DE3420110A1

DE3420110A1 - Zusammensetzungen fuer fluessigkristalle

Info

Publication number: DE3420110A1
Application number: DE3420110A
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Yamatokoriyama Nara Funada; Yutaka Nara Ishii; Naofumi Kimura; Kenichi Tenri Nara Nakagawa
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1983-05-31
Filing date: 1984-05-30
Publication date: 1984-12-06
Also published as: GB2142927B; US4622162A; DE3420110C2; JPH0349959B2; GB8413932D0; JPS59221376A; GB2142927A

Description

Zusammensetzungen für Flüssigkristalle

Die vorliegende Erfindung betrifft Zusammensetzungen für Flüssigkristalle mit einer positiven dielektrischen Anisotropie Δ £ Sie betrifft insbesondere Zusammensetzungen für Flüssigkristalle zur Verwendung in Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen des verdrillt nematischen Typs, die in einem weiten Temperaturbereich nicht nur in statischer Schaltung (Static Drive Scheme), sondern auch in Mehrfachschaltung (Multiplex Drive Scheme) betrieben werden können.

Anzeigevorrichtungen, die sich optische Effekte von Flüssigkristallen zunutze machen, wurden weitverbreitet in solchen Instrumenten wie elektronischen Rechnern und Armbanduhren verwendet. Sie können allerdings nur in einem schmalen Temperaturbereich um Raumtemperatur herum arbeiten. In jüngster Zeit erlangen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen umfangreiche Verwendung für Vorrichtungen wie Anzeigen in einem Automobil, Signalanzeigen und Meßistrumenten für die Verwendung im Freien, die in einer Umgebung zur Verwendung kommen, in der die Anzeigevorrichtungen starken Temperaturschwankungen ausgesetzt sein können. Daher bestand ein starkes Bedürfnis nach einem Flüssigkristall-

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material, das einen weiten mesomorphen Bereich hat und in Mehrfachschaltung (Multiplex Drive Scheme) betrieben werden Jcann. Allerdings konnten Flüssigkristall-Materialien aus dem Stand der Technik diese Anforderungen nicht" erfüllen. Flüssigkristall-Materialien zur Verwendung in einem weiten Temperaturbereich sollten .generell die folgenden Anforderungen erfüllen:

(1) Weiter mesomorpher Bereich.

Obwohl die Notwendigkeit, daß Flüssigkristall-Materialien einen weiten mesomorphen-Bereich haben, ganz allgemein gilt, wird ein weiter Bereich insbesondere für Flüssigkristall-Materialien benötigt, deren Verwendungsbereich in einer Umgebung liegt, in der die Temperatur stark schwankt. Die physikalischen Eigenschaften eines Flüssigkristalls schwanken stark in der Nähe der Übergangstemperatur des Materials. Infolgedessen wird erwartet, daß sich die physikalischen Eigenschaften eines Flüssigkristall-Materials mit einem weiteren 0 mesomorphen Bereich in einem Temperaturbereich für die praktische Anwendung ziemlich stabil verhalten, verglichen mit den Eigenschaften der Flüssigkristall-Materialien, die einen engeren mesomorphen Bereich haben.

(2) Schwache Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung.

Fig. 1 zeigt eine typische Kurve, in der die Lichtdurchlässigkeit durch ein Flüssigkristall-Material beim Sichtwinkel 0° gegen die angelegte Spannung aufgetragen ist. Bei einem Anstieg der angelegten Spannung bleibt die Lichtdurchlässigkeit bei niedrigen Spannungen nahezu konstant und fällt dann oberhalb der

EPO COP?

