DE2419011C3 - Flüssigkristallanzeigeelement - Google Patents

Description

in der M gleich -CO(CH₂),

mit m, δ 7, — OC(CH₂L₇CH-O

Il

mitm₂al0oder -C(CH₂L₃CH₃

mit /773=10 ist und das Symbol (RO)_n- ein, zwei oder drei gleiche Alkoxygruppen bedeutet, die für /7=1 in p-Stellung zu M, für /7=2 in den m-Stellungen zu M und für /7=3 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.-°/o dem flüssigen Kristall zugesetzt sind.

3. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate der optischen Zelle des Anzeigeelementes mit Dünnschichtelektroden beschichtete Glassubstrate sind.

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristallanzeigeelement mit einem Zusätze enthaltenden und homöotrope Struktur aufweisenden Flüssigkristall.

Ein Anzeigeelement dieser Art ist aus der DE-OS 60 788 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 V3 bis Vb 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 Flüssigkristallzellen 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 Flüssigkristalls und

(3) 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 Flüssigkristallanzeigeelementen 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 homöotroper Strukturen ist daher ein vordringliches Erfordernis für die Anzeigezwecke. Entsprechend sind bereits zahlreiche Vorschläge zur Einstellung homöotroper Strukturen bekannt.

Die bekannten Methoden zur Einstellung homöotroper Strukturen lasser, sich grob in zwei Gruppen gliedern:

(1) Die innere Substratoberfläche wird Spezialbehandlungen unterzogen, beispielsweise mit MgF₂ bedampft oder mit Chromschwefelsäure geätzt;

(2) die gewünschte 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 1 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 3 genannten Verfahren betrieben werden sollen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flüssigkristallanzeigeelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das Zusätze enthält, die die molekulare Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle 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 erfindungsgemäß ein Flüssigkristallanzeigeelement mit einem Zusätze enthaltenden und eine homöotrope Struktur aufweisenden Flüssigkristall vorgeschlagen, das durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gekennzeichnet ist.

Diese Additive sind einzeln oder in Kombination miteinander oder in Kombination mit anderen Zusätzen in der Lage, die homöotrope Struktur im Flüssigkristall, insbesondere im nematischen Flüssigkristall, einzustellen, aufrechtzuerhalten und zu stabilisieren. 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 auf den Flüssigkristall. Der Effekt der Zusätze wird ab einer Konzentration von etwa 0,5 Gew.-% beobachtet.

Bei Konzentrationen von mindestens etwa 1 Gew.-% ist der Effekt ausreichend ausgebildet. Bei einem Zusatz von über 5Gew.-% wird zwar in vielen Fällen die homöotrope Struktur noch eingestellt, jedoch liegt die obere Temperaturgrenze, bei der der flüssigkristalline (mesomorphe) Zustand noch aufrechterhalten bleibt, deutlich tiefer. Ein Zusatz über 5 Gew.-% führt auch nicht mehr zu einer qualitativen oder quantitativen Verbesserung der Ausbildung der homöotropen S'ruktur.

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 · 10⁸ bis 3 ■ 10⁹Ohm · 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 nur 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 allem 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 daß dadurch für die Zusätze der Erfindung ein weiteres Anwendungsspektrum nicht nur gegenüber Lecithin, sondern auch gegenüber den vorgenannten quaternären 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 Schiffschen Basen, Azobenzol, Azoxybenzol, Alkoxybenzoesäure oder Phenyibenzoat genannt. Der Fachmann erkennt ohne weiteres aufgrund seines Fachwissens, daß er die ihm durch die Erfindung vorgestellten Verbindungen insbesondere in Kombination mit den Schiffschen 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 ι g. 2 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Bestimmung, ob sich ein flüssiger Kristal! im homöotropen Zustand befindet oder nicht.

In der F i g. 1 ist die optische Zelle des Anzeigeelementes gezeigt. Sie besteht aus den Glassubstraten 1 und 2, die planparallel sind und einen Abstand vor. 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 Oberflä-

2(j ehe des Glassubstrates 2 ist eine dünne Leiterschicht 5 aufgebracht, die ebenfalls beispielsweise aus Zinnoxid oder Indiumoxid besteht. Die Leiterschicht 5 kann auch aus irgendeinem anderer· 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

jo 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 au3en in die Zelle einfallendes Licht 8 wird zur Anzeige unter Steuerung

j-, des angelegten Feldes moduliert.

In der F i g. 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 2 in der in F i g. 2 gezeigten Weise aus. Diese Struktur eines flüssigen

■i--> 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

■jo Polarisationsebenen senkrecht aufeinanderstehen. 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 Gewichisverhältnis 1:1:1

>—CH N—<f \ (CH₂I₄CH,
- CH = N- -C^ V-(CH,KCH₁

An der Stelle des in Fig. 2 gezeigten Beobachters wird ein Lichtdetektor zur quantitativen Messung der Beleuchtung eingesetzt. Gemessen wird der flüssige Kristall mit einem Gewichtsprozent Additiv und ohne Zusatz des Additiv·; Das in der folgenden Tabelle I ι gezeigte Verhältnis χ für die verschiedenen Zusätze ist das Veriidimis 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 κι flüssigen Kristall. Die Meßergebnisse sind in der folgenden Tabelle i zusammengestellt.

Tabelle I

Additive

Formel (1)
(s. unten) w, = 0

desgl. 77i| = 1

desgl. /77, = 2

desgl. w, = 3

desgl. W₁ = 4

desgl. /ζ/, = 5

desgl. W, = 6

desgl. w, = 7

desgl. W| = 8

desgl. w, = 11

desgl. W| = I5

Formel (2) /?/| = 0

desgl. w, = 1

desgl. w, = 5

desgl. /77, = 8

desgl. W₁ = 11

desgl. /77, = 15

Formel (3) w, = O

desgl. W| = 1

desgl. w, = 5

desgl. W, = 7

desgl. w, = 11

desgl. /77, = 15

Formel (4) w₂ = O

desgl. /77, = 1

desgl. w, = 3

desgl. W₂ = 5

desgl. /77, = 7

desgl. Di₂ = 9

desgl. W₂ = IO

desgl. w₂ = 11

desgl. /77, = 13

desgl. W₂ = 15

Formel (5) w, = 0

desgl. w, = 3

desgl. W₂= 5

desgl. W₂= 9

desgl. w, = 11

desgl. w, = 13

desgl. w₂ = 15

Formel (6) W₃ = 0

desgl. W₃= 3

desgl. Ot₃ = 7

desgl. Ot₃= 9

dt -I. Ot₃ = 10

desgl. Ot₃ = 11

desgl. w, = 13

desgl. W, = 15

Vi-¹A

Vi-¹A

Vi-¹A

Vi-¹A

Vi-¹A

Vi-¹A

¹A-¹A

Ά-'/ιο

%-Vio

¹ZlU-'/15

VlO-Vlv

¹Zi V,

¹A-¹A ¹A-¹ZiO ¹A-¹ZiO 'A-'Zio

Vi-¹A

Vi-¹A

Vi-¹A

Ά-Vio

Vio-Vis

Vio-Vis

Vi V,

¹A-¹A ¹A-¹A ¹A-¹A ¹A-¹A Vs-Vk ¹A-ViS

Vi '/.-¹A

¹A-¹A

¹A-¹A ¹A-¹A ¹A-ViS

V.

Vi-¹A V₂-¹A V.-JA

¹A-Vm Vs-Vis ¹A-ViS

Additive	/H, = 0	Λ
Formel (7)	777, = 3	".
desgl.	/71, = 7	Vi-1A
desul.	//i,= 9	Vi -1A
	'/7,= 10	1A-1A
desfi!	W1 = ! i	%-%
desgl.	/'/, = 13	Wr
desgl.	w,- 15	1A-Vr
desgl.	//7,-17	1A-1Z15
desgl.	//7, = 0	Vio-Vis
l-urmel (8)	/77, = 4	V,
desgl.	wj= 8	V, ~'/4
desgl.	/77, = IC	1A-1A
desgl.	//), =13	'/8-VlO
desgl.	m, - 15	'A-Vis
desgl.	w, = 17	VlO-Vlv
desgl.	W2= 0	Vio-Vis
Formel (9)	W2 = 1	V,
desgl.	w, = 5	Vi-1A
desgl.	w, = 7	'/i-'A
desgl.	m\ = 11	Vs-Vio
desgl.	W2 = 15	Ά-Vis
desgl.	Vio-Vis

CH₃O-

CH₃O

CH₃O

CO(CH₂L₁CH.,

Il

CO(CH₂L₁CH,

H₂L₁ CH,

₂U₂ CH₃

OC(CH₂L₂ CH₃

CH₃O

CH₃O^f y- C(CH₂L₃ CH₃
CH₃O

CH₃O

7 8

t'MjO Struktur hat, wenn in den I-ormeln (1) bis (9) m,&7,

j ;, ni₂ä 10 bzw. /iiiäiO sind, mi, m₂, mi sind dabei ganze

^; \ :'.,,... ... .o. Zahlen, vorzugsweise mit Werten bis zu 24, insbesonde-

^H'^{( lJ} \ /" ^{l v}'^;' -'"'ι '·' ^(M re mit Werten bis zu 15 für im und m₂ und bis zu 17 für

I ^r> nii.

("H₁O Die Alkoxygnippen RO in der allgemeinen Pormel

des Anspruchs 1 sind gleiche Alkoxygruppen mit 1 bis 4 .... Kohlenstoffatomen. Unter diesen werden speziell jene

O Verbindungen als Zusätze bevorzugt, in denen RO die

¹ . |j in Bedeutung Methoxy oder Äthoxy haben.

OC(CH; 1,,,,('H₁ (9) Ein Zusatz dieser Additive zu einem ncmalischen

flüssigen Kristall stellt die homöotrope Struktur zuverlässig und vollständig ein und erhält sie aufrecht.

' ' Mit solchen Kristallen hergestellte Anzeigeelement

!' ut-isen eine wesentliche Verbesserung der Transparenz

Die in der Tabelle I gezeigten Daten zeigen, daß der im Nullfeld und damit einen wesentlich erhöhten flüssige Kristall eine gut ausgebildete homöotrope Anzeigekontrast auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

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