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Die
Erfindung betrifft nematische Flüssigkristallmischungen,
und deren Verwendung in verdrillt und hochverdrillt nematischen
Flüssigkristallanzeigen
(englisch: Twisted Nematic, kurz: TN; bzw. Supertwisted Nematic,
kurz: STN) mit sehr kurzen Schaltzeiten und guten Steilheiten und
Winkelabhängigkeiten.
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TN-Anzeigen
sind bekannt, z. B. aus M. Schadt und W. Helfrich, Appl. Phys. Lett.,
18, 127 (1971). STN-Anzeigen sind bekannt, z. B. aus
EP 0 131 216 B1 ;
DE 34 23 993 A1 ;
EP 0 098 070 A2 ;
M. Schadt und F. Leenhouts, 17. Freiburger Arbeitstagung Flüssigkristalle
(8.–10.04.87);
K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6); M. Schadt und F. Leenhouts,
SID 87 Digest 372 (20.1); K. Katoh et al., Japanese Journal of Applied Physics,
Vol. 26, No. 11, L 1784-L 1786 (1987); F. Leenhouts et al., Appl.
Phys. Lett. 50 (21), 1468 (1987); H. A. van Sprang und H. G. Koopman,
J. Appl. Phys. 62 (5), 1734 (1987); T. J. Scheffer und J. Nehring,
Appl. Phys. Lett. 45 (10), 1021 (1984), M. Schadt und F. Leenhouts,
Appl. Phys. Lett. 50 (5), 236 (1987) und E. P. Raynes, Mol. Cryst.
Liq. Cryst. Letters Vol. 4 (1), pp. 1–8 (1986). Der Begriff STN
umfaßt
hier jedes höher
verdrillte Anzeigeelement mit einem Verdrillungswinkel dem Betrage
nach zwischen 160° und
360°, wie
beispielsweise die Anzeigeelemente nach Waters et al. (C. M. Waters
et al., Proc. Soc. Inf. Disp. (New York) (1985) (3rd Intern. Display
Conference, Kobe, Japan), die STN-LCD's (
DE
OS 35 03 259 ), SBE-LCD's
(T. J. Scheffer und J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (1984) 1021),
OMI-LCD's (M. Schadt
und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (1987), 236, DST-LCD's (
EP 05 0 246 842 ) oder BW-STN-LCD's (K. Kawasaki et
al., SID 87 Digest 391 (20.6)).
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STN-Anzeigen
zeichnen sich im Vergleich zu Standard-TN-Anzeigen durch wesentlich
bessere Steilheiten der elektrooptischen Kennlinie und, bei mittleren
und höheren
Multiplexraten, beispielsweise 32 bis 64 und höher, durch bessere Kontrastwerte
aus Dagegen ist in TN-Anzeigen im Allgemeinen der Kontrast aufgrund
des besseren Dunkelwertes höher
und die Winkelabhängigkeit
des Kontrastes geringer als in STN-Anzeigen mit niedrigen Multiplexraten
von beispielsweise weniger als 32.
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Von
besonderem Interesse sind TN- und STN-Anzeigen mit sehr kurzen Schaltzeiten
insbesondere auch bei tieferen Temperaturen. Zur Erzielung von kurzen
Schaltzeiten wurden bisher die Rotationsviskositäten der Flüssigkristallmischungen optimiert
unter Verwendung von meist monotropen Zusätzen mit relativ hohem Dampfdruck.
Die erzielten Schaltzeiten waren jedoch nicht für jede Anwendung ausreichend.
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Zur
Erzielung einer steilen elektrooptischen Kennlinie in den Anzeigen
sollen die Flüssigkristallmischungen
relativ große
Werte für
das Verhältnis
der elastischen Konstanten K33/K11, sowie relativ kleine Werte für Δε/ε⏊ aufweisen,
wobei Δε die dielektrische
Anisotropie und ε⏊ die dielektrische Konstante senkrecht
zur Moleküllängsachse
ist.
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Über die
Optimierung des Kontrastes und der Schaltzeiten hinaus werden an
derartige Mischungen weitere wichtige Anforderungen gestellt:
- 1. Breites d/p-Fenster
- 2. Hohe chemische Dauerstabilität
- 3. Hoher elektrischer Widerstand
- 4. Geringe Frequenz- und Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung.
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Die
erzielten Parameterkombinationen sind bei weitem noch nicht ausreichend,
insbesondere für Hochmultiplex-STN-Anzeigen
(mit einer Multiplexrate im Bereich von ca. 1/400), aber auch für Mittel-
und Niedermultiplex-STN-(mit Multiplexraten im Bereich von ca. 1/64
bzw. 1/16), und TN-Anzeigen. Zum Teil ist dies darauf zurückzuführen, daß die verschiedenen
Anforderungen durch Materialparameter gegenläufig beeinflußt werden.
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Es
besteht somit immer noch ein großer Bedarf an TN- und STN-Anzeigen, insbesondere
für Mittel- und
Niedermultiplex-STN-Anzeigen, mit sehr kurzen Schaltzeiten bei gleichzeitig
großem
Arbeitstemperaturbereich, hoher Kennliniensteilheit, guter Winkelabhängigkeit
des Kontrastes und niedriger Schwellenspannung, die den oben angegebenen
Anforderungen gerecht werden.