Schwellenspannung rapide auf O ab. In diesem Fall ist die Schwellenspannung definiert als der Wert ^νο₀%' kei dem die Lichtdurchlässigkeit bei der Temperatur θ den Wert von 90 % erreicht. Ein Parameter V^ , der die

· Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung charakterisiert, ist wie folgt definiert:

^{1U C} - V^{bU C}) / (V^^{b C} . 70),
90 % 90 % " 90 %

-10⁰C 60⁰C 25⁰C
worin V , V und V die Schwellenspannungen'

90 % 90 % 90 % _.

bei den Temperaturen -1O⁰C, 60⁰C und 25⁰C sind. Mit anderen Worten: Dieser Parameter gibt einen Durchschnittswert des Temperaturkoeffizienten der Schwel-'15 lenspannung Vq_n„ pro I⁰C im Temperaturbereich zwischen -10⁰C und 60⁰C an.

In Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen des verdrillt nematischen Typs ändert sich die Lichtdurchlässigkeit sehr stark nahe der Schwellenspannung· Demzufolge verursacht eine Änderung in der Temperatur auch eine Änderung in der Schwellenspannung, was die charakteristischen Eigenschaften einer Flüssigkristall-Anzeige, wie z.B. die Kontrasteigenschaften, stark beeinflußt.

Um die Kontrasteigenschaften in Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen zur Verwendung in einem weiten Temperaturbereich zu verbessern, ist es beispielsweise nötig, die Betriebsspannung einem Temperaturwechsel anzupassen. Deswegen sollte die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung so gering wie möglich sein. Wenn die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung gering ist, können die Kontrasteigenschaften sehr wirkungsvoll verbessert werden, insbesondere in Flüssigkristall-Anzeigen mit Mehrfachschaltung.

(3) Schnelles Ansprechen, insbesondere bei niedrigen Temperaturen.
Die Ansprecheigenschaften von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen sind im allgemeinen proportional zur Viskosität des Flüssigkristall-Materials. Deswegen _ sollte die Viskosität von Flüssigkristall-Materialien niedrig sein, um die charakteristischen Ansprech-
>Eigenschaften zu verbessern. Die Temperaturabhängigkeit von def~~Vxsk~ösi"tät *l wird folgendermaßen ausgedrückt:

wobei T die absolute Temperatur, k die Boltzmann Konstante, ^E die Aktivierungsenergie und t) eine Konstante ist, die vom Flüssigkristall-Material abhängt. Wie aus der Gleichung hervorgeht, steigt **£ exponentiell mit fallender Temperatur an. Die Größe des Anstiegs des Wertes ">£ hängt ebenfalls von der Aktivierungsenergie Δ E ab. Entsprechend sollten Flüssigkeitskristall-Materialien kleine Werte ^ und ΔΕ aufweisen, um ein schnelles Ansprechen bei niedrigen Temperaturen zu erreichen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, Zusammensetzungen für Flüssigkristalle zur Verfügung zu stellen, deren ' mesomorpher Bereich groß ist, deren Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung gering ist und die gute Ansprech-Charakteristiken aufweisen.

Flüssigkristall-Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus jeder der folgenden Verbindungsgruppen (I) bis (V) :

-JiT- * I"

Verbindungsgruppe (I),

·> Y -j

und

Verbindungsgruppe (II), und

Verbindungsgruppe (III) ,

R₉-< H

n-(ö:

Komponente (1)

ir , Komponente (2)

' Komponente (3)

Λ ^H λ^υ>^α0°-( ^H >^RS' Komponente (4)

Komponente (5)

^R12' Komponente (6)

3 0 und

-< H

Ί4-

Komponente (7)

Verbindungsgruppe (IV),

coo-

Komponente (9)

und

R-. n-

Komponente (10)

und Verbindungsgruppe (V),

R , . Komponente (11)

wobei in den Strukturformeln alle Alkylgruppen R₁ bis R₁ _ geradkettig sind und wiedergegeben werden können

durch die allgemeine Formel bis 7 bedeutet.

= CH-.,, in der η 1

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, neue Zusammensetzungen für Flüssigkristalle zur Verfügung zu stellen, deren mesomorpher Bereich sehr weit ist und über 12O⁰C umfaßt.

