DE19758935B4 - Flüssigkristallmischung zur Verwendung in einer Supertwist-Flüssigkristallanzeige - Google Patents

Flüssigkristallmischung zur Verwendung in einer Supertwist-Flüssigkristallanzeige Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft verbesserte STN-Anzeigen mit niedrigen Schwellenspannungen, deren nematisches flüssigkristallines Medium mindestens eine mesogene Verbindung mit einem Strukturelement der Formel 1 $F1 worin L H oder F bedeutet, und mindestens eine mesogene Verbindung mit einer terminalen 3, 4, 5-Trifluorphenylgruppe enthält.

Description

  • Die Erfindung betrifft neue nematische Flüssigkristallmischungen besonders zur Verwendung in Supertwist-Flüssigkristallanzeigen (STN-Anzeigen) mit kurzen Schaltzeiten, guten Steilheiten und niedrigen Schwellenspannungen.
  • STN-Anzeigen gemäß des Oberbegriffs 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, Band 26, Nr. 11; L1784–L1786 (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, Band 4 (1), Seiten 1–8 (1986). Der Begriff STN umfaßt hier jedes relativ hoch verdrillte Anzeigeelement mit einem Verdrillungswinkel dem Betrag nach zwischen 160° und 720°, 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-LCDs ( DE-OS 35 03 259 ), SBE-LCDs (T. J. Scheffer und J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (10), 1021 (1984)), OMI-LCDs (M. Schadt und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (5), 236 (1987)), DST-LCDs ( EP-OS 0 246 842 ) oder BW-STN-LCDs (K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6)).
  • Derartige 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. Von besonderem Interesse sind STN-Anzeigen mit kurzen Schaltzeiten, insbesondere auch bei relativ tiefen Temperaturen. Zur Erzielung von kurzen Schaltzeiten wurden bisher insbesondere die Viskositäten der Flüssigkristallmischungen optimiert unter Verwendung von zumeist optimierten Kombinationen von Flüssigkristallkomponenten und gegebenenfalls auch monotropen Zusätzen mit relativ hohem Dampfdruck. Die erzielten Schaltzeiten waren jedoch nicht für jede Anwendung ausreichend.
  • Kürzere Schaltzeiten lassen sich auch durch Verringerung der Schichtdicke der Flüssigkristallschicht der STN-Anzeige und durch Verwendung von Flüssigkristallmischungen mit höherer Doppelbrechung Δn erzielen.
  • In der Regel weisen Zusammensetzungen mit kurzen Schaltzeiten vergleichsweise hohe Schwellenspannungen auf.
  • All diese Ansätze zur Erzielung kürzerer Schaltzeiten führen letztlich jedoch immer noch zu Mischungen, die nicht für jede Anwendung geeignet waren, insbesondere zu solchen mit hohen Schwellenspannungen.
  • In der Internationalen Patentanmeldung WO 91/00898 sind STN-Anzeigen mit vergleichsweise kurzen Schaltzeiten, aber hohen Schwellenspannungen beschrieben, die auf Verbindungen mit einem terminalen ein- oder zweifach fluorierten Benzolring basieren.
  • DE 44 16 455 A1 unf WO 95/04 789 A1 sind, wie die vorliegende Anmeldung, auf Flüssigkristallmischungen für STN-Anzeigen gerichtet. Sie offenbaren jedoch keine Flüssigkristallmischungen mit einer Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung und mit den damit einhergehenden Eigenschaften.
  • Aus der Europäischen Patentanmeldung EP 0 681 022 sind flüssigkristalline Zusammensetzungen bekannt, die Verbindungen der Formel
    Figure 00040001
    10% einer Verbindung der Formel
    Figure 00050001
    sowie andere Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von mehr als 1,5 enthalten.
  • Diese Zusammensetzungen besitzen jedoch Schwellenspannungen von mehr als 1,3 V.
  • Somit besteht immer noch die Forderung nach einer Verbesserung der Schwellenspannungen von STN-Anzeigen.