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In
der Druckschrift
DE
4410606 A1 werden bereits Cyanopyrimidin-Derivate für Flüssigkristallmischungen
vorgeschlagen. Die nach dem Anmeldetag publizierte Druckschrift
DE 10004636 A1 offenbart
Beispiele für
Flüssigkristallmischungen
mit Cyanopyrimidin-Derivaten.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, TN- und STN-Anzeigen bereitzustellen,
die die oben angegebenen Nachteile nicht oder nur in geringerem
Maße und
gleichzeitig kurze Schaltzeiten, insbesondere bei tiefen Temperaturen,
und sehr gute Steilheiten sowie verbesserte Temperaturabhängigkeit
der Betriebsspannung aufgrund einer verbesserten Frequenzabhängigkeit
der Dielektrizitätskonstanten
aufweisen.
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Es
wurde nun gefunden, daß diese
Aufgabe gelöst
werden kann, wenn man nematische Flüssigkristallmischungen verwendet,
die eine oder mehrere Verbindungen der Formel I,
eine oder
mehrere Alkenyl-Verbindungen der Formel II
und eine
oder mehrere Verbindungen der Formel Th
enthalten,
worin
R
1, R
2 und R
4 jeweils unabhängig voneinander eine Alkyl-,
Alkoxy- oder Alkenylgruppe
mit 1 bis 12 C-Atomen, wobei auch ein oder zwei nicht benachbarte
CH
2-Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO-
oder -COO- so ersetzt sein können,
daß O-Atome
nicht direkt miteinander verknüpft
sind,
R
3 eine Alkenylgruppe mit 2 bis
7 C-Atomen,
L H oder F, und
a 0 oder 1
bedeuten.
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Die
Verwendung der Verbindungen der Formeln I und II in den Mischungen
für TN-
und STN-Anzeigen bewirkt
- • geringe Frequenzabhängigkeit
der Dielektrizitätskonstanten,
- • geringe
Temperaturabhängigkeit
der Betriebsspannung und der Schwellenspannung und
- • sehr
schnelle Schaltzeiten, insbesondere bei tiefen Temperaturen.
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Die
Verbindungen der Formel I und II verkürzen insbesondere deutlich
die Schaltzeiten von TN- und STN-Mischungen bei gleichzeitiger Erhöhung der
Steilheit und geringer Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung.
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Weiterhin
zeichnen sich die erfindungsgemäßen Mischungen
durch folgende Vorzüge
aus
- – sie
besitzen eine niedrige Viskosität,
- – sie
besitzen eine niedrige Schwellenspannung und Operationsspannung,
- – sie
bewirken lange Lagerzeiten in der FK-Anzeige bei tiefen Temperaturen.
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Gegenstand
der Erfindung ist somit die Verwendung einer vor- und nachstehend
definierten erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischung
für eine
Flüssigkristallanzeige
mit
- – zwei
Trägerplatten,
die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- – einer
in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver
dielektrischer Anisotropie,
- – Elektrodenschichten
mit Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten,
- – einem
Anstellwinkel zwischen der Längsachse
der Moleküle
an der Oberfläche
der Trägerplatten
und den Trägerplatten
von 0 Grad bis 30 Grad, und
- – einem
Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung
in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht dem
Betrag nach zwischen 22,5° und
600°, wobei
die erfindungsgemäße
- – nematische
Flüssigkristallmischung
besteht aus
- a) 15–80
Gew.% einer flüssigkristallinen
Komponente A, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit
einer dielektrischen Anisotropie von über +1,5;
- b) 20-85 Gew.% einer flüssigkristallinen
Komponente B, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit
einer dielektrischen Anisotropie zwischen –1,5 und +1,5;
- c) 0–20
Gew.% einer flüssigkristallinen
Komponente D, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit
einer dielektrischen Anisotropie von unter –1,5 und
- d) gegebenenfalls einer optisch aktiven Komponente C in einer Menge, daß das Verhältnis zwischen Schichtdicke
(Abstand der Trägerplatten)
und natürlicher
Ganghöhe
der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung
etwa 0,2 bis 1,3 beträgt,
dadurch
gekennzeichnet, daß Komponente
A mindestens eine Verbindung der Formel I enthält und Komponente
B mindestens eine Verbindung der Formel II und eine
oder mehrere Verbindungen der Formel Th enthält,
worin
R1, R2 und R4 jeweils unabhängig voneinander eine Alkyl-,
Alkoxy- oder Alkenylgruppe
mit 1 bis 12 C-Atomen, wobei auch ein oder zwei nicht benachbarte
CH2-Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- oder -COO- so ersetzt
sein können,
daß O-Atome
nicht direkt miteinander verknüpft
sind,
R3 eine Alkenylgruppe mit 2 bis
7 C-Atomen,
L H oder F, und
a 0 oder 1
bedeuten.
