DE3704435C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zusammensetzung für ein Flüssigkristall und insbesondere für eine Flüssigkeitskristallzusammensetzung, die in einer Flüssigkeitskristallvorrichtung angewandt werden kann, die durch ein Zwei-Frequenz- Adressierschema gesteuert wird.

Flüssigkeitskristallvorrichtungen sind schon bekannt aus einer Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise für Fernsehempfänger, Computerterminals und Büroausstattungen. In diesen Zubehörteilen besteht eine Anzeigevorrichtung aus einer Flüssigkeitskristallanzeigevorrichtung, die eine große Anzahl von Bildelementen aufweist. Diese Bildelemente sind in einer Matrizenform angeordnet und werden durch Multiplexverfahren betrieben. Wenn nun die Anzahl der Bildelemente in einer derartigen Flüssigkristallvorrichtung erhöht wird, vergrößert sich die Anzahl der zeitteiligen Operationen. Daher kann kein genügend guter Kontrast von Bildelementen im Zustand "AN" und "AUS" infolge eines Kreuzeffektphänomens oder dergleichen erhalten werden.

Eine konventionelle Flüssigkristallvorrichtung dieser Gattung kann in einem Drucker Anwendung finden, der kleine optische Blenden zur Steuerung der Lichtdurchlässigkeit und zum Abschirmen der Flüssigkristallelemente aufweist. In diesem Fall sind diese optischen Linsen in einer Zeile oder wenigen Zeilen angeordnet, um den Lichtdurchgang zu steuern und Buchstaben und Zahlen werden durch eine große Zahl von kleinen Lichtflächen gebildet. Die Größe der optischen Blende ist in einer derartigen Flüssigkristallvorrichtung sehr klein (z. B. 0,1 mm² oder weniger). Die Buchstaben und Zahlen auf einer Seite werden durch eine sehr große Zahl von Punkten dargestellt. Die optischen Blenden müssen mit einer sehr hohen Geschwindigkeit angetrieben werden, um eine Druckgeschwindigkeit eines zehnseitigen Dokuments (mit einer Seitengröße DIN-A 4) pro Minute zu erreichen. Die konventionellen Antriebsmöglichkeiten können diese Anforderung jedoch nicht hinreichend erfüllen.

Es ist nun bekannt, daß ein Zwei-Frequenz-Adressierungsschema, welches ein bielektrisches Ausbreitungsphänomen anwendet, das oben beschriebene Problem löst. Gemäß dieser Betriebstechnik, wird eine hochfrequente (z. B. 100 kHz) Signalspannung an einem Flüssigkeitskristall angelegt, um die Achsen des Flüssigkristallmoleküls in eine Richtung senkrecht zum elektrischen Feld zu orientieren und eine niederfrequente (z. B. 200 Hz) Signalspannung, um die Achsen in eine dazu parallele Richtung auszurichten.

Entsprechend des Zwei-Frequenzen-Adressierungsschemas werden beide Eigenschaften, nämlich die lichtaussendende und die lichtabsorbierende der Flüssigkristallmoleküle der Flüssigkristallvorrichtung mittels unterschiedlicher elektrischer Felder gesteuert und dadurch kann die Flüssigkeitskristallvorrichtung mit einer sehr hohen Geschwindigkeit betrieben werden.

Ein typisches Beispiel für eine Anzeigevorrichtung, die mittels des Zwei-Frequenz-Adressierungsschemas betrieben wird, ist in dem U.S.-Patent mit der Nummer 42 36 155 offenbart. Zusammensetzung für Flüssigkristalle, die in derartigen Anzeigevorrichtungen angewandt werden, sind zum einen im japanischen Patent (Kokai) Nr. 58-1 18 886 und andererseits in dem U.S.-Patent 45 50 981 ausgeführt. Gemäß dem Zwei-Frequenz-Adressierungsschema wird die Flüssigkristallvorrichtung bei verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit betrieben und das Kreuzeffektphänomen kann unterdrückt werden, um so den Kontrast zu verbessern. Allerdings hat die Flüssigkristallzusammensetzung, die in dieser Vorrichtung angewandt wird, noch nicht die Eigenschaften, die eine Hochgeschwindigkeitsantwort im Drucker erfüllt.

