-p' -n-butylaz oxyb enz öl

T emperatur— charakteristik

(⁰C)

19,5 53,5 29 68 27 55

21 75

- 10 409824/0784

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Tabelle I

Verbindung

p-Metlioxy-p' -äthylazoxybenzol

p-Äthyl-p'-caproyloxyazoxybenzol

p-n-Propyl-p' -lieptanoyloxyazoxybenzol

It

p-n-Butyl-p' -cyanoplienylbenzoat (n-H₉C₄-0-CO O-^-O = F) Temperaturcharalcteristilc ( C)

37 71

47 77,5

32 88

66,5

p-n-Pentyl-p'-cyanophenylb'enz.oai;

0 0-<^C ε H)

61,5 .

,5

p-n-Pent5^rlcarbonat-p' -cyanoplienylbenzoat Cn-H₁₁C₅OOO₂-(^N-C 0 O-^^-C.3 N)

p-n-Hexylcarbonat-p'-cyanophenylbenzoat Cn-H₁ ,CgO-CO₂-CQ)-C 0 o4Cj\-G.= N)

p-n-Heptanoyloxy-p'-cyanophenylbenzoat (H₁₃C₆C 0 Q-(^j)-Q 0 O^QVc = N)

48 77

• 85,5

- 11 -

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Tabelle II

Temperatur- - Schwellen-Zusammensetzung (Gewichtsverhältnis) j Charakteristik ι spannung

p-Methoxy-p'-n~butylazoxybenzol und p-n-Butyl~p'-cyanophenylbenzoat 8:2

p-Methoxy-p'-n-butylazoxybenaol und ρ, ρ * -Di-η- butyl-az oxy "benzol und p-n—'-Pentyl—ρ' — cyanophenylbenzoat 4:4:2

63

-5 53

C 5=ί Π ^ZZ.

Eutektisches Gemisch aus p-Methoxyp'-n-butyl-azoxybenzol und p-Methoxy-p'-äthyl-az oxyb enz öl/ p-n-Hexylcarbonat—p'-cyanoplaenylbenzoat 8:2

p-Methoxy-p'-n-butylazoxybenzol, ρ,ρ'-Di-n-butyl-azoxybenzol, p-n Pentyl-p^f-cyanophenylbenzoat und p-n-Hexylcax^toonat-p' benzoat 3,4:3,0:1,6:2,0

6,5 72

S^2

(Y) 32 Hz

1,7

58,5

1,7

1,9

1,6

C:Kristall; S:smectische Phase; N:nematische Phase, I:isotrope flüssigkeit.

Im allgemeinen haben die nematisehen flüssiglaristallinen ZusaiMiensetzungen die Eigenschaft, im unterkühlten Zustand zu bleiben, die oben erwähnten Zusammensetzungen v/eisen eine Temperaturcharalcterißtik auf, die sie zu einem Gebrauch als Anzeigezellen ausreichend befähigt. Die Größe /ü£ der dielektrischen Anisotroi>ie der Verbindungen mit positiver dielektrisch ex* Anisotropie, die in den oben genannten Zusammensetzungen ent-

■ - 12 -

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- ' ' ' L 10235

halten sind, beträgt etwa 14 "bzw. etwa 15 "bei dem p-n-Alkyl~p'-~ cyanophenylbenzoat "bzw. bei dem p~Alkylearbonat-p^!-eyanophenyl-benzoat, das sind sehr große Werte. ' . ..

Andererseits sind "bei Flüssigkristairverbindungen, die eine Azoxygruppe aufweisen und eine niedrige Xristall/nematische Phase-Übergangstemperatur und einen weiten Temperaturbereich für eine nematische Tlüssigkristallphase aufweisen, die Werte von Δ£ so klein, daß diese zu etwa +0,2 beim p,p'-Dialkyla2oxybenzol und zu etwa - 0,2 beim p-Alkoxy-p'-alkylazoxybenzol berechnet werden. Da die oben genannten Zusammensetzungen 20 Gew.$ eines einen positiven Beitrag liefernden Mittels enthalten haben sie einen Δ£, Wert von 2 - 3 und eine Sehwellen— spannung unter 2 YoIt, so daß man eine Anzeigevorrichtung, ohne, eine Verstärkinigsscha,ltung verwenden zu müssen, unter Benutzung von 2 Batterien erhalten kann. Die dünne Schicht aus einer flüssigkristallinen Verbindung mit einer Azoxygruppe ist transparent und hat eine hellgelbe !"arbe^ während die dünne Schicht aus einer flUssigkristallinen Verbindung mit einer Estergruppe farblos und transparent ist. Dünne Schichten aus den oben^genannten Zusammensetzungen, die aus Gemischen dieser Verbindungen zusammengesetzt sind, besitzen daher einen hellgelben Farbton und sind, transparent, so daß sie in einem kleinen Bereich sichtbares licht absorbieren. Der Anzeigeteil der Anzeigevorrichtung, in der eine derartige oben erwähnte Zusammensetzung verwendet wird, ergibt somit eine Anzeigezelle mit klarem und bemerkenswertem Kontrast.:

Da die Moleküle der Zusammensetzung eine stabile Azoxygruppe und eine stabile Estergruppe aufweisen.,, tritt das Phänomen der durch kleine 3?euchtigkeitsmengen bedingten Zersetzung, das im Falle von Azomethingruppen festgestelltwu^de, hier nicht auf. Außerdem ist es bei einer Zusammensetzung, die eine flüssigkristalline Verbindung, mit, einer Azoxygruppe ent- / haiti wichtig, die Verschlechterung.und den Abbau der flüssig-.

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409 8 2 4

kristallinen Verbindung zu verhüten, indem man Absorptionsfilter "benutzt, tun licht derjenigen Wellenlänge, die von der Verbindung.absorbiert wird, ausruf:lit em.

Die neuen erfindungsgemäßen Zusammensetzungen erfüllen alle Bedingtingen einer Anzeigeteile in einer !Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung , und eignen sich "besonders für die Verwendung in Armbanduhren, tragbaren elektronischen Piiltrechnern und Uhren etc.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Anzeigezelle, wo zwischen transparenten Elektroden 2 und 3, die eine leitfähige Schicht 1 aufweisen, ein flüssigki'istallines Material 5 durch einen Abstandshalter 4- abgeschlossen ist und die leitfähige Schicht durch Bleidrähte über einen Schalter 8 mit einer elektrischen Quelle 9 verbunden ist. Die Zahlen 6 und 7 bezeichnen Polarisationsplatten.

Figur 2 zeigt die Beziehung zwischen der Größe der dielektrischen Anisotropie und der Schwellenspannung.

Ein besonders vorteilhaftes, stabiles, nematisches flüssigkristallines Material für eine Flüssigkristall-AiiEeigevorrichtung ist eine gemischte nematische Zusaminensetzxing, die die Verbindungen der folgenden Strukturformeln A und B enthält:

worin R¹ einen Alkylrest ^c _n ^H2_n+1 ^{und R einen} Alkylrest C I oder einen Acylrest ^G-Jior\+J^G~ ^ted-euten.

- 14 -409824/0784

R' steht in der Regel für einen Alkylrest mit 1 - 10 Kohlenstoffatomen, insbesondere für einen Alkylrest mit 3-7 Kohlenstoff atomen, vorzugsweise für einen Alkylrest mit 4 - 6 Kohlenstoffatomen.

Die Zahl n,in Verbindung mit Rest R, steht im allgemeinen für die ganzen Zahlen 1-10,.insbesondere für die Zahlen 1 - 5.

Die oben mit A bezeichneten Verbindungen bilden, eine Gruppe von stabilen flüssigen Kristallen, die eine Äzoxygruppe aufweisen, wegen ihrer negativen dielektrischen Anisotropie können sie jedoch,so wie sie sind_; nicht für die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung verwendet werden. Die mit B bezeichneten Verbindungen sind weiße flüssigkristalline'Verbindungen, die eine Estergruppe aufweisen und eine stark positive dielektrische Anisotropie besitzen. Durch Vermischen dieser beiden Verbindungstypen A und B erhält man eine nemtaische Zusammensetzung mit positiver dielektrischer Anisotropie, einer hellen gelblichen Farbe und einem weiten Temperaturbereich für die flüssigkri- · stalline Phase. Aufgrund einer extrem guten gegenseitigen Verträglichkeit garantieren die Verbindungen A und B einen Temperaturbereich für die flüssigkristalline Phase, insbesondere auf der Seite niedriger Temperaturen.. Außerdem besitzen diese Verbindungen ausgezeichnete Stabilität und sind in der Lage, die Schwächen üblicher flüssiger Kristalle,, die eine Az.omethingruppe (-GH=N-) aufweisen, vollkommen zu beseitigen und gleichzeitig bei einer schwarzen Anzeige auf heller gelblicher Grund*- farbe einen starken Kontoast zu zeigen; alle diese Tatsachen stellen sehr große Vorteile dar.

Einige Beispiele für flüssigkristalline Zusammensetzungen ' dieses Typs und ihre Temperaturcharakteristiken sind in den folgenden Tabellen zusammengestellti

- 15 -

409824/07

/t,

L 10235

Verbindung A
p-Methoxy-p' -n-butylazoxybenzol

p*-Butyloxy~p' ~n-butylazoxybenzol p-lthyl-p' -capronyloxyazoxybenzol m.p (⁰C)

' 37 47

GZ-p (⁰C)

75

77,5

Verbindung B

p-Butylphenyl-p'-cyanobenzoat

_S C-(Q> C-O-(Q)-C H) 0

cyanobeiizoat

p-Hexylphenyl-p'-cyanobenzoat

m.p (⁰C) 70

Ct-p (⁰C)

42

58,5

Die Verbindungen B sind so beschaffen, daß die dielektrische Anisotropie positiv ist, die flüssigkristalline Phase hat jedoch eine starke Neigung monotrop zu v/erden.