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Offenbart
werden auch entsprechende Flüssigkristallmischungen
zur Verwendung in TN- und STN-Anzeigen, insbesondere in mittel-
und niedrigmultiplexierten STN-Anzeigen.
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Besonders
bevorzugt sind Flüssigkristallmischungen,
die eine oder mehrere Verbindungen der Formel I enthalten, worin
R1 eine geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis
8 C-Atomen bedeutet.
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Ferner
bevorzugt sind Flüssigkristallmischungen,
die eine oder mehrere Verbindungen der Formel I enthalten, worin
R1 eine geradkettige Alkenylgruppe mit 2
bis 7 C-Atomen bedeutet.
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Besonders
bevorzugte Verbindungen der Formel I-1 sind solche worin R1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 C-Atomen,
insbesondere mit 1 bis 5 C-Atomen
bedeutet.
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Formel
II umfaßt
folgende Verbindungen
worin
R
3 und R
4 die oben
angegebene Bedeutung besitzen.
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Besonders
bevorzugt sind TN- und STN-Anzeigen, die wenigstens eine Verbindung
der Formel II-1 enthalten.
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Ferner
bevorzugt sind TN- und STN-Anzeigen, die wenigstens jeweils eine
Verbindung der Formeln II-1 und II-2 enthalten.
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In
den Formeln II-1 und II-2 bedeutet R3 besonders
bevorzugt 1 E-alkenyl oder 3 E-alkenyl mit 2 bis 7 C-Atomen.
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Besonders
bevorzugte Verbindungen der Formel II-1 sind solche, worin R
4 Alkenyl mit 2 bis 7 C-Atomen bedeutet,
sowie Verbindungen ausgewählt
aus den Formeln II-1a bis II-1e
worin
R
3a und R
4a jeweils
unabhängig
voneinander H, CH
3, C
2H
5 oder n-C
3H
7 und alkyl eine
Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen bedeuten.
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Besonders
bevorzugt sind Verbindungen der Formel II-1a, insbesondere solche,
worin R3a und R4a CH3 bedeuten, sowie Verbindungen der Formel
II-1e. worin R3a H bedeutet.
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Besonders
bevorzugt sind TN- und STN-Anzeigen, worin die Flüssigkristallmischung
mindestens eine Verbindung der Formel II-1a und/oder II-1c enthält, in denen
R3a und R4a jeweils
dieselbe Bedeutung aufweisen, sowie Anzeigen, worin die Flüssigkristallmischung
mindestens eine Verbindung der Formel II-1e enthält.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
enthalten die TN- und STN-Anzeigen eine oder mehrere Verbindungen
der Formel II-2.
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Besonders
bevorzugt sind Verbindungen der Formel II-2, worin R
4 Alkyl
mit 1 bis 8, insbesondere 1, 2 oder 3 C-Atomen, und R
3 1E-alkenyl
oder 3E-alkenyl
mit 2 bis 7, insbesondere 2, 3 oder 4 C-Atomen bedeuten, sowie Verbindungen
ausgewählt
aus den Formeln II-2a und II-2b
worin
R
3a unabhängig voneinander H, CH
3, C
2H
5 oder
n-C
3H
7, insbesondere
H. und alkyl eine Alkylgruppe mit 1 bis 8, insbesondere 1, 2 oder
3 C-Atomen bedeuten.
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Die
Verwendung von Verbindungen der Formel II führt in den erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen
zu besonders niedrigen Werten der Rotationsviskosität und zu
TN- und STN-Anzeigen mit einer hohen Steilheit und schnellen Schaltzeiten
insbesondere bei niedrigen Temperaturen.
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Die
Verbindungen der Formel II besitzen niedrige Viskositäten, insbesondere
niedrige Rotationsviskositäten,
sowie niedrige Werte für
das Verhältnis
der elastischen Konstanten K33/K11, und führen
daher in den Anzeigen zu kurzen Schaltzeiten, während die Anwesenheit von Verbindungen
der Formel I mit hoher dielektrischer Anisotropie, insbesondere
in erhöhten
Konzentrationen, eine Verringerung der Schwellenspannung bewirkt.
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Die
erfindungsgemäßen Mischungen
enthalten neben den dielektrisch neutralen Alkenylverbindungen der
Formel II vorzugsweise eine oder mehrere dielektrisch positive Alkenylverbindungen
der Formel II*
worin
R
3 die für
Formel II angegebenen Bedeutungen besitzt,
Q CF
2,
OCF
2, CFH, OCFH oder eine Einfachbindung,
Y
F oder Cl, und
L
1 und L
2 jeweils
unabhängig
voneinander H oder F bedeuten.
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Besonders
bevorzugte Verbindungen der Formel II* sind solche, worin L1 und/oder L2 F und
Q-Y F oder OCF3 bedeuten. Ferner bevorzugt
sind Verbindungen der Formel II*, worin R3 1E-alkenyl
oder 3E-alkenyl mit 2 bis 7, insbesondere 2, 3 oder 4 C-Atomen bedeutet.