  • Weitere Anforderungen an eine STN-Anzeige sind eine höhere Multiplexierbarkeit, niedrigere Schwellenspannungen und eine steile Kennlinie.
  • Optimale Parameter lassen sich jedoch aufgrund der gegenläufigen Beeinflussung verschiedener Materialparameter wie dielektrische und elastische Eigenschaften nicht für alle der obengenannten Eigenschaften gleichzeitig erzielen.
  • Es besteht somit immer noch ein großer Bedarf an verbesserten STN-Anzeigen mit kurzen Schaltzeiten bei gleichzeitig großem Arbeitstemperaturbereich, hoher Kennliniensteilheit, guter Winkelabhängigkeit des Kontrastes und niedriger Schwellenspannung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, STN-Anzeigen bereitszustellen, die die obengenannten Nachteile nicht oder nur in geringem Maße und gleichzeitig sehr nützliche Gesamteigenschaften aufweisen.
  • Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man nematische Flüssigkristallmischungen verwendet, die
    • a) 20–90 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A, enthaltend eine oder mehrere Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von mehr als +1,5,
    • b) 10–65 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente B, enthaltend eine oder mehrere Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von –1,5 bis +1,5,
    • c) eine optisch aktive Komponente C in solch einer Menge enthält, daß das Verhältnis zwischen der Schichtdicke (Abstand der planparallelen Trägerplatten) und der natürlichen Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt, enthält und
    • d) einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60°C, eine Viskosität von nicht mehr als 35 mPa·s und eine Schwellenspannung von weniger als 1,5 V aufweist, wobei die dielektrischen Anisotropien der Verbindungen und die auf die nematische Flüssigkristallmischung bezogenen Parameter auf eine Temperatur von 20°C bezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A mindestens eine mesogene Verbindung der Formel I enthält,
      Figure 00060001
      worin R1 Alkyl mit 1 bis 8 C-Atomen, m 0 oder 1 und L H oder F bedeuten, und mindestens eine mesogene Verbindung der Formel II enthält,
      Figure 00070001
      worin R Alkyl, Alkoxy, Oxaalkyl, Alkenyl oder Alkenyloxy mit bis zu 12 C-Atomen,
      Figure 00070002
      Z1 eine Einfachbindung, Z2 -COO-, -CH2CH2- oder eine Einfachbindung und o 1 bedeuten, und daß die Komponente B mindestens eine mesogene Verbindung der Formel III23 enthält,
      Figure 00070003
      worin R5 einen Vinylrest und R6 Alkoxy mit bis zu 12 C-Atomen bedeuten und die 1,4-Phenylgruppe in Formel III23 einfach oder mehrfach mit Fluor substituiert sein kann.
  • Vorzugsweise weist die nematische Flüssigkristallmischung eine dielektrische Anisotropie von mindestens +8 auf, wobei die dielektrischen Anisotropien der Verbindungen und die auf die nematische Flüssigkristallmischung bezogenen Parameter auf eine Temperatur von 20°C bezogen sind.