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen des verdrillt nematischen Typs, denen eine Flüssigkristall-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, zeigen über einen weiten Temperaturbereich gute

. -S- ^ 34201 ΊΟ

~ /Jfr *

Kontrastcharakteristiken, da die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung niedrig ist. Die Ansprechcharakteristiken sind hervorragend, besonders bei niedrigen Temperaturen. Die oben genannten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen können nicht nur im statisehen Betrieb, sondern auch in Mehrfach-Schaltbetrieb betrieben werden. Besonders bei Betriebsweise mit Mehrfachschaltung sind die Vorrichtungen herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen deutlich überlegen.

Zusammensetzungen für Flüssigkristalle gemäß der vorliegenden Erfindung können nicht nur in Flüssigkristallanzeigen des verdrillt nematischen Typs eingesetzt werden, sondern auch in solchen des Gast-Wirt-Typs und des Phasenübergangs-Typs.

Unter Verwendung der Flüssigkristall-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird eine sehr zuverlässige Anzeige für eine ganze Anzahl von Vorrichtungen zur Verfügung gestellt, die in einer Umgebung verwendet werden, in der sich die Temperatur um eine Anzeige herum stark ändert, beispielsweise für elektronische Handrechner, Armbanduhren, Meßinstrumente zur Verwendung im Freien, Anzeigen auf dem Armaturenbrett eines Automobils und Fernsehgeräte.

Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offenbar aus der detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung und dem nachfolgenden Anspruch 0 unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung, in der die Lichtdurchlässigkeit gegen die an den Flüssigkristall angelegte Spannung aufgetragen ist und die Definition der Schwellenspannung. V_gn„;
^ Fig. 2 eine graphische Darstellung, die T und ¹^ __

für Flüssigkristall-Materialien zeigt;

- . Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Definition "äer~NacE'leuchtzeit T" , zeigt;

Fig. 4 eine graphische Darstellung, die die Temperaturabhängigkeit von T" , von gemischten Flüs-

sigkrista.llen mit 20 Gew.-% eines N -Materials A, B, C, D, E oder F zeigt, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung von ^ der gemischten Flüssigkristalle mit 20 Gew.-% eines N Materials A, B, C, D, E oder F, aufgetragen

gegen die N -Konzentration.

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält Komponenten ausgewählt aus jeder der oben erwähnten 5 Verbindungsgruppen. Eine Verbindung, die zu der ersten und zweiten Gruppe gehört, ist ein Material, das die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung einer Flüssigkristall-Zusammensetzung verbessert. Eine Verbindung, die zu der dritten Gruppe gehört, ist ein Material mit einem hohen Klärungspunkt. Eine Verbindung, die zu der vierten Gruppe gehört, ist ein Material (N -Material) zur Ein-

- stellung der Schwellenspannung und weist eine positive dielektrische Anisotropie δ£" auf, worin Ac = Sy - £j_>0, wobei £_ti bzw. £jl die Dielektrizitätskonstanten in Richtung parallel bzw. senkrecht zum Flüssigkristall-Molekül sind. Eine Verbindung, die zu der fünften Gruppe gehört, ist ein Material zur Erniedrigung der Viskosi-

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/ι

- f-

34201Ί0

tat. Im Folgenden werden das Verfahren und die technologischen Daten zur Auswahl der oben erwähnten Komponenten erklärt.

Um Flüssigkristall-Materialien zur Verwendung in einem weiten Temperaturbereich zur Verfügung zu stellen, ist es überaus wicht ig, -^ -die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung einer Flüssigkristall-Zusammensetzung zu verxing.eriu Zuerst wurden verschiedene Verbindungen detailliert untersucht, und es wurde gefunden, daß Ester der allgemeinen Formeln

Komponente (1)

und

Komponente (2)

sehr erfolgreich verwendbar sind zur Verbesserung der Temperaturcharakteristiken gemischter Flüssigkristalle. .

