DE4021414A1

DE4021414A1 - Elektrooptisches system

Info

Publication number: DE4021414A1
Application number: DE4021414A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr Brosig; Juergen Dr Waldmann; Herbert Dr Plach; Rainer Neeff
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1992-01-09
Also published as: KR920702504A; WO1992001240A1; JPH05501316A; EP0491901A1

Description

Die Erfindung betrifft elektrooptische Systeme gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit verringerter Betriebsspannung sowie ein Verfahren zur Erniedrigung der Betriebsspannung elektrooptischer Systeme.

Zur Charakterisierung der elektrooptischen Eigenschaften derartiger Systeme werden üblicherweise Transmissions- Spannungs-Diagramme verwendet, aus denen die wichtigen Parameter Schwellenspannung V_th, Sättigungsspannung V_sat und Steilheit der elektrooptischen Kennlinie γ entnommen werden können.

Die Schwellen- und Sättigungsspannung können z. B. folgendermaßen definiert werden:

V_th = V_10,0,20

und

V_sat = V_90,0,20

wobei V_X,Y,Z diejenige Spannung ist, bei der bei einer Temperatur von Z°C eine Transmission von X% bei einem Beobachtungswinkel von R=Y° beobachtet wird. Bei dieser Definition sei vorausgesetzt, daß V_90,0,20≧V_10,0,20, d. h., es wird ein System betrachtet, das im geschalteten Zustand die höhere Transmission aufweist. Das ist z. B. bei einer TN-Zelle, die sich zwischen parallelen Polarisatoren befindet, der Fall.

Im Fall V_10,0,20<V_90,0,20, der z. B. bei TN-Zellen zwischen gekreuzten Polarisatoren beobachtet wird, setzt man dagegen zweckmäßigerweise

V_th = V_90,0,20

V_sat = V_10,0,20

Eine wesentliche Forderung zur Verbesserung elektrooptischer Systeme gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist die Verringerung der jeweiligen Betriebsspannung, d. h., der Schwellen- und/oder Sättigungsspannung. Dies kann zu einer erheblichen Vereinfachung und Verbilligung der Treiberelektronik führen und/oder z. B. die Verwendung billiger Zn-C-Batterien oder Akkumulatoren mit relativ niedrigen Klemmenspannungen anstelle der relativ teuren Li-Batterien ermöglichen.

Zur Verringerung der Betriebsspannung ist bisher insbesondere versucht worden, die dielektrischen Eigenschaften der verwendeten Flüssigkristallmischung zu beeinflussen. So kann die dielektrische Anisotropie Δε durch Verwendung hochpolarer, 4-substituierter Benzonitrile erhöht und damit die Schwellenspannung erniedrigt werden. Allerdings wird insbesondere bei hohen Benzonitril-Konzentrationen die erzielbare dielektrische Anisotropie Δε durch die Ausbildung von Dimeren mit antiparalleler Korrelation der molekularen Dipole begrenzt. Daneben genügen die Temperatur- und UV- Stabilitäten benzonitrilhaltiger Flüssigkristallmischungen extrem hohen Anforderungen, wie sie z. B. bei mit einer aktiven Matrix angesteuerten Systemen gestellt werden, häufig nicht (s. zum Beispiel H. J. Plach et al., Liquid crystal mixtures for active matrix displays using new terminally fluorinated compounds, SID '90, Las Vegas, May 1990). SFM-Verbindungen (super fluorinated materials), die z. B. -F, -OCF₃, -OCHF₂ oder -CF₃ als terminale Gruppe enthalten (s. zum Beispiel H. J. Plach et al., loc. cit.), sind demgegenüber zwar durch eine extrem hohe Stabilität, gleichzeitig jedoch auch durch eine häufig nur mittlere bis hohe dielektrische Anisotropie Δε gekennzeichnet.

Hieraus ergibt sich, daß die Betriebsspannung elektrooptischer Systeme durch die Optimierung der verwendeten Flüssigkristallmaterialien nur innerhalb gewisser Grenzen variiert und nicht beliebig gesenkt werden kann.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, elektrooptische Systeme gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bereitzustellen, die sich im Vergleich zu herkömmlichen Systemen insbesondere durch niedrige Betriebsspannungen auszeichnen.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung sowie aus den Figuren.

