DE2419011A1

DE2419011A1 - Anzeigeelement auf der basis fluessiger kristalle

Info

Publication number: DE2419011A1
Application number: DE2419011A
Authority: DE
Inventors: Komei Asai; Masakazu Fukai; Akio Moriyama; Hiroshi Tatsuta
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-04-20
Filing date: 1974-04-19
Publication date: 1974-10-24
Also published as: CA1029940A; DE2419011B2; FR2226718A1; GB1441541A; FR2226718B1; US3919106A; DE2419011C3

Description

LW/XI/A 128-03

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD.,
1006, Oaza Kadoma, Kadoma-shi, Osaka, Japan

Anzeigeelement auf der Basis flüssiger Kristalle

Die Erfindung betrifft ein Anzeigeelement auf der Basis
flüssiger Kristalle. Insbesondere betrifft die Erfindung Zusätze zur Einstellung der homöotropen Struktur in einem nematischen flüssigen Kristall zur verbesserten Informationsdarstellung in Anzeigeelementen auf der Basis flüssiger Kristalle.

Das Anzeigeelement der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein flüssiges Kristallmaterial mit homöotroper Struktur, enthaltend einen nematischen flüssigen Kristall und mindestens eine Verbindung der allgemeinen Formel

^_n

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O O

in der M -CO (CH₀) CH- rait m, = 7, -CXI(CH₀) CH-, mit m_o = 10

ζ πι, 3 ± ζ m_o ο 2.

Ol 2

oder -C(CH₀) CH_ mit m_ = 10, -OR eine Alkoxygruppe, η gleich 1, 2 oder 3 ist und -QR für η = 1 in p-Steilung zu M steht, für η = 2 in m-Steilung zu M steht und für η = .3 in m- und p-Stellung zu M steht.

Die homöotrope Struktur des nematischen flüssigen Kristalls wird also durch Hinzufügen des Zusatzes zum flüssigen Kristall selbst erzeugt, eingestellt und aufrechterhalten.

Diese Additive sind einzeln oder in Kombination miteinander oder in Kombination mit anderen Zusätzen in der Lage, die homöotrope Struktur im flüssigen Kristall, insbesondere im nematischen flüssigen Kristall, herzustellen. Die Zusätze werden in Mengen von 0,5 bis 5 Gewo-%, bezogen auf das flüssige Kristallmaterial, zugesetzt. Bei einem Zusatz von über 5 Gew.-% wird zwar in vielen Fällen die homöotrope Struktur noch eingestellt, jedoch liegt die obere Temperaturgrenze, bei der der flüssige Kristallzustand noch aufrechterhalten bleibt, erheblich tiefer. Ein erhöhter Zusatz führt auch nicht mehr zu einer qualitativen oder quantitativen Verbesserung der homöotropen Struktur selbst.

Die flüssigen Kristalle, denen die Zusätze zugesetzt werden können, sind hinsichtlich ihrer Zusammensetzung keinen Beschränkungen unterworfen. Als Beispiele für solche flüssigen Kristalle seien die Schiffsehen Basen, Azobenzol, Azoxybenzol, Alkoxybenzoesäure oder Phenylbenzoat genannt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben, Es zeigen:

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Fig. 1 im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel

des Anzeigeelementes der Erfindung und

Fig. 2 in schematiseher Darstellung eine

Vorrichtung zur Bestimmung, ob sich ein flüssiger Kristall im homöotropen Zustand befindet oder nicht.

In der Fig. 1 ist die optische Zelle des Anzeigeelementes gezeigt. Sie besteht aus den Glassubstraten 1 und 2, die planparallel sind und einen Abstand von einigen bis einigen zehn Mikrometern voneinander haben. Der Abstand der beiden Glassubstrate voneinander wird durch einen elektrisch isolierenden Abstandshalter 3 eingestellt. Auf der inneren Oberfläche des Substrates 1 ist eine durchsichtige Dünnschichtelektrode 4 aufgebracht. Solche dünnen Leiterschichten können beispielsweise aus Zinnoxid oder Indiumoxid bestehen. Auf der gegenüberliegenden inneren Oberfläche des Glassubstrates 2 ist eine dünne Leiterschicht 5 aufgebracht, die ebenfalls beispielsweise aus Zinnoxid oder Indiumoxid besteht. Die Leiterschicht 5 kann auch aus irgendeinem anderen dünnen durchsichtigen Überzugsmaterial bestehen, vorzugsweise aus einer dünnen im Vakuum aufgedampften Metallschicht, einer dünnen durchsichtigen Leiterschicht mit einer dielektrischen Spiegelschicht oder aus Modifikationen solcher Leiterschichten. Der Zwischenraum zwischen den Substraten 1 und 2 bzw. zwischen den Dünnschichtelektroden 4 und 5 ist vom flüssigen Kristall 6 ausgefüllt. Über die Elektroden 4 und 5 kann auf den flüssigen Kristall 6 ein äusseres elektrisches Feld einwirken. Die Spannung wird von einer Quelle 7 geliefert. Von aussen in die Zelle einfallendes Licht 8 wird zur Anzeige unter Steuerung des angelegten Feldes moduliert.