Typischerweise weisen zwei Flüssigkristall-Zusammen-Setzungen, Zus. I und Zus. II, deren Komponenten in Tabelle 1 gezeigt ..werden, einander ähnliche Komponenten auf. Beide enthalten hauptsächlich Cyclohexan-Verbindungen, aber Zus. II enthält 10 Gew.-% von Verbindungen, die zur Komponente (2) gehören. Der 4 -Wert von Zus. II (0,25 %/°C) ist viel besser als der von Zus. I (0,41%/°C). Hit anderen Worten: Die Zugabe von Verbindungen, die zur Komponente (2) gehören, verbessert deutlich die Temperaturabhängigkeit der Schwellencharaktoristiken einer Flüssigkristall-Zusammensetzung.

- ys -

Tabelle 1

Komponente

-CN-

C₃H₇-(F)H(O)-C₂H,

Zus.

15 Wt %

Zus.

15 wt %

18 11

2 10 -

Eine ähnliche Verbesserung wurde auch in einer Flüssigkristall-Zusammensetzung beobachtet, die nicht in Tabelle 1 aufgeführt ist und in der Verbindungen, die zur Komponente (1) gehören, miteinander anstelle von Verbindungen gemischt wurden, die zur Komponente (2) gehören. Eine ähnliche Tendenz für die Werte f wurde ebenfalls beobachtet in Flüssigkristall-Zusammensetzungen, in denen die Hauptbestandteile andere als 0 Phenylcyclohexan-Flüssigkristalle waren. Wie aus den oben angegebenen Daten offenbar wird, verbessert eine Verbindung, die zur Gruppe der mit Komponente (1) oder Komponente (2) bezeichneten Verbindungen gehört, die Temperatur-Abhängigkeit der Schwellenspannung in gemischten Flüssigkrxstallen sehr wirkungsvoll.

Allerdings ist die nematisch-isotrope Phasenübergangs-. ' Temperatur T-. derartiger Esterverbindungen, die zur Gruppe der mit Komponente (1) oder (2) bezeichneten Verbindungen gehören, niedrig: sie liegt bei ungefähr 40 bis 80⁰C, so daß die Zugabe einer zur Verbesserung der Temperaturabhängigkeit der Schwellencharakteristiken ausreichenden- Menge dieser Verbindungen den Wert T eines gemischten Flüssigkristalls oder einer Zusammensetzung beträchtlich absenkt.

Es wurde nun nach Verbindungen geforscht, die in der Lage sind, den Wert T_NT zu erhöhen, ohne die Entfaltung der oben genannten Eigenschaften der Esterverbindungen zu verhindern. Es wurde experimentell gefunden, daß dazu Verbindungen geeignet sind, die durch die nachfolgenden allgemeinen Formeln bezeichnet werden können:

^R3

und

-( H >~\O/ ^C0° \O/^R4' Komponente (3)

^R5 Λ ^H /"(O)"^C00"\ ^H / ^R6* Komponente (4)

Die Werte für T_NJ der Verbindungen, die zur Klasse der durch Komponente (3) oder (4) bezeichneten Verbindun-

-_ gen gehören, liegen im Bereich von 150 bis 200⁰C. Dementsprechend erhöht die Zugabe von Verbindungen, die zur Gruppo dor durch Komponente (3) oder (4) bezeichneten Verbindungen gehören, den Wert für T deutlich. Außerdem behindert ein Mischen dieser Verbindungen mit Verbindungen, die zur Klasse der durch Komponente (1) oder (2) bezeichneten Verbindungen gehören, das Auf-

er«

^- /75·

treten der oben erwähnten charakteristischen Eigenschaften der letzteren nicht. Die Gesamtmenge der Esterverbindungen, die zur Gruppe der durch Komponente (1) bis (4) bezeichneten Verbindungen gehören, sollte im Bereich von 10 Gew.-% bis 30 Gew.-% liegen, damit die Zugabe dieser Verbindungen Wirkung zeigt, und sie liegt bevorzugt bei ungefähr 20 Gew.-%. Ihre obere Grenze liegt bei 30 Gew.-%; oberhalb dieser Grenze werden die Schwellenspannung und Viskosität einer Flüssigkristall-Zusammensetzung zu hoch. - -,.

