DE10118734A1

DE10118734A1 - Flüssigkristallines Medium mit niedriger Schwellenspannung

Info

Publication number: DE10118734A1
Application number: DE10118734A
Authority: DE
Inventors: Michael Heckmeier; Detlef Pauluth
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2000-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: DE10118734B4; US20030197152A1; KR20030001431A; WO2001079379A1; US7033651B2; KR100823752B1; TW588106B; JP5160009B2; JP2003533557A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein flüssigkristallines Medium,enthaltend eine Mischung aus mindestens zwei Verbindungen der allgemeinen Formel (I) DOLLAR A R·1·-A¶m¶-B¶n¶-Z·1·-C-Z·2·-D-R·2· (I) DOLLAR A worin DOLLAR A R·1· H, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bzw. 2-15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH¶2¶-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-, DOLLAR I1, -CO-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- so ersetzt sein können, daß O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind; DOLLAR A A, B, C, D unabhängig voneinander DOLLAR F2 DOLLAR A worin Y, Y·1·, Y·2·, Y·3·, Y·4·, Y·5·, Y·6·, unabhängig voneinander jeweils H oder F bedeuten DOLLAR A C zusätzlich zu den oben genannten Bedeutungen DOLLAR F3 Z·1·, Z·2· unabhängig voneinander eine Einfachbindung DOLLAR A -CH¶2¶O-, -OCH¶2¶-, -CH¶2¶-CH¶2¶-, -CH=CH-, DOLLAR I4 DOLLAR A -CF¶2¶-CF¶2¶-, -CF¶2¶O-, -OCF¶2¶, -CO-O-; DOLLAR A R·2· zusätzlich zu den oben genannen Bedeutungen von R·1· DOLLAR A F, CF¶3¶, OCF¶3¶, OCHF¶2¶ OCH¶2¶CF¶2¶H; DOLLAR A und m, n unabhängig voneinander 0 oder 1 DOLLAR A bedeuten, DOLLAR A mit der Maßgabe, daß Z·1· eine Einfachbindung ist, wenn m und n 0 sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch DOLLAR A a) 30-90 Gew.-% Verbindungen der allgemeinen Formel (I) DOLLAR A mit DELTAepsilon >= 9 (= hochpolare Verbindungen); ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein flüssigkristallines Medium, sowie die ses Medium enthaltende elektrooptische Anzeigen.

Flüssige Kristalle werden vor allem als Dielektrika in Anzeigevorrichtungen verwendet, da die optischen Eigenschaften solcher Substanzen durch eine angelegte Spannung beeinflußt werden können. Elektrooptische Vorrich tungen auf der Basis von Flüssigkristallen sind dem Fachmann bestens bekannt und können auf verschiedenen Effekten beruhen. Derartige Vor richtungen sind beispielsweise Zellen mit dynamischer Streuung, DAP-Zellen (Deformation ausgerichteter Phasen), Gast/Wirt-Zellen, TN(twisted nematic)-Zellen mit verdrillt nematischer Struktur, STN(super-twisted ne matic)-Zellen, SBE(superbirefringence effect)-Zellen und OMI(optical mode interference)-Zellen. Die gebräuchlichsten Anzeigevorrichtungen be ruhen auf dem Schadt-Helfrich-Effekt und besitzen eine verdrillt nemati sche Struktur.

Die Flüssigkristallmaterialien müssen allgemein eine gute chemische und thermische Stabilität und eine gute Stabilität gegenüber elektrischen Fel dern und elektromagnetischer Strahlung besitzen. Ferner sollten die Flüs sigkristallmaterialien niedere Viskosität aufweisen und in den Zellen kurze Schaltzeiten, tiefe Schwellenspannungen und einen hohen Kontrast erge ben.

Weiterhin sollten sie bei üblichen Betriebstemperaturen, d. h. in einem möglichst breiten Bereich unterhalb und oberhalb Raumtemperatur, eine geeignete Mesophase besitzen, beispielsweise für die oben genannten Zellen eine nematische Mesophase. Da Flüssigkristalle in der Regel als Mischungen mehrerer Komponenten zur Anwendung gelangen, ist es wichtig, daß die Komponenten untereinander gut mischbar sind. Weitere Eigenschaften, wie die elektrische Leitfähigkeit, die dielektrische Anisotro pie und die optische Anisotropie, müssen je nach Zellentyp und Anwen dungsgebiet unterschiedlichen Anforderungen genügen. Beispielsweise sollten Materialien für Zellen mit verdrillt nematischer Struktur eine positive dielektrische Anisotropie und eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufwei sen.