Die Flüssigkristallblenden in den Druckern, welche mittels des Zwei-Frequenz-Adressierungsschemas und den Flüssigkeitskristallzusammensetzungen, welche in den Flüssigkristallblenden verwandt werden, werden in den japanischen Patenten (Kokai) mit den Nummern 57-83 577 und 57-5 780 und den U.S. Patenten mit den Nummern 45 59 161 und 46 09 256 beschrieben. Wenn die Flüssigkristallblenden mittels des Zwei-Frequenz-Adressierungsschemas betrieben werden, können sie bei einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit angesteuert werden.

Die Flüssigkristallzusammensetzungen, die in den Flüssigkristallvorrichtungen, welche mittels des Zwei- Frequenz-Adressierungsschemas betrieben werden, angewandt werden, sind in dem japanischen Patent (Kokai) Nr. 57-5 782 und denb U.S.-Patenten mit den Nummern 45 66 759, 44 60 770 und 43 87 038 und dem GB-Patent mit der Nummer 20 85 910 beschrieben.

Diese Flüssigkristallzusammensetzungen enthalten zwei oder drei Benzolringe und/oder Zyklohexanringe als Hauptbestandteile. Diese Flüssigkristallmaterialien haben kleine Absolutwerte an dielektrischer Anisotropie und hohe Kreuzungspunktfrequenzen fc eine "0" dielektrische Anisotropie Δε . Daher ist der Absolutwert der dielektrischen Anisotropie klein und/oder die Kreuzungspunktfrequenz ist hoch.

Die Antwortcharakteristik der Flüssigkristallzusammensetzung, welche in der Flüssigkristallvorrichtung angewandt wird, hängt hauptsächlich vom Wert der dielektrischen Anisotropie Δε , der Viskosität, und der elastischen Konstante der Zusammensetzung ab. Insbesondere wird das Reaktionsvermögen der Flüssigkristallmoleküle immer schneller, je größer der Absolutwert der dielektrischen Anisotropie Δε wird. Zusätzlich reicht eine geringe Betriebsspannung aus, da die Flüssigkeitskristallmoleküle in einem schwachen elektrischen Feld reagieren. Je geringer die Viskosität ist, desto kürzer sind die Antwortzeiten. Je kleiner die elastischen Konstanten sind, desto kürzer werden ebenfalls die Antwortzeiten.

Ein HF-Strom kann kleingehalten werden bei niedrigen Kreuzungspunktfrequenzen. Daher kann der Leistungsverbrauch verringert werden und gleichzeitig die Wärmeerzeugung infolge der Kapazität und die Joule′sche Wärmeerzeugung infolge des Widerstandes in dieser Vorrichtung unterdrückt werden. Zusätzlich kann der Aufbau des Anzeigesteuerteils einfach gehalten werden.

Keine der existierenden Flüssigkristallzusammensetzungen erfüllt all die zuvor beschriebenen Bedingungen. Ein gewünschtes Flüssigkristallmaterial wird daher derzeit durch Zusammenmischen von verschiedenen Flüssigkeitskristallzusammensetzungen, die jeweils zumindest eine der gewünschten Eigenschaften aufweisen, hergestellt. Verschiedene Flüssigkristallzusammensetzungen, welche auf diese Art und Weise hergestellt werden, haben folgende Nachteile. Selbst wenn die Zusammensetzungen niedrige Kreuzungspunktfrequenzen aufweisen, haben sie kleine Absolutwerte der dielektrischen Anisotropie. Wenn sie wiederum große Absolutwerte an dielektrischer Anisotropie aufweisen, haben sie hohe Kreuzungspunktfrequenzen. Wenn manche Flüssigkristallzusammensetzungen hohe Absolutwerte an dielektrischer Anisotropie aufweisen, niedrige Kreuzungspunktfrequenzen und niedrige Viskositäten, so haben sie hohe elastische Anteile, die mit einer Hochgeschwindigkeitsantwort einhergehen. Es folgt daraus, daß diese Zusammensetzungen sich nicht für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb eignen.