Es wurde gefunden, daß diese Aufgaben gelöst werden können, wenn zumindest eine der Orientierungsschichten des elektrooptischen Systems aus einem transparenten, hochfluorierten Polymer besteht.

Gegenstand der Erfindung sind elektrooptische Systeme, welche

- eine elektrisch ansteuerbare, dielektrisch positive, verdrillte nematische Flüssigkristallschicht zwischen 2 Substraten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden, enthalten,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Substrate aufweisen, wobei durch die Orientierungsschichten eine im wesentlichen parallele Randorientierung der Flüssigkristallmoleküle erfolgt,
- statisch oder durch eine aktive Matrix oder durch eine passive Matrix mit niedrigen bis relativ hohen Multiplexraten angesteuert werden,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Orientierungsschichten aus einem transparenten, hochfluorierten Polymer besteht.

Gegenstand der Erfindung ist weiter ein Verfahren zur Verringerung der Betriebsspannung von elektrooptischen Systemen, enthaltend

- eine elektrisch ansteuerbare, dielektrisch positive, verdrillte nematische Flüssigkristallschicht zwischen 2 Substraten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten, wobei durch die Orientierungsschichten eine im wesentlichen parallele Randorientierung der Flüssigkristallmoleküle erfolgt,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Orientierungsschicht aus einem dünnen, transparenten und hochfluoriertem Polymer hergestellt wird.

Die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme enthalten mindestens eine elektrisch ansteuerbare, dielektrisch positive, verdrillte nematische Flüssigkristallschicht mit einem Twistwinkel 0<ψ≦600°, die sich zwischen 2 Substraten oder Trägerplatten befindet, welche mit einer Umrandung eine Zelle bilden. Der Begriff nematisch ist hier weit gefaßt und umschließt auch nematisch-cholesterische Flüssigkristalle.

Flüssigkristallzellen mit Twistwinkeln ψ zwischen etwa 80° und 100° werden üblicherweise als TN-Zellen bezeichnet (twisted nematic); der Aufbau derartiger Zellen ist z. B. in Thermotropic Liquid Crystals, G. W. Gray [ed.], s. 77 ff., beschrieben. Flüssigkristallzellen mit ψ<100° heißen im allgemeinen STN-Zellen (supertwisted nematic), während für Zellen mit ψ<80° in P 40 10 503 die Bezeichnung LTN-Zelle (low-twisted nematic) vorgeschlagen wurde. Eine kurze Beschreibung von STN-Displays findet sich z. B. in B. S. Scheuble, Liquid Crystal Displays with High Information Content, Kontakte, 1/89, S. 34-38, Darmstadt.

Auf den Innenseiten der Substrate befinden sich Elektrodenschichten, welche z. B. aus dünnen, ebenen und transparenten Indium-Zinnoxid- (ITO) oder Indiumoxidschichten (In₂O₃) bestehen. Handelt es sich um ein farbwiedergabetaugliches System, weist mindestens eines der beiden Substrate zwischen seiner dem Flüssigkristall zugewandten Fläche und der Elektrodenschicht eine weitere Schicht auf, die die organischen Farbmaterialien enthält. Zwischen Elektroden- und Orientierungsschichten können weitere Schichten, wie z. B. Ausgleichs- und Isolierschichten, angeordnet sein.

Auf den Innenseiten der Substrate befinden sich Orientierungsschichten, welche direkt mit dem Flüssigkristall in Kontakt stehen und eine im wesentlichen planare Randorientierung der Flüssigkristallmoleküle bewirken. Dabei weisen die Flüssigkristallmoleküle einen gewissen Anstellwinkel oder Pretilt α auf, wobei die Größe des erforderlichen Pretilts im allgemeinen von dem Verdrillungswinkel ψ der Flüssigkristallschicht bestimmt wird. Während LTN- und TN-Zellen üblicherweise relativ niedrige Tiltwinkel von z. B. 0°≦α≦10° und insbesondere 0,5°≦α≦5° aufweisen (low-tilt alignment), sind STN-Zellen im allgemeinen durch höhere Anstellwinkel von z. B. 2°≦α<90° und insbesondere von mehr als 5° und weniger als 45° gekennzeichnet (high-tilt alignment).

