DE19720529B4

DE19720529B4 - Nematische Flüssigkristallzusammensetzung

Info

Publication number: DE19720529B4
Application number: DE1997120529
Authority: DE
Inventors: Yukiomi Ayase Tanaka
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2017-05-17
Also published as: DE19720529A1; JPH1060443A

Abstract

Nematische Flüssigkristallzusammensetzung mit einem Klärpunkt von 85 °C oder darüber, enthaltend 5 bis 35 Gew.-% mindestens einer Verbindung aus Gruppe 1:

worin
R¹ eine geradkettige Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen,
Z eine Einfachbindung, -CH₂CH₂- oder -CH=CH-,
Q-Y F, Cl, -CF₃, -CF₂Cl, -CF₂H, -C₂F₅, -C₂F₄-Cl, -C₂F₄-H, -OCF₃ -OCF₂Cl oder -OCF₂H und
L¹ H oder F bedeuten,
15 bis 50 Gew.-% mindestens einer Chlorverbindung aus Gruppe 2:

worin
R² eine geradkettige Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, und 5 bis 35 Gew.-% mindestens einer Cyanoverbindung aus Gruppe 3:

worin
R³ eine geradkettige Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und
L² H oder F
bedeuten.

Description

Die Erfindung betrifft eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung, insbesondere für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung des Polymerdispersionstyps, und ganz besonders eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung, die in Flüssigkristallanzeigeelementen zum Einsatz kommt, bei denen ein Anzeigenmodus durch Änderung des Unterschieds im Brechungsindex zwischen flüssigkristallinen Tröpfchen (oder einem durchgehenden Flüssigkristallnetzwerk) und einem Polymer zur Anwendung kommt, indem man die Lichtstreuung an der Grenzfläche zwischen Flüssigkristall und Polymer mittels einer äußeren Spannung steuert. Die nematische Flüssigkristallzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann bei einer Flachanzeigenvorrichtung, Projektionsfernsehern oder einem PC, Laptops oder Palmtops, einer Anzeigetafel, auf die man Verschlußeffekte einwirken läßt, einem Fenster, einer Tür oder einer Wand zum Einsatz kommen.
DE 39 23 044 A1 offenbart Flüssigkristallzusammensetzungen, die Verbindungen der Formelgruppen 1 bis 4 gemäß der vorliegenden Anmeldung enthalten können.
Herkömmliche Anzeigevorrichtungen des TN- oder STN-Typs, die zu praktischer Anwendung gelangt sind, erfordern Mittel zur Lichtpolarisierung und zur Orientierung der Flüssigkristallmoleküle.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde vorgeschlagen, den Brechungsindex eines flüssigkristallinen Materials zur Steuerung der elektrisch transparenten und weißtrüben Zustände zu nutzen (siehe z.B. JP 58 501631-A, JP 59-226322-A und JP 61-502128-A).
Die in solchen Anzeigen des Polymerdispersionstyps verwendeten Flüssigkristallmaterialien bestehen im wesentlichen aus stäbchenförmigen Verbindungen mit endständigen Cyanogruppen. Beispielsweise sind aus der WO 90/01947 nematische Flüssigkristallzusammensetzungen bekannt, die auf einer Kombination aus fluorierten Cyanoterphenylen und Cyanobiphenylen basieren. Diese Mischungen besitzen jedoch hohe Viskositäten, wodurch die Schaltzeit der Polymerdispersionsanzeigen beeinflußt wird. Des weiteren weisen Mischungen mit einem hohen Anteil an Verbindungen mit endständigen Cyanogruppen gegenüber Mischungen mit einem begrenzten Anteil an Cyanoverbindungen geringere UV-Stabilität und niedrigere Werte für den spezifischen Widerstand und die "Voltage Holding Ratio" auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Flüssigkristallzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, mit der sich die Nachteile der Mischungen aus dem Stande der Technik überwinden und alle wichtigen Anforderungen an Flüssigkristallvorrichtungen des Polymerdispersionstyps, d.h. niedrige Treiberspannung, hoher Kontrast, hervorragende Lichtstabilität und hohe Auflösung und insbesondere niedrige Viskosität und großer Arbeitstemperaturbereich, der. Klärpunkte von 85 °C und darüber erfordert, erfüllen lassen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann durch Verwendung von Flüssigkristallzusammensetzungen mit niedriger Viskosität und einem Klärpunkt von 85 °C und darüber in Kombination mit einem geeigneten Harzmaterial gelöst werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung mit einem Klärpunkt von 85 °C oder darüber, enthaltend:
5 bis 35, vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-% mindestens einer Verbindung aus Gruppe 1:
worin
R¹ eine geradkettige Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen,
Z eine Einfachbindung, -CH₂CH₂- oder -CH=CH-,
Q-Y -F, -Cl, -CF₃, -CF₂Cl, -CF₂H, -C₂F₅, -C₂F₄-Cl, -C₂F₄-H, -OCF₃, -OCF₂Cl oder -OCF₂H und
L¹ H oder F bedeuten,
15 bis 50, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-% mindestens einer Chlorverbindung aus Gruppe 2:
worin
R² eine geradkettige Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, und 5 bis 35, vorzugsweise 10 bis 25 Gew.-%
mindestens einer Cyanoverbindung aus Gruppe 3:
worin
R³ eine geradkettige Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und
L² H oder F bedeuten.
Die Flüssigkristallverbindungen aus den Gruppen 1 und 2 besitzen hervorragende chemische Stabilität. Flüssigkristallzusammensetzungen sind umso stabiler, in je größeren Mengen diese Verbindungen enthalten sind. Besteht die Zusammensetzung jedoch lediglich aus den Verbindungen aus den Gruppen 1 und 2, so sinkt die dielektrische Anisotropie und dementsprechend steigt die Schwellenspannung. Hieraus folgt, daß die entstehende Anzeigevorrichtung eine höhere Treiberspannung benötigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung 5 bis 35, insbesondere 10 bis 30 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel 1a:
worin R¹ die für Formel 1 angegebene Bedeutung besitzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung 5 bis 35, insbesondere 10 bis 30 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel 1b:
worin R¹ und L¹ die für Formel 1 angegebenen Bedeutungen besitzen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Zusammensetzung 2 bis 30, insbesondere 5 bis 20 Gew.-% mindestens einer Verbindung aus Gruppe 4:
worin R⁴ eine geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet.
Die Verbindungen aus den Gruppen 1, 2, 3 und 4 ergeben zusammen mindestens 60, insbesondere 70 Gew.-%. Falls die erfindungsgemäße Zusammensetzung bis zu 40 Gew.-% anderer Bestandteile enthält, so werden diese zusätzlichen Bestandteile in der Regel aus der Gruppe mesogener Verbindungen bestehend aus Cyanobiphenylen, Cyanoterphenylen, Cyclohexylbenzonitrilen, Dialkyltolanen, Alkylalkoxytolanen und Cyclohexyltolanen, die zur Einstellung der physikalischen Parameter der Zusammensetzung wie Doppelbrechung oder dielektrische Anisotropie zugegeben werden, und aus der Gruppe mesogener Verbindungen bestehend aus Cyclohexylphenylen, Cyclohexylbiphenylen, Cyclohexylcyclohexanen und Cyclohexylcyclohexylphenylen ausgewählt, die in 4- und 4'-Stellung durch Alkyl-, Alkoxy- oder Alkenylgruppen substituiert sind und zur Einstellung physikalischer Parameter wie Viskosität oder Klärpunkt zugegeben werden. Wird die nematische Flüssigkristallzusammensetzung in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung des Polymerdispersionstyps eingesetzt, so unterliegen der Einsatz der Verbindungen und das Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung keiner besonderen Beschränkung, und es kann nach bekannten Methoden verfahren werden, wie beispielsweise einer Methode, bei der die Flüssigkristallzusammensetzung in einer Polymerkapsel eingeschlossen wird, einer Methode, bei der die Zusammensetzung und das lichthärtbare bzw. heißhärtbare Material gemischt werden und zur Bildung von Flüssigkristalltröpfchen anschließend einer Phasentrennung unterzogen werden, oder einer Methode, bei der aus einer Mischung aus einem Polymer und der Zusammensetzung, die beide in einem Lösungsmittel gelöst sind, das Lösungsmittel entfernt wird.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert. Durch diese Beispiele wird der Schutzumfang der Erfindung jedoch nicht beschränkt.
Beispiel 1
Es wird eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung, wie aus Tabelle 1 ersichtlich, hergestellt. Diese Zusammensetzung zeigt folgende physikalische Eigenschaften:

Klärpunkt (°C): +104

Doppelbrechung: 0,2104

Dielektrische Anisotropie: +11,5

Schwellenspannung (V_th) : 2,21 V

Viskosität (bei 20°C): 32 mm²/s
Die nematische Flüssigkristallzusammensetzung wird zu dem W-härtbaren Präpolymer PN 393 gegeben, das bei der Firma Merck Ltd., Poole, Großbritannien, erhältlich ist, wobei das Verhältnis von Flüssigkristall zu Präpolymer 20 zu 80 beträgt. Nach Zugabe eines Fotoinitiators (Irgacure 184, erhältlich bei der Firma Ciba-Geigy, Basel, Schweiz) wird die Zusammensetzung in eine aus zwei mit ITO beschichteten Glasplatten aufgebaute Zelle gefüllt und mit W-Licht bei 365 nm und einer Intensität von 30 mW/cm² 5 Minuten lang bei Raumtemperatur bestrahlt.
Tabelle 1
Tabelle 1 (Fortsetzung)
Beispiel 2
Es wird eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung, wie aus Tabelle 2 ersichtlich, hergestellt. Diese Zusammensetzung zeigt folgende physikalische Eigenschaften:

Klärpunkt (°C): +91

Doppelbrechung: 0,1935

Schwellenspannung (V_th) : 2,12 V

Viskosität (bei 20°C): 27 mm²/s
Tabelle 2
Tabelle 2 (Fortsetzung)
Beispiel 3
Es wird eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung, wie aus Tabelle 3 ersichtlich, hergestellt. Diese Zusammensetzung zeigt folgende physikalische Eigenschaften:

Klärpunkt (°C): +100

Doppelbrechung: 0,2098

Viskosität (bei 20°C): 32 mm²/s
Tabelle 3
Tabelle 3 (Fortsetzung)
Beispiel 4
Es wird eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung, wie aus Tabelle 4 ersichtlich, hergestellt. Die Zusammensetzung zeigt folgende physikalische Eigenschaften:

Klärpunkt (°C): +106

Doppelbrechung: 0,2108

Viskosität (bei 20°C): 31 mm²/s
Tabelle 4
Tabelle 4 (Fortsetzung)
Vergleichsbeispiel 1
Die nematische Flüssigkristallzusammensetzung aus Tabelle 5 zeigt folgende physikalische Eigenschaften:

Klärpunkt (°C): +104

Doppelbrechung: 0,2341

Dielektrische Anisotropie: +10,2

Viskosität (bei 20°C): 45 mm²/s
Tabelle 5
Tabelle 5 (Fortsetzung)
Die Mischung zeigt im Vergleich zu den Mischungen aus den Beispielen 1 bis 4 einen viel höheren Viskositätswert (um etwa 50% höher).
Vergleichsbeispiel 2
Die nematische Flüssigkristallzusammensetzung aus Tabelle 4 zeigt folgende physikalische Eigenschaften:

Klärpunkt (°C): +89

Doppelbrechung: 0,2236

Dielektrische Anisotropie: +12,6

Schwellenspannung (Vth): 2,09 V

Viskosität (bei 20°C) : 36 mm²/s
Tabelle 6
Tabelle 6 (Fortsetzung)
Die Mischung besitzt einen niedrigeren Klärpunkt und eine höhere Viskosität im Vergleich zu jenen aus den Beispielen 1 bis 4.

Claims

Nematische Flüssigkristallzusammensetzung mit einem Klärpunkt von 85 °C oder darüber, enthaltend 5 bis 35 Gew.-% mindestens einer Verbindung aus Gruppe 1:
worin R¹ eine geradkettige Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Z eine Einfachbindung, -CH₂CH₂- oder -CH=CH-, Q-Y F, Cl, -CF₃, -CF₂Cl, -CF₂H, -C₂F₅, -C₂F₄-Cl, -C₂F₄-H, -OCF₃ -OCF₂Cl oder -OCF₂H und L¹ H oder F bedeuten, 15 bis 50 Gew.-% mindestens einer Chlorverbindung aus Gruppe 2:
worin R² eine geradkettige Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet, und 5 bis 35 Gew.-% mindestens einer Cyanoverbindung aus Gruppe 3:
worin R³ eine geradkettige Alkyl- oder Alkoxygruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und L² H oder F bedeuten.
Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 1, enthaltend 5 bis 35 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel 1a:
worin R¹ die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung besitzt.
Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend 5 bis 35 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel 1b:
worin R¹ und L¹ die in Anspruch 1 angegebenen Bedeutungen besitzen.
Nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach Ansprüchen 1 bis 3, enthaltend 2 bis 30 Gew.-% mindestens einer Fluorverbindung aus Gruppe 4:
worin R⁴ eine geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen bedeutet.
Verwendung einer nematischen Flüssigkristallzusammensetzung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer elektrooptischen Anzeigevorrichtung.
Verwendung einer nematischen Flüssigkristallzusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nematische Flüssigkristallzusammensetzung in eine Polymermatrix eingebettet ist.
System enthaltend eine nematische Flüssigkristallzusammensetzung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 und eine Polymermatrix.