Um das zuvor aufgeführte Problem zu lösen, schlug der Anmelder der vorliegenden Erfindung früher schon einmal eine Flüssigkristallzusammensetzung vor, die dadurch dargestellt wurde, daß eine Zusammensetzung, die eine Esterbindung und zwei oder drei Benzolringe und/oder Zyklohexanringe aufwies, mit einer Vierringzusammensetzung, die eine Esterbindung, vier Benzolringe und/oder Zyklohexanringe aufwies, und einer Zyangruppe am Ende, wie in der U.S.-Anmeldung mit der Seriennummer 7 62 615 beschrieben wurde. Diese Flüssigkristallzusammensetzung wies ein typisches dielektrisches Ausbreitungsphänomen auf. Gleichzeitig wies die Zusammensetzung einen hohen Absolutwert an dielektrischer Anisotropie auf, eine niedrige Viskosität und eine niedrige elastische Konstante. Daher ist die resultierende Flüssigkristallzusammensetzung für eine Vorrichtung mit Hochgeschwindigkeitsflüssigkeitskristallen geeignet. Dennoch hat die Zusammensetzung eine zu hohe Kreuzungspunktfrequenz.

Ein Flüssigkristall, welches in einem Drucker oder dergleichen verwandt wird, hat eine Zeitdauer von 2 msec oder weniger, um den lichtdurchlassenden Status (AN) und den lichtabsorbierenden Status (AUS) einer optischen Flüssigkristallblende zu steuern und ein Drucken mit anwendungsrelevanter Geschwindigkeit zu gewährleisten (z. B. ca. zehn DIN-A 4 Seiten pro Minute). Solch ein optischer Verschluß muß unter Verwendung eines HF- elektrischen Feldes betrieben werden, das eine verhältnismäßig hohe Frequenz, beispielsweise 100 kHz oder mehr aufweist und vorzugsweise 150 kHz oder mehr.

Die Kreuzungspunktfrequenz ändert sich in Abhängigkeit von den Temperaturen. Um den optischen Flüssigkristallverschluß stabil zu betreiben, muß die Frequenz des HF-elektrischen Felds, die darauf angewandt wird, in genügender Weise höher sein als die Kreuzungspunktfrequenz.

Die Flüssigkristallzusammensetzung gemäß der früheren US- Patentanmeldung fordert eine höhere Frequenz der HF- elektrischen Feldes, das auf die Flüssigkristallzusammensetzung angewandt werden muß, da die Kreuzungspunktfrequenz noch hoch ist. Wenn die Frequenz des HF- elektrischen Feldes hoch ist, fließt ein hoher Betrag an HF-Strom zwischen den gegenüberliegenden Elektroden der Flüssigkristallvorrichtung durch einen äquivalenten Kondensator. Daher wird viel dielektrische Wärme erzeugt. Weiterhin wird Joule′sche Wärme durch die Elektrodenwiderstände und die Widerstände der Zuführungsdrähte, welche mit diesen Elektroden verbunden sind, um sie mit der HF-Spannung zu versorgen, erzeugt. Bei einer Erwärmung werden die Betriebscharakteristika der Flüssigkristallvorrichtung verschlechtert. Zusätzlich wird der Leistungsverbrauch in unerwünschtem Maße gesteigert, da ein großer Betrag von HF-Strom fließt. Ein komplizierter elektronischer Schaltkreis ist notwendig, um ein Betriebssignal zum Anlegen des HF- elektrischen Feldes zu erzeugen. Daher muß eine Flüssigkristallzusammensetzung, die in einer Flüssigkristallvorrichtung Anwendung findet, welche durch das Zwei-Frequenz-Adressierungsschema betrieben wird, ein typisches dielektrisches Ausbreitungsphänomen aufweisen, mit hoher Geschwindigkeit bei verhältnismäßig niedrigen Spannungen reagieren und geringere Kreuzungspunktfrequenzen aufweisen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristallzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, die mittels eines Zwei-Frequenz-Adressierungsschemas betrieben werden kann und die mit hoher Geschwindigkeit bei verhältnismäßig niedrigen Spannungen reagiert und eine niedrige Kreuzungspunktfrequenz aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Flüssigkristallzusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung auf einer Flüssigkristallverbindung basiert, die eine niedrige Viskosität hat und eine hohe Kompatibilität mit anderen Flüssigkristallverbindungen aufweist und dadurch dargestellt wird, daß mit ihr ein bestimmtes Flüssigkristallmaterial gemischt wird, daß zumindest eine Vierringzusammensetzung gemischt wird, die vier Benzolringe und/oder Zyklohexanringe enthält.