Beispielsweise sind für Matrix-Flüssigkristallanzeigen mit integrierten nicht linearen Elementen zur Schaltung einzelner Bildpunkte (MFK-Anzeigen) flüssigkristalline Medien mit großer positiver dielektrischer Anisotropie, breiten nematischen Phasen, relativ niedriger Doppelbrechung, sehr ho hem spezifischen Widerstand, guter UF- und Temperaturstabilität und ge ringem Dampfdruck erwünscht.

Derartige Matrix-Flüssigkristallanzeigen sind bekannt. Als nichtlineare Elemente zur individuellen Schaltung der einzelnen Bildpunkte können ne ben passiven Elementen wie Varistoren oder Dioden aktive Elemente wie Transistoren verwendet werden. Man spricht dann von einer "aktiven Mat rix".

Bei dem aussichtsreichen TFT(thin film transistor)-Displays wird als elekt rooptischer Effekt üblicherweise der TN-Effekt ausgenutzt. Man unter scheidet TFT's aus Verbindungshalbleitern wie z. B. CdSe oder TFT's auf der Basis von polykristallinem oder amorphem Silizium.

Die TFT-Matrix ist auf der Innenseite der einen Glasplatte der Anzeige aufgebracht, während die andere Glasplatte auf der Innenseite die trans parente Gegenelektrode trägt. Im Vergleich zu der Größe der Bildpunkt- Elektrode ist der TFT sehr klein und stört das Bild praktisch nicht. Diese Technologie kann auch für voll farbtaugliche Bilddarstellungen erweitert werden, wobei ein Mosaik von roten, grünen und blauen Filtern derart an geordnet ist, daß je ein Filterelement einem schaltbaren Bildelement ge genüber liegt. Die TFT-Anzeigen arbeiten üblicherweise als TN-Zellen mit gekreuzten Polarisatoren in Transmission und sind von hinten beleuchtet.

Derartige MFK-Anzeigen werden als Displays in Notebook-Computern, TV- Geräten (Taschenfernseher) sowie im Automobil- oder Flugzeugbau ein gesetzt. Dabei sind die Winkelabhängigkeit des Kontrastes und die Schalt zeiten dieser MFK-Anzeigen nicht immer zufriedenstellend. Schwierigkei ten sind auch durch einen nicht ausreichend hohen spezifischen Wider stand der Flüssigkristallmischungen bedingt. Mit abnehmendem Wider stand verschlechtert sich der Kontrast einer MFK-Anzeige und es kann das Problem des "imagesticking" auftreten. Da der spezifische Widerstand der Flüssigkristallmischung durch Wechselwirkung mit den inneren Oberflä chen der Anzeige im allgemeinen über die Lebenszeit einer MFK-Anzeige abnimmt, ist ein hoher (Anfangs)-Widerstand sehr wichtig, um akzeptable Lebensdauern zu erhalten. Insbesondere bei Gemischen mit niedriger Schwellenspannung war es bisher nicht möglich, sehr hohe spezifische Widerstände zu realisieren, da flüssigkristalline Materialien mit hoher posi tiver dielektrischer Anisotropie Δε im allgemeinen auch eine höhere elektri sche Leitfähigkeit aufweisen. Weiterhin ist es wichtig, daß der spezifische Widerstand eine möglichst geringe Zunahme bei steigender Temperatur sowie nach Temperatur- und/oder UV-Belastung zeigt. Um kurze Schalt zeiten der Anzeigen zu realisieren, müssen die Mischungen ferner eine kleine Rotationsviskosität aufweisen. Um einen Gebrauch der Anzeigen auch bei tiefen Temperaturen zu ermöglichen, beispielsweise für Anwen dungen im Freien, im Automobil oder in der Avionik, darf auch bei tiefen Temperaturen keine Kristallisation und/oder smektische Phasen auftreten und sollten die Temperaturabhängigkeit der Viskosität möglichst gering sein. Die MFK-Anzeigen aus dem Stand der Technik genügen diesen An forderungen nicht.

