專利名稱：含離子載體的鐵電液晶混合物的制作方法
技術領域：
本發明涉及離子載體在鐵電液晶混合物中的應用以及這些混合物在電光開關和顯示器件中應用。
含有鐵電液晶混合物的開關和顯示器件(“FLC光閥”)是已知的，例如可從EP-B0，032，362(＝US-A 4，367，924)了解這一發明。液晶光閥是一種由這樣的方式，例如電動轉換而改變其光透射率的器件，從而透射光(有時還有反射光)的亮度得到調制。
實例有已知的手表和袖珍計算器的顯示器或在OA(辦公自動化)或TV(電視)領域的液晶顯示器。例子還包括光學閘，所謂的“光閘”，如在復印機、打印輸出機、焊工護目鏡、觀察用立體偏振眼鏡等等上使用的所謂“光閘”。所謂的“立體光調制器”也包括在液晶光閥的應用范圍內(參見Liquid Crystal Device Handbook，日刊工業新聞，東京，1989;ISBN4-526-02590-9C 3054和書中引用的文獻)。
電光開關和顯示器件的結構是，FLC層由幾層封裝在兩面，這幾層的順序是自FLC層起至少一個取向層、電極和外片(玻璃制)。而且，如果它以“客體-主體”型或反射型操作，還應包含一個極化器，若用透射雙折射型，則應包含兩個極化器。
取向層連同外片所留的足夠小的間隔使得FLC混合物的FLC分子變成如下構型，分子依它們的縱軸相互平行，層列型平面垂直排列或傾斜于取向層。已知在這種排列中，分子具有兩個等效的取向，施加脈沖電場分子在兩個取向間可相互轉換，即FLC顯示器能夠雙穩態地轉換。轉換時間反比于FLC混合物的自發極化度，在微秒范圍內。
這種FLC顯示器與工業實踐中仍正大規模應用的LC顯示器相比主要優點是可達到的多路調制比，即在時間序列過程(“多路”)中可尋址的最大行數，它在FLC顯示器中比在通常的LC同示器中大很多。這一電動尋址實質上是基于上面提到的脈沖尋址，脈沖尋址在SID 85 DIGEST P.131(1985)中以舉例形式已有描述。
然而，FLC顯示器的一個顯著缺點是在非尋址狀態(在大部分情況下)它們顯示出取向器(即優選的分子方向)的討厭的非均勻性，因此，顯示出一種或多種所謂的扭曲態。(M.A.Handschy，N.A.Clark，S.T.Lagerwall;Phys.Rev.Lett.51，471(1983)M.Glogarova，J.Pavel;J.Phys.(France)45，143(1984)N.Higi，T.Ouchi，H.Takezoe，A.Fukuda;Jap.J.Appl.Phys.27，8(1988)在記憶狀態和多路操作中，這種非均勻性導致顯示器對比度的嚴重下降，尤其是由于不透明態變得相當的亮(灰暗狀態)這一事實引起。而且，扭曲態的出現是與能導致顯示器色彩不正的波長分散相聯系。
已嘗試了通過選擇合適的取向層來抑制干擾扭曲態的出現，但是至今僅取得了一般成功。很常見的幾乎所有有時出現的均勻態(即若采用SiO蒸汽在一個角度沉積)是不穩定的并又變為扭曲態。
如果使用具有高自發極化度的鐵電液晶混合物，似乎尤其有利于扭態出現(M.A.Handschy and N.A.Clark;Ferroelectrics 59，69(1984))。然而這種混合物特別適合于高信息顯示的開發，因為它們結果形成短暫的開關時間。
本發明的目的是提供FLC混合物，它們在FLC顯示中不形成扭曲態，而是產生均勻態，因此產生高對比度。
現在意外地發現經FLC混合物中加入特定的離子載體能抑制上述扭曲態的發生。
在DE-A3，939，697中已描述了在液晶混合物中用穴狀配體和冠狀配體來抑制所謂疊影。與之相對照，在此所用的離子載體(如用于離子選擇性電極的商品;這一概念的定義參見例如O.A.Neumuller(編輯)，Rompps Chemie-Lexikon，8th edition，Franckh' sche Verlagshandlung，Stuttgart 1985)抑制扭曲態的發生，不依賴于每一情況下所用的取向層。
因此，通過提供一種液晶混合物達到了本發明的目的，該混合物至少由兩組分組成，其中至少包含一個通式(Ⅰ)的酰胺組分，它用作離子載體。
式中R1，R2，R3，R4，互相無關，是1至15個碳原子的烷基、其中一個-CH2-基團可被-COO-或-CO-取代，與N-原子不相連的一個-CH2-可被-O-，環己基、苯基或芐基取代。