  • Die Erfindung betrifft somit auch die Verwendung der Flüssigkristallmischungen in einer STN-Anzeige mit
    • – zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
    • – einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver dielektrischen Anisotropie,
    • – Elektrodenschichten mit überlagerten Orientierungsschichten auf der Innenseite der Trägerplatten,
    • – einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der auf der Oberfläche der Trägerplatten befindlichen Moleküle und den Trägerplatten von etwa 1 Grad bis 30 Grad sowie
    • – einem Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht dem Betrag nach zwischen 100° und 600°, wobei die nematische Flüssigkristallmischung
    • a) 20–90 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A, enthaltend eine oder mehrere Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von mehr als +1,5,
    • b) 10–65 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente B, enthaltend eine oder mehrere Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von –1,5 bis +1,5,
    • c) eine optisch aktive Komponente C in solch einer Menge enthält, daß das Verhältnis zwischen der Schichtdicke (Abstand der planparallelen Trägerplatten) und der natürlichen Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt, enthält und
    • d) einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60°C, eine Viskosität von nicht mehr als 35 mPa·s und eine Schwellenspannung von weniger als 1,5 V aufweist, wobei die dielektrischen Anisotropien der Verbindungen und die auf die nematische Flüssigkristallmischung bezogenen Parameter auf eine Temperatur von 20°C bezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A mindestens eine mesogene Verbindung der Formel I enthält,
      Figure 00100001
      worin R1 Alkyl mit 1 bis 8 C-Atomen, m 0 oder 1 und L H oder F bedeuten, und mindestens eine mesogene Verbindung der Formel II enthält,
      Figure 00110001
      worin R Alkyl, Alkoxy, Oxaalkyl, Alkenyl oder Alkenyloxy mit bis zu 12 C-Atomen,
      Figure 00110002
      Z1 eine Einfachbindung, Z2 -COO-, -CH2CH2- oder eine Einfachbindung und o 1 bedeuten, und daß die Komponente B mindestens eine mesogene Verbindung der Formel III23 enthält,
      Figure 00110003
      worin R5 einen Vinylrest und R6 Alkoxy mit bis zu 12 C-Atomen bedeuten und die 1,4-Phenylgruppe in Formel III23 einfach oder mehrfach mit Fluor substituiert sein kann.
  • Bevorzugt ist eine Flüssigkristallmischung, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A eine oder mehrere Verbindung ausgewählt aus den Formeln IIc, IId und IIf enthält:
    Figure 00130001
    worin R die oben angegebene Bedeutung besitzt.
  • Bevorzugt ist eine Flüssigkristallmischung, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A eine oder mehrere Verbindung ausgewählt aus den Formeln II'a, II'b, II'e, II'g und II'h enthält:
    Figure 00140001
    worin R die oben angegebene Bedeutung besitzt.
  • Vorzugsweise enthält die Komponenete B eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Formeln III und IV:
    Figure 00150001
    Figure 00160001
    worin
    R5 und R6 die für R angegebene Bedeutung besitzen,
    Figure 00160002
    und L1 die in Anspruch 5 angegebene
    Bedeutung besitzen,
    Z3 -COO-, CH2CH2-, -CH=CH- oder eine Einfachbindung,
    Z4 -COO- oder eine Einfachbindung und
    r 1, 2 oder 3 bedeuten.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Komponente B mindestens eine Verbindung der Formel III und mindestens eine Verbindung der Formel IV1,
    Figure 00160003
    worin R5' und R6' jeweils unabhängig voneinander Alkyl mit 1 bis 8 C-Atomen,
    L1 H oder F und
    k und 1 jeweils unabhängig voneinander 0 oder 1 bedeuten, insbesondere solche,
    worin
    L1 F,
    k 1 und
    l 0 bedeuten,
    und/oder mindestens eine Verbindung der Formel IV1, worin
    L1 H,
    k 0 und
    l 0 oder 1 bedeuten.
  • Gegenstand der Erfindung sind entsprechende Flüssigkristallmischungen.
  • Die Einzelverbindungen der Formeln I, II, III und IV und auch andere in den STN-Anzeigen einsetzbare Verbindungen sind entweder bekannt oder können analog zu den bekannten Verbindungen hergestellt werden.
  • Die Verbindungen der Formel I sind aus der EP 0 019 665 , die Verbindungen der Formel II z. B. aus der DE 39 29 525 und die Verbindungen der Formel IV1 aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 29 33 563 und DE 32 11 306 bekannt, doch findet sich in diesen Veröffentlichungen kein Hinweis darauf, daß sich die Steilheit und die Schwellenspannungen von STN-Anzeigen mit Hilfe dieser Verbindungen verbessern lassen.
  • Mit den erfindungsgemäßen Mischungen lassen sich STN-Anzeigen mit hohen Multiplexierverhältnissen, großem Arbeitstemperaturbereich, niedrigen Schwellenspannungen (unterhalb 1,5 Volt, vorzugsweise zwischen 1,00 und 1,40 Volt, insbesondere zwischen 1,05 und 1,30 Volt) und steilen Kennlinienkurven erzielen.