Die Flüssigkristallzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein erstes Flüssigkristallmaterial, das zumindest aus einem Bestandteil besteht, der aus dem Bereich derjenigen Bestandteile gewählt ist, der durch folgende allgemeine Formel (I) wiedergegeben wird:

(in welcher R¹ und R² unabhängig voneinander Alkylreste darstellt, die zwischen 1 und 5 Kohlenstoffatome aufweist) und die Zusammensetzung enthält weiterhin ein zweites Flüssigkristallmaterial, das zumindest aus einer Komponente, welche aus den Komponenten, die aus den allgemeinen Formeln (II) bis (VII) ausgewählt sind, und zumindest eine Komponente, die durch die allgemeine Formel (VII) dargestellt ist, enthalten:

(in denen sowohl R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷ wie auch R⁸ unabhängig voneinander einen Alkylrest darstellen, der 2 bis 7 Kohlenstoffatome aufweist). Die Flüssigkristallzusammensetzung enthält 45 bis 70 Gewichtsprozent des ersten Flüssigkristallmaterials und 30 bis 55 Gewichtsprozent des zweiten Flüssigkristallmaterials, welches 5 bis 15 Gewichtsprozent der Zusammensetzung enthält, die durch die allgemeine Formel (VII) wiedergegeben wird. Die dielektrische Anisotropie der resultierenden Flüssigkristallzusammensetzung ist in einem elektrischen Feld niedriger Frequenz (z. B. 4 bis 5 kHz) positiv und in einem elektrischen Feld mit HF-Frequenzen (100 bis 300 kHz) negativ.

Die Flüssigkristallzusammensetzung, welche durch Zusammenmischung der spezifischen Komponenten bei einem spezifischen Mischungsverhältnis hergestellt wird, enthält eine Vierrringkomponente, welche vier Benzolringe und/oder Zyklohexanringe beinhaltet. Insbesondere weist sie ein typisches dielektrisches Ausbreitungsphänomen auf, da die Flüssigkristallzusammensetzung den Bestandteil, welcher durch die allgemeine Formel (VII) bezeichnet ist, enthält. Die resultierende Zusammensetzung hat einen hohen Absolutwert der dielektrischen Anisotropie, eine niedrige Viskosität und daher eine geringe elastische Konstante und die Zusammensetzung weist gute andere Charakteristika auf. Zusätzlich ist die Kreuzungspunktfrequenz niedrig. Die Flüssigkristallvorrichtung, welche diese Flüssigkristallzusammensetzung anwendet, kann auf AN und/oder AUS mit hohen Geschwindigkeiten angesteuert werden. Wie zuvor beschrieben kann die Frequenz des HF-elektrischen Feldes bis auf 200 kHz oder weniger (z. B. 150 kHz) vermindert werden, da die Kreuzungspunktfrequenz niedrig ist. Daher wird das Flüssigkristall nicht erwärmt, und der Leistungsverbrauch kann reduziert werden. Da die HF-elektrische Feldfrequenz reduziert wird kann die Anordnung des elektrischen Schaltkreises zum Betreiben der Flüssigkristallvorrichtung vereinfacht werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

Es wurden ausführliche und aufwendige Untersuchungen angestellt, um eine Flüssigkristallzusammensetzung zu entwickeln, die geeignet ist, in einer Flüssigkristallvorrichtung Verwendung zu finden, wobei die Lichtdurchlässigkeit und Abschirmung gesteuert werden kann, die Flüssigkristallzusammensetzung gute Antwortcharakteristika und eine niedrige Kreuzungspunktfrequenz aufweist. Die vorgestellte Aufgabe konnte gelöst werden durch Zumischen eines zweiten Flüssigkristallmaterials von zumindest einer Vierringkomponente, die eine Esterbindung aufweist, zu einem ersten Flüssigkristallmaterial, welches eine niedrige Viskosität hat und eine hohe Kompatibilität mit anderen Flüssigkristallverbindungen. Die Vierringkomponente hat vier Benzolringe und/oder Zyklohexanringe und eine Esterbindung. Eine Esterbindung, die Fluorobiphenyl enthält, ist ganz besonders bevorzugt.

Insbesondere das erste Flüssigkristallmaterial ist eine Flüssigkristallverbindung, die eine niedrige Viskosität (10 bis 20 cP bei 25°C) aufweist, eine gute Kompatibilität mit anderen Flüssigkristallzusammensetzungen aufweist und ein niedriges Δε (-1,0 bis -1,5) aufweist. Eine derartige Flüssigkristallverbindung wird durch die allgemeine Formel (I) dargestellt:

(in der sowohl R¹ und R² unabhängig voneinander Alkylgruppen darstellen, die 1 bis 5 Kohlenstoffatome beinhalten). Eine oder mehrere der Flüssigkristallzusammensetzungen gemäß der allgemeinen Formel (I) dient als erstes Flüssigkristallmaterial.