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Die
polaren Verbindungen der Formel II* mit einer dielektrischen Anisotropie
von mehr als +1.5 sind der oben definierten Komponente A zuzuordnen.
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Die
Komponente A enthält
vorzugsweise eine oder mehrere Cyanoverbindungen der folgenden Formeln
worin
R eine der für
R
1 in Formel I angegebenen Bedeutungen besitzt
und 1
1 und 1
2 jeweils
unabhängig
voneinander H oder F bedeuten. R bedeutet in diesen Verbindungen
besonders bevorzugt Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 8 C-Atomen.
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Besonders
bevorzugt sind Mischungen, die eine oder mehrere Verbindungen der
Formeln IIIb, IIIc und IIIf, insbesondere solche, worin L1 und/oder L2 F bedeuten,
enthalten.
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Weiterhin
bevorzugt sind Mischungen, die eine oder mehrere Verbindungen der
Formel IIIh enthalten, worin L2 H und L1 H oder F, insbesondere F, bedeutet.
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In
einer speziellen Ausführungsform
enthält
die Komponente A vorzugsweise eine oder mehrere 3,4,5-Trifluorphenylverbindungen
der felgenden Formeln
sowie
gegebenenfalls eine oder mehrere Verbindungen mit polarer Endgruppe
der folgenden Formeln
worin
R eine der für
R
1 in Formel I angegebenen Bedeutungen besitzt
und L
3 und L
4 jeweils
unabhängig
voneinander H oder F bedeuten. R bedeutet in diesen Verbindungen
besonders bevorzugt Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 8 C-Atomen.
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Besonders
bevorzugt sind Verbindungen der Formeln IVa, IVb, IVc, IVd, IVh
und Vi, insbesondere Verbindungen der Formeln IVa, IVh und Vi.
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Die
einzelnen Verbindungen der Formeln I, II, III, IV und V bzw. deren
Unterformeln oder auch andere Verbindungen, die in den TN- und STN-Anzeigen
verwendet werden können,
sind entweder bekannt, oder sie können analog zu den bekannten
Verbindungen hergestellt werden.
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Die
erfindungsgemäßen Mischungen
enthalten neben den Verbindungen der Formeln I und II der Formel
Th eine oder mehrere flüssigkristalline
Tolan-Verbindungen der Formel Th. Aufgrund der hohen Doppelbrechung Δn der Tolan-Verbindungen kann
bei geringeren Schichtdicken gearbeitet werden, wodurch die Schaltzeiten
deutlich kürzer
werden. Die Tolan-Verbindungen zusätzlich zu Verbindungen der
Formel Th sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus Ta bis Tg
worin
R
1 die für
Formel I angegebene Bedeutung besitzt,
R
2 eine
der für
R
1 angegebenen Bedeutungen besitzt,
Z
4 -CO-O-, -CH
2CH
2- oder eine Einfachbindung, und
L
1 bis L
6 jeweils
unabhängig
voneinander H oder F bedeuten.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
enthalten die Mischungen eine oder mehrere Verbindungen der Formeln
Ta und/oder Tb.
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Besonders
bevorzugte Verbindungen der Formel Te sind solche, worin einer,
zwei oder drei der Reste L1 bis L6 F und die anderen H bedeuten, wobei L1 und L2 bzw. L3 und L4 bzw. L5 und L6 nicht beide
gleichzeitig F bedeuten.
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Der
Anteil der Verbindungen aus der Gruppe enthaltend Ta und Tb ist
vorzugsweise 5 bis 50%, insbesondere 10 bis 40%.
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Der
Anteil der Verbindungen der Formel Th ist vorzugsweise 2 bis 35%,
insbesondere 4 bis 25%.
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Der
Anteil der Verbindungen der Formeln Ta bis Th ist vorzugsweise 2
bis 55%, insbesondere 5 bis 35%.
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Erfindungsgemäße Flüssigkristallmischungen
enthalten eine oder mehrere Verbindungen der Komponente A von einem
Anteil von 15% bis 80%, besonders bevorzugt von 20% bis 70%. Diese
Verbindungen besitzen eine dielektrische Anisotropie Δε ≥ +3, insbesondere Δε ≥ +8, besonders
bevorzugt Δε ≥ +12.
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Erfindungsgemäße Flüssigkristallmischungen
enthalten ein oder mehrere Verbindungen der Komponente B, in einem
Anteil von 20 bis 85%, besonders bevorzugt in einem Anteil von 30
bis 75%. Die Verbindungen der Gruppe B, insbesondere solche mit
Alkenylgruppen, zeichnen sich insbesondere durch ihre niedrigen Werte
für die
Rotationsviskosität γ1 aus.
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Die
Komponente B enthält
neben ein oder mehreren Verbindungen der Formel II vorzugsweise
eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus den Zweiringverbindungen der folgenden Formeln
und/oder
eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus den Dreiringverbindungen der folgenden Formeln
und/oder
eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus den Vierringverbindungen der folgenden Formeln
worin
R
1 und R
2 die oben
angegebene Bedeutung haben, L H oder F bedeutet, und die 1,4-Phenylengruppen in
IV10 bis IV19 und IV23 bis IV 32 jeweils unabhängig voneinander auch durch
Fluor ein- oder mehrfach substituiert sein können.