  • Die Verbindungen der Formeln I, II und III verleihen verbesserten STN-Zusammensetzungen insbesondere höhere Klärpunkte, wobei die Verbindungen der Formel II hohe Werte für das Verhältnis der elastischen Konstanten (K3/K1) aufweisen und daher hohe Steilheiten ergeben.
  • Die Mischungen gemäß der vorliegenden Erfindung besitzen eine optische Anisotropie (Δn) von mehr als 0,100, vorzugsweise von 0,100–0,140.
  • Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Mischungen eine oder mehrere Verbindungen der Formel II mit drei Ringen ausgewählt aus der folgenden Gruppe:
    Figure 00180001
    worin Alkyl eine Alkylgruppe mit bis zu 12 C-Atomen bedeutet.
  • Bevorzugte Mischungen enthalten zwei, drei oder mehr Verbindungen der Formeln I, IIc, III23 und IV.
  • Bevorzugte Flüssigkristallmischungen, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, enthalten zwei oder mehrere Verbindungen aus Gruppe A, vorzugsweise in einem Anteil von 20% bis 90%, insbesondere 35% bis 80%. Diese Verbindung bzw. Verbindungen aus Gruppe A besitzen eine dielektrische Anisotropie von mehr als +8 (vorzugsweise von mehr als +12) und stellen die Komponente A der erindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen dar.
  • Bevorzugte Flüssigkristallmischungen enthalten zwei oder mehr Verbindungen aus Gruppe B, vorzugsweise in einem Anteil von 10% bis 40%. Diese Verbindung bzw. diese Verbindungen aus Gruppe B besitzen entweder niedrige Werte für die Rotationsviskosität (γ1) < 150 mPa·s oder einen Klärpunkt von mehr als 120°C und sind dielektrisch neutral ((Δ∊) < 2) oder von mittlerer Polarität (Δ∊ im Bereich von +2 bis +10, vorzugsweise +4 bis +8) und stellen die Komponente B der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen dar.
  • Vorzugsweise enthält Gruppe B neben den Verbindungen der Formeln I und II eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus III1 bis III8 mit zwei Ringen:
    Figure 00190001
    Figure 00200001
    worin R5 und R6 die für R angegebene Bedeutung besitzen, und/oder eine oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus III9 bis III25 mit drei Ringen:
    Figure 00210001
    Figure 00220001
    worin R5 und R6 die für R angegebene Bedeutung besitzen und die 1,4-Phenylengruppen in den Formeln III9 bis III18 und III22 und III23 jeweils unabhängig voneinander auch durch Fluor einfach oder mehrfach substituiert sein können, und/oder eine oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus III26 bis III31:
    Figure 00230001
    worin R5 und R6 die für R angegebene Bedeutung besitzen und die 1,4-Phenylengruppen in III26 bis III31 jeweils unabhängig voneinander auch durch Fluor einfach oder mehrfach substituiert sein können.
  • Die Flüssigkristallmischungen enthalten auch eine optisch aktive Komponente C, und zwar in solch einer Menge, daß das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der planparallelen Trägerplatten) und natürlicher Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung bei Anpassung an den gewünschten Verdrillungswinkel mehr als 0,2 beträgt.
  • Geeignete Dotierstoffe lassen sich aus einer großen Vielfalt bekannter chiraler Stoffe und im Handel erhältlicher Dotierstoffe wie Cholesteryl-nonanoat, S-811 (E. Merck, Darmstadt, BRD) und CB 15 (BDH, Poole, Großbritannien) auswählen. Deren Wahl ist an sich nicht kritisch.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die Flüssigkristallmischungen eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus Gruppe T bestehend aus den Verbindungen der Formeln T1 und T2:
    Figure 00240001
    L3 bis L6 jeweils unabhängig voneinander H oder F,
    R9 und R10 jeweils unabhängig voneinander R,
    X F, Cl oder OCF3 und
    Z0 -COO-, CH2CH2- oder eine Einfachbindung bedeuten.