Das zweite Flüssigkristallmaterial der Flüssigkristallzusammensetzung weist eine dielektrische Ausbreitungseigenschaft auf und hat ein großes Δε (+5 bis +40) bei einer niedrigen Frequenz (NF) und ein kleines Δε (-0,5 bis -2) bei einer HF-Frequenz (H) und wird mit dem ersten Flüssigkristallmaterial als Grundstoff zusammengemischt. Das zweite Flüssigkristallmaterial steuert die dielektrische Ausbreitungseigenschaft der Flüssigkristallzusammensetzung bei. Die Flüssigkristallverbindung ist eine Dreiring- oder Vierringverbindung, die eine Esterbindung und drei oder vier Benzolringe und/oder Zyklohexanringe aufweist. Derartige Flüssigkristallverbindungen können durch die in der Folge aufgeführten allgemeinen Formeln charakterisiert werden:

(in diesen stellen R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷ und R⁸ in unabhängiger Weise Alkylgruppen mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen dar). Unter den Flüssigkristallverbindungen, welche durch die allgemeinen Formeln (II-VII) dargestellt sind, sind die Vierringverbindungen, welche durch die allgemeinen Formeln (V), (VI) und (VII) dargestellt sind, wirksam, um die Kreuzpunktfrequenzen der Flüssigkristallzusammensetzung zu reduzieren. Insbesondere die Vierringflüssigkristallzusammensetzung, welche durch die allgemeine Formel (VII) dargestellt wird, bewirkt typischerweise eine Reduzierung der Kreuzpunktfrequenz. Die Flüssigkristallzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet zumindest eine Flüssigkristallverbindung, die durch die allgemeine Formel (VII) dargestellt wird. Vorzugsweise beinhaltet das zweite Flüssigkristallmaterial zumindest eine Vierringflüssigkristallzusammensetzung, die durch die allgemeine Formel (V) und (VI) dargestellt wird und/oder zumindest einen Flüssigkristallverbindung gemäß der allgemeinen Formeln (II) bis (IV) zusätzlich zu der Flüssigkristallverbindung, welche durch die allgemeine Formel (VII) dargestellt wird. Im einzelnen beinhaltet das zweite Flüssigkristallmaterial vorzugsweise eine der beiden Flüssigkristallverbindungen, die durch die allgemeinen Formeln (V) und (VI) dargestellt werden, zusätzlich zu der Verbindung gemäß (VII).

Die Flüssigkristallzusammensetzungen gemäß der Erfindung enthält 45 bis 70 Gewichtsprozent des ersten Flüssigkristallmaterials und 30 bis 55 Gewichtsprozent des zweiten Flüssigkristallmaterials im Hinblick auf den gesamten Gehalt der resultierenden Flüssigkristallzusammensetzung. In diesem Fall ist die durch die Formel (VII) dargestellte Flüssigkristallverbindung vorzugsweise zu einem Betrag von 5 bis 15 Gewichtsprozent enthalten.

Um bessere Charakteristika zu erhalten, wird ein drittes Flüssigkristallmaterial zugemischt, so daß die dielektrische Anisotropie der Flüssigkristallzusammensetzung in negativer Richtung hin vermindert wird und gleichzeitig die Kreuzpunktsfrequenz vermindert wird. Um den Absolutwert von Δε im HF-elektrischen Feld zu vergrößern, wird eine Flüssigkristallverbindung, die ein großes Δε (von -20) aufweist, herangezogen. Diese Verbindung kann durch die folgende allgemeine Formel beschrieben werden:

(in welcher sowohl R⁹ so wie R¹⁰ unabhängig voneinander Alkylgruppen mit 2 bis 5 Kohlenstoffatome darstellen). Der Gehalt des dritten Flüssigkristallmaterials fällt je nach Bedarf in den Bereich von 15 Gewichtsprozent oder weniger, und vorzugsweise 2 bis 15 Gewichtsprozent.