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Besonders
bevorzugt sind Verbindungen der Formeln IV 25 bis IV 31, worin R1 Alkyl und R2 Alkyl
oder Alkoxy, insbesondere Alkoxy, jeweils mit 1 bis 7 C-Atomen,
bedeutet. Ferner bevorzugt sind Verbindungen der Formel IV 25 und
IV 31, worin L F bedeutet.
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Ganz
besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formeln IV25 und IV27.
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R1 und R2 in den Verbindungen
der Formeln IV1 bis IV30 bedeuten besonders bevorzugt geradkettiges Alkyl
oder Alkoxy mit 1 bis 12 C-Atomen.
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Die
flüssigkristallinen
Mischungen enthalten gegebenenfalls eine optisch aktive Komponente
C in einer Menge, daß das
Verhältnis
zwischen Schichtdicke (Abstand der Trägerplatten) und natürlicher
Ganghöhe der
chiralen nematischen Flüssigkristallmischung
größer 0,2
ist. Für
die Komponente stehen dem Fachmann eine Vielzahl, zum Teil kommerziell
erhältlicher
chiraler Dotierstoffe zur Verfügung
z. B. wie Cholesterylnonanoat, S-811 der Merck KGaA, Darmstadt und
CB15 (BDH, Poole, UK). Die Wahl der Dotierstoffe ist an sich nicht
kritisch.
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Der
Anteil der Verbindungen der Komponente C beträgt vorzugsweise 0 bis 10%,
insbesondere 0 bis 5%, besonders bevorzugt 0 bis 3%.
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Die
erfindungsgemäßen Mischungen
können
auch gegebenenfalls bis zu 20% einer oder mehrerer Verbindungen
mit einer dielektrischen Anisotropie von weniger als -2 (Komponente
D) enthalten.
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Falls
die Mischungen Verbindungen der Komponente D enthalten, so sind
dies vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen mit dem Strukturelement
2,3-Difluor-1,4-phenylen, z. B. Verbindungen gemäß
DE-OS 38 07 801 ,
38 07 861 ,
38 07 863 ,
38 07 864 oder
38 07 908 . Besonders bevorzugt sind
Tolane mit diesem Strukturelement gemäß der Internationalen Patentanmeldung
PCT/DE 88/00133 .
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Weitere
bekannte Verbindungen der Komponente D sind z. B. Derivate der 2,3-Dicyanhydrochinone oder
Cyclohexanderivate mit dem Strukturelement
oder
gemäß
DE-OS 32 31 707 bzw.
DE-OS 34 07 013 .
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Vorzugsweise
enthalten die erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigen
keine Verbindungen der Komponente D.
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Der
Ausdruck ”Alkenyl” in der
Bedeutung von R, R1, R2,
R3 und R4 umfaßt geradkettige
und verzweigte Alkenylgruppen, im Falle von R, R1 und
R2 mit 2–12, im Falle von R3 und R4 mit 2–7 Kohlenstoffatomen,
insbesondere die geradkettigen Gruppen. Besonders bevorzugte Alkenylgruppen
sind C2-C7-1E-Alkenyl, C4-C7-3E-Alkenyl,
C5-C7-4-Alkenyl,
C5-C7-5-Alkenyl,
und C7-6-Alkenyl, insbesondere C2-C7-1E-Alkenyl, C4-CT3E-Alkenyl und C5-C7-4-Alkenyl.
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Beispiele
bevorzugter Alkenylgruppen sind Vinyl, 1E-Propenyl, 1E-Butenyl,
1E-Pentenyl, 1E-Hexenyl, 1E-Heptenyl, 3-Butenyl, 3E-Pentenyl, 3E-Hexenyl,
3E-Heptenyl, 4-Pentenyl, 4Z-Hexenyl, 4E-Hexenyl, 4Z-Heptenyl, 5-Hexenyl,
6-Heptenyl und dergleichen. Gruppen mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen
sind im allgemeinen bevorzugt.
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In
besonders bevorzugten Ausführungsformen
enthalten die Mischungen
- – eine oder mehrere Verbindungen
der Formel I, worin L H bedeutet,
- – eine
oder mehrere Verbindungen der Formel I, worin L F bedeutet,
- – eine,
zwei oder drei Verbindungen der Formel I,
- – 5
bis 40%, insbesondere 8 bis 25% einer oder mehrerer Verbindungen
der Formel I,
- – 5
bis 60%, insbesondere 15 bis 50% einer oder mehrerer Alkenylverbindungen
der Formel II,
- – wenigstens
eine Verbindung der Formel II-1a und/oder II-3e,
- – wenigstens
eine Verbindung der Formel II*,
- – eine
oder mehrere, insbesondere zwei bis fünf Verbindungen der Formel
IIIb, IIIc und/oder IIIh.