  • Der Anteil der Komponente(n) aus Gruppe T beträgt vorzugsweise 5% bis 30%, insbesondere 5% bis 20%.
  • Vorzugsweise enthält Gruppe T eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus X bis XII:
    Figure 00250001
    worin R9 und R10 die angegebene Bedeutung besitzen, insbesondere solche, worin R9 Alkyl mit 1 bis 4, ganz besonders bevorzugt 1 oder 2 C-Atomen, und R10 Alkoxy mit 1 bis 4, ganz besonders bevorzugt 1 oder 2 C-Atomen bedeuten.
  • Besonders bevorzugte Verbindungen der Formeln III2 und III4 sind solche der folgenden Teilformel:
    Figure 00250002
    worin
    Ring A 1,4-Phenylen oder trans-1,4-Cyclohexylen,
    R13 CH3-(CH2)n-O- oder trans-H-(CH2)r-CH=CH-(CH2-CH2)s-CH2-O- und
    R14 CH3-(CH2)t- bedeuten, wobei
    n 1, 2, 3 oder 4,
    r 0, 1, 2 oder 3,
    s 0 oder 1 und
    t 1, 2, 3 oder 4 bedeuten.
  • Der Anteil dieser Verbindungen oder der Verbindungen der Formel III2 und/oder III4 beträgt vorzugsweise ca. 2% bis 15%, insbesondere bevorzugt ca. 4% bis 10%.
  • Erfindungsgemäße Mischungen, die mindestens eine Verbindung der Formel II und mindestens zwei Verbindungen der Formel I enthalten, sind besonders bevorzugt.
  • Der Anteil der Verbindungen der Formeln I und II beträgt vorzugsweise ca. 20% bis 75%, insbesondere 40% bis 70%.
  • Der Anteil der Verbindungen der Formel I mit m gleich 0 beträgt vorzugsweise 10 bis 35%, insbesondere 15 bis 30%. Der Anteil der Verbindungen der Formel II beträgt vorzugsweise 10% bis 30%, insbesondere 15 bis 25%.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mischungen ca. 5% bis 35%, insbesondere bevorzugt ca. 10% bis 20% an flüssigkristallinen Tolanverbindungen. Hierdurch kann bei geringeren Schichtdicken (etwa 5–6 μm) gearbeitet werden, wodurch die Schaltzeiten deutlich kürzer werden. Besonders bevorzugte Tolane sind nachstehend angegebene:
    Figure 00260001
    R9 ist vorzugsweise n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen,
    Z0 ist vorzugsweise -CH2CH2- oder eine Einfachbindung,
    Figure 00260002
    vorzugsweise
    Figure 00270001
    Q3 ist vorzugsweise
    Figure 00270002
    oder
    Figure 00270003
    wobei
    R10 vorzugsweise n-Alkyl oder n-Alkoxy mit jeweils 1 bis 7 C-Atomen oder n-Alkenyl oder n-Alkenyloxy mit jeweils 3 bis 7 C-Atomen bedeutet.
  • Vorzugsweise enthält die Komponente A eine oder mehrere Verbindungen der Formel T1b
    Figure 00270004
    worin
    Figure 00270005
    n eine ganze Zahl von 1 bis 15 und L5 und L6 jeweils unabhängig voneinander H oder F bedeuten.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die nematische Mischung
    20–65% an einer oder mehreren Verbindungen der Formel I,
    10–30% an zwei oder mehr Verbindungen ausgewählt aus der Formel II,
    20–40% an einer oder mehreren Verbindungen der Formel III und
    5–20% an zwei oder mehr Verbindungen der Formel IV.
  • Diese Mischungen zeigen sehr kurze Schaltzeiten von weniger als 450 ms, eine Steilheit von 1,05 bis 1,20, eine Doppelbrechung zwischen 0,10 und 0,14 und eine Schwellenspannung zwischen 1,0 und 1,4 Volt.