X 是2至9個碳原子的亞烷基，其中一個或兩個不相連的-CH2-基團可以被-O-取代，兩個相連的CH2基團可被1，2-亞苯基或1，2-亞環己烷基或被CH(CH3)-CH(CH3)-取代，CH2基團上的氫原子可被R5或R6取代，其中R5是1至15個碳原子的烷基，R6是1至15個碳原子的烷基或CH2-O-CH2CONR1R2所用的鐵電液晶混合物最好至少含有一個式(Ⅰ)酰胺。式中R1，R2，R3，R4，互相無關，是1至15個碳原子的烷基，其中一個-CH2-基團可以被-COO-取代或與N-原子不相連的一個-CH2-被-O-、環己基或苯基取代。
X 是2至9個碳原子的亞烷基，其中一至兩個不相鄰的-CH2-基團可被-O-取代，兩個相鄰的-CH2-基團可被1，2-亞苯基或1，2-亞環己基取代，或被-CH(CH3)-CH(CH3)-取代，CH2基團上的一個氫可被R5或R6取代，其中R5、R6，互相無關，是1至15個碳原子的烷基。
式(Ⅰ)酰胺，式中R1，R2，R3，R4，互相無關，是1至15個碳原子的烷基，其中一個-CH2-基團可被-COO-或環己基取代。
X 是2至9個碳原子的亞烷基，其中一個或兩個不相鄰的-CH2-基團可被-O-取代，兩個相鄰的-CH2-基團可被1，2-亞苯基取代，或被-CH(CH3)-CH(CH3)-取代，是特別優選的。
式(Ⅰ)酰胺其中-X-代表如下基團之一
式中R1至R6具有上述含義也是特別優選的。
更加特別優選的是-X-代表如下基團
原則上，各式各樣的離子載體都適用于液晶混合物，但是剛才描述過的式(Ⅰ)酰胺特別適用于抑制扭曲態。
依照本發明的FLC混合物最好含有0.01-10%(摩爾)，尤其0.1-10%(摩爾)的通式(Ⅰ)的化合物。
液晶混合物一般包含2至20，最好2至15種組分，其中至少一種是式(Ⅰ)的離子載體(酰胺)。其它組分最好選自已知的向列相、膽甾醇相及/或傾斜/層列相化合物，它們包括例如席夫堿類、二聯苯類、三聯苯類、苯基環己烷類、環己基二聯苯類、嘧啶類、肉桂酸酯類、膽甾醇酯類，具有極性端基的對烷基苯甲酸的各種橋連多環酯類。一般來說，市場上可得的液晶混合物是以各式各樣組分的混合物存在，甚至在本發明化合物加入之前，至少其組分的一種為中間類的，即這樣一種化合物，它作為衍生物或在與某些輔組分的混合物中表現作液晶相(即期望形成至少一種互交性的(透明溫度＞熔融溫度)或單向轉變的(透明溫度＜熔融溫度)中間相。
把所述的液晶混合物加到電開關和顯示器件(FLC光閥或顯示)中是有經濟效益的。這類裝置特別包含有以下部件依照本發明的液晶混合物(含離子載體)、支承片(即由玻璃塑料制成，涂有透明電極(兩個電極))、至少一個取向層，隔片、粘合劑框子、極化器和用于彩色顯示器的彩色濾光薄膜。另外可能的部件有防反射、鈍化、補償和防護涂層和非線性元件，如薄膜半導體(TFT)和金屬/絕緣體/金屬(MIM)元件。液晶顯示器的通常結構在標準專著(即E.Kaneko，“Liquid Crystal TV DisplayPrinciples and Applications of Liquid Crystal Display”，KTK Scientific Publishers，1987，12-30頁和163-172頁)中已有詳細描述。
在FLC光閥和開關器件中，那些由多路過程驅動的是優選的。以SSFLC技術(“表面穩定的鐵電液晶”)操作的，元件厚(即外片的間隔)為1至20um的液晶元件是特別優選的。元件厚為1至10um，在雙折射型中特別是1.2至3um是尤其優選的。
并且，本發明化合物用于以所謂的“客體-主體”型的SSFLC顯示器操作是經濟合算的，其中光效應不是基于雙折射現象，而是基于溶在FLC基質中的二色性染料的各向異性吸收。
本發明化合物抑制SSFLC元件中的各種幾何結構的層列型層的扭曲態的出現(例如參見，H.R.-Dubel，C.Escher，D.Ohlendorff;Proc.6th Intl.Symp.on Electrets，Oxford England(1988))。這特別符合于所謂的“原始結構”，其中層列型層以一個角度(V形幾何結構)排列，和符合于“書架”或“準書架”形幾何結構，其中層列型面垂直于玻璃板排列(參見Y.Sato et al.，Jap.J.Appl.Phys.28 483(1989))。本發明化合物用于這種“書架”形幾何結構經濟上特別合算，由于大的有效開關角，這不但導致良好的暗態，而且導致亮態的高透射。
而且，已經發現本發明化合物在FLC(混合物中有利于均一的“準書架”形幾何結構的場誘導產生(Y.Sato et al.，Jap.J.Appl.Phys.28 483(1989))。