- – wenigstens
zwei Verbindungen der Formel IIIc, und gegebenenfalls zusätzlich wenigstens
eine Verbindung der Formel IIIb, worin L1 und/oder
L2 F bedeuten. Der Anteil dieser Verbindungen
in den Flüssigkristallmischungen
liegt vorzugsweise bei 7 bis 50%, insbesondere bei 10 bis 40%;
- – wenigstens
eine Verbindung ausgewählt
aus der folgenden Gruppe worin
alkyl eine Alkylgruppe mit 1 bis 8 C-Atomen und R3a H
oder CH3 bedeutet, eine oder
- – eine
oder mehrere, besonders bevorzugt eine, zwei oder drei Tolan-Verbindungen der
Formel Th,
- – eine
oder mehrere Verbindungen der Formeln IV25 und IV27, wobei L in
Formel IV 25 H oder F, besonders bevorzugt F bedeutet. Der Anteil
dieser Verbindungen in den Flüssigkristallmischungen
liegt vorzugsweise bei 10 bis 45%, insbesondere bei 15 bis 40%,
- – mehr
als 20% an Verbindungen mit positiver dielektrischer Anisotropie,
insbesondere mit Δε ≥ +12,
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Die
erfindungsgemäßen Mischungen
zeichnen sich insbesondere beim Einsatz in TN- und STN-Anzeigen
mit hohen Schichtdicken durch sehr niedrige Summenschaltzeiten aus
(tges = ton + toff).
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Die
in den TN- und STN-Zellen verwendeten Flüssigkristallmischungen sind
dielektrisch positiv mit Δε ≥ 1. Besonders
bevorzugt sind Flüssigkristallmischungen
mit Δε ≥ 3, insbesondere
mit Δε ≥ 5.
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Die
erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen
weisen günstige
Werte für
die Schwellenspannung V10/0/20 und für die Rotationsviskosität γ1 auf.
Ist der Wert für
den optischen Wegunterschied d·Δn vorgegeben, wird
der Wert für
die Schichtdicke d durch die optische Anisotropie Δn bestimmt.
Insbesondere bei relativ hohen Werten für d·Δn ist i. a. die Verwendung erfindungsgemäßer Flüssigkristallmischungen
mit einem relativ hohen Wert für
die optische Anisotropie bevorzugt, da dann der Wert für d relativ
klein gewählt
werden kann, was zu günstigeren
Werten für
die Schaltzeiten führt.
Aber auch solche Flüssigkristallanzeigen,
die erfindungsgemäße Flüssigkristallmischungen
mit kleineren Werten für Δn enthalten,
sind durch vorteilhafte Werte für
die Schaltzeiten gekennzeichnet.
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Die
erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen
sind weiter durch vorteilhafte Werte für die Steilheit der elektrooptischen
Kennlinie gekennzeichnet, und können
insbesondere bei Temperaturen über
20°C mit
hohen Multiplexraten betrieben werden. Darüber hinaus weisen die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen
eine hohe Stabilität
und günstige
Werte für
den elektrischen Widerstand und die Frequenzabhängigkeit der Schwellenspannung
auf. Die Flüssigkristallanzeigen
weisen einen großen
Arbeitstemperaturbereich und eine gute Winkelabhängigkeit des Kontrastes auf.
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Der
Aufbau der Flüssigkristall-Anzeigeelemente
aus Polarisatoren, Elektrodengrundplatten und Elektroden mit einer
solchen Oberflächenbehandlung,
daß die
Vorzugsorientierung (Direktor) der jeweils daran angrenzenden Flüssigkristall-Moleküle von der
einen zur anderen Elektrode gewöhnlich
um betragsmäßig 160° bis 720° gegeneinander
verdreht ist, entspricht der für
derartige Anzeigeelemente üblichen
Bauweise. Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise hier weit
gefaßt
und umfaßt
auch alle Abwandlungen und Modifikationen der TN- und STN-Zelle, insbesondere
auch Matrix-Anzeigeelemente sowie die zusätzliche Magnete enthaltenden
Anzeigeelemente.
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Der
Oberflächentiltwinkel
an den beiden Trägerplatten
kann gleich oder verschieden sein. Gleiche Tiltwinkel sind bevorzugt.
Bevorzugte TN-Anzeigen
weisen Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der
Oberfläche
der Trägerplatten
und den Trägerplatten
von 0° bis
7°, vorzugsweise
0,01° bis
5°, insbesondere
0,1 bis 2° auf.
In den STN-Anzeigen
ist der Anstellwinkel bei 1° bis
30°, vorzugsweise
bei 1° bis
12° und insbesondere
bei 3° bis
10°.
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Der
Verdrillungswinkel der TN-Mischung in der Zelle liegt dem Betrag
nach zwischen 22,5° und
170°, vorzugsweise
zwischen 45° und
130° und
insbesondere zwischen 80° und
115°. Der
Verdrillungswinkel der STN-Mischung
in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungschicht liegt
dem Betrag nach zwischen 100° und
600°, vorzugsweise
zwischen 170° und
300° und
insbesondere zwischen 180° und
270°.