Die Flüssigkristallzusammensetzung, welche durch die obengenannten Flüssigkristallmaterialien dargestellt wird, enthält vorzugsweise den folgenden Anteil an dem zweiten Flüssigkristallmaterial. Wenn das zweite Flüssigkristallmaterial zumindest eine Flüssigkristallverbindung enthält, die durch die allgemeinen Formeln (V) und (VI) dargestellt werden, ist ein optimaler Gesamtgehalt einer derartigen Verbindung und der Verbindung, welche durch die allgemeine Formel (VII) dargestellt wird, vorzugsweise 5 bis 40 Gewichtsprozent. Insbesondere der Gehalt der zumindest einen Flüssigkristallverbindung, welche durch die allgemeine Formel (V) dargestellt ist, ist vorzugsweise 3 bis 20 Gewichtsprozent und der Gehalt der zumindest einen Flüssigkristallverbindung, welche durch die allgemeine Formel (VI) dargestellt ist, ist vorzugsweise 2 bis 15 Gewichtsprozent. Wenn das zweite Flüssigkristallmaterial die Flüssigkristallverbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (V) und (VI) enthält, wird entsprechend ein Gesamtgehalt der Verbindungen gemäß der Formeln (V), (VI), und (VII) vorzugsweise 30 bis 40 Gewichtsprozent betragen.

Das zweite Flüssigkristallmaterial enthält vorzugsweise zumindest eine Flüssigkristallverbindung gemäß der allgemeinen Formeln (V) und (VI) oder beide Flüssigkristallverbindungen gemäß der Formeln (II) und (III) entsprechend in Verbindung mit der Flüssigkristallverbindung gemäß der allgemeinen Formel (VII). Wenn das zweite Flüssigkristallmaterial zumindest eine der Flüssigkristallverbindungen, die durch die allgemeinen Formeln (V) und (VI) dargestellt wird, beinhaltet, ist der Gesamtgehalt der Flüssigkristallverbindung, welche durch die allgemeine Formeln (V) und/oder (VI) dargestellt wird, vorzugsweise 5 bis 35 Gewichtsprozent. Wenn das zweite Flüssigkristallmaterial die Flüssigkristallverbindung gemäß der allgemeinen Formeln (II) und (III) enthält, sind die Anteile der Flüssigkristallverbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (II) und (III) vorzugsweise 5 bis 20 Gewichtsprozent und entsprechend 5 bis 15 Gewichtsprozent. Zusätzlich ist eine Flüssigkristallkomponente gemäß der allgemeinen Formel (IV) vorzugsweise in einem Anteil von 2 bis 15 Gewichtsprozent enthalten.

Weiterhin beinhaltet das zweite Flüssigkristallmaterial vorzugsweise beide Flüssigkristallverbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (II) und (III) und entsprechend einer der Flüssigkristallverbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (V) und (VI) zusätzlich zu der Flüssigkristallverbindung gemäß der allgemeinen Formel (VIII). In diesem Fall ist der Anteil der Flüssigkristallzusammensetzung gemäß der allgemeinen Formeln (II), (III), (V) und (VI) vorzugsweise 5 bis 20 Gewichtsprozent, 5 bis 15 Gewichtsprozent, 2 bis 20 Gewichtsprozent und 5 bis 15 Gewichtsprozent.

Der Anteil des zweiten Flüssigkristallmaterials sollte derart ausgewählt werden, daß dessen Gesamtgehalt in einem Bereich von 30 bis 55 Gewichtsprozent der resultierenden Flüssigkristallzusammensetzung fällt, wie zuvor festgestellt.

In den Flüssigkristallverbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (I) bis (VIII), ist in der allgemeinen Formel (I) R¹ vorzugsweise ein Propyl-, Butyl- oder Pentylrest und R² ist vorzugsweise ein Methyl-, Ethyl- oder Butylrest. R³ ist in der allgemeinen Formel (II) vorzugsweise ein Ethyl- oder Penthylrest. R⁴ ist in der allgemeinen Formel (III) vorzugsweise ein Pentyl- oder Heptylrest. R⁵ ist in der allgemeinen Formel (IV) vorzugsweise ein Propylrest. R⁶ ist in der allgemeinen Formel (V) vorzugsweise ein Propyl- oder Pentylrest. R⁷ ist in der allgemeinen Formel (VI) vorzugsweise ein Propyl- oder Pentylrest. R⁸ ist in der allgemeinen Formel (VII) vorzugsweise ein Propyl- oder Pentylrest und sowohl R⁹ wie auch R¹⁰ sind in der allgemeinen Formel (VIII) unabhängig voneinander Ethyl-, Propyl- oder Butylreste.