Neben Flüssigkristallanzeigen, die eine Hintergrundbeleuchtung verwen den, also transmissiv und gegebenenfalls transflektiv betrieben werden, sind auch reflektive Flüssigkristallanzeigen interessant. Diese reflektiven Flüssigkristallanzeigen benutzen das Umgebungslicht zur Informationsdar stellung. Somit verbrauchen sie wesentlich weniger Energie als hinter grundbeleuchtete Flüssigkristallanzeigen mit entsprechender Größe und Auflösung. Hier ist wie bei den bereits üblichen transmissiven TFT-TN- Anzeigen die Verwendung von Flüssigkristallen mit niedriger Doppelbre chung (Δn) nötig, um eine geringe optische Verzögerung (d.Δn) zu errei chen.

Es besteht somit ein großer Bedarf an MFK-Anzeigen mit sehr hohem spezifischen Widerstand bei gleichzeitig großem Arbeitstemperaturbe reich, kurzen Schaltzeiten auch bei tiefen Temperaturen und niedriger Schwellenspannung, die diese Nachteile nicht oder nur in geringerem Ma ße zeigen.

Dazu sind flüssigkristalline Medien mit folgenden Eigenschaften ge wünscht:

- insbesondere zu tiefen Temperaturen erweiterter nematischer Phasen bereich und geringe Temperaturabhängigkeit der Viskosität für Einsatz der Displays auch bei tiefen Temperaturen;
- hohe Beständigkeit gegenüber UV-Strahlung für eine lange Lebensdau er der Displays;
- hohe positive dielektrische Anisotropie Δε für niedrige Schwellenspan nung V_th;
- niedrige Doppelbrechung für verbesserten Beobachtungswinkelbereich;
- geringe Rotationsviskosität γ₁ für kurze Schaltzeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, flüssigkristalline Medien für IPS-, MFK-, TN- oder STN-Anzeigen bereitzustellen, die sehr hohe spezifi sche Widerstände, niedrige Schwellenspannungen, kurze Schaltzeiten sowie niedrige Doppelbrechungen unter Wahrung der übrigen Randbedin gungen aufweisen.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein flüssigkristallines Medium enthaltend ei ne Mischung aus mindestens zwei Verbindungen der allgemeinen Formel (I)

R¹-A_m-B_n-Z¹-C-Z²-D-R² (I)

worin
R¹, R² einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF₃ oder ei nen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 15 bzw. 2 bis 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-, , -CO-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- so ersetzt sein können, daß O-Atome nicht direkt mitein ander verknüpft sind;
A, B, C, D unabhängig voneinander

worin
Y¹, Y², Y³, Y⁴, Y⁵, Y⁶ unabhängig voneinander jeweils H oder F bedeu ten;
C zusätzlich zu den oben genannten Bedeutungen

Z¹, Z² unabhängig voneinander eine Einfachbindung -CH₂O-, -OCH₂-, -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -C∼C-, -CF₂-CF₂-, -CF₂O-, -OCF₂, -CO-O-;
R² zusätzlich zu den oben genannten Bedeutungen F, CF₃, OCF₃, OCHF₂, OCH₂CF₂H,
und
m, n unabhängig voneinander 0 oder 1
bedeuten,
mit der Maßgabe, daß Z¹ eine Einfachbindung ist, wenn m und n 0 sind,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch

a) 30-90 Gew.-% Verbindungen der allgemeinen Formel (I) mit Δε ≧ 9 (= hochpolare Verbindungen);
b) 0-30 Gew.-% Verbindungen der allgemeinen Formel (I) mit 1 < Δε < 9 (= polare Verbindungen);
und
c) 10-40 Gew.-% Verbindungen der allgemeinen Formel (I) mit -1 ≦ Δε ≦ 1 (= neutrale Verbindungen);

wobei die Summe aus a), b) und c) 100 Gew.-% ergibt,
enthält.

Es wurde gefunden, daß durch die erfindungsgemäße Kombination von hochpolaren und neutralen flüssigkristallinen Verbindungen flüssigkristalli ne Medien mit niedriger Schwellenspannung V_th bei gleichzeitig besonders niedriger Rotationsviskosität und damit besonders kurzer Schaltzeit dieser Medien in den Zellen realisiert werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Gemisch

a) 40-80 Gew.-% hochpolare Verbindungen;
b) 0-25 Gew.-% polare Verbindungen
und
c) 15-40 Gew.-% neutrale Verbindungen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Gemisch

a) 70-90 Gew.-% hochpolare Verbindungen,
b) 0-10 Gew.-% polare Verbindungen
und
c) 10-20 Gew.-% neutrale Verbindungen.

R¹, R² können ein Alkylrest und/oder ein Alkoxyrest mit 1-15 C- Atomen sein, der geradkettig oder verzweigt sein kann. Vorzugsweise ist er geradkettig, hat 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 C-Atome und ist demnach bevorzugt Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Pento xy, Hexoxy oder Heptoxy, ferner Methyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Do decyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Methoxy, Octoxy, Nonoxy, Decoxy, Undecoxy, Dodecoxy, Tridecoxy oder Tetradecoxy.

R¹, R² können Oxaalkyl sein, vorzugweise geradkettiges 2-Oxapropyl (= Methoxymethyl), 2- (= Ethoxymethyl) oder 3-Oxabutyl (= Methoxyethyl), 2-, 3- oder 4-Oxapentyl, 2-, 3-, 4- oder 5-Oxahexyl, 2-, 3-, 4-, 5- oder 6- Oxaheptyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder 7-Oxaoctyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder 8- Oxanonyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder 9-Oxadecyl.

R¹, R² können ein Alkenylrest mit 2-15 C-Atomen sein, der geradkettig oder verzweigt sein kann. Vorzugsweise ist er geradkettig und hat 2 bis 10 C-Atome. Er ist demnach insbesondere Vinyl, Prop-1-, oder Prop-2-enyl, But-1-, 2- oder But-3-enyl, Pent-1-, 2-, 3- oder Pent-4-enyl, Hex-1-, 2-, 3-, 4- oder Hex-5-enyl, Hept-1-, 2-, 3-, 4-, 5- oder Hept-6-enyl, Oct-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder Oct-7-enyl, Non-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder Non-8-enyl, Dec-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder Dec-9-enyl.

R¹, R² können ein Alkylrest mit 1-15 C-Atomen sein, in dem eine CH₂- Gruppe durch -O- und eine durch -CO- ersetzt ist, wobei diese bevorzugt benachbart sind. Somit beinhaltet dieser eine Acyloxygruppe -CO-O- oder eine Oxycarbonylgruppe -O-CO-. Vorzugsweise ist dieser geradkettig und hat 2 bis 6 C-Atome. Dieser ist also besonders bevorzugt Acetyloxy, Propionyloxy, Butyryloxy, Pentanoyloxy, Hexanoyloxy, Acetyloxymethyl, Propionyloxymethyl, Butyryloxymethyl, Pentanoyloxymethyl, 2-Acetyloxy ethyl, 2-Propionyloxyethyl, 2-Butyryloxyethyl, 3-Acetyloxypropyl, 3- Propionyloxypropyl, 4-Acetyloxybutyl, Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl, Propoxycarbonyl, Butoxycarbonyl, Pentoxycarbonyl, Methoxycarbonyl methyl, Ethoxycarbonylmethyl, Propoxycarbonylmethyl, Butoxycarbonyl methyl, 2-(Methoxycaronyl)ethyl, 2-(Ethoxycarbonyl)ethyl, 2-(Propoxy carbony)ethyl, 3-(Methoxycarbonyl)propyl, 3-(Ethoxycarbonyl)propyl, 4- (Methoxycarbonyl)-butyl.

R¹, R² können ein Alkylrest mit 1-15 C-Atomen sein, in dem eine CH₂- Gruppe durch unsubstituiertes oder substituiertes -CH=CH- und eine be nachbarte CH₂-Gruppe durch CO oder CO-O oder O-CO ersetzt ist, wobei dieser geradkettig oder verzweigt sein kann. Vorzugsweise ist er geradket tig und hat 4 bis 13 C-Atome. Er ist besonders bevorzugt Acryloyloxy methyl, 2-Acryloyloxyethyl, 3-Acryloyloxypropyl, 4-Acryloyloxybutyl, 5- Acryloyloxypentyl, 6-Acryloyloxyhexyl, 7-Acryloyloxyheptyl, 8- Acryloyloxyoctyl, 9-Acryloyloxynonyl, 10-Acryloyloxydecyl, Methacryloylo xymethyl, 2-Methacryloyloxyethyl, 3-Methacryloylosypropyl, 4- Methacryloyloxybutyl, 5-Methacryloyloxypentyl, 6-Methacryloyloxyhexyl, 7- Methacryloyloxyheptyl, 8-Methacryloyloxyoctyl, 9-Methacryloyloxynonyl.

R¹, R² können ein einfach durch CN oder CF₃ substituierter Alkylrest mit 1-15 C-Atomen oder Alkenylrest mit 2-15 C-Atomen Alkenylrest sein, wo bei diese vorzugsweise geradkettig sind. Die Substitution durch CN oder CF₃ ist in beliebiger Position.

R¹, R² können ein mindestens einfach durch Halogen substituierter Alkyl rest mit 1-15 C-Atomen oder Alkenylrest mit 2-15 C-Atomen Alkenylrest sein, wobei diese Reste vorzugsweise geradkettig sind und Halogen vor zugsweise F oder C ist. Bei Mehrfachsubstitution ist Halogen vorzugswei se F. Die resultierenden Reste schließen auch perfluorierte Reste ein. Bei Einfachsubstitution kann der Fluor- oder Chlorsubstituent in beliebiger Po sition sein, vorzugsweise ist er in ω-Position.

R¹, R² können ein Alkylrest sein, in dem zwei oder mehr CH₂-Gruppen durch -O- und/oder -CO-O- ersetzt sind, wobei dieser geradkettig oder verzweigt sein kann. Vorzugsweise ist er verzweigt und hat 3 bis 12 C- Atome. Er ist besonders bevorzugt Bis-carboxy-methyl, 2,2-Bis-carboxy- ethyl, 3,3-Bis-carboxy-propyl, 4,4-Bis-carboxy-butyl, 5,5-Bis-carboxy- pentyl, 6,6-Bis-carboxy-hexyl, 7,7-Bis-carboxy-heptyl, 8,8-Bis-carboxy- octyl, 9,9-Bis-carboxy-nonyl, 10,10-Bis-carboxy-decyl, Bis- (methoxycarbonyl)-methyl, 2,2-Bis-(methoxycarbonyl)-ethyl, 3,3-Bis-(methoxycarbonyl)-propyl, 4,4-Bis(methoxycarbonyl)-butyl, 5,5-Bis-(methoxycarbonyl)-pentyl, 6,6-Bis-(methoxycarbonyl)-hexyl, 7,7-Bis-(methoxycarbonyl)-heptyl, 8,8-Bis-(methoxycarbonyl)-octyl, Bis-(ethoxycarbonyl)-methyl, 2,2-Bis-(ethoxycarbonyl)-ethyl, 3,3-Bis-(ethoxycarbonyl)-propyl, 4,4-Bis(ethoxycarbonyl)-butyl, 5,5-Bis-(methoxycarbonyl)-pentyl, 6,6-Bis-(methoxycarbonyl)-hexyl, 7,7-Bis-(methoxycarbonyl)-heptyl, 8,8-bis-(methoxycarbonyl)-octyl, Bis-(ethoxycarbonyl)-methyl, 2,2-Bis-(ethoxycarbonyl)-ethyl, 3,3-Bis-(ethoxycarbonyl)-propyl, 4,4-Bis-(ethoxycarbonyl)-butyl, 5,5-Bis-(ethoxycarbonyl)-hexyl.

Bevorzugte hochpolare Verbindungen a) erfüllen jeweils mindestens eine der Bedingungen (i)-(iii):

a) Z² = -CO-O-, -CF₂O-, -OCF₂- und R² = F, OCF₃;
b) C =
und Z² = Einfachbindung und R² = F, OCF₃, OCHF₂;
c) D =
und R² = F, OCF₃.

Beispiele sind die nachstehenden Verbindungen IIa-IIw:

Darin hat R¹ die oben genannten Bedeutungen.

Bevorzugt ist R¹ einer der genannten Alkyl-, Alkoxy- oder Alkenylreste.

Bevorzugte polare Verbindungen b) erfüllen folgende Bedingung:
Z² = Einfachbindung, C₂H₄, -CH=CH-, -C∼CH, -C∼C-, -CF₂-CF₂-, -CF₂-O-
und

und
R² = F, OCF₃, CF₃.

Beispiele sind die nachstehenden Verbindungen IIIa-IIIi:

Darin hat R¹ die oben genannten Bedeutungen.