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In der Pig. 2 ist die relative Ausrichtung der Hauptebenen der Glassubstrate 1 und 2 der optischen Zelle des Anzeigeelementes zu den Molekülen 9 des flüssigen Kristalls und den Molekülen 10 der Additive gemäss der Erfindung schematisch dargestellt. Durch den Zusatz der Additive richten sich die Längsachsen der Moleküle des flüssigen Kristalls senkrecht zur Oberfläche der Glassubstrate 1 und in der in Fig. 2 gezeigten Weise aus. Diese Struktur eines flüssigen Kristalls wird als homöotrope Struktur bezeichnet.

Das Vorliegen einer homöotropen Struktur kann wie folgt geprüft werden: Lineare Polarisatoren 11 und 12 werden zu beiden Seiten der optischen Zelle des Anzeigeelementes in der Weise angeordnet« dass ihre Polarisationsebenen senkrecht aufeinander stehen. Beim Vorliegen einer homöotropen Struktur kann das einfallende Licht 13 nicht vom Beobachter 14 auf der gegenüberliegenden Seite der Anordnung gesehen werden.

Zur visuellen Informationsdarstellung auf der Basis flüssiger Kristalle unter Verwendung der homöotropen Struktur können beispielsweise folgende Verfahren eingesetzt werden:

(1) Durch Anlegen einer Spannung wird ein Ionenstrom erzeugt, der die dynamische Streuung des Lichtes auslöst (dynamische Streuung).

(2) Durch Anlegen des Feldes wird die Richtung der achsenparallelen Ausrichtung der Moleküle verändert« wodurch eine Modulation des Lichtes durch Doppelbrechung hervorgerufen wird (DAP).

(3) Durch Anlegen einer Spannung an einen flüssigen Kristall,

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der einen oder mehrere Farbstoffe mit Absorptionsanisotropie enthält, wird die Ausrichtung der Farbstoffmoleküle und damit die Färbung des Anzeigeelementes verändert.

Durch die Verwendung und Einstellung einer homöotropen Struktur in Anzeigeelementen auf der Basis flüssiger Kristalle wird die Transparenz des Anzeigeelementes in Abwesenheit eines elektrischen Feldes verbessert, also sowohl in Elektrodenbereichen bei einer Spannung Null als auch in nicht mit Elektroden belegten Bereichen. Darüber hinaus können die Darstellungsverfahren (1) und (2) nur mit einem flüssigen Kristall mit homöotroper Struktur wirkungsvoll eingesetzt werden.

Beispiel

Als flüssiger Kristall dient ein Gemisch der nachstehend genannten Verbindungen mit Gewichtsverhältnis 1:1:1:

An der Stelle des in Fig. 2 gezeigten Beobachters 14 wird

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ein Lichtdetektor zur quantitativen Messung der Beleuchtung eingesetzt. Gemessen wird der flüssige Kristall mit einem Gewichtsprozent Additiv und ohne Zusatz des Additivs. Das in der folgenden Tabelle I gezeigte Verhältnis χ für die verschiedenen Zusätze ist das Verhältnis der Menge des in Transmission gemessenen Lichtes in Gegenwart des Additivs im flüssigen Kristall zur Menge des in Transmission gemessenen Lichtes in Abwesenheit des Additivs im flüssigen Kristall. Die Messergebnisse sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.

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Tabelle I

Additive	Formel	^mi ^:	= 0	X	1/2
allgemeine (D		^mi ^:	= 1	1/1 -	1/2
II			= 2	1/1 -	1/2
Il		^mi ^:	= 3	1/1 -	1/2
II		^mi ^:	= h	1/1 -	1/3
Il		^mi ^:	= 5	1/1 -	1/3
Il		^ml ^:	= 6	1/1 -	IA
11		^mi ^:	= ' 7	1/2 -	1/10
Il		Hl₁ :	= 8	iA -	1/10
Il		^mi ^:	= 11	iA -	1/15
Il		^mi ^:	= 15	1/10 -	1/15
Il	Formel	^ml ⁼	= 0	1/10 -
allgemeine (2)		Hi₁ =	= 1	1/1
Il		^ml ⁼	= 5	1/1	1/2
Il		^ml ⁼	= 8	1/1 -	1/10
Il		^ml ⁼	: 11	Ία -	1/10
Il		m-, =	= 15	1/5 -	1/10
11	Formel	^ml ⁼	: 0	1/5 -	1/2
allgemeine (3)		^ml ⁼	: 1	1/1 -	1/2
Il		In₁ =	= 5·	1/1 -	1/3
Il		^ml ⁼	7	1/1 -	1/10
Il		^ml ⁼	11	iA -	1/15
Il		^ml ⁼	15	1/10 -	1/15
Il	Formel	m₂ =	0.	1/10 -
allgemeine (4)		U\p -	1	•1/1
Il	409	8A3^?/0	9^3	1/1	■1/2 !
Il			1/1 -