Die vorliegende Erfindung wird im weiteren Detail an Hand von Beispielen beschrieben:
Flüssigkristallverbindungen gemäß der Tabellen 1 und 2 werden in den angegebenen Mischungsverhältnissen zusammengegeben, um sieben Flüssigkristallverbindungen herzustellen. Unter Verwendung dieser Flüssigkristallzusammensetzungen werden die Flüssigkristallzellen hergestellt und bei zwei verschiedenen Frequenzen, d. h. 200 Hz und 100 kHz und bei einer Spannung von 25 V betrieben. Die Werte der dielektrischen Anisotropie . . . und der Kreuzungspunktfrequenzen fc dieser Zusammensetzungen wurden gemessen und in Tabelle 3 zusammengefaßt. Viskositäten (bei einer Meßtemperatur von 25°C) der Flüssigkristallzusammensetzungen werden ebenso in Tabelle 3 dargestellt. Die Wachstums- und Zerfallzeiten für die Flüssigkristallzusammensetzungen sind 0,5 msec oder weniger. Trotz einer Aufbewahrung für vier Tage in einem Kühlschrank bei 0°C froh keine der Verbindungen ein (Gefrierpunkt von 0°C oder weniger).

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

In der Zusammensetzung des Beispiels 1 entsteht das zweite Flüssigkristallmaterial durch Mischen von Dreiringflüssigkristallverbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (II), (III) und (IV) gemeinsam mit der Vierringflüssigkristallverbindung gemäß der allgemeinen Formel (VII). Die Kreuzpunktfrequenz der resultierenden Flüssigkristallzusammensetzungen kann durch Zumischen der Vierringflüssigkristallverbindung gemäß der allgemeinen Formel (VII) vermindert werden.

In den Verbindungen der Beispiele 2 und 7, wurden die zweiten Flüssigkristallmaterialien durch Mischen der Flüssigkristallverbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (VI) und (VII) mit Vierringverbindungen hergestellt. Da der Gehalt der Vierringverbindungen erhöht wird, werden die Kreuzungspunktfrequenzen der entsprechenden Verbindungen weiter reduziert, verglichen mit der Verbindung des Beispiels 1.

In der Zusammensetzung des Beispiels 3 wurde das zweite Flüssigkristallmaterial nur aus der Vierringkristallverbindung gemäß der Formeln (V), (VI) und (VII) hergestellt. Hier kann die Kreuzungspunktfrequenz der resultierenden Mischung sehr gering sein, obwohl die Anteile der Vierringverbindungen erhöht sind. In den Verbindungen der Beispiele 4, 5 und 6 wird das zweite Flüssigkristallmaterial durch Mischen der Flüssigkristallverbindung, welche durch die allgemeine Formel (V) dargestellt ist, mit der Flüssigkristallverbindung gemäß der allgemeinen Formeln (VII) hergestellt. Hierdurch kann die Kreuzungspunktfrequenz jeder resultierenden Verbindung vermindert werden.

Die Flüssigkristallverbindungen der Beispiele 1 bis 7 zeigen ein typisches dielektrisches Ausbreitungsphänomen. Die Absolutwerte der dielektrischen Anisotropie dieser Verbindungen sind groß und die elastischen Konstanten sind klein. Die Verbindungen eignen sich für eine Hochgeschwindigkeitsantwort. Zusätzlich bewirken die Vierringverbindungen eine Verminderung der Kreuzungspunktfrequenzen, so daß eine Verminderung der Frequenz des HF-elektrischen Felds bewirkt wird, welches entsprechend des Zwei-Frequenz- Adressierungsschemas angelegt wird. Dadurch kann Wärmeerzeugung der Flüssigkristallvorrichtung verhindert werden und der Leistungsverbrauch reduziert werden.

Die Flüssigkristallvorrichtungen, in denen die obengenannten Flüssigkristallzusammensetzungen eingesetzt werden, sind in folgender Weise aufgebaut: In jeder Vorrichtung sind jeweils ein Paar von Trägern angeordnet, die Elektroden in einem Abstand von circa 4,5 bis 5,5 µm aufweisen, so daß die Elektrodenoberflächen sich gegenüberliegen und die Flüssigkