DE10235340B4 - Liquid crystalline mixtures and their use - Google Patents
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Abstract
Nematische Flüssigkristallmischung, dadurch gekennzeichnet, dass sie 15–75 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A, bestehend aus mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von über +1,5 und 25–85 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente B, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie zwischen –1,5 und +1,5 enhält, wobei die Komponente A jeweils
eine oder mehrere Verbindungen der Formel Ii, eine oder mehrere Verbindungen der Formel II, eine oder mehrere Verbindungen der Formel III*j, und eine oder mehrere Verbindungen der Formel I**C1 enthält,
worin die einzelnen Reste folgende Bedeutungen besitzen:
R11, R21, R22 einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C-Atomen, woebei in diesen Resten auch eine oder mehere CH2-Gruppen durch -O-, -S-, -C≡C-, -OC-O-, oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,
alkyl einen Alkylrest mit 1 bis 7...Nematic liquid-crystal mixture, characterized in that it contains 15-75% by weight of a liquid-crystalline component A consisting of several compounds having a dielectric anisotropy of more than +1.5 and 25-85% by weight of a liquid-crystalline component B consisting of a or more compounds having a dielectric anisotropy between -1.5 and +1.5, wherein component A is each
one or more compounds of the formula Ii, one or more compounds of the formula II, one or more compounds of the formula III * j, and one or more compounds of the formula I ** C1 contains
in which the individual radicals have the following meanings:
R 11 , R 21 , R 22 is an unsubstituted, a simply by CN or CF 3 or at least simply substituted by halogen alkyl or alkenyl radical having up to 15 carbon atoms, where in these radicals also one or more CH 2 groups by -O -, -S-, -C≡C-, -OC-O-, or -O-CO- can be replaced so that O atoms are not directly linked,
alkyl is an alkyl radical with 1 to 7 ...
Description
Die Erfindung betrifft flüssigkristalline Mischungen und deren Verwendung in verdrillten und hochverdrillten nematischen Flüssigkristallanzeigen (englisch: Twisted Nematic, kurz: TN; bzw. Supertwisted Nematic, kurz: STN) mit sehr kurzen Schaltzeiten und guten Steilheiten und Winkelabhängigkeiten. The invention relates to liquid-crystalline mixtures and their use in twisted and highly twisted nematic liquid crystal displays (English: Twisted Nematic, short: TN or Supertwisted Nematic, short: STN) with very short switching times and good slopes and angle dependencies.
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
Insbesondere STN-Anzeigen zeichnen sich im Vergleich zu Standard-TN-Anzeigen durch wesentlich bessere Steilheiten der elektrooptischen Kennlinie und damit verbundenen besseren Kontrastwerten sowie durch eine wesentlich geringere Winkelabhängigkeit des Kontrastes aus.In particular STN displays are characterized by significantly better slopes of the electro-optical characteristic and associated better contrast values and by a much lower angle dependence of the contrast in comparison to standard TN displays.
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 ν20 der Flüssigkristallmischungen optimiert unter Verwendung von meisten monotropen Zusätzen mit relativ hohem Dampfdruck. Die erzielten Schaltzeiten waren jedoch nicht für jede Anwendung ausreichend.Of particular interest are TN and STN displays with very short switching times, especially at lower temperatures. To achieve short switching times, the rotational viscosities ν 20 of the liquid-crystal mixtures have hitherto been optimized by using most monotropic additives with a relatively high vapor pressure. However, the achieved switching times were not sufficient for every application.
Zur Erzielung einer steilen elektrooptischen Kennlinie in den erfindungsgemäßen 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.To achieve a steep electro-optical characteristic curve in the displays according to the invention, the liquid-crystal mixtures should have relatively large values for the ratio of the elastic constants K 33 / K 11 and relatively small values for Δε / ε ⊥ . where Δε is the dielectric anisotropy and ε ⊥ is the dielectric constant perpendicular to the molecular longitudinal axis.
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.
- 1. Wide d / p window
- 2. High chemical stability
- 3. High electrical resistance
- 4. Low frequency and temperature dependence of the threshold voltage.
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.The obtained parameter combinations are far from sufficient, especially for high-multiplex STN displays (with a multiplex rate in the range of about 1/400), but also for medium and low-multiplex STN (with multiplex rates in the range of about 1 / 64 or 1/16), and TN displays. This is partly due to the fact that the different requirements are counteracted by material parameters.
In der
Weitere flüssigkristalline Medien für TN- oder STN-Anzeigen sind aus
Es besteht somit immer noch ein großer Bedarf für flüssigkristalline Mischungen, insbesondere für TN- und 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.There is thus still a great need for liquid-crystalline mixtures, in particular for TN and STN displays with very short switching times with simultaneously large operating temperature range, high slope, good angle dependence of the contrast and low threshold voltage, which meet the above requirements.
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 aufweisen. The invention has for its object to provide TN and STN displays that have the disadvantages mentioned above not or only to a lesser extent and at the same time short switching times, especially at low temperatures, and very good slopes.
Es wurde nun gefunden, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man nematische Flüssigkristallmischungen verwendet.It has now been found that this object can be achieved by using nematic liquid-crystal mixtures.
Nematische Flüssigkristallmischung, dadurch gekennzeichnet, dass sie 15–75 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A, bestehend aus mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von über +1,5 und 25–85 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente B, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie zwischen –1,5 und +1,5 enhält, wobei die Komponente A jeweils
eine oder mehrere Verbindungen der Formel Ii eine oder mehrere Verbindungen der Formel II, eine oder mehrere Verbindungen der Formel III*j, und eine oder mehrere Verbindungen der Formel I**C1 enthält,
worin die einzelnen Reste folgende Bedeutungen besitzen:
R11, R21, R22 einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C-Atomen, woebei in diesen Resten auch eine oder mehere CH2-Gruppen durch -O-, -S-, -C≡C-, -OC-O-, oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,
alkyl einen Alkylrest mit 1 bis 7 C-Atomen,
Alkenyl ein Alkenylrest mit 2 bis 7 C-Atomen.Nematic liquid-crystal mixture, characterized in that it contains 15-75% by weight of a liquid-crystalline component A consisting of several compounds having a dielectric anisotropy of more than +1.5 and 25-85% by weight of a liquid-crystalline component B consisting of a or more compounds having a dielectric anisotropy between -1.5 and +1.5, wherein component A is each
one or more compounds of the formula Ii one or more compounds of the formula II, one or more compounds of the formula III * j, and one or more compounds of the formula I ** C1 contains
in which the individual radicals have the following meanings:
R 11 , R 21 , R 22 is an unsubstituted, a simply by CN or CF 3 or at least simply substituted by halogen alkyl or alkenyl radical having up to 15 carbon atoms, where in these radicals also one or more CH 2 groups by -O -, -S-, -C≡C-, -OC-O-, or -O-CO- can be replaced so that O atoms are not directly linked,
alkyl is an alkyl radical having 1 to 7 C atoms,
Alkenyl is an alkenyl radical having 2 to 7 C atoms.
Die Verwendung der Verbindungen der Formeln Ii und II in den Mischungen für TN- und STN-Anzeigen bewirkt
- • sehr schnelle Schaltzeiten, insbesondere bei tiefen Temperaturen,
- • hoher Klärpunkt,
- • niedrige Schwellenspannung und Operationsspannung und/oder
- • geringe Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung und Operationsspannung, insbesondere im Bereich von 20°C und bei tiefen Temperaturen.
- • very fast switching times, especially at low temperatures,
- • high clearing point,
- Low threshold voltage and operating voltage and / or
- • low temperature dependence of the threshold voltage and operating voltage, especially in the range of 20 ° C and at low temperatures.
Die Verbindungen der Formel Ii und II verkürzen insbesondere deutlich die Schaltzeiten von TN- und STN-Mischungen bei gleichzeitig geringer Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung.In particular, the compounds of the formulas Ii and II markedly shorten the switching times of TN and STN mixtures while at the same time having a low temperature dependence of the threshold voltage.
Weiterhin zeichnen sich die erfindungsgemäßen Mischungen durch folgende Eigenschaften aus:
- – hohe Steilheit der elektrooptischen Kennlinie,
- – niedrige Viskosität,
- – lange Lagerzeiten im Display bei tiefen Temperaturen.
- High steepness of the electro-optical characteristic,
- Low viscosity,
- - Long storage times in the display at low temperatures.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung von erfindungsgemäßen FK-Medien in einem Flüssigkristall-Display mit
- – zwei Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- – einer in einer 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°.
- Two support plates, which form a cell with a border,
- A nematic liquid-crystal mixture having a positive dielectric anisotropy in a cell,
- Electrode layers with orientation layers on the insides of the carrier plates,
- An angle of attack between the longitudinal axis of the molecules on the surface of the carrier plates and the carrier plates of 0 degrees to 30 degrees, and
- A twist angle of the liquid crystal mixture in the cell from orientation layer to orientation layer in the amount between 22.5 ° and 600 °.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Mischung aus
- – einer nematischen Flüssigkristallmischung bestehend aus
- a) 15–75 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von über +1,5;
- b) 25–85 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,
- - A nematic liquid crystal mixture consisting of
- a) 15-75 wt .-% of a liquid-crystalline component A, consisting of one or more compounds having a dielectric anisotropy of over +1.5;
- b) 25-85 wt .-% of a liquid-crystalline component B, consisting of one or more compounds having a dielectric anisotropy between -1.5 and +1.5;
- c) 0-20 wt .-% of a liquid-crystalline component D, consisting of one or more compounds having a dielectric anisotropy of less than -1.5 and
- d) optionally an optically active component C in an amount such that the ratio between the layer thickness of the carrier plates) and the natural pitch of the chiral nematic liquid-crystal mixture is about 0.2 to 1.3,
Gegenstand der Erfindung sind auch entsprechende Flüssigkristallmischungen zur Verwendung in TN- und STN-Anzeigen, insbesondere in mittel- und niedrigmultiplexierten STN-Anzeigen.The invention also relates to corresponding liquid-crystal mixtures for use in TN and STN displays, in particular in medium and low-multiplex STN displays.
Ganz besonders bevorzugt sind daher erfindungsgemäße Mischungen, die wenigstens eine Verbindung der Formeln Iia und/oder Iib enthalten, worin alkyl einen Alkylrest mit 1 bis 7 C-Atomen und alkenyl einen Alkenylrest mit 2 bis 7 C-Atomen bedeutet.Very particular preference is therefore given to mixtures according to the invention which contain at least one compound of the formulas Iia and / or Iib, wherein alkyl is an alkyl radical having 1 to 7 carbon atoms and alkenyl an alkenyl radical having 2 to 7 carbon atoms.
Der Anteil der Verbindungen der Formel Ii in den Mischungen beträgt 3,0 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5,0 bis 30 Gew.-%, insbesondere 5,0 bis 25 Gew.-%.The proportion of the compounds of the formula Ii in the mixtures is 3.0 to 50% by weight, preferably 5.0 to 30% by weight, in particular 5.0 to 25% by weight.
Zu den bevorzugten Verbindungen der Formel II zählen insbesondere die Verbindungen, worin R21 und R22 unabhängig voneinander einen Alkyl-, Alkoxy- oder Oxaalkylrest mit 1 bis 7 C-Atomen oder einen Alkenyl-, Alkenyloxy- oder Oxaalkenylrest mit 2 bis 7 C-Atomen bedeuten. Vorzugsweise bedeuten R21 und R22 unabhängig voneinander Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl oder n-Heptyl.The preferred compounds of the formula II include in particular the compounds in which R 21 and R 22 independently of one another are an alkyl, alkoxy or oxaalkyl radical having 1 to 7 C atoms or an alkenyl, alkenyloxy or oxaalkenyl radical having 2 to 7 C atoms. Mean atoms. Preferably, R 21 and R 22 independently of one another are methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, n-pentyl, n-hexyl or n-heptyl.
Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße Mischungen, die eine oder mehrere, besonders bevorzugt eine, zwei oder drei, Verbindungen der Formeln IIa bis IId enthalten, worin x und y jeweils 1 bis 10 bedeuten, wobei x + y ≤ 10 und z 1 bis 5 bedeutet.Particular preference is given to mixtures according to the invention which comprise one or more, more preferably one, two or three, compounds of the formulas IIa to IId, wherein x and y are each 1 to 10, wherein x + y ≤ 10 and z is 1 to 5.
Der Anteil der Verbindungen der Formel II in den Mischungen beträgt 3,0 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5,0 bis 30 Gew.-%, insbesondere 5,0 bis 25 Gew.-%.The proportion of the compounds of formula II in the mixtures is 3.0 to 50 wt .-%, preferably 5.0 to 30 wt .-%, in particular 5.0 to 25 wt .-%.
Die Verbindungen der Formel Ii und die Verbindungen der Formeln II mit einer dielektrischen Ansiotropie von > 1,5 sind der oben definierten Komponente A zuzuordnen.The compounds of the formula Ii and the compounds of the formulas II having a dielectric ansiotropy of> 1.5 can be assigned to the component A defined above.
Die Verwendung von Verbindungen der Formeln Ii und II führt in Flüssigkristallmischungen zu hohen Klärpunkten und zu TN- und STN-Anzeigen mit
- • sehr kurzen Schaltzeiten, insbesondere bei tiefen Temperaturen,
- • niedriger Schwellenspannung und Operationsspannung und/oder
- • geringer Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung und Operationsspannung, insbesondere im Bereich von 20°C und bei tiefen Temperaturen.
- • very short switching times, especially at low temperatures,
- Low threshold voltage and operating voltage and / or
- • Low temperature dependence of the threshold voltage and operating voltage, especially in the range of 20 ° C and at low temperatures.
Komponente A enthält neben ein oder mehreren Verbindungen der Formeln Ii, II, III*j und I**C1 vorzugsweise eine oder mehrere Cyanoverbindungen der Formeln IIIa bis IIIj, worin R3 eine der in Formel Ii für R11 angegebenen Bedeutungen besitzt und L1 bis L4 jeweils unabhängig voneinander H oder F bedeuten. R3 bedeutet in diesen Verbindungen besonders bevorzugt Alkyl, Alkenyl oder Alkoxy mit bis zu 8 C-Atomen. R3' bedeutet einen Alkyl-, Alkoxy- oder Oxaalkylrest mit 1 bis 7 C-Atomen.Component A preferably contains one or more cyano compounds of the formulas IIIa to IIIj in addition to one or more compounds of the formulas Ii, II, III * and I ** C1, wherein R 3 has one of the meanings given in formula II for R 11 and L 1 to L 4 are each independently H or F. R 3 in these compounds particularly preferably denotes alkyl, alkenyl or alkoxy having up to 8 C atoms. R 3 ' is an alkyl, alkoxy or oxaalkyl radical having 1 to 7 carbon atoms.
Besonders bevorzugt sind Mischungen, die eine oder mehrere Verbindungen der Formeln IIIb und IIIc, insbesondere solche, worin L1 und/oder L2 F bedeuten, enthalten. Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen der Formeln Particular preference is given to mixtures which contain one or more compounds of the formulas IIIb and IIIc, in particular those in which L 1 and / or L 2 denote F. Especially preferred are compounds of the formulas
Weiterhin bevorzugt sind Verbindungen der Formel wobei Alkenyl vorzugsweise 1E- oder 3E-Alkenyl mit bis zu 6 C-Atomen bedeutet.Further preferred are compounds of the formula where alkenyl is preferably 1E or 3E alkenyl having up to 6 carbon atoms.
Besonders bevorzugt sind hier die Verbindungen der Formeln Particularly preferred here are the compounds of the formulas
Die Komponente A enthält neben ein oder mehreren Verbindungen der Formel I vorzugsweise eine oder mehrere 3,4,5-Trifluorphenylverbindungen der Formeln I*A bis I*J sowie gegebenenfalls ein oder mehrere Verbindungen mit polarer Endgruppe der Formeln I**A bis I**R, worin R* und R** eine der für R11 in Formel 1 angegebenen Bedeutungen besitzen und L3 und L4 jeweils unabhängig voneinander H oder F bedeuten. R* und R** bedeuten in diesen Verbindungen besonders bevorzugt Alkyl, Alkenyl oder Alkoxy mit bis zu 8 C-Atomen.In addition to one or more compounds of the formula I, component A preferably contains one or more 3,4,5-trifluorophenyl compounds of the formulas I * A to I * J and optionally one or more compounds having a polar end group of the formulas I ** A to I ** R, wherein R * and R ** have one of the meanings given for R 11 in formula 1 and L 3 and L 4 are each independently H or F. R * and R ** in these compounds particularly preferably alkyl, alkenyl or alkoxy having up to 8 carbon atoms.
Die einzelnen Verbindungen der Formeln Ii, I*A bis I*J, I**A bis I**R, II, IIIa bis IIIj, III*a bis III*i, III*k bis III*n und III*j bzw. deren Unterformeln oder auch andere Verbindungen, die in den erfindungsgemäßen Mischungen verwendet werden können, sind entweder bekannt, oder sie können analog zu den bekannten Verbindungen hergestellt werden.The individual compounds of the formulas Ii, I * A to I * J, I ** A to I ** R, II, IIIa to IIIj, III * a to III * i, III * k to III * n and III * j or their sub-formulas or other compounds which can be used in the mixtures according to the invention are either known or they can be prepared analogously to the known compounds.
Bevorzugte Flüssigkristallmischungen enthalten mehrere Verbindungen der Komponente A in einem Anteil von 15% bis 75%, besonders bevorzugt von 20% bis 65%. Diese Verbindungen besitzen eine dielektrische Anisotropie Δε ≥ +3, insbesondere Δε ≥ +8, besonders bevorzugt Δε ≥ +12.Preferred liquid-crystal mixtures contain a plurality of compounds of component A in a proportion of 15% to 75%, particularly preferably from 20% to 65%. These compounds have a dielectric anisotropy Δε ≥ +3, in particular Δε ≥ +8, particularly preferably Δε ≥ +12.
Weitere bevorzugte Mischungen enthalten
- • eine oder zwei Verbindungen der Formeln Ii, insbesondere der Formeln Iia und/oder Iib,
- • eine oder mehrere, insbesondere ein oder zwei, Verbindungen der Formel II,
- • eine, zwei oder mehrere der Formel IIIc, insbesondere der Formel III*e, besonders bevorzugt der Formel III*j,
- • keine Verbindung der Formel IIIb, worin L1 und L2 H bedeuten.
- One or two compounds of the formulas Ii, in particular of the formulas Iia and / or Iib,
- One or more, in particular one or two, compounds of the formula II,
- One, two or more of the formula IIIc, in particular of the formula III * e, particularly preferably of the formula III * j,
- No compound of the formula IIIb in which L 1 and L 2 are H.
Erfindungsgemäße Flüssigkristallmischungen enthalten ein oder mehrere Verbindungen der Komponente B mit einem Anteil von 25 bis 85%. Die Verbindungen der Gruppe B zeichnen sich insbesondere durch ihre niedrigen Werte für die Rotationsviskosität γ1 aus.Liquid crystal mixtures according to the invention contain one or more compounds of component B in a proportion of 25 to 85%. The compounds of group B are distinguished in particular by their low values for the rotational viscosity γ 1 .
Die Komponente B enthält vorzugsweise ein oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Zweiringverbindungen der folgenden Formeln IV1 bis IV9 und/oder eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Dreiringverbindungen den Formeln IV10 bis IV29, und/oder ein oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Vierringverbindungen den Formeln IV30 bis IV36 worin R4 und R4' die für R11 in Formel I angegebenen Bedeutungen haben, L H oder F bedeutet, und die 1,4-Phenylenringe jeweils unabhängig voneinander auch ein- oder mehrfach durch Fluor substituiert sein können.Component B preferably contains one or more compounds selected from the group consisting of the two-ring compounds of the following formulas IV1 to IV9 and / or one or more compounds selected from the group consisting of the three-membered compounds of the formulas IV10 to IV29, and / or one or more compounds selected from the group consisting of the four-ring compounds of the formulas IV30 to IV36 wherein R 4 and R 4 'have the meanings given for R 11 in formula I, L is H or F, and the 1,4-phenylene rings may each independently be mono- or polysubstituted by fluorine.
Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formeln IV29 bis IV36, worin R4 Alkyl und R4* Alkyl oder Alkoxy, insbesondere Alkoxy, jeweils mit 1 bis 7 C-Atomen, bedeutet. Ferner bevorzugt sind Verbindungen der Formel IV28 und IV34, worin L F bedeutet.Particular preference is given to compounds of the formulas IV29 to IV36 in which R 4 is alkyl and R 4 * is alkyl or alkoxy, in particular alkoxy, in each case having 1 to 7 C atoms. Preference is furthermore given to compounds of the formulas IV28 and IV34 in which LF is
R4 und R4* in den Verbindungen der Formeln IV1 bis IV36 bedeuten besonders bevorzugt geradkettiges Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 12 C-Atomen.R 4 and R 4 * in the compounds of the formulas IV1 to IV36 are particularly preferably straight-chain alkyl or alkoxy having 1 to 12 C atoms.
Bevorzugte Flüssigkristallmischungen enthalten ein, zwei, drei oder vier Verbindungen der Formeln IV27 und/oder IV28.Preferred liquid-crystal mixtures contain one, two, three or four compounds of the formulas IV27 and / or IV28.
Bevorzugte Verbindungen der Formel IV27 sind Preferred compounds of the formula IV27 are
Insbesondere bevorzugt sind erfindungsgemäße Mischungen, die mindestens eine Verbindung der Formel IV 35 enthalten, vorzugsweise beträgt der Anteil der Vierkerner in der Mischung mindestens 8 Gew.-%. Insbesondere bevorzugt sind Mischungen, die zwei, drei oder mehr Homologen der Formel IV 35 enthalten. In der Formel IV 35 bedeuten R4 und R4* vorzugsweise geradkettiges Alkyl. Particular preference is given to mixtures according to the invention which contain at least one compound of the formula IV 35, preferably the proportion of the quadrupters in the mixture is at least 8% by weight. Particularly preferred are mixtures containing two, three or more homologues of formula IV 35. In the formula IV 35, R 4 and R 4 * are preferably straight-chain alkyl.
Vorzugsweise enthalten erfindungsgemäße Mischungen mindestens eine Verbindung der Formeln IV27a, IV27b und/oder IV27c. Insbesondere enthalten die Mischungen mindestens zwei Verbindungen der Formeln IV27a bis IV27c.Preferably, mixtures according to the invention comprise at least one compound of the formulas IV27a, IV27b and / or IV27c. In particular, the mixtures contain at least two compounds of the formulas IV27a to IV27c.
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 (CN), S-811 S-1011, S-2011 der Merck KGaA, Darmstadt und CB15 (BDH, Poole, UK). Die Wahl der Dotierstoffe ist an sich nicht kritisch.The liquid-crystalline mixtures optionally contain an optically active component C in an amount such that the ratio between the layer thickness (distance between the carrier plates) and the natural pitch of the chiral nematic liquid-crystal mixture is greater than 0.2. For the component, the person skilled in a variety, sometimes commercially available chiral dopants are available for. Such as cholesteryl nonanoate (CN), S-811 S-1011, S-2011 from Merck KGaA, Darmstadt and CB15 (BDH, Poole, UK). The choice of dopants is not critical per se.
Der Anteil der Verbindungen der Komponente C beträgt vorzugsweise 0 bis 10%, insbesondere 0 bis 5%, besonders bevorzugt 0 bis 3%.The proportion of the compounds of component C is preferably 0 to 10%, in particular 0 to 5%, particularly preferably 0 to 3%.
Die erfindungsgemäßen Mischungen können auch gegebenenfalls bis zu 20% einer oder mehrerer Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von weniger als –2 (Komponente D) enthalten.The mixtures according to the invention may also optionally contain up to 20% of one or more compounds having a dielectric anisotropy of less than -2 (component D).
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
Weitere bekannte Verbindungen der Komponente D sind z. B. Derivate der 2,3-Dicyanhydrochinone oder Cyclohexanderivate mit dem Strukturelementgemäß
Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigen keine Verbindungen der Komponente D.The liquid-crystal displays according to the invention preferably contain no compounds of component D.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen, welche
- – zusätzlich eine oder mehrere, besonders bevorzugt eine, zwei oder drei, heterocyclische Verbindungen der Formel Va und/oder Vb enthalten
R5 und R6 unabhängig voneinander Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen, und
Y6 F oder Cl
bedeuten,Further preferred embodiments relate to liquid-crystal mixtures according to the invention which
- - In addition, one or more, more preferably one, two or three, heterocyclic compounds of the formula Va and / or Vb included
R 5 and R 6 are independently alkyl having 1 to 7 carbon atoms, and
Y 6 F or Cl
mean,
Der Anteil der Verbindungen aus der Gruppe enthaltend Va und/oder Vb ist vorzugsweise 2 bis 35%, insbesondere 5 bis 20%.
- – zusätzlich eine oder mehrere, besonders bevorzugt eine, zwei oder drei, Tolan-Verbindungen der Formeln T2a bis T2c enthalten,
- Additionally contain one or more, more preferably one, two or three, tolan compounds of the formulas T2a to T2c,
Der Anteil der Verbindungen aus der Gruppe enthaltend T2a und T2b ist vorzugsweise 0 bis 30%, insbesondere 0 bis 20%.The proportion of the compounds from the group comprising T2a and T2b is preferably 0 to 30%, in particular 0 to 20%.
Der Ausdruck ”Alkenyl”, insbesondere in der Bedeutung von R11, R21, R22, R4, R4*, R5, R6, R7 und R8, umfasst geradkettige und verzweigte Alkenylgruppen, insbesondere die geradkettigen Gruppen. Besonders bevorzugte Alkenylgruppen sind C2-C7-1E-Alkenyl, C4-C7-3E-Alkenyl, C5-C7-4-Alkenyl, C6-C7-5-Alkenyl, und C7-6-Alkenyl, insbesondere C2-C7-1E-Alkenyl, C4-C7-3E-Alkenyl und C5-C7-4-Alkenyl.The term "alkenyl", in particular in the meaning of R 11 , R 21 , R 22 , R 4 , R 4 * , R 5 , R 6 , R 7 and R 8 , includes straight-chain and branched alkenyl groups, in particular the straight-chain groups. Particularly preferred alkenyl groups are C 2 -C 7 -1E-alkenyl, C 4 -C 7 3E-alkenyl, C 5 -C 7 -alkenyl, C 6 -C 7 -5-alkenyl, and C 7 -6- Alkenyl, in particular C 2 -C 7 -1E-alkenyl, C 4 -C 7 3E-alkenyl and C 5 -C 7 -4-alkenyl.
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.Examples of preferred alkenyl groups are 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 and the like. Groups of up to 5 carbon atoms are generally preferred.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen enthalten die Mischungen
- – eine oder mehrere Verbindungen der folgenden Formeln worin R4, R4* und L die oben angegebenen Bedeutungen und L in Formel IV25 besonders bevorzugt F bedeutet. Der Anteil dieser Verbindungen in den Flüssigkristallmischungen liegt vorzugsweise bei 5 bis 45%, insbesondere bei 10 bis 40%,
- – wenigstens zwei Verbindungen der Formel IIIc, und gegebenenfalls zusätzlich wenigstens eine Verbindung der Formel IIIb, worin L1 und L2 F bedeuten. Der Anteil dieser Verbindungen in den Flüssigkristallmischungen liegt vorzugsweise bei 5 bis 50%, insbesondere bei 7 bis 40%;
- – wenigstens eine Verbindung der Formeln VIa bis VIe, worin R6 und R6* jeweils unabhängig voneinander H, CH3, C2H5 oder n-C3H7 und Alkyl eine geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 7 C-Atomen bedeuten, vorzugsweise n-Propyl und n-Pentyl.
- - One or more compounds of the following formulas wherein R 4 , R 4 * and L are as defined above and L in formula IV25 particularly preferably F. The proportion of these compounds in the liquid-crystal mixtures is preferably from 5 to 45%, in particular from 10 to 40%,
- At least two compounds of formula IIIc, and optionally additionally at least one compound of formula IIIb, wherein L 1 and L 2 are F. The proportion of these compounds in the liquid-crystal mixtures is preferably from 5 to 50%, in particular from 7 to 40%;
- At least one compound of the formulas VIa to VIe, wherein R 6 and R 6 * are each independently H, CH 3 , C 2 H 5 or nC 3 H 7 and alkyl is a straight-chain alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, preferably n-propyl and n-pentyl.
Die erfindungsgemäßen Mischungen zeichnen sich insbesondere beim Einsatz in TN- und STN-Anzeigen mit hohen Schichtdicken durch sehr niedrige Summenschaltzeiten aus (tges = ton + toff).The mixtures according to the invention are distinguished, in particular when used in TN and STN displays with high layer thicknesses, by very low sum switching times (t ges = t on + t off ).
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.The liquid-crystal mixtures used in the TN and STN cells are dielectrically positive with Δ∈ ≥ 1. Particular preference is given to liquid-crystal mixtures with Δ∈ ≥ 3, in particular with Δ∈ ≥ 5.
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 im allgemeinen 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.The liquid-crystal mixtures according to the invention have favorable values for the threshold voltage V 10/0/20 and for the rotational viscosity γ 1 . If the value for the optical path difference d · Δn is predetermined, the value for the layer thickness d is determined by the optical anisotropy Δn. In particular, at relatively high values for Δn, the use of liquid-crystal mixtures according to the invention having a relatively high optical anisotropy value is generally preferred, since then the value for d can be chosen to be relatively small, which leads to more favorable values for the switching times. However, even liquid crystal displays containing liquid crystal mixtures according to the invention with smaller values for Δn are characterized by advantageous values for the switching times.
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.The liquid-crystal mixtures according to the invention are further characterized by advantageous values for the steepness of the electro-optical characteristic, and can be operated in particular at temperatures above 20 ° C. with high multiplex rates. In addition, the liquid-crystal mixtures according to the invention have a high stability and favorable values for the electrical resistance and the frequency dependence of the threshold voltage. The liquid crystal displays have a wide working temperature range and good angular dependence of the contrast.
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.The structure of the liquid crystal display elements made of polarizers, electrode base plates and electrodes having such a surface treatment that the preferred orientation (director) of each adjacent liquid crystal molecules from one to the other electrode is usually rotated by 160 ° to 720 ° relative to each other corresponds to for such display elements usual construction. Here the term of the usual construction is here broadly and covers also all modifications and Modifications of TN and STN cell, in particular matrix display elements and the additional magnets containing display elements.
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°.The surface angle of the two support plates may be the same or different. Same tilt angles are preferred. Preferred TN displays have angles of attack between the longitudinal axis of the molecules on the surface of the carrier plates and the carrier plates of 0 ° to 7 °, preferably 0.01 ° to 5 °, in particular 0.1 to 2 °. In the STN displays, the angle of attack is 1 ° to 30 °, preferably 1 ° to 12 ° and especially 3 ° to 10 °.
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°.The twist angle of the TN mixture in the cell is in the amount between 22.5 ° and 170 °, preferably between 45 ° and 130 ° and in particular between 80 ° and 115 °. The twist angle of the STN mixture in the cell from orientation layer to orientation layer is in the range between 100 ° and 600 °, preferably between 170 ° and 300 ° and in particular between 180 ° and 270 °.
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.The preparation of the liquid crystal mixtures which can be used according to the invention is carried out in a conventional manner. In general, the desired amount of the components used in lesser amount is dissolved in the constituent of the main component, expediently at elevated temperature. It is also possible to use solutions of the components in an organic solvent, e.g. B. in acetone, chloroform or methanol, to mix and remove the solvent after mixing again, for example by distillation.
Die Dielektrika können auch weitere, dem Fachmann bekannte und in der Literatur beschriebene Zusätze enthalten. Beispielsweise können 0–15% pleochroitische Farbstoffe zugesetzt werden.The dielectrics may also contain further additives known to the person skilled in the art and described in the literature. For example, 0-15% pleochroic dyes may be added.
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 CnH2n+1 und CmH2m+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 R1, R2, L1, L2 und L3.In the present application and in the following examples, the structures of the liquid crystal compounds are indicated by acronyms, wherein the transformation into chemical formulas according to following Tables A and B takes place. All radicals C n H 2n + 1 and C m H 2m + 1 are straight-chain alkyl radicals with n or m C atoms. The alkenyl radicals have the trans configuration. The coding according to Table B is self-evident. In Table A, only the acronym for the main body is given. In individual cases, the code for the substituents R 1 , R 2 , L 1 , L 2 and L 3 given below in the table below is separated from the acronym for the main body.
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: (L1, L2, L3 = H oder F) Table A: (L 1 , L 2 , L 3 = H or F)
Tabelle B: Table B:
Tabelle C:Table C:
In der Tabelle C werden mögliche Dotierstoffe angegeben, die in der Regel den erfindungsgemäßen Mischungen zugesetzt werden.In Table C possible dopants are given, which are usually added to the mixtures of the invention.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen. Es bedeutet
- Klp.
- Klärpunkt (Phasenübergangstemperatur nematisch-isotrop),
- S-N
- Phasenübergangs-Temperatur smektisch-nematisch,
- Visk.
- Fließviskosität (mm2/s, soweit nicht anders angegeben, bei 20°C),
- no
- ordentlicher Brechungsindex (589 nm, 20°C)
- Δn
- optische Anisotropie (589 nm, 20°C),
- Δε
- dielektrische Anisotropie (1 kHz, 20°C),
- 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)
- Klp.
- Clearing point (phase transition temperature nematic-isotropic),
- SN
- Phase transition temperature smectic-nematic,
- Visc.
- Flow viscosity (mm 2 / s, unless otherwise stated, at 20 ° C),
- n o
- ordinary refractive index (589 nm, 20 ° C)
- .DELTA.n
- optical anisotropy (589 nm, 20 ° C.),
- Δε
- dielectric anisotropy (1 kHz, 20 ° C),
- S
- Slope slope = V 90 / V 10
- V 10
- Threshold voltage = characteristic voltage at a relative contrast of 10%,
- V 90
- characteristic stress at a relative contrast of 90%,
- t on
- Time from power up to 90% of maximum contrast,
- t off
- Time from switching off to reaching 10% of the maximum contrast,
- Mux
- Multiplexing rate,
- t store
- Low-temperature storage stability in hours (-20 ° C, -30 ° C, -40 ° C)
Vor- und nachstehend sind alle Temperaturen in °C angegeben. Die Prozentzahlen sind Gewichtsprotzente. Alle Werte beziehen sich auf 20°C, soweit nicht anders angegeben. Die Werte für V10 und die Kennliniensteilheit S werden mit Squarewaveansteuerung (80 Hz) ermittelt. Die Werte für die Schaltzeiten werden bei Ansteuerung mit einem Multiplexverhältnis 1/64 und einem Biasverhältnis 1/9 bestimmt. Die Verdrillung (twist) beträgt 240°, soweit nicht anders angegeben.Above and below, all temperatures are given in ° C. The percentages are weight protests. All values are based on 20 ° C, unless stated otherwise. The values for V 10 and the slope S are determined using square wave control (80 Hz). The values for the switching times are determined when controlled with a multiplex ratio of 1/64 and a bias ratio of 1/9. The twist is 240 °, unless stated otherwise.
BeispieleExamples
Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1
Eine TN- und STN-Mischung bestehend aus
Beispiel 1example 1
Eine TN- und STN-Mischung bestehend aus
Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2
Eine TN- und STN-Mischung bestehend aus
Vergleichsbeispiel 3Comparative Example 3
Eine TN- und STN-Mischung bestehend aus
Beispiel 2Example 2
Eine TN- und STN-Mischung bestehend aus
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