Bevorzugt ist R¹ einer der genannten Alkyl-, Alkoxy- oder Alkenylreste.

Bevorzugte neutrale Verbindungen c) erfüllen folgende Bedingungen:

und
m und n sind 0
und
Z = Einfachbindung, -CH₂-CH₂-, -CH=CH- oder -C∼C-, wenn R² = F, CF₃, OCF₃ oder OCHF₂ ist.

Beispiele sind die nachstehenden Verbindungen IVa-IVg:

mit R = H, CH₃, C₂H₅, n-C₃H₇,

mit n, m = 1-15, I = 1-13,

mit o, p = 2-15.

Besonders bevorzugte hochpolare Verbindungen a) sind aus Verbindun gen der allgemeinen Formeln Va-Ve ausgewählt:

worin
R¹ eine der oben genannten Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1 bzw. 2-15 C-Atomen;
Y¹, Y², Y³ und Y⁴ unabhängig voneinander H oder F;
und
R² F oder OCF₃,
r 0, 1 oder 2
bedeuten.

Besonders bevorzugte neutrale Verbindungen c) sind aus Verbindungen der allgemeinen Formeln VIa und VIb ausgewählt:

worin
R¹ und R² die oben angegebene Bedeutung haben und bevorzugt eine der oben genannten Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1 bzw. 2- 15 C-Atomen
bedeuten.

Besonders bevorzugte polare Verbindungen b) sind aus Verbindungen der allgemeinen Formeln VIIa und VIIb ausgewählt:

worin
R¹ eine der oben genannten Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1-15 bzw. 2-15 C-Atomen,
R² F, CF₃ oder OCF₃,
Y H oder F
und
r 0 oder 1
bedeuten.

Ganz besonders bevorzugte hochpolare Verbindungen a) sind die Verbin dungen der Formeln VIIIa-VIIIx:

mit n = 1-15, bevorzugt 1-7, sowie alle diesen entsprechenden Verbin dungen, die an Stelle der -CO-O-Gruppe eine Einfachbindung aufweisen, wie insbesondere die Verbindungen der Formeln IXa-IXd.

Die Verbindungen der Formel I werden nach an sich bekannten Methoden dargestellt, wie sie in der Literatur (z. B. in den Standardwerken wie Hou ben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart) beschrieben sind, und zwar unter Reaktionsbedingungen, die für die genannten Umsetzungen bekannt und geeignet sind. Dabei kann man auch von an sich bekannten, hier nicht näher erwähnten Varianten Gebrauch machen. Weiterhin können die Verbindungen der Formel I wie in den Patentanmeldungen beschrieben hergestellt werden.

Gegenstand der Erfindung sind auch elektrooptische Anzeigen, insbeson dere STN- oder MFK-Anzeigen mit zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden, integrierten nichtlinearen Ele menten zur Schaltung einzelner Bildpunkte auf den Trägerplatten und ei ner in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit posi tiver dielektrischer Anisotropie und hohem spezifischem Widerstand, die erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Medien enthalten sowie die Ver wendung dieser Medien für elektrooptische Anzeigen.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ermöglichen eine be deutende Erweiterung des zur Verfügung stehenden Parameterraumes.

Die erzielbaren Kombinationen aus Klärpunkt, Rotationsviskosität, opti scher Anisotropie und Schwellenspannung übertreffen die bisherigen Ma terialien aus dem Stand der Technik.

Die Forderung nach niedriger Schwellenspannung V_th und niedriger Rota tionsviskosität bei gleichzeitig hohem Klärpunkt und nematischer Phase bei tiefer Temperatur konnte bislang nur unzureichend erfüllt werden.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ermöglichen es unter Beibehaltung der nematischen Phase bis -20°C und bevorzugt bis -30°C, besonders bevorzugt bis -40°C, Klärpunkte oberhalb 70°C, vorzugsweise oberhalb 80°C, besonders bevorzugt oberhalb 90°C, gleichzeitig Doppel brechungen von ≦ 0,12, vorzugsweise ≦ 0,11, eine niedrige Schwellen spannung und gleichzeitig eine geringe Rotationsviskosität zu erreichen, wodurch hervorragende STN- und MFK-Anzeigen realisiert werden kön nen. Insbesondere sind die Mischungen durch kleine Operationsspannun gen und kurze Schaltzeiten gekennzeichnet.

Die TN-Schwellenspannungen liegen bei einer Rotationsviskosität von ≦ 90 mPa.s im allgemeinen bei ≦ 2,1 V, vorzugsweise ≦ 1,9 V, bei einer Rotationsviskosität von 110 mPa.s im allgemeinen bei ≦ 1,9 V, vorzugs weise ≦ 1,7 V, bei einer Rotationsviskosität von ≦ 125 mPa.s im allgemei nen bei ≦ 1,7 V, bevorzugt ≦ 1,5 V, besonders bevorzugt ≦ 1,4 V, bei einer Rotationsviskosität von ≦ 1,35 mPa.s im allgemeinen bei ≦ 1,5 V, bevor zugt ≦ 1,35 V, besonders bevorzugt ≦ 1,25 V und bei einer Rotationsvisko sität von ≦ 145 mPa.s im allgemeinen ≦ 1,5 V, bevorzugt ≦ 1,3 V.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen STN- bzw. MFK-Anzeige aus Polari satoren, Elektrodengrundplatten und Elektroden mit Oberflächenbehand lung entspricht der für derartige Anzeigen üblichen Bauweise. Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise hier weit gefaßt und umfaßt auch alle Ab wandlungen und Modifikationen der MFK-Anzeige, insbesondere auch Matrix-Anzeigeelemente auf Basis poly-Si TFT oder MIM Anzeigen und IPS.

Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristallmi schungen erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die ge wünschte Menge der in geringerer Menge verwendeten Komponenten in der den Hauptbestandteil ausmachenden Komponenten gelöst, zweckmä ßig bei erhöhter Temperatur. Es ist auch möglich, Lösungen der Kompo nenten in einem organischen Lösungsmittel, z. B. in Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach Durchmischung wieder zu entfernen, beispielsweise durch Destillation. Weiterhin ist es möglich, die Mischungen auf andere herkömmliche Arten, z. B. durch Ver wendungen von Vormischungen, z. B. Homologen-Mischungen oder unter Verwendung von sogenannten "Multi-Bottle"-Systemen herzustellen.

Die Dielektra können auch weitere, dem Fachmann bekannte und in der Literatur beschriebene Zusätze enthalten. Beispielsweise können 0-15 Gew.-%, vorzugsweise 0-10 Gew.-%, pleochroitische Farbstoffe und/oder chirale Dotierstoffe zugesetzt werden. Die einzelnen zugesetzten Verbindungen werden in Konzentration von 0,01 bis 6 Gew.-%, bevorzugt von 0,1 bis 3 Gew.-% eingesetzt. Dabei werden jedoch die Konzentrati onsangaben der übrigen Bestandteile der Flüssigkristallmischungen, also der flüssigkristallinen oder mesogenen Verbindungen, ohne Berücksichti gung der Konzentration dieser Zusatzstoffe angegeben.

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 Tabel len A und B erfolgt. Alle Reste C_nH_2n+1 und C_mH_2m+1 sind geradkettige Al kylreste mit n bzw. m C-Atomen. Die Codierung gemäß Tabelle B versteht sich von selbst. In Tabelle A ist nur das Acronym für den Grundkörper an gegeben. Im Einzelfall folgt getrennt vom Acronym für den Grundkörper mit einem Strich ein Code für die Substituenten R¹, R², L¹ und L².

Bevorzugte Mischungskomponenten finden sich in den Tabellen A und B.

Tabelle A

Tabelle B

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert:

Beispiele A-G sowie Vergleichsbeispiele I-IV

Es wurden Flüssigkristall-Mischungen der angegebenen Zusammenset zung hergestellt. Für diese Mischungen wurden gemessen:

- Temperatur des smektisch-nematischen Phasenübergangs S → N[°C];
- der Klärpunkt [°C];
- die optische Anisotropie Δn bei 589 nm und 20°C;
- die Rotationsviskosität γ₁ bei 20°C [mPa.s];
- die Spannungen für 10%, 50% und 90% Transmission V₁₀, V₅₀ bzw. V₉₀ in Blickrichtung senkrecht zur Plattenoberfläche [V];
- die dielektrische Anisotropie Δε bei 1 kHz und 20°C.

Die elektrooptischen Daten wurden in einer TN-Zelle im 1. Minimum (d.Δn = 0,5) bei 20°C gemessen.