  • In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen enthalten die Mischungen
    • – 10–35% an einer oder mehreren Verbindungen der Formel I mit m gleich 0, 8–30% an zwei oder mehr Verbindungen ausgewählt aus der Formel I mit m gleich 1, 10–30% an einer oder mehreren Verbindungen der Formel II 20–40% an zwei oder mehr Verbindungen der Formel III und 5–20% an einer oder mehreren Verbindungen der Formel IV,
    • – mindestens eine Verbindung aus der folgenden Gruppe:
      Figure 00280001
      Figure 00290001
      worin Alkyla eine geradkettige Alkylgruppe mit 2-7 C-Atomen ist,
    • – eine oder mehrere Verbindungen, worin R eine trans-Alkenylgruppe oder eine trans-Alkenyloxygruppe ist,
    • – eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der folgenden Gruppe:
      Figure 00290002
      worin R5 und R6 die für die Komponente B angegebenen bevorzugten Bedeutungen besitzen, wobei der Anteil dieser Verbindungen 0% bis 50%, vorzugsweise ca. 20% bis 40% beträgt.
  • In der Regel besteht die Komponente B aus 3 bis 10, vorzugsweise aus 4 bis 9 verschiedenen Verbindungen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Komponente B im wesentlichen aus:
    • – mindestens einer Verbindung ausgewählt aus den folgenden Formeln:
      Figure 00300001
      Figure 00310001
  • In diesen Formeln bedeuten CmH2m+1 und CmH2m+1 Jeweils unabhängig voneinander Alkyl mit bis zu 12 C-Atomen.
  • In der Regel besteht die Komponente A aus 2 bis 9, vorzugsweise 4 bis 7 Verbindungen. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Komponente A im wesentlichen aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus den Formeln I und II, insbesondere ausgewählt aus den folgenden Formeln:
    Figure 00310002
    Figure 00320001
  • In diesen Formeln bedeutet CnH2n+1 Alkyl mit der bei den Formeln I und II angegebenen Bedeutung.
  • Der Aufbau der Flüssigkristall-Anzeigeelemente aus Polarisatoren, Elektrodengrundplatten und Elektroden mit solch einer 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. Anzeigen mit einem Verdrillungswinkel zwischen 220° und 270° sind bevorzugt. Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise hier weit gefaßt und umfaßt auch alle Abwandlungen und Modifikationen der Supertwistzelle, insbesondere auch Matrixanzeigeelemente. Der Oberflächentiltwinkel an den beiden Trägerplatten kann gleich oder verschieden sein. Gleiche Tiltwinkel sind bevorzugt.
  • Ein wesentlicher Unterschied der Anzeigeelemente zu den bisher üblichen auf der Basis der verdrillten nematischen Zelle besteht jedoch in der Wahl der Flüssigkristallkomponenten der Flüssigkristallschicht.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristallmischungen erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die gewünschte Menge der in verhältnismäßig geringer Menge verwendeten Komponenten in den 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.
  • Die Dielektrika können auch weitere, dem Fachmann bekannte und in der Literatur beschriebene Zusätze enthalten. Beispielsweise können 0–15% pleochroitische Farbstoffe zugesetzt werden.
  • Auch ohne weitere Erläuterungen wird angenommen, daß der Fachmann anhand der vorhergehenden Beschreibung die vorliegende Erfindung maximal nutzen kann. Die bevorzugten spezifischen Ausführungsformen sind daher lediglich als Veranschaulichung und in keiner Weise als Beschränkung aufzufassen.
  • Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen.
  • Die Abkürzungen haben folgende Bedeutungen:
    • Kp. Klärpunkt
      Figure 00330001
    • Ton Zeit vom Einschalten bis zum Erreichen von 90% des maximalen Kontrastes, Toff Zeit vom Ausschalten bis zum Erreichen von 10% des maximalen Kontrastes,
    • V10 Schwellenspannung (Volt)
    • V90 Sättigungsspannung (Volt)
    • V90/V10 Steilheit
  • Die STN-Anzeige wird im Multiplexierbetrieb adressiert (Multiplexierverhältnis 1:240, Bias 1:15).
