DE2419011B2

DE2419011B2 - Flüssigkristallanzeigeelement

Info

Publication number: DE2419011B2
Application number: DE2419011A
Authority: DE
Inventors: Komei Hirakata Asai; Masakazu Nishinomiya 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: 1978-06-08
Also published as: DE2419011A1; FR2226718A1; FR2226718B1; DE2419011C3; GB1441541A; CA1029940A; US3919106A

Description

mit/Hi δ 7,

in der M gleich -CO(CI I.),„.CH._;

C)

mit

Il

> al O oder — C(CH,)_mjCHj

mit HJiSlO ist und das Symbol (RO),,- ein, zwei oder drei gleiche Alkoxygruppen bedeutet, die für /J=I in p-Stellung zu M, für /j = 2 in den m-Stellungen zu M und für /J = J in den m-Stellungen und der p-Stellung zu M stehen und deren Alkylrest R 1 bis 4 Kohlenstoffatome hat.

2. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-% dem flüssigen Kristall zugesetzt sind.

J. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate der optischen Zelle des Anzeigeelementes mit Dünnschichtelektroden beschichtete Glassubstrate sind.

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkrislallanzeigeelement mit einem Zusätze enthaltenden und hoinöo · trope Struktur aufweisenden Flüssigkristall.

Ein Anzeigeelement dieser Art ist aus der DE-C)S 788 bekannt. Als Zusätze zum Flüssigkristall dienen quaternäre Ammoniumsalze mit einem längeren Alkylrest. Der Grad der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle, der durch diese Zusätze erhältlich ist, ist jedoch nur relativ gering. Transmissionsmessungen an optischen Zellen zeigen, daß das Verhältnis χ der Transmission in Gegenwart der Zusätze zur Transmission durch den Flüssigkristall ohne Zusätze nur 'Λ bis 7_h beträgt, wenn die Flüssigkristallzelle zwischen einen Polarisator und einen Analysator geschaltet ist. Für technisch leistungsfähige Systeme muß dieser Wert deutlich kleiner sein.

Die ausgeprägten optischen Effekte von Flüssigkristallzelle.i werden beispielsweise zu folgenden Zwecken ausgenutzt:

(1) Zur elektrooptischen Anzeige unter Ausnutzung der dynamischen Streuung des Lichtes am Flüssigkristall,

(2) zur elektrooptischen Anzeige unter Ausnutzung der elektrisch gesteuerten Doppelbrechung des Flüssigkristall und

(J) zur elektrooptischen Anzeige unter Ausnutzung einer elektrisch gesteuerten anisotropen Lichtabsorptions pleochroischer Farbstoffe, die im Flüssigkristall gelöst sind, wobei dieses Anzeigeverfahren in der Literatur häufig als »Gast-Wirt-Wechselwirkung« bezeichnet wird.

Wenn für die drei zuvor genannten Prinzipien der Informationsdarstellung mit Flüssigkristallanzeigeelemenlcn Flüssigkristalle ohne ausreichend stark ausgeprägte homöotrope Struktur oder Textur verwendet werden, ist die Transparenz der optischen Zellen unterhalb der Schwellenspannung unzureichend. Die Anzeigeflächen sind getrübt, so daß keine kontrastreiche Anzeige möglich ist.

Die Einstellung guter honiöotroper Strukturen ist daher ein vordringliches Erfordernis für die Anzeigezwecke. Entsprechend sind bereits zahlreiche Vorschläge zur Einstellung honiöotroper Strukturen bekannt.

Die bekannten Methoden zur Einstellung honiöotroper Strukturen lassen sich grob in zwei Gruppen gliedern:

(1) Die innere Substratoberfläche wird Spezialbehandlungen unterzogen, beispielsweise mit MgFj bedampft oder mit Chromschwefelsäure geätzt;

(2) die gewünsch· ι homöotrope Struktur wird durch Zugabe von Zusätzen zum Flüssigkristall eingestellt.

Die Erfindung beschreitet den zweiten der durch die beiden vorgenannten Alternativen aufgewiesenen Wege.

Wesentliches Erfordernis für die Zusätze ist, daß sie die Flüssigkristallmoleküle kollektiv mit ihren langen Molekülachsen senkrecht zur Substratoberfläche ausrichten oder in dieser Ausrichtung stabilisieren. Die Ausrichtung und bzw. oder Stabilisierung dieser Struktur muß langfristig wirksam sein. Außerdem müssen die Zusätze vorzugsweise bei der Verwendung des Flüssigkristalls nach dem vorgenannten Verfahren I eine relativ hohe spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wenn eine wirksame dynamische Streuung erzielt werden soll, und müssen im Gegensatz dazu eine relativ niedrige spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wenn die Flüssigkristallanzeigen nach den unter Ziff. 2 und i genannten Verfahren betrieben werden soüen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flüssigkristallanzeigeelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das Zusätze enthält, die die molekulare Ausrichtung der Flüssigkristallnioleküle wirksamer einstellen und stabilisieren und gleichzeitig eine niedrigere spezifische elektrische Leitfähigkeit als die aus der vorstehend genannten Druckschrift bekannten Zusätze aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgeniäß ein Fliissigkristallanzeigeelenient mit einem Zusätze enthaltenden und eine homöotrope Struktur aufweisende!! Flüssigkristall vorgeschlagen, das durch die im Patentanspruch I genannten Merkmale gekennzeichnet ist.

Diese Additive sind einzeln oiler in Kombination miteinander oder in Kombination mit anderen Zusätzen in der Lage, die homöotrope Struktur im Flüssigkristall, insbesondere im nematische!! Flüssigkristall, einzustellen, aufrechtzuerhalten und zu stabi^!isieren. Die Konzentration, in der diese Zusätze zuzugeben sind, kann im Einzelfall vom Fachmann aufgrund seines Fachwissens ohne weiteres ermittelt werden. Vorzugsweise erfolgen die Zusätze in Mengen von 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen au.' den Flüssigkristall. Der Effekt der Zusätze wird ab einer Konzentration von etwa 0,5 Gew.-°/o beobachte!..

Bei Konzentrationen von mindestens etwa I Gew.-% ist der Effekt ausreichend ausgebildet. Bei einem Zusatz von über 5 Gew.-% wird zwar in vielen Fällen die honiöotrope Struktur noch eingestellt, jedoch liegt die obere Teniperalurgrenze, bei der der flüssigkristalline (mesomorphe) Zustand noch aufrechterhalten bleibt, deutlich tiefer. Ein Zusatz über 5Gew.-"/o führt auch nicht mehr zu einer qualitativen oder quantitativen Verbesserung der Ausbildung der homöotropen Struktur.

Da die Zusätze der Erfindung nichtionisch sind, weisen sie einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand auf. Den Bedingungen des Spezialfalls werden sie durch weitere Zusätze angepaßt. Wenn sie beispielsweise in Flüssigkristallanzeigen eingesetzt werden sollen, die auf der Basis der dynamischen Streuung des Lichtes im Flüssigkristall arbeiten, wird der spezifische elektrische Widerstand des Flüssigkristalls vorzugsweise auf einen Wert in der Größenordnung von 5 · K)⁸ bis 3 · 10''Ohm · cm eingestellt. Zur Einstellung eines solchen spezifischen elektrischen Widerstandes werden die Zusätze der Erfindung vorzugsweise in Verbindung mit ionischen Zusätzen verwendet.

Bei Verwendung der Zusätze in einer Flüssigkristallanzeige, die das Doppelbrechungsprinzip durch Einfügen der Flüssigkristallzelle zwischen einen Polarisator und einen Analysator ausnutzt, und für den Einsatz in einer Flüssigkristallanzeige, die einen pleochroische Farbstoff enthält, ist der spezifische elektrische Widerstand der Zelle vorzugsweise so hoch wie :sur irgend möglich. Für diese Einsatzzwecke werden die Zusätze der Erfindung ohne weitere Zusätze verwendet. Aufgrund ihres hohen spezifischen elektrischen Widerstandes sind sie vor allem für diese Art der Anzeigeelemente geeignet. In dieser Hinsicht sind die Zusätze vor allein auch dem seit langem als Zusatz bekannten Lecithin überlegen, das eine ausgesprochen hohe spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist. Durch Zusätze kann der spezifische elektrische Widerstand von Lecithin zwar kaum erhöht werden, andererseits kann aber durch Zusätze die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Zusätze der Erfindung leicht erhöht werden, so dall dadurch für die Zusätze der Erfindung ein weiteres Anwendiingsspektruni nicht nur gegenüber Lecithin, sondern auch gegenüber den vorgenannten quaterniiren Ammoniumsalzen gegeben ist.

Die Zusammensetzung der Flüssigkristalle, in Verbindung mit denen die Zusätze der Erfindung verwendet werden können, sind prinzipiell keinen Beschränkungen unterworfen. Als Beispiele für solche Flüssigkristallzusammensetzungen seien die Schiffsehen Basen, Azobenzol, Azoxybenzol, Alkoxybenzoesäure oder Phenylbenzoat genannt. Der Fachmann erkennt ohne weiteres aufgrund seines Fachwissens, daß er die ihm durch die Erfindung vorgestellten Verbindungen insbesondere in Kombination mit den Schiffchen Basen und Azobenzolen verwenden kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel des

"> Anzeigeelementes der Erfindung und

F i g. 2 in schematischer 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 Anzeigeele-

Ki mentes gezeigt. Sie besteht aus den Glassubstraien 1 und 2, die planparalhl sind und einen Abstand von einigen bis einigen zehn Mikrometern voneinander haben. Der Abstand der beiden Glassubstrate voneinander wird durch einen elektrisch isolierenden Abstands-

n halter } eingestellt. Auf der inneren Oberfläche des Substrates I ist eine durchsichtige Dünnschichielektrode 4 aufgebracht. Solche dünnen Leiterschichten können beispielsweise aus Zinnoxid oder Indiumoxid bestehen. Auf der gegenüberliegenden inneren Oberflä-

.»0 ehe des Glassubstrates 2 ist eine dünne Leiterschicht 5 aufgebracht, die ebenfalls beispielsweise aus Zinnoxid oder Indiumoxid besteht Die Leitersthicht 5 kann auch aus irgendeinem anderen dünnen durchsichtigen Überzugsmaterial bestehen, vorzugsweise aus einer dünnen,

Ji 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 Dünnschichteleklroden 4 und

in 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

π des angelegten Feldes moduliert.

In der Fig.2 ist die relative Ausrichtung der Hauptebenen der Glassubstrate I und 2 der optischen Zelle des Anzeigeelementes zu den Molekülen 9 des flüssigen Kristalls und den Molekülen 10 der Additive

in 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 2 in der in Fig. 2 gezeigten Weise aus. Diese Struktur eines flüssigen

π Kristalls wird als homöotrope Struktur bezeichnet.

Das Vorliegen einer homöotropen Struktur kann wie folgt geprüft werden: Lineare Polarisatoren !1 und 12 werden zu beiden Seiten der optischen Zelle des Anzeigeelementes in der Weise angeordnet, daß ihre

ii> Polarisationsebenen senkrecht aufeinanderstellen. Beim Vorliegen einer homöotropen Struktur kann das einfallende Licht 13 nicht vom Beobachter 14 auf der gegenüberliegenden Seite der Anordnung gesehen werden.

Beispiel

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

CU N-

(CH₂J₆ClI₃

( H₁(CH,),()

V-CH N-

>- (CH₂I₄CHj

CIIjCH₂O

CH N-

An der Stelle des in I" i g. 2 gezeigten Beobachters 14 wird 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 labeile 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 Mefiergcbnissc sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt.