Tabelle_I (Fortsetzung)

Il Il Il Il Il Il

allgemeine Formel
(5)

allgemeine Formel
(6)

II
Il
Il
Il
Il

allgemeine Formel
(7)

11
11
Il
Il

nip =

nip ⁼

nip =

m₂ =

nip =

= 5 7 9 10

11 13 15

nip =

nip - 11 m₂ = 13

m₂ = 15

nu = 0

^m3 ⁼ ^

^m3 ⁼ ⁷

m₃ = 9

I, = 10

nu = 11

m^ = 13

^m3 ^{= l5}

m₃ = 0 m^ = 3

^m3 ^{= 7} m₃ = 9

m " = 10 m-, = 11 1/2 1/2 lA lA iA 1/8 1/8

1/1 1/1 1/2 iA iA iA 1/8

1/1 1/1 1/2 iA 1/5 1/5 1/8 1/8

1/1 1/1 1/1 1/2 l/¹«

ιΛ

1/6 1/6 1/6 1/8 1/8 1/15

1/15

1/2 1/6 1/6 1/8 1/8 1/15

1/2

1/6

1/10

1/15 1/15

1/2

iA

1/6 1/8 I/ft

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Tabelle I (Fortsetzunq)

" ^m3	= 13	1/8	- 1/15
" ■ ^m3	-15	1/8	- 1/15
" . nu	= 17	1/10	- 1/15

CH, 0-

1(CH₀)

₂)

(1)

CH₃O C₂H₅,

C0(CH₂)_m CH

₂)_m CH₃

20(CH₀) CH-

(2)

CH. 0

(λ)

CH 0

CH₃O

0 OC(CH ) CH.

£- IH/"N

(5)

^CH3°\ Q

CH₃O

(6)

■(7)

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Die in der Tabelle I gezeigten Daten zeigen, dass der flüssige Kristall eine gut ausgebildete homöotrope Struktur hat, wenn in den Formeln (1) bis (7) m, = 7, m- ^s 10 bzw. nu = 10 sind. ra,, hu, nu sind dabei ganze Zahlen, vorzugsweise mit Werten bis zu 24, insbesondere mit Werten bis zu 15 für m^ und nu und bis zu 17 für

Die Alkoxygruppen RO in der eingangs genannten allgemeinen Formel sind prinzipiell beliebige Alkoxygruppen und brauchen für η > 1 auch nicht gleich zu sein· Eine gleiche Substitution für n>l wird jedoch bevorzugt. Auaserdem werden unter den Alkoxygruppen jene mit bis zu 17 Kohlenstoffatomen, insbesondere mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen, bevorzugt. Unter diesen werden speziell jene Verbindungen als Zusätze bevorzugt, in denen RO die Bedeutung Methoxy oder Äthoxy haben.

Ein Zusatz dieser Additive zu eine» nematischen flüssigen Kristall stellt die homöotrope Struktur zuverlässig und vollständig ein und erhält sie aufrecht. Mit solchen Kristallen hergestellte Anzeigeelemente weisen eine wesentliche Verbesserung der Transparenz im Nullfeld und damit einen wesentlich erhöhten Anzeigekontrast auf.

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Claims

Patentansprüche

Anzeigeelement auf der Basis flüssiger Kristalle, gekennzeichnet durch ein flüssiges Kristallmaterial mit homöotroper Struktur enthaltend einen nematischen flüssigen Kristall und mindestens eine Verbindung der allgemeinen Formel

(RO)_n

O O

in der M -CO(CH₀) CH- mit m '= 7, -OC (CH₀ V CH- mit

JL ItU Λ X A Ια— J

> s ^x > ²

m_o * ίο oder -C(CH₀) CH- mit m, ■ 10, -OR eine Alkoxygruppe, η gleich 1,2 oder 3 ist und -OR für n« 1 in p-Stellung zu M steht, für η « 2 in m-Stellung zu M steht und für η «= 3 in m- und p-Stellung zu M steht.
2. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-% dem flüssigen Kristall zugesetzt werden.
3. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Substrate der optischen Zelle des Anzeigeelementes mit Dünnschichtelektroden beschichtete Glassubstrate verwendet·

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