Zusammensetzung

Gemisch aus p-Methoxy-p^f-n-butylazoxybenzol, p-Propyl-p'-capronyloxyazoxybenzol und p-Butylphenylp'-cyanobenzoat

m.p (⁰C)

Gemisch aus p-Methoxy-p'-n-ainylazoxy-j benzol, p-Methoxy-p'-n-butylazoxybenzol und p-Hexylphenyl--p^f -cyanobenzoat

-3

- 16 -40982 4/0784 Cl-p (⁰C)

70

65

Wie aus diesen Tabellen ersichtlich ist kann durch Vermischen einer Verbindung A mit einer Verbindung B ein Temperaturbe-· . reich verwirklicht werden, der in der Praxis keinerlei Probleme bereitet. '■"...

In Bezug auf Verbindung B ist zu sagen,. daß jede«Verbindung', bei der R in der 3?ormel

^G =¹

mit Resten, wie Alkoxyresten ^c _n ^H2n+1⁰' ^■°J-ⁱ-^ox:y^^es^^{en G}n^H2n+1^C~°

etc., andere Reste als der Alkylrest ⁰J₁ ¹^_n+-!' substituiert ist, in Bezug auf die gegenseitige Verträglichkeit in gleicher V/eise vorzüglich ist, wie die Verbindung A. .

Obgleich es verschiedene Methoden für die Synthese von flüssigrkristallinen Azoxyverbindungen des Verbindungstyps A gibt, wird doch die folgende Methode im allgemeinen angewendet: Man nimmt ein entsprechendes Alkylanilin als Grundmaterial und erhält durch Diazotierung und Kupplung, ein p-(p'-Hydroxy- . phenylazο)phenylalkyl-Zwisehenprodukt. Dann wird dieses Produkt einer Veretherung durch eine geeignete Alkylierungsreaktion unterworfen oder es wird mit einer gesättigten Έettsäure verestert.

Die so gebildete Azoverbindung wird mit Essigsäure und Wasserstoff peroxyd oxydiert, wobei man eine flüssigkristalline Azoxyverbindung erhält. "'..".

Andererseits sind die, Vex'bindungen_: B' flüssigkristalline Verbindungen des Estertyps, sie können durch Veresterung der G-rundmaterialien Cyanobenzoe'säure und Alkylphenol auf übliche Vieise hergestellt werden-."' '

INSPECTED - 17-

409824/078 4

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Die so synthetisierten flüssigkristallinen Verbindungen A und B werden wiederholt durch molekulare Verdampfung, ümkristalli-· sation etc. entsprechend gereinigt, so daß sie einen spezifischen Widerstand von mehr als .10 JT«cm haben und werden dann in der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung verwendet.

Das Prinzip der flüssigkristallinen Anzeige, die diese Flüssigkristall-Zusammensetzungen "benutzt, wird im Zusammenhang mit Figur 5 "beschrieben. Nematische flüssigkristalline Moleküle

3 und 3¹ werden von den Innenflächen transparenter Elektroden 1 und 2 so eingeschlossen, daß sie durch eine Orientierungsbehandlung um etwa einen rechten Winkel verdreht angeordnet sind und Polarisationsfilter 4 und 5 werden oberhalb und unterhalb dieser flüssigkristallinen Zelle angeordnet. Von den Elektroden 1 und 2 führen Bleidrähte weg, die überfeinen Schalter 7 mit einer Stromquelle 6 verbunden werden. Da die Flüssigkri stalls eile eine optische Aktivität von 90 hat, wird einfallendes Licht 8 durchgelassen, wenn die Polarisationsfilter

4 und 5 gekx^euzt sind. Schaltet man ein, so haben die Moleküle die Neigung, sich unter dem angelegten elektrischen Feld senkrecht zu den Elektroden zu orientieren, so daß das Material V optisch isotrop v/ird. Das einfallende Licht 8 v/ird -daher durch die beiden gekreuzten Polarisationsfilter unterbrochen. Das umgekehrte Phänomen tritt auf, wenn die Polarisationsfilter 4 und' 5 parallel angeordnet sind. Man kann auch nur ein Polarisationsfilter verwenden, wenn man eine reflektierende Platte an seiner Rückseite anbringt.