Zur Erzeugung einer planaren Orientierungsschicht mit kleinem Pretilt werden bisher üblicherweise Polymerschichten, z. B. Polyimid- oder Polyvinylalkoholschichten, verwendet, denen durch Reiben, gegebenenfalls bei gleichzeitiger Druckanwendung, eine einheitliche Orientierung gegeben wird. Die Aufreinigung dieser Orientierungsschichten ist jedoch häufig schwierig, und es kann zu einer Kontamination des Flüssigkristalls und damit zu einer Reduzierung des elektrischen Widerstandes des Flüssigkristalls kommen, was insbesondere bei durch eine aktive Matrix angesteuerten elektrooptischen Systemen problematisch ist (s. zum Beispiel H. J. Plach et al., loc. cit.). Planare Orientierungsschichten mit höheren Anstellwinkeln können durch Schrägbedampfung mit anorganischen Materialien, wie z. B. Siliciumoxid oder Magnesiumfluorid, erhalten werden.

Eine Übersicht über bisher übliche Ausrichtungstechniken findet sich z. B. in Thermotropic Liquid Crystals, G. W. Gray [ed.], S. 75-77.

In P 40 15 869 wird vorgeschlagen, transparente, hochfluorierte, vorzugsweise perfluorierte, amorphe, aliphatische oder alicyclische Polymere als Orientierungsschicht für passiv angesteuerte, hochauflösende Flüssigkristallanzeigen zu verwenden, da mit diesen Materialien planare Orientierungsschichten mit hohem Pretilt erhalten werden können, welche im Vergleich zu herkömmlichen Orientierungsschichten deutlich niedrigere Tempertemperaturen erfordern.

Es wurde nun gefunden, daß die Betriebsspannung von elektrooptischen Systemen erheblich verringert werden kann, wenn mindestens eine Orientierungsschicht aus einem dünnen, transparenten und hochfluoriertem Polymer hergestellt wird. Dieses Verfahren zur Erniedrigung der Betriebsspannung ist neu und Gegenstand der Erfindung.

In Beispiel 1a) ist eine erfindungsgemäße TN-Zelle angegeben, deren Orientierungsschichten bei 100°C getempert wurden, und in Fig. 1 ist für dieses System die bei statischer Ansteuerung gemessene Transmission als Funktion der Spannung aufgetragen.

Aus Fig. 1 ergibt sich für die Schwellen- bzw. Sättigungsspannung dieses Systems

V_90,0,20 = 1,4 V

V_10,0,20 = 2,5 V

Die Zelle weist einen ausgezeichneten Kontrast von 600 : 1 auf. Die Einschaltzeit, die definiert ist als die für den Übergang vom völlig transparenten Zustand mit T=100% zum Zustand mit T=10% benötigte Zeit, beträgt 1,5 ms, während die für den Übergang vom Zustand mit T=0% zum Zustand mit T=80% benötigte Ausschaltzeit t=22 ms beträgt.

Zum Vergleich wird die in Beispiel 1c) beschriebene herkömmliche TN-Zelle mit einem Twistwinkel von 90° betrachtet, die low-tilt Polyimid-Orientierungsschichten aufweist. Für die Schwellen- und Sättigungsspannung werden für dieses herkömmliche System bei statischer Ansteuerung die folgenden Werte erhalten:

V_90,0,20 = 1,8 V

V_10,0,20 = 2,6 V

Ein Vergleich der Meßergebnisse zeigt, daß bei dem erfindungsgemäßen System deutlich niedrigere Werte für die Schwellen- und Sättigungsspannung beobachtet werden als bei den herkömmlichen TN-Zellen. Bei dem erfindungsgemäßen System ist der Wert für die Schwellenspannung um etwa 22% und für die Sättigungsspannung um etwa 4% kleiner als bei dem herkömmlichen System.

In Fig. 2 ist die Transmissions-Spannungskurve für das erfindungsgemäße System aus Beispiel 1b) gezeigt, bei dem die Orientierungsschichten bei einer Temperatur von T=250°C getempert wurden. Durch die Erhöhung der Tempertemperatur der Orientierungsschichten wird eine erhebliche Verringerung der Schwellen- und Sättigungsspannung erreicht:

V_90,0,20 = 0,4 V

V_10,0,20 = 1,8 V

Dies bedeutet im Vergleich zu der herkömmlichen TN-Zelle mit low-tilt Polyimid-Orientierungsschichten eine Verringerung der Schwellenspannung um 77% und eine Verringerung der Sättigungsspannung um 32%. Der bei diesem erfindungsgemäßen System mit einer Tempertemperatur der Orientierungsschichten von 250°C gefundene Kontrast ist mit 50 : 1 noch immer ausgezeichnet.

Die in den Beispielen 1a) und 1b) beschriebenen erfindungsgemäßen Systeme und das zu Vergleichszwecken herangezogene herkömmliche System aus Beispiel 1c) sind im 1. Transmissionsminimum betrieben worden (d=4 µm, Δn=0,13, d · Δn=0,52). Im 2. Transmissionsminimum werden zwar sowohl für erfindungsgemäße als auch für herkömmliche System höhere Werte für die Schwellen- und Sättigungsspannung gefunden als im 1. Transmissionsminimum, wobei jedoch die im 2. Transmissionsminimum gefundenen Werte für erfindungsgemäße Systeme ebenfalls deutlich niedriger sind als für herkömmliche Systeme.

Die bei den erfindungsgemäßen Systemen beobachteten Werte für die Schwellen- und Sättigungsspannung werden auch durch die Konzentration des oder der verwendeten chiralen Dotierstoffe beeinflußt. So werden für das in Beispiel 1a) beschriebene erfindungsgemäße System bei einer Erhöhung der Dotierstoffkonzentration von 0,064% auf 0,215% unter Beibehaltung der übrigen Zellparameter höhere Werte für die Betriebsspannung gefunden:

V_90,0,20 = 1,6 V

V_10,0,20 = 2,8 V

Die Betriebsspannungen, der Kontrast, die Schaltzeiten und der Pretilt der erfindungsgemäßen Systeme können durch Variation der Herstellungsbedingungen des Systems sowie von Parametern der verwendeten Flüssigkristallmischung beeinflußt und zum Beispiel im Hinblick auf die jeweilige Anwendung und die verwendete Treiberelektronik optimiert werden.

Von besonderer Bedeutung sind dabei die Herstellungsbedingungen der Orientierungsschicht, wie z. B. das jeweils verwendete fluorierte Polymer und/oder Lösungsmittel, die angewendete mechanische Behandlung und insbesondere die Tempertemperatur.

Es hat sich gezeigt, daß die Orientierungsschichten aus hochfluorierten Polymeren und insbesondere hochfluorierten, amorphen, aliphatischen oder alicyclischen Polymeren hergestellt werden können. Diese werden üblicherweise in einem Lösungsmittel, wie z. B. fluorierten und insbesondere perfluorierten Kohlenwasserstoffen, gelöst und auf die Substratplatte aufgebracht. Durch Abschleudern der Lösung von der Oberfläche und Verdampfen des verbleibenden Lösungsmittels wird eine dünne transparente Schicht erhalten, die einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Die Tempertemperatur ist üblicherweise größer als 50°C und vorzugsweise größer als 100°C. Erfindungsgemäße elektrooptische Systeme, deren Orientierungsschichten bei einer Temperatur zwischen 50°C≦T≦350°C und insbesondere zwischen 70°C≦T≦325°C getempert werden, weisen ganz besonders günstige Eigenschaften auf. Dabei ist zu beachten, daß die jeweils optimale Tempertemperatur u. a. auch von der Glastemperatur des verwendeten Polymers abhängt. Im Anschluß an die Wärmebehandlung wird den Orientierungsschichten durch Reiben oder ähnliche mechanische Prozesse, gegebenenfalls bei gleichzeitiger Druckanwendung, eine einheitliche Ausrichtung gegeben.