  • Vor- und nachstehend sind alle Temperaturen in °C angegeben. Prozentangaben bedeuten Gewichtsprozent. Die Werte für die Schaltzeiten und Viskositäten sind auf 20°C bezogen.
  • In der vorliegenden Patentanmeldung und in den folgenden Beispielen sind alle chemischen Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch Acronyme angegeben, wobei die Transformation in chemische Formeln wie nachstehend gezeigt erfolgt. Alle Reste CnH2n+1 und CmH2m+1 sind geradkettige Alkylgruppen mit n bzw. m Kohlenstoffatomen. 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 ein Code für die Substituenten R1, R2, L1, L2 und L3:
    Code für R1, R2, L1, L2, L3 R1 R2 L1 L2 L3
    nm CnH2n+1 CmH2m+1 H H H
    nOm CnH2n+1 OCmH2m+1 H H H
    nO.m OCnH2n+1 CmH2m+1 H H H
    n CnH2n+1 CN H H H
    nN.F CnH2n+1 CN H F H
    nF CnH2n+1 F H H H
    nOF OCnH2n+1 F H H H
    nCl CnH2n+1 Cl H H H
    nF.F CnH2n+1 F H F H
    nOmFF CnH2n+1 OCmH2m+1 F F H
    nmF CnH2n+1 CmH2m+1 F H H
    nCF3 CnH2n+1 CF3 H H H
    nOCF3 CnH2n+1 OCF3 H H H
    nOCF2 CnH2n+1 OCHF2 H H H
    nS CnH2n+1 NCS H H H
    rVsN CrH2r+1-CH=CH-CsH2s- CN H H H
    rEsN CN H H H
    nNF CnH2n+1 CN F H H
    nAm CnH2n+1 COOCmH2m+1 H H H
    nF.Cl CnH2n+1 F H Cl H
    V-OT H2C=CH OCF3 H H H
    nV-OT CnH2n+1-CH=CH- OCF3 H H H
    nE3OCF3 CnH2n+1OC3H6- OCF3 H H H
    nF.F.F CnH2n+1 F H F F
    Tabelle A:
    Figure 00360001
    Tabelle B:
    Figure 00360002
    Figure 00370001
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Eine STN-Anzeige mit den folgenden Parametern:
    Verdrillungswinkel 240°
    Bias 1:16
    Multiplexierverhältnis 1:240
    Bildfrequenz 80 Hz
    Tiltwinkel 5°
    d 7 μm
    und einem flüssigkristallinen Medium mit den folgenden Eigenschaften:
    Klärpunkt +89°C
    Δn 0,1101
    und bestehend aus einer achiralen Basismischung:
    ME2N.F 8,0%
    ME3N.F 8,0%
    ME4N.F 8,0%
    ME5N.F 3,0%
    HP-3N.F 5,0%
    HP-4N.F 5,0%
    HP-5N.F 5,0%
    CCH-301 17,0%
    CCP-3F.F.F 12.0%
    CCP-5F.F.F 8,0%
    CP-33F 4,0%
    CP-35F 4,0%
    CH-33 5,0%
    CH-35 4,0%
    CH-43 4,0%
    und dotiert mit 0,7%
    Figure 00380001
    zeigt folgende Schalteigenschaften:
    V10 1,1 V
    V90/V10 1,10
  • Beispiel 1
  • Eine STN-Anzeige mit den folgenden Parametern:
    Verdrillungswinkel 220°
    c 8 μm
    und einem flüssigkristallinen Medium mit den folgenden Eigenschaften:
    Klärpunkt 100°C
    Δn 0,1142
    und bestehend aus:
    ME2N.F 7,0%
    ME3N.F 7,0%
    ME4N.F 10,0%
    ME5N.F 10,0%
    PCH-301 3,0%
    CCH-301 6,0%
    CCZU-2F 4,0%
    CCZU-3F 6,0%
    CCZU-5F 6,0%
    CCP-3F.F.F 6,0%
    CVCP-V-01 6,0%
    CP-33F 8,0%
    CP-35F 8,0%
    CP-55F 8,0%
    CCPC-34 5,0%
    und dotiert mit S-811, zeigt folgende Schalteigenschaften:
    V10 1,20 V
    V90/V10 1,067

Claims (8)

  1. Nematische Flüssigkristallmischung, die a) 20–90 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A, enthaltend eine oder mehrere Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von mehr als +1,5, b) 10–65 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente B, enthaltend eine oder mehrere Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von –1,5 bis +1,5, c) eine optisch aktive Komponente C in solch einer Menge enthält, daß das Verhältnis zwischen der Schichtdicke (Abstand der planparallelen Trägerplatten) und der natürlichen Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt, enthält und d) einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60°C, eine Viskosität von nicht mehr als 35 mPa·s und eine Schwellenspannung von weniger als 1,5 V aufweist, wobei die dielektrischen Anisotropien der Verbindungen und die auf die nematische Flüssigkristallmischung bezogenen Parameter auf eine Temperatur von 20°C bezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A mindestens eine mesogene Verbindung der Formel I enthält,