Mit einer derartigen neuen Anzeigevorrichtung v/ird es möglich, eine Schwellenspannung unter 1,5 Volt und eine Sättigmigspannung von 3 bis 6 Volt zu nehmen, dann kann der Energieverbrauch auf etwa 0,5^uW/cm gebracht werden, was eine bemerkenswerte Verbesserung in Bezug auf geringen Energieverbrauch der Plüssigkristallzelle ergibt. Ein. derartiges System ist daher äußerst erfolgreich als Anzeige in kleinen Vorrichtungen mit beschränkter Energie, wie tragbo.ren Meßinstrumenten etc.

40982470784

^{L 1σ235}

Insbesondere/ kann man als Armbanduhr eine "solid state" elektronische Uhr erhalten, wenn man einen Quarzoszillator und ein HOS-IC kombiniert, ein'derartiges System kann langer als 1 Jahr lang mit einer Miniatür-l'rockenbatterie von 1,5 Volt angetrieben werden.

Außerdem kann die vorliegende Erfindung mit Erfolg nicht mir für die Anzeige einer Uhr sondern auch für Digitalstopuhren, elektronische !Taschenrechner, Digitalvolmeter, PH-Meter, Viel-, fachmeßinstrumente usw. verwendet- werden.

Bei der Herstellung einer Anzeigezelle für Armbanduhren etc. ist es wichtig, schädliches licht, wie UV-Strahlung durch entsprechende Lichtfilter auszuschalten,.

Es gibt noch einige andere wirksame Maßnahmen, um den Anzeige— effekt zu erhöhen, indem man z.B. die Durchlässigkeitsrate einer Einheit eines Polarisationsfilters vergrößert oder eine unregelmäßig reflektierende Oberfläche aus einem Material . mit großem Reflexionsvermögen, wie Silber, Aluminium, etc* anbringt. · . .

Die auf diese Weise hergestellte ]?lüssigkristall-Anzeigevorrichtung hat 'durch die Verwendung der neuen nematisehen erfindungsgeinäßen Zusammensetzung als besseres Anzeigelement ein weites Anwendungsgebiet. . . .

Figur 3 zeigt das Prinzip einer erfindungsgemäßen Elüssigkristall-Anzeigevorrichtung,-in der 1 und 2 transparente Elektroden darstellen,. 3 und 3' sind nematische flüssigkristalline Moleküle, 4 und 5 sind Polarisationsfilter, 6 ist eine elektrische Quelle, 7 ein Schalter und 8. beschreibt das einfallende Licht. ■ ..-.."

- 19 -08824/0784

Claims (7)

1. CASE: L 10235

   PATENTANSPRÜCHE

   Π.j Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die eine dünne Schicht aus einer nematischen flüssigkristallinen Zusammensetzung, zwei Elektroden für die Orientierung der Moleküle der flüssigkristallinen Zusammensetzung, Einrichtungen zum Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden und

   ■-Polax'isa-tionsfilter aufweist, gekennzeichnet durch eine flüssigkristalline Zusammensetzung, die aus einer Verbindung der Formel:

   und einer Verbindung der Formel:

   C oder

   besteht, worin X, X¹ und X¹¹ Alkylreste (R-), Alkoxyreste (RO-), Acyloxyreste (RCOO-) und Alkylcarbonatreste (ROCO₂-) und R' einen Alkylrcst C H₂ ^ bedeuten.

   - 20 409824/G784

   235977? ^{L 1O235}
2. 2. Plüsslgkristall-Anzeigevorrichtung' nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkylgruppe in den Resten X, X', X'¹ und R¹ eine n-Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen ist. - *
3. 3. . Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkylgruppe in den Resten X, XT, X'V und R¹ eine n-Arkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist. ■ -. .
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigkristaliine Zusammensetzung aus p,p'-Dialkyl-

   , p-Alkoxy-p'-alkylazoxybenzol R'¹) und p-Alkyl-p' — cyanopheny3.benzoat
5. 5.- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ₉ daß die flüssigücristalline Zusammensetzung aus p,p'-Dialkylazoxy"benzol, p-Alkoxy-p'-alkylazoxy'benzol und p-Alkylcarbonat-

   p'-cyanophenylbenzoat (R - O - C - 0-/( ")Vc - 0-<X )Vc ξ N)

   ti ι V^i/ Ii V^y O O

   "besteht.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigkristaliine Zusammensetzung aus p-Alkoxy-p'-alkylazoxybenzol und p-Alkyl-p'-e-yanophenylDenzoat besteht.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1,' dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigkristaliine Zusammensetzung aus Verbindungen der Formel As ·

   - 21 ^09824/0784

   und der Formel B: _r

   worin R¹ einen Alkylrest C_nH₂ .-j und R einen Alkylrest C H₂ ^ oder einen Acylrest CJH₉₁^₁ C- "bedeuten, "besteht.

   Il

   _ 22

   409824/0784

   L e e r s e i t e