Beispiel A

Beispiel B

Beispiel C

Beispiel D

Beispiel E

Beispiel F

Beispiel G

Vergleichsbeispiel I

Vergleichsbeispiel II

Vergleichsbeispiel III

Vergleichsbeispiel IV

Claims

1. Flüssigkristallines Medium enthaltend eine Mischung aus mindestens zwei Verbindungen der allgemeinen Formel (I)
R¹-A_m-B_n-Z¹-C-Z²-D-R² (I)
worin
R¹ H, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF₃ oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bzw. 2-15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-, , -CO-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- so ersetzt sein können, daß O- Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind;
A, B, C, D unabhängig voneinander
worin
Y, Y¹, Y², Y³, Y⁴, Y⁵, Y⁶ unabhängig voneinander jeweils H oder F bedeuten;
C zusätzlich zu den oben genannten Bedeutungen
Z¹, Z² unabhängig voneinander eine Einfachbindung -CH₂O-, -OCH₂-, -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -C∼C-, -CF₂-CF₂-, -CF₂O-, -OCF₂, -CO-O-;
R² zusätzlich zu den oben genannten Bedeutungen von R¹ F, CF₃, OCF₃, OCHF₂, OCH₂CF₂H;
und
m, n unabhängig voneinander 0 oder 1
bedeuten,
mit der Maßgabe, daß Z¹ eine Einfachbindung ist, wenn m und n 0 sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch

a) 30-90 Gew.-% Verbindungen der allgemeinen Formel (I) mit Δε ≧ 9 (= hochpolare Verbindungen);
b) 0-30 Gew.-% Verbindungen der allgemeinen Formel (I) mit 1 < Δε < 9 (= polare Verbindungen);
c) 10-40 Gew.-% Verbindungen der allgemeinen Formel (I) mit -1 ≦ Δε ≦ 1 (= neutrale Verbindungen);

wobei die Summe aus a), b) und c) 100 Gew.-% ergibt,
enthält.

2. Flüssigkristallines Medium nach Anspruch 1, enthaltend

3. Flüssigkristallines Medium nach Anspruch 1, enthaltend

a) 70-90 Gew.-% hochpolare Verbindungen;
b) 0-10 Gew.-% polare Verbindungen
und
c) 10-20 Gew.-% neutrale Verbindungen.

4. Flüssigkristallines Medium nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die hochpolaren Verbindungen a) jeweils min destens eine der Bedingungen i)-iii) erfüllen:

a) Z² = -CO-O-, -CF₂O-, -OCF₂- und R² = F, OCF₃;
b)
und Z² = Einfachbindung und R² = F, OCF₃, OCHF₂;
c)

5. Flüssigkristallines Medium nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die polaren Verbindungen b) folgende Bedingung erfüllen:
Z² = Einfachbindung, C₂H₄, -CH=CH, -C∼CH, -C∼C-, -CF₂-CF₂-; -CF₂-O-
und
und
R² = F, OCF₃, CF₃.

6. Flüssigkristallines Medium nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die neutralen Verbindungen c) folgende Bedin gung erfüllen:
und
m und n sind 0
und
Z = Einfachbindung, -CH₂-CH₂-, -CH=CH- oder -C∼C-; wenn R² = F, CF₃, OCF₃ oder OCHF₂ ist.

7. Flüssigkristallines Medium nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die hochpolaren Verbindungen a) ausgewählt sind aus Verbindungen der allgemeinen Formeln
worin
R¹ eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1-15 bzw. 2-15 C-Atomen;
Y¹, Y², Y³ und Y⁴ unabhängig voneinander H oder F;
R² F oder OCF₃ und
r 0, 1 oder 2
bedeuten.

8. Flüssigkristallines Medium nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die neutralen Verbindungen c) ausgewählt sind aus Verbindungen der allgemeinen Formeln
worin
R¹ und R² unabhängig voneinander eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1-15 bzw. 2-15 C-Atomen
bedeuten.

9. Flüssigkristallines Medium nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die polaren Verbindungen b) ausgewählt sind aus Verbindungen der allgemeinen Formeln
worin
R¹ eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit 1 bzw. 2-15 C-Atomen,
R² F, CF₃ oder OCF₃,
Y H oder F
und
r 0 oder 1
bedeuten.

10. Elektrooptische Anzeige enthaltend ein flüssigkristallines Medium nach einem der Ansprüche 1-9.