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Die
Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren
Flüssigkristallmischungen
erfolgt in an sich üblicher
Weise. In der Regel wird die gewünschte
Menge der in geringerer Menge verwendeten Komponenten in der den
Hauptbestandteil ausmachenden Komponenten gelöst, zweckmäßig bei erhöhter Temperatur. Es ist auch
möglich,
Lösungen
der Komponenten in einem organischen Lösungsmittel, z. B. in Aceton, Chloroform oder
Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel
nach Durchmischung wieder zu entfernen, beispielsweise durch Destillation.
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Die
Dielektrika können
auch weitere, dem Fachmann bekannte und in der Literatur beschriebene
Zusätze
enthalten. Beispielsweise können
0–15%
pleochroitische Farbstoffe zugesetzt werden.
-
In
der vorliegenden Anmeldung und in den folgenden Beispielen sind
die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen
durch Acronyme angegeben, wobei die Transformation in chemische
Formeln gemäß folgender
Tabellen A und B erfolgt. Alle Reste C
nH
2n+1 und C
mH
2m+1 sind geradkettige Alkylreste mit n bzw.
m C-Atomen. Die Alkenylreste weisen die trans-Konfiguration auf. Die Codierung gemäß Tabelle
B versteht sich von selbst. In Tabelle A ist nur das Acronym für den Grundkörper angegeben.
Im Einzelfall folgt getrennt vom Acronym für den Grundkörper mit
einem Strich der in der untenstehenden Tabelle angegebene Code für die Substituenten
R
1, R
2, L
1, L
2 und L
3.
Code
für R1, R2, L1,
L2, L3 | R1 | R2 | L1 | L2 | L3 |
nm | CnH2n+1 | CmH2m+1 | H | H | H |
nOm | OCnH2n+1 | CmH2m+1 | H | H | H |
nO.m | CnH2n+1 | OCmH2m+1 | H | H | H |
n | CnH2n+1 | CN | H | H | H |
nN.F | CnH2n+1 | CN | H | H | F |
nN.F.F | OnH2n+1 | CN | H | F | F |
nF | CnH2n+1 | F | H | H | H |
nOF | OCnH2n+1 | F | H | H | H |
nF.F | CnH2n+1 | F | H | H | F |
nmF | OnH2n+1 | CmH2m+1 | F | H | H |
nOCF3 | CnH2n+1 | OCF3 | H | H | H |
n-Vm | CnH2n+1 | -CH=CH-CmH2m+1 | H | H | H |
nV-Vm | OnH2n+1-CH=CH | -CH=CH-CmH2m+1 | H | H | H |
-
Die
TN- und STN-Displays enthalten vorzugsweise flüssigkristalline Mischungen,
die sich aus ein oder mehreren Verbindungen aus den Tabellen A und
B zusammensetzen.
-
Tabelle
A: (L
1, L
2, L
3 = H oder F)
-
-
Die
folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen.
Es bedeutet
- Klp.
- Klärpunkt (Phasenübergangs-Temperatur
nematisch-isotrop),
- S-N
- Phasenübergangs-Temperatur
smektisch-nematisch,
- Visk.
- Fließviskosität (soweit
nicht anders angegeben bei 20°C),
- Δn
- optische Anisotropie
(589 nm, 20°C)
- no
- ordentlicher Brechungsindex
(589 nm, 20°C)
- Δε
- dielektrische Anisotropie
(1 kHz, 20°C)
- ε⏊
- Dielektrizitätskonstante
senkrecht zur Moleküllängsachse
(1 kHz, 20°C)
- γ1
- Rotationsviskosität
- S
- Kennliniensteilheit
= V90/V10
- V10
- Schwellenspannung
= charakteristische Spannung bei einem relativen Kontrast von 10%,
- V90
- charakteristische
Spannung bei einem relativen Kontrast von 90%,
- ton
- Zeit vom Einschalten
bis zur Erreichung von 90% des maximalen Kontrastes,
- toff
- Zeit vom Ausschalten
bis zur Erreichung von 10% des maximalen Kontrastes,
- Mux
- Multiplexrate
- tstore
- Tieftemperatur-Lagerstabilität in Stunden
(–20°C, –30°C, –40°C)
-
Vor-