hineile I

Additive	(I)	(2)	III ι ="■	(I	.V
Formel	(s. unten)		«I, =	I
	desgl.		I)I₁ -	2	'■'I-¹/?
desgl.		»71 -	.1	Vi-V:
desgl.		Di₁ ■--■	A	Vi-V:
desgl.		in, ·--	5	Vi-V:
desgl.	(3)	III, "-	(i	Vi-¹A
desgl.		/;;, =■	7	Vi-V«
desgl.		/;;, -	8	¹A-¹A
desgl.		*in, --■*	11	V₁-Vn,
desgl.		in, =	15	¹A-Vn,
desgl.		III, =	0	Vi₁₁-Vh
Formel	(4)	"Ί ^i:	1	Vm-Vh
desgl.		'''I =	5	Vl
desgl.		/»ι =	8	Vl
desgl.		/)/\| ~-	11	V)-¹A
desgl.		III, =	15	',4-Vm
desgl.		in, --	0	¹A-Vh,
l'ormcl		*III, '■*	1	¹A-Vh.
desgl.		III, =	5	Vi-¹Zi
desgl.		*in, -■-*	7	V,-V:
desgl.		*in, ■-*	Il	Vi-¹A
desgl.	(5)	in, --■■■	15	V₁-Vm
desgl.		iih =	(I	Vn-Vh
l'ormcl		llh =	1	Vm-Vh
desgl.		/Hi ^	3	V.
desgl.		llh ^v	5	Vl
desgl.		*iih "*	7	Vi-¹A
desgl.		llh ■	')	Vi-¹A
desgl.	HO		Kl	Vi-Ά
desgl.		'".'	Il	Vi-V,.
desgl.		*Ill;*	13	Vr-¹A
desgl.		*llh -*	15	Vi-¹A
desgl.		'".'	(I	Vs-Vh
Formel		/Hi ■"	1	¹A-Vh
desgl.		/Hi	5	'/,
desgl.		llh	')	¹Zi-Vj
desgl.		llh	11	''-Vl,
desgl.		llh	13	''¹I- Ά
desgl.	llh	15	'<i ¹A
desgl.	/Hi	(I	Vr V«
Formel	'H₁	.1	¹V '/h
desgl.	/Hl	7	Vl
desgl.	/Hl	')	'-ι V-
desgl.	"Il	Kl	V- V„
desgl.	*Hit*	Il	V₁ '/„
desgl.	Hh	π	Ά Vm
.IfSj-I	*III*	is	'■- Vh.
ili'si'l.		\ '<ι·
		I' I ,

(ΊΙ.,Ο

Additive	H	(7)	/Hi	O	V
Formel			Hh	3	Ί
desgl.			Hh ■	7	Vi '/-
desgl.		/H;	y	Vi-Vi
desgl.		*Uli*	10	V-V,,
desgl.		Hh '	Il	V.-¹A
desgl.		/Hi	13	Vr Vs
desgl.		/Hi ^;	15	'A-Vh
desgl.		/Hr	17	Vs-Vh
desgl.	(8)	*III,*	O	Vm-Vh
Formel		*III,*	4	Vl
desgl.		*III,*	8	V--Vi
desgl.		III,	- IO	Vj-Vx
desgl.		*III,*	• 13	'A-Vh,
desgl.		*III,*	15	Vx-Vh
desgl.		*III,*	17	Vi..- Vh
desgl.	CJ)	*llh ■*	O	Vi₁₁-Vh
Formel		llh ~	1	Vi
desgl.		*llh*	5	>/l -'',
desgl.		*llh "*	7	".-V₁
desgl.		Hh ^r	Il	'A-Vm
desgl.		III, =	15	Vx-Vh
desgl.		O		Vm-Vh
	/		CO(CH,
	1»	O H	,,,,(Ii.,
(
		Il CO(CH,	...CWx

CH₁O

cn.,o /( y-

ClI₁O

^/

CII₁O

CII₁O ■:'

CH₁O

-CO(CH,),,,, CW, O

Il

()(((ΊΙ, L₂CH₁

O OC(CH,)„„ CII,

CICI 1,I₁₁₁₁CH,

CII₁O

CH₃O

H₃CO

CO(CH₂L₁CH.,

(8)

CH₃O H₇C₃O

OC(CH₂UCH₃

H₇C₃O

Die in der Tabelle I gezeigten Daten zeigen, daß der flüssige Kristall eine gut ausgebildete homöotrope Struktur hat, wenn in den Formeln (1) bis (9) mi^7, /t?2^10 bzw. /7J3&10 sind, m,, W₂, m₃ sind dabei ganze Zahlen, vorzugsweise mit Werten bis zu 24, insbesondere mit Werten bis zu 15 für m\ und m₂ und bis zu 17 für

mj.

Die Alkoxygruppen RO in der allgemeinen Formel des Anspruchs 1 sind gleiche Alkoxygruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Unter diesen werden speziell jene Verbindungen als Zusätze bevorzugt, in denen RO die

ίο Bedeutung Methoxy oder Äthoxy haben.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Fliissigkristallanzeigeelenient mit einem Zusätze enthaltenden und homöotrope Struktur aufweisenden Flüssigkristall, gekennzeichnet durch den Zusatz mindestens einer Verbindung der allgemeinen chemischen Formel