Obwohl die Esterverbindungen "die oben genannten Vorteile zeigen, verschlechtern sie die Ansprechcharakteristiken. Es wurden dann verschiedene Materialien mit niedriger Viskosität getestet, um die Ansprech-Charakteristiken zu verbessern. Es wurde gefunden, daß Verbindungen die Viskosität deutlich erniedrigen, die durch die nachfolgende Strukturformel wiedergegeben werden können:

R_-/h WrVVR^ Komponente (11)

Diese Verbindungen sind daher geeignet als Material zur. Erniedrigung der Viskosität eines gemischten Flüssigkristall-Materials .

Tabelle 2 zeigt die Werte T_n-. und T^ ^_n von repräsentativen Materialien niedriger Viskosität, wobei ^

die Viskosität bei 20⁰C ist. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, ist die Viskosität am niedrigsten für 4-(trans-4-n-propylcyclohexyl-)ethylbenzol. Außerdem wurde experimentell bestätigt, daß diese Verbindung das Auftreten der smektischen Phase wirkungsvoll unterdrückt.

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	.- »·· - yi - - AL··	3420110
Tabelle 2

Allgemeine Forme]

Strukturformel

OC₂H₅

C₃H₇K H

-70

37

32

52

20

(cpj

Es wurden also Verbindungen, die zu der mit Komponente (11) bezeichneten Klasse gehören, als Stoffe niedriger Viskosität ausgewählt, die die Ansprechcharakteristiken verbessern und die Phasenübergangs-Temperatur smektische Phase/nematische Phase T_gN so deutlich erniedrigen, daß die Flüssigkristall-Zusammensetzung bis herab zu sehr niedrigen Temperaturen in der nematischen Phase bleibt. Die Zugabe eines Materials mit niedriger Viskosität aus der mit Komponente (11) bezeichneten Gruppe zu einer Mischung von Ester-Verbindungen der oben genannten Art beeinflußt nicht die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung. Wohl aber erniedrigt sie den Wert T und verbessert die Ansprechcharakteristiken. Die Menge der die Viskosität erniedrigenden Materialien sollte oberhalb von 10 Gew.-% liegen, damit die Zugabe dieser Verbindungen wirkungsvoll ist. Sie liegt bevorzugt bei 20 Gew.-%, wo der Wert T ausreichend niedrig für die praktische Verwendung ist. Es sollte allerdings nicht zu viel zugegeben werden, um den Wert T^₁ übermäßig abzusenken.

10

Als nächstes wird auf das Material mit hohem Klärungs-.' punkt eingegangen. Die oben erwähnte Zugabe von Verbindungen der zu Komponente (]1) gehörenden Gruppe erniedrigt die—Viskosität des resultierenden gemischten Materials deutlich. Unglücklicherweise erniedrigt sie den Wert- T eines resultierenden Gemisches sehr stark, da die T _T~Werte von Verbindungen, die zur Gruppe der mit Komponente (11) bezeichneten Verbindungen gehören-7-^ei— b-is zu -70⁰C liegen, wie in Tabelle 2 gezeigt wurde. Deswegen ist es notwendig, „ein Material mit hohem Klärungspunkt mit den Materialien niedriger Viskosität zu mischen, um den Klärungspunkt der Mischung anzuheben. Ein Material mit hohem Klärungspunkt zeigt die Tendenz, daß die Viskosität hoch ist, da es aus langen Molekülen besteht. Es wurden die T_T- und ^ „-.-Werte mehrerer Flüssigkristall-Materialien überprüft, um ein Material mit niedrigem Wert T
und relativ niedriger Viskosität zu finden. Tabelle 3 zeigt eine Liste der beispielhaft überprüften Materialien, und Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung der °^20~ ^{und T} _Nj-^{Werte der} Substanzen.