    Figure 00410001
    worin R1 Alkyl mit 1 bis 8 C-Atomen, m 0 oder 1 und L H oder F bedeuten, und mindestens eine mesogene Verbindung der Formel II enthält,
    Figure 00420001
    worin R Alkyl, Alkoxy, Oxaalkyl, Alkenyl oder Alkenyloxy mit bis zu 12 C-Atomen,
    Figure 00420002
    Z1 eine Einfachbindung, Z2 -COO-, -CH2CH2- oder eine Einfachbindung und o 1 bedeuten, und daß die Komponente B mindestens eine mesogene Verbindung der Formel III23 enthält,
    Figure 00420003
    worin R5 einen Vinylrest und R6 Alkoxy mit bis zu 12 C-Atomen bedeuten und die 1,4-Phenylgruppe in Formel III23 einfach oder mehrfach mit Fluor substituiert sein kann.
  2. Flüssigkristallmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A mindestens eine Verbindung der Formel I enthält, worin m 0 und L H bedeuten.
  3. Flüssigkristallmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A eine oder mehrere Verbindung ausgewählt aus den Formeln IIc, IId und IIf enthält:
    Figure 00430001
    worin R die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung besitzt.
  4. Flüssigkristallmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A eine oder mehrere Verbindung ausgewählt aus den Formeln II'a, II'b, II'e, II'g und II'h enthält:
    Figure 00440001
    worin R die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung besitzt.
  5. Flüssigkristallmischung nach einem oder mehreren der Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B eine oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Verbindungen der Formeln III und IV enthält:
    Figure 00450001
    worin R5 und R6 die in Anspruch 1 für R angegebene Bedeutung besitzen,
    Figure 00450002
    L1 und L2 jeweils unabhängig voneinander H oder F, Z3 -COO-, -CH2CH2-, -CH=CH- oder eine Einfachbindung, Z4 -COO- oder eine Einfachbindung und r 1, 2 oder 3 bedeuten.
  6. Flüssigkristallmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus X bis XII enthält:
    Figure 00460001
    worin R9 und R10 die in Anspruch 1 für R angegebene Bedeutung besitzen.
  7. Flüssigkristallmischung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nematische Mischung 10–35% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel I mit m gleich 0, 8–30% zweier oder mehrerer Verbindungen ausgewählt aus der Formel I mit m gleich 1, 10–30% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel II, 20–40% zweier oder mehrerer Verbindungen der Formel III und 5–20% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel IV enthält.
  8. Verwendung einer Flüssigkristallmischung mit der in einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 definierten Zusammensetzung in einer Supertwist-Flüssigkristallanzeige mit – zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden, – einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver dielektrischer Anisotropie, – Elektrodenschichten mit überlagerten Orientierungsschichten auf der Innenseite der Trägerplatten, – einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der auf der Oberfläche der Trägerplatten befindlichen Moleküle und den Trägerplatten von etwa 1° bis 30° sowie – einem Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht dem Betrag nach zwischen 100° und 600°.
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