und nachstehend sind alle Temperaturen in °C angegeben. Die Prozentzahlen
sind Gewichtsprozente. Alle Werte beziehen sich auf 20°C, soweit
nicht anders angegeben. Die Ansteuerung der Anzeigen erfolgt, soweit
nicht anders angegeben, bei einer Multiplexrate von 1/65 und einem
Bias von 1/7. Die Verdrillung (twist) beträgt 240°, soweit nicht anders angegeben. Beispiel
1 Eine
TN- und STN-Mischung bestehend aus
UM-3-N | 10.00% | Klp.: | 79,5°C |
ME3N.F | 7.00% | Δn: | 0,1434 |
ME4N.F | 16.00% | no: | 1,4956 |
PCH-3N.F.F | 10.00% | Δε: | 27,9 |
CC-5-V | 5.00% | ε⏊: | 7,5 |
CC-1V-V1 | 8.50% | V10: | 1,07
V |
CCG-V-F | 17.00% | S: | 1,078 |
CCPC-33 | 5.50% | tave: | 250
ms |
CCPC-34 | 5.00% | | |
CCPC-35 | 4.00% | | |
CBC-33 | 2.00% | | |
PPTUI-3-2 | 10.00% | | |
Beispiel
2 Eine
TN- und STN-Mischung bestehend aus
GM-4-N | 10.00% | Klp.: | 84,0°C |
ME2N.F | 3.00% | Δn: | 0,1450 |
ME3N.F | 7.00% | no: | 1,4984 |
ME4N.F | 16.00% | Δε: | 24,2 |
PCH-3N.F.F | 10.00% | ε⏊: | 7,1 |
CC-5-V | 2.00% | | |
CC-1V-V1 | 8.50% | | |
CCG-V-F | 16.00% | | |
CCPC-33 | 5.50% | | |
CCPC-34 | 5.00% | | |
CCPC-35 | 4.50% | | |
CBC-33 | 5.00% | | |
PPTUI-3-2 | 7.50% | | |
Beispiel
3 Eine
TN- und STN-Mischung bestehend aus
GM-4-N | 10.00% | Klp.: | 86,0°C |
ME2N.F | 3.00% | Δn: | 0,1428 |
ME3N.F | 7.00% | no: | 1,4971 |
ME4N.F | 8.00% | Δε: | 24,4 |
ME5N.F | 8.00% | ε⏊: | 7,2 |
PCH-3N.F.F | 10.00% | γ1: | 254
mPa·s |
CC-5-V | 3.00% | V10: | 1,13
V |
CC-1V-V1 | 8.50% | S: | 1,073 |
CCG-V-F | 16.00% | tave: | 290
ms |
CCPC-33 | 5.50% | | |
CCPC-34 | 5.00% | | |
CCPC-35 | 4.50% | | |
CBC-33 | 5.00% | | |
PPTUI-3-2 | 6.50% | | |
Beispiel
4 Eine
TN- und STN-Mischung bestehend aus
UM-3-N | 10.00% | C6C-33 | | 2.00% |
ME3N.F | 7.00% | PPTUI-3-2 | | 9.50% |
ME4N.F | 8.00% | | | |
ME5N.F | 8.00% | Klp.: | 81,5°C | |
PCH-3N.F.F | 10.00% | Δn: | 0,1423 | |
CC-5-V | 5.50% | no: | 1,4953 | |
CC-1V-V1 | 8.50% | Δε: | 27,1 | |
CCG-V-F | 17.00% | ε⏊: | 7,3 | |
CCPC-33 | 5.50% | γ1: | 228
mPa·s | |
CCPC-34 | 5.00% | | | |
CCPC-35 | 4.00% | | | |
Beispiel
5 Eine
TN- und STN-Mischung bestehend aus
UM-3-N | 10.00% | Klp.: | 90,5°C |
ME3N.F | 7.00% | Δn: | 0,1455 |
ME4N.F | 8.00% | no: | 1,4968 |
ME5N.F | 8.00% | Δε: | 27,7 |
PCH-3N.F.F | 10.00% | ε⏊: | 7,3 |
CC-5-V | 9.00% | γ1: | 284
mPa·s |
CCG-V-F | 17.00% | V10: | 1,06
V |
CCPC-33 | 5.50% | S: | 1,073 |
CCPC-34 | 5.50% | tave: | 310
ms |
CCPC-35 | 5.50% | | |
CBC-33 | 5.00% | | |
PPTUI-3-2 | 9.50% | | |
Beispiel
6 Eine
TN- und STN-Mischung bestehend aus
GM-4-N | 10.00% | Klp.: | 92,5°C |
ME2N.F | 3.00% | Δn: | 0,1438 |
ME3N.F | 7.00% | no: | 1,4985 |
ME4N.F | 8.00% | Δε: | 24,9 |
ME5N.F | 8.00% | ε⏊: | 7,3 |
PCH-3N.F.F | 10.00% | γ1: | 306
mPa·s |
CC-5-V | 6.50% | V10: | 1,12
V |
CCG-V-F | 17.00% | S: | 1,056 |
CCPC-33 | 6.00% | tave: | 325
ms |
CCPC-34 | 6.00% | | |
CCPC-35 | 6.00% | | |
CBC-33 | 5.00% | | |
NPTUIi-3-2 | 7.50% | | |
Beispiel
7 Eine
TN- und STN-Mischung bestehend aus
UM-3-N | 9.00% | Klp.: | 85,0°C |
UM-5-N | 6.00% | Δn: | 0,1458 |
ME3N.F | 6.00% | no: | 1,4977 |
ME4N.F | 7.00% | Δε: | 32,2 |
ME5N.F | 7.00% | ε⏊: | 9,6 |
PCH-3N.F.F | 10.00% | V10: | 1,06
V |
CC-5-V | 7.00% | S: | 1,092 |
CCG-V-F | 17.00% | tave: | 330
ms |
CCPC-33 | 5.50% | | |
CCPC-34 | 5.50% | | |
CCPC-35 | 5.50% | | |
CBC-33 | 5.00% | | |
PPTUI-3-2 | 9.50% | | |