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-35

Tabelle

.Liste der Substanzen mit hohem Klärungspunkt

05 10

-15 20 25 30

NO,

10 Strukturformel

^c5^Hii"\ ^H

^C5^HU

r\

CN

C₃H₇-C H )—( H

H >

C₂H₅

CH,

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Wie aus Fig. 2 offensichtlich, sind die folgenden Verbindungen aus einer Mehrzahl von Materialien mit einem T -Wert > 100⁰C als Materialien mit hohem Klärungspunkt für Mischungen von Flüssigkristall-Zusammensetzungen geeignet, die in einem weiten Temperaturbereich verwendet werden: 4-(trans-4-pentylcyclohexyl-)4'-ethylbiphenyl, 4-(4-Propylcyclohexyl-)4'-methylphenyl-

, cyclohexan und 4-(trans-4-n-pentylcyclohexyl-)4'-trans-4-n-pröpyl^ycIöhexylbiphenyl. Diese Verbindungen haben einen hohen Wert T und eine niedrige Viskositat.

Es wurde ebenfalls gefunden, daß die Temperaturabhängigkeit der Viskosität sehr gering ist im Vergleich mit Substanzen" mit polaren Gruppen, wie z.B. Estergruppen, innerhalb des Moleküls oder im Vergleich mit Materialien, die polare Gruppen, wie z.B. Cyanogruppen, am Ende des Moleküls tragen. Eine ähnliche 'Tendenz wurde auch beobachtet im Vergleich mit Substanzen, die eine Alkylgruppe oder eine Alkoxygruppe tragen und die nicht in Tabelle 3 aufgeführt sind. Dementsprechend wurden als Materialien mit hohem Klärungspunkt die folgenden Verbindungen ausgewählt:

/ \ /p^\ /pz\ Komponente (5)

R Komponente (6)

und

/—ν ι—ν /T=r\

Komponente (7)

- η - -, 3420 Π 0

Die Gesamtmenge dieser Verbindungen in einer Zusammensetzung für Flüssigkristalle sollte oberhalb von 20 Gew.-% liegen, damit die Zugabe dieser Verbindungen wirkungsvoll_wird,„„und liegt bevorzugt bei ungefähr 25 Gew.-%. Sie sollte nicht höher als ungefähr 35 Gew.-% liegen, da .oberhalb dieses Wertes der Wert für T
übermäßig hoch wird.-^-—

Schließlich .wurde n._mehr ere verschiedene N -Materialien

P
mit einem Wert Ac >> 0 überprüft, um die dielektrische Anisotropie ΛΕ einer Zusammensetzung für Flüssigkristalle positiv zu machen. Es-wurde die Temperaturabhängigkeit der Schwellenwert-Spannung V__n_ und die Nachleuchtdauer T , von gemischten Flüssigkristallen der Flüssigkristall-Zusammensetzung III gemessen. Die Komponenten der Zusammensetzung III sind in Tabelle 4 aufgeführt, jede mit 20 Gew.-% eines der in Tabelle-5 aufgelisteten N -Materialien A bis F. Die beiden "oben genannten Größen wurden in einer Flüssigkristall-Zelle des verdrillt nematischen Typs gemessen, die ' eine Dicke von 10 um entlang der Normalrichtung der Zelle hatte.

"f

2/f-

Tabelle

Flüssigkristall-Zusammensetzung III

Komponenten

Konzentration (Gew.-%,|

COO-< H V-C₃H₇

27

10 8 6

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35

-Yf-

Tabelle 5

Liste der N -Materialien.

3420T10

05

10

15

20 25 30

Bez.

—Struktur fο rme\η

C₃H₇-(O)-COO-

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Die Nachleuchtdauer T ist wie in Fig. 3 gezeigt definiert. Die Lichtdurchlässigkeit steigt zu Beginn von 0 an, nachdem die Wechselstrom-Rechteckspannung der Größe 4 . V-_- de~rT~We~rt 0 angenommen hat. T , ist definiert als das Zeitintervall, innerhalb dessen die Lichtdurchlässigkeit wieder auf den Wert von 90% ansteigt. _ - "^

Fig. 4 zeigt d~ie~~Temperaturabhängigkeit von T" _d der oben erwähnten gemischten Flüssigkristalle. Wie - aus Fig. 4 zu sehen ist, sind eine Phenylcyclohexan-Verbindung (C) und eine Biphenylverbindung (F) aufgrund ihrer relativ schnellen Ansprechweise unter den aufgeführten Np-Materialien überlegen als Komponenten für Flüssigkristall-Zusammensetzungen zur Verwendung in einem großen Temperaturbereich.