Es hat sich gezeigt, daß sowohl erfindungsgemäße Systeme, bei denen beide Substratplatten eine Orientierungsschicht aus einem hochfluorierten Polymer aufweisen, als auch solche erfindungsgemäßen Systeme, bei denen nur eine Orientierungsschicht auf einem hochfluorierten Polymer basiert, während die andere z. B. herkömmlich ausgebildet ist, durch vorteilhafte Eigenschaften und insbesondere durch günstige Werte für die Betriebsspannung gekennzeichnet sind. Bevorzugt sind auch erfindungsgemäße Systeme, die 2 aus hochfluoriertem Polymer bestehende Orientierungsschichten enthalten, wobei die beiden Orientierungsschichten jedoch durch unterschiedliche Herstellungsbedingungen wie z. B. Tempertemperaturen gekennzeichnet sind. Besonders bevorzugt sind auch symmetrische Systeme, die 2 aus hochfluoriertem Polymer bestehende Orientierungsschichten aufweisen, welche gleichen Herstellungsbedingungen unterworfen wurden.

Durch Variation der Herstellungsbedingungen der auf hochfluorierten Polymeren basierenden Orientierungsschichten sowie durch Zusammenstellung geeigneter Kombinationen dieser Orientierungsschichten untereinander oder auch von Kombinationen dieser Orientierungsschichten mit herkömmlichen Orientierungsschichten und/oder durch Variation der Dotierung des verwendeten flüssigkristallinen Mediums mit chiralen Dotierstoffen kann der erzielbare Gesamttilt in einem weiten Bereich zwischen nahezu völlig planarer Orientierung (α=0) und homöotroper Orientierung (α=90°) variiert werden. Wegen der relativ großen Variationsmöglichkeiten ist es praktisch immer möglich, den für einen bestimmten Zelltyp erforderlichen Pretilt einzustellen und gleichzeitig die elektrooptischen Eigenschaften des Systems wie Betriebsspannung, Kontrast, Schaltzeiten und Steilheit zu optimieren. Die Variationsmöglichkeiten sind im Rahmen dieser Beschreibung angegeben und beschrieben, so daß der Fachmann die Optimierung für einen speziellen Zelltyp ohne weiteres erfinderisches Zutun ausführen kann.

In den erfindungsgemäßen Systemen werden dielektrisch positive, nematische oder nematisch-cholesterische flüssigkristalline Medien verwendet. Diese enthalten 2 bis 45 und insbesondere 3 bis 39 Komponenten, die vorzugsweise ausgewählt werden aus nematischen oder nematogenen (monotropen oder isotropen) Substanzen, insbesondere Substanzen aus den Klassen der Biphenyle, Terphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylbenzoate, Cyclohexan-Carbonsäurephenyl- oder -cyclohexyl-ester, Phenyl- oder Cyclohexylester der Cyclohexylbenzoesäure, Phenyl- oder Cyclohexylester der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Cyclohexylphenylester der Benzoesäure, der Cyclohexancarbonsäure bzw. der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Phenylcyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexene, Cyclohexylcyclohexylcyclohexene, 1,4-Bis-cyclohexylbenzole, 4,4′- Bis-cyclohexylbiphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylpyrimidine, Phenyl- oder Cyclohexylpyridine, Phenyl- oder Cyclohexyldione, Phenyl- oder Cyclohexyl-1,3-dithiane, 1,2- Diphenylethane, 1,2-Dicyclohexylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexylethane, 1-Cyclohexyl-2-(4-phenyl-cyclohexyl)-ethane, 1-Cyclohexyl-2-biphenylylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexylphenylethane und Tolane.

Die 1,4-Phenylengruppen in diesen Verbindungen können auch fluoriert sein.

Erfindungsgemäß verwendbar sind weiter vorzugsweise Verbindungen, die sich durch die Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 charakterisieren lassen:

R′-L-E-R′′ (1)

R′-L-COO-E-R′′ (2)

R′-L-OOC-E-R′′ (3)

R′-L-CH₂CH₂-E-R′′ (4)

R′-L-CC-E-R′′ (5)

In den Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 bedeuten L und E, die gleich oder verschieden sein können, jeweils unabhängig voneinander einen bivalenten Rest aus der aus -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -G-Phe- und -G-Cyc- sowie deren Spiegelbilder gebildeten Gruppe, wobei Phe unsubstituiertes oder durch Fluor substituiertes 1,4-Phenylen, Cyc trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Cyclohexenylen, Pyr Pyrimidin-2,5-diyl oder Pyridin-2,5-diyl, Dio 1,3-Dioxan-2,5-diyl und G 2-(trans- 1,4-Cyclohexyl)-ethyl, Pyrimidin-2,5-diyl, Pyridin-2,5- diyl oder 1,3-Dioxan-2,5-diyl bedeuten.

Vorzugsweise ist einer der Reste L und E Cyc, Phe oder Pyr. E ist vorzugsweise Cyc, Phe oder Phe-Cyc. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin L und E ausgewählt sind aus der Gruppe Cyc, Phe und Pyr und gleichzeitig eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin einer der Reste L und E ausgewählt ist aus der Gruppe Cyc, Phe und Pyr und der andere Rest ausgewählt ist aus der Gruppe -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-, und gegebenenfalls eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin die Reste L und E ausgewählt sind aus der Gruppe -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-.

R′ und R′′ bedeuten in den Verbindungen der Teilformeln 1a, 2a, 3a, 4a und 5a jeweils unabhängig voneinander Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, Alkenyloxy oder Alkanoyloxy mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen. Bei den meisten dieser Verbindungen sind R′ und R′′ voneinander verschieden, wobei einer dieser Reste meist Alkyl oder Alkenyl ist. In den Verbindungen der Teilformeln 1b, 2b, 3b, 4b und 5b bedeutet R′′ -CN, -CF₃, -OCF₃, F, Cl oder -NCS; R hat dabei die bei den Verbindungen der Teilformeln 1a bis 5a angegebene Bedeutung und ist vorzugsweise Alkyl oder Alkenyl. Besonders bevorzugt ist R′′ ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus -F, Cl, CF₃ und -OCF₃.

Aber auch andere Varianten der vorgesehenen Substituenten in den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 sind gebräuchlich. Viele solcher Substanzen oder auch Gemische davon sind im Handel erhältlich. Alle diese Substanzen sind nach literaturbekannten Methoden oder in Analogie dazu erhältlich.

Die in den erfindungsgemäßen Systemen verwendeten Flüssigkristallmedien enthalten vorzugsweise neben Komponenten aus der Gruppe der Verbindungen 1a, 2a, 3a, 4a und 5a (Gruppe 1) auch Komponenten aus der Gruppe der Verbindungen 1b, 2b, 3b, 4b und 5b (Gruppe 2), deren Anteile vorzugsweise wie folgt sind:

Gruppe 1: 20 bis 90%, insbesondere 30 bis 90%,

Gruppe 2: 10 bis 80%, insbesondere 10 bis 50%.

Die in den Beispielen 1a) und 1b) beispielhaft wiedergegebenen experimentellen Ergebnisse wurden für erfindungsgemäße Systeme erhalten, die auf einer statisch angesteuerten TN-Zelle mit einem Verdrillungswinkel ψ=90° basieren.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegs auf derartige Systeme begrenzt. Es hat sich vielmehr gezeigt, daß erfindungsgemäße Systeme, die auf einer LTN-, TN- oder STN-Zelle basieren und einen Twistwinkel 0<ψ≦600° aufweisen, durch vorteilhafte Werte für die Betriebsspannung gekennzeichnet sind. Derartige Systeme sind neu und bevorzugt und Gegenstand dieser Erfindung. Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße Systeme, die auf einer LTN- oder TN-Zelle oder auf einer STN-Zelle basieren, welche einen Twistwinkel ψ270°, insbesondere jedoch ψ≦220° und ganz besonders ψ≦180° aufweist.

Die erfindungsgemäßen Systeme werden vorzugsweise von einer aktiven Matrix angesteuert, d. h., die einzelnen Bildpunkte werden durch aktive nichtlineare Elemente, wie z. B. Transistoren (thin film transistor TFT, metal oxide semiconductor MOS Transistoren), Dioden (metal- insulater-metal MIM Dioden) oder Varistoren, geschaltet; eine Übersicht über aktive Ansteuerungsverfahren findet sich z. B. in E. Kaneko, Liquid Crystal TV Displays, KTK Scientific Publishers, Tokyo, 1978, Kap. 6 und 7. Aktiv angesteuerte erfindungsgemäße Systeme basieren insbesondere auf TN-Zellen, aber auch die Verwendung von Zellen mit anderen Verdrillungswinkeln ψ zwischen 0° und 600° ist möglich. Derartige Systeme sind neu und bevorzugt und Gegenstand dieser Erfindung. Erfindungsgemäße Systeme mit aus fluorierten Polymeren hergestellten Orientierungsschichten sind häufig durch einen sehr hohen Widerstand gekennzeichnet; sie sind daher besonders für aktiv angesteuerte Systeme geeignet, wo eine Verringerung des Widerstandes, z. B. durch eine Kontamination des Flüssigkristalls durch die Orientierungsschichten oder infolge einer Reaktion des Flüssigkristalls mit den Orientierungsschichten zur Erzielung eines hohen holding ratios, möglichst vermieden werden muß.

Die erfindungsgemäßen Systeme werden weiter bevorzugt mit einer passiven Multiplexansteuerung betrieben; ein Überblick über passiv angesteuerte Systeme findet sich z. B. in E. Kaneko, loc. cit., Kap. 4. Erfindungsgemäße Systeme, die passiv mit niedrigen bis relativ hohen Multiplexraten von 1 : 2 bis etwa 1 : 300 angesteuert werden, sind bevorzugt. Multiplexraten, die kleiner sind als 1 : 200, insbesondere jedoch 1 : 128 nicht überschreiten und ganz besonders kleiner sind als 1 : 100, sind besonders bevorzugt.

Die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme sind durch vorteilhafte Eigenschaften und insbesondere durch vorteilhafte Werte für die Betriebsspannung charakterisiert. Dies führt häufig zu einer erheblichen Vereinfachung und damit Verbilligung der Treiberelektronik, da z. B. auf Spannungsdoppler verzichtet werden kann. Den erfindungsgemäßen elektrooptischen Systemen kommt daher eine erhebliche wirtschaftliche Bedeutung zu.

Die im folgenden angegebenen Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie jedoch zu begrenzen.

Beispiel 1

a) Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Systems wird auf mit Elektroden-, Ausgleichs- und Isolierschichten versehene Substratplatten eine 1%ige Lösung von Teflon AF 1600 (Handelsprodukt der Fa. Dupont) in dem perfluorierten Fluor-Kohlenwasserstoff Fluorinert FC 40 (Handelsprodukt der Fa. 3M) aufgebracht und nach einer Einwirkzeit von 30 Sekunden bei 1000 U/min 30 Sekunden lang abgeschleudert. Nach Durchtrocknung der Orientierungsschicht wurde diese bei 100°C getempert.

Zwei der so hergestellten Substratplatten werden mit einer Umrandung versehen, und die so erhaltene Zelle wird mit einer aus

12% p-trans-4-Ethylcyclohexyl-benzonitril,
10% p-trans-4-Propylcyclohexyl-benzonitril,
10% p-trans-4-Butylcyclohexyl-benzonitril,
3% 4-Methyl-4′-ethoxytolan,
4% 4-Methoxy-4′-ethyltolan,
5% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-4′-methoxytolan,
5% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-4′-ethoxytolan,
5% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-4′-propoxytolan,
13% trans-4-Propylcyclohexancarbonsäure-trans-4-propylcyclohexylester,
10% trans-4-Pentylcyclohexancarbonsäure-trans-4-propylcyclohexylester,
5% trans-,trans-4-Propylcyclohexylcyclohexancarbonsäure-p-propylphenyle-ster,
5% trans-,trans-4-Propylcyclohexylcyclohexancarbonsäure-p-pentylphenyle-ster,
5% trans-,trans-4-Butylcyclohexylcyclohexancarbonsäure-p-propylphenyles-ter,
5% trans-,trans-4-Butylcyclohexylcyclohexancarbonsäure-p-pentylphenyles-ter,
3% 4,4′-Bis-(trans-4-propylcyclohexyl)-biphenyl

bestehenden Flüssigkristallmischung befüllt, der als Dotierstoff 0,064% (R)-1,2-Bis-(4-(trans-4- pentylcyclohexyl)-benzoyloxy)-1-phenyl-ethan zugesetzt wird.

Die Zelle weist einen Zellabstand von 4 µm auf, und der Twistwinkel beträgt ψ=90°.

Nach dem Einfüllen des Flüssigkristalls wird die Zelle zur Isotropisierung für 45 min auf T=95°C gehalten. Die Zelle befindet sich zwischen gekreuzten Linearpolarisatoren und ist im geschalteten Zustand dunkel.

In Fig. 1 ist für diese Zelle die bei statischer Ansteuerung gemessene Transmissions-Spannungskurve wiedergegeben.

Bei einer Erhöhung der Dotierstoffkonzentration von C_Dot=0,064% auf 0,215% werden für die Schwellen- bzw. Sättigungsspannung dieses Systems folgende Werte erhalten:

V_90,0,20 = 1,6 V

V_10,0,20 = 2,8 V

b) Es wird ein erfindungsgemäßes System nach dem in Beispiel 1a) angegebenen Verfahren hergestellt, wobei die Tempertemperatur jedoch zu 250°C gewählt wird; die übrigen Eigenschaften sind dieselben wie die in Beispiel 1a) angegebenen (C_Dot=0,064%).

In Fig. 2 ist für diese Zelle die bei statischer Ansteuerung gemessene Transmissions-Spannungskurve wiedergegeben.

c) Zum Vergleich wird eine herkömmliche TN-Zelle mit einem Twistwinkel von -90° betrachtet, die low-tilt Polyimid-Orientierungsschichten aufweist. Der Zellabstand beträgt d=4 µm, und die Zelle ist mit der in Beispiel 1a) angegebenen Flüssigkristallmischung befüllt, der jedoch anstelle des dort genannten Dotierstoffes dessen Enantiomer, nämlich (S)-1,2-Bis- (4-(trans-4-pentylcyclohexyl)-benzoyl-oxy)-1-phenyl- ethan in einer Konzentration von 0,064% zugefügt ist. Die Zelle wird zur Isotropisierung für 5 Min. auf T=120°C gehalten, und für die Schwellen- bzw. Sättigungsspannung werden bei statischer Ansteuerung die folgenden Werte erhalten:

V_90,0,20 = 1,76 V

V_10,0,20 = 2,61 V

Bei einer Änderung der Dotierstoffkonzentration C_Dot werden für die Schwellen- bzw. Sättigungsspannung folgende Werte gemessen:

Fig. 1: Transmissionsspannungskurve für erfindungsgemäßes System, Orientierungsschicht bei 100°C getempert.

Fig. 2: Transmissionsspannungskurve für erfindungsgemäßes System, Orientierungsschicht bei 250°C getempert.

Claims

1. Elektrooptisches System, das

- eine elektrisch ansteuerbare, dielektrisch positive, verdrillte nematische Flüssigkristallschicht zwischen 2 Substraten enthält, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Substrate aufweist, wobei durch die Orientierungsschichten eine im wesentlichen parallele Randorientierung der Flüssigkristallmoleküle erfolgt,
- statisch oder durch eine aktive Matrix oder durch eine passive Matrix mit niedrigen bis relativ hohen Multiplexraten angesteuert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Orientierungsschichten aus einem transparenten, hochfluorierten Polymer besteht.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrillungswinkel 0<ψ<600° beträgt.

3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplexrate <300 beträgt.

4. Verfahren zur Verringerung der Betriebsspannung von elektrooptischen Systemen, enthaltend

- eine elektrisch ansteuerbare, dielektrisch positive, verdrillte nematische Flüssigkristallschicht zwischen 2 Substraten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Substrate, wobei durch die Orientierungsschichten eine im wesentlichen parallele Randorientierung der Flüssigkristallmoleküle erfolgt,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Orientierungsschicht aus einem dünnen, transparenten und hochfluorierten Polymer hergestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsschicht nach dem Aufbringen auf die Trägerplatte bei Temperaturen T<50°C getempert wird.