本發明將由如下實施例舉例說明。
實施例在以下實施例中，本發明的離子載體以1%的摩爾濃度應用。本發明化合物的實施例是化合物V1和V2，即N，N，N′，N′-四環己基-1，2-亞苯基二氧基二乙酰胺和(一)-(R，R)-N，N′-〔雙(11-乙氧羰基)十一烷基〕-N，N′-4，5-四甲基-3，6-二氧代-辛二酰胺
制備了含有以下八種組分(摩爾%)的液晶基本混合物
該混合物具有以下相變Sc69 SA76 N92I
以下化合物被用作摻雜劑的例子摻雜劑D1
摻雜劑D2
摻雜劑D3
已提及的LC混合物，摻雜劑和離子載體V1和V2被用來制備以下本發明的FLC混合物。
實施例1(對照混合物)FLC對照混合物M1具有以下組成(摩爾%)LC基本混合物 78.3%摻雜劑D1 4.7%摻雜劑D2 9.0%摻雜劑D3 8.0%和具有相變S＊C60 S＊A70 N＊79I，在自發極化度55nC×cm-2。測定了開關角(2θeff)、亮暗態透射率和光對比度。為此，把含FLC混合物的測量元件置于裝有旋轉載物臺的偏光顯微鏡下。尋址單元的開關角可通過旋轉顯微鏡載物臺來測定。亮暗態的透射率用置于偏光顯微鏡光路中的光電二極管測量。光對比度是由亮暗態比計算而得。
該對比混合物給出如下測量值開關角(2θeff) 15°透射率(暗態) 8%透射率(亮態) 28%對比度 3.5實施例2僅固含有額外的1%(摩爾)的離子載體V1而不同于上述混合物的一種FLC混合物給出如下測量結果
開關角(2θeff) 24°透射率(暗態) 0.7%透射率(亮態) 58%對比度 82通過加入離子載體V1，FLC混合物明顯獲得較好的特性，開關角變得相當大，對比度顯著提高。
實施例3僅因含有1%(摩爾)的離子載體V2而不同于實施例1對照混合物的一種FLC混合顯示出以下有效開關角2θeff＝21°這意味通過添加本發明化合物，開關角增加40%。
權利要求
1.鐵電液晶混合物在FLC開關和顯示器件中的應用，該混合物至少含有兩個組分，其中至少包含一種通式(Ⅰ)的離子載體組分，
式中R1，R2，R3，R4，互相無關，是1至15個碳原子的烷基、其中一個-CH2-基團可被-COO-或-CO-取代，或與N-原子不相鄰的一個-CH2-被-O-，環己基、苯基或芐基取代，X是2至9個碳原子的亞烷基，其中一個或兩個不相鄰的-CH2-基團可以被-O-取代，兩個相鄰的-CH2-基團可被1，2-亞苯基或1，2-亞環己烷基取代，或被CH(CH2)-CH(CH3)-取代，CH2基團上的一個氫可被R5或R6取代，其中，R5是1至15個碳原子的烷基，R6是1至15個碳原子的烷基或CH2-O-CH2CONR1R2。
2.依照權利要求1的用途，其特征在于液晶混合物至少含有一種離子載體組分，其中R1，R2，R3，R4，互相無關，是1至15個碳原子的烷基，其中-CH2-基團可以被-COO-取代，或一個與N-原子不相鄰的-CH2-被-O-、環己基或苯基取代。X 是2至9個碳原子的亞烷基，其中一至兩個不相鄰的-CH2-基團可被-O-取代，兩個相鄰的-CH2-基團可被1，2-亞苯基取代或被-CH(CH3)-CH(CH3)-取代。
3.依照權利要求1的用途，其特征在于液晶混合物至少含有一種通式(Ⅰ)的離子載體，式中R1，R2，R3，R4，互相無關，是1-15個碳原子的烷基，其中-CH2-基可被-COO-或環己基取代，X 是2-9個碳原子的亞烷基，其中兩不相鄰的-CH2基團可被-O-取代;兩個相鄰的-CH2基團可被1，2-亞苯基取代，或被-CH(CH3)CH(CH3)-取代。
4.依照權利要求1的用途，其特征在于液晶混合物至少含有一種通式(Ⅰ)的離子載體，式中-X-代表如下基團之一，
R1至R6具有權利要求1的含義。
5.依照權利要求1至4的一項或更多項要求的用途，其特征在于液晶混合物含有0.01-10%(摩爾)的通式(Ⅰ)的化合物。
6.依照權利要求1至5的一項或更多項要求的用途，其特征在于該混合物用在池厚1至10um的SSFLC元件中。
7.依照權利要求1至-6的一項或更多項要求的用途，其中FLC混合物含有兩種或更多種不同的通式(Ⅰ)化合物。
全文摘要
往FLC混合物中添加離子載體能抑制FLC顯示器中扭曲態的出現。可用的離子載體是通式I的酰胺，式中R
文檔編號C09K19/58GK1055755SQ91102290
公開日1991年10月30日 申請日期1991年4月11日 優先權日1990年4月12日
發明者高正原田, 諾伯特·羅謝, 雷納·溫根 申請人:赫徹斯特股份公司