Fig. 5 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Schwellenwert-Spannung der gemischten Flüssigkristalle. Offenbar wird die Bandbreite der Variation der Schwellenwert-Spannung der Flüssigkristall-Zusammensetzungen, die mit 20 Gew.-% oder mehr der oben erwähnten Materialien (A) bis (F) gemischt werden, in der Reihenfolge D>C >E >F>A>B geringer. Aufgrund dieser Daten wurden daher die nachfolgenden Verbindμngen als N -Materialien ausgewählt:

Komponente (8)

und

Komponente (10)

Die folgenden Verbindungen wurden aufgrund der Tempe
raturabhängigkeit der Schwellenwert-Spannung Vg„_o aus
gewählt:

. "16'\V^/^^C0°-\W_/ ^>-^- j Komponente (9)

" Aus den oben erwähnten drei Arten Von Verbindungen sollte ein N -Material entsprechend der Anwendung einer Flüssigkristall-Zusammensetzung ausgewählt werden. Die Gesamtmenge dieser Verbindungen sollte nicht über 15 Gew.-% liegen, damit die Zugabe dieser-Verbindungen wirkungsvoll ist. Sie sollte allerdings nicht 30 % überschreiten, da oberhalb dieses Konzeritrationswertes ein niedriger T_WT~Wert und eine hohe Viskosität die Folge sein können.

Die erwähnten Gründe führen dazu, daß eine überlegene Zusammensetzung für Flüssigkristalle durch Mischung 0 der oben erwähnten Komponenten hergestellt werden kann. Nachfolgend werden Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung aufgeführt.

Beispiele

Die jeweiligen Komponenten von Flüssigkristall-Zusammensetzung A, B, C und D gemäß der vorliegenden Erfindung werden in Tabelle 6 gezeigt. Sie werden hergestellt durch Mischen und Erhitzen der Komponenten in dem Verhältnis, das ebenfalls in Tabelle 6 gezeigt ist. Die daraus resultierende Mischung wurde unter Umgebungsdruck transparent.

Tabelle

Komponenten

Fluss icrkri stal 1- Zusammensetzung

12.6
8.9
6.3
6.3

21.7
6.8
6.8
6.8
6.8
6.2
6.2
4.6

B (Gew.-%)

11.7 8.3 5.9 5.9

20.2 6.3 6.3 6.3 6.3 5.8 5.8 4.3 3.8 3.3

(Gew.-%)

12.6 8.9 6.3 6.3

21.7 6.8 6.8 6.8 6.8

4.6 6,2 6.2

(Gew.-%)

12.6 8.9 6.3 6.3

21.7 6.8 6.8 6.8 6.8 5.8 5.8

6.0 5.5

Flüssigkristall-Zusammensetzung A wurde zur nematischen Phase im Bereich zwischen -40 und +87⁰C. Die Flüssigkristall-Zusammensetzung A wurde in eine Flüssigkristall-Zelle des verdrillt nematischen Typs mit einer Dicke von ungefähr 10 um eingefüllt. Die Substrate der Zelle wurden einem Reibungsprozeß zur Herstellung des verdrillt-nematischen Typs unterworfen. Polarisatoren wurden auf beiden Seiten der Zelle angebracht, um die Lichtachsen rechteckig zueinander einzustellen. Eine Wechselstromspannung der Frequenz

34201 ΊΟ

1 kHz wurde an die so hergestellt JFlüssigkristall Schicht angelegt und die Anzeige-Charakteristika wur den gemessen.

Tabelle 7 zeigt sowohl die charakteristischen Werte der Flüssigkristall-Zusammensetzung A als auch diejenigen einer repräsentativen, für die Verwendung in einem weiten Temperaturbereich geeigneten Flüssigkri-'Stall-Zusammensetzung aus dem Stand der Technik zum Vergleich (Nr. 2702 der Firma Hoffmann-La Roche). Der

2 5 ° C
Wert *6 ist definiert als der Quotient

OC Op TC O

10% 90%

Flüssigkristall-Zusammensetzung A hat offensichtlich im Vergleich mit der aus dem Stand der Technik bekannten Flüssigkristall-Zusammensetzung überlegene charakteristische Eigenschaften wie folgt:

(1) die Schwellenspannung ist niedrig;

(2) die Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung ist bemerkenswert gering;

(3) die Ansprache ist sogar bei niedrigen Temperaturen schnell.

Flüssigkristall-Zusammensetzung B wurde zur nematisehen Phase im. Temperaturbereich zwischen -40 und 82⁰C. Die charakteristischen Werte der Flüssigkristall-Zusammensetzung B wurden ähnlich gemessen und sind ebenfalls in Tabelle 7 dargestellt. Tabelle 7 zeigt, daß Zus. B völlig überlegene Eigenschaften, verglichen mit der Flüssigkristall-Zusammensetzung aus dem Stand der Technik hat, wie z.B. die Temperaturabhängigkeit der Schwellenwert-Spannung und die Ansprechcharakteristiken, und daß sie sogar bei niedriger angelegter Spannung betrieben werden kann. 35

Obwohl dies nicht ausführlich dargelegt wird, sind die beiden Flüssigkristall-Zusammensetzungen C und D hinsichtlich ihrer charakteristischen Eigenschaften in einem weiten Temperaturbereich überlegen.

Tabelle 7	Flüssigkristall-Zusammensetzung	istand der Technik
•	A B	²·^{7 V}rms
Charakt. Werte	2.46 V 2.2V,	³·^{7 V}rms
_v25^eC ^V9O%	³·^{4 v}rms ³"^Ovrms	1.38
^V10%	1.38 1.38	12.9 rav/°c
_ft25°c	6.1 rr.V/⁰C 5.7 mV/⁰C	0.49 %/^eC
dV_go%/dT(60-10°C}	0.25 %/°C 0.26 %/°C	500 ms
Γ (60~10°C)	420 ms 450 ms	58 ms
T/ (T=-10°C)	58 ms 60 ms	91.2°C
ti (T= 25⁰C)	87⁰C . 82°C	<-30°C
	<-40°C <-40°C
T ¹CN

Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt sein, ohne daß damit von ihrem Geist oder von wichtigen Merkmalen abgewichen wird. Die vorstehenden Beispiele sind daher in jeder Hinsicht als erläuternd und nicht beschränkend anzusehen. Der Rahmen der Erfindung wird durch den nachfolgenden Anspruch und die vorangehende Beschreibung angegeben, und alle Änderungen, die unter die Bedeutung und in den Äquivalenzbereich des Anspruchs fallen, sind als davon umfaßt anzusehen.

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Claims

Patentanspruch

05 10 15 20

Flüssigkristall-Zusammensetzungen, die mindestens eine Verbindung aus jeder der nachfolgenden Gruppen von Verbindungen enthalten:

erste Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgenden allgemeinen Strukturformeln dargestellt werden können:

und

-^ H VCOO

zweite Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgenden allgemeinen Strukturformeln dargestellt werden können:

und

25

Q\._Coo-( η Vr₈ ,

30 35

dritte Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgenden allgemeinen Strukturformeln dargestellt werden können:

R_{1 Γ}( Η

OXO,

H Vr

12

und

vierte Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch "die nachfolgenden allgemeinen Strukturformeln dargestellt werden können:'"

Q)-CN.

und

-(OXO-·

und

fünfte Gruppe, bestehend aus Verbindungen, die durch die nachfolgende allgemeine Strukturformel dargestellt werden können:

19'

wobei in den allgemeinen Strukturformeln alle Gruppen R₁ .bis R₁₉ geradkettige Alkylgruppen sind und durch die Formel CH dargestellt v/erden können, -in der η • 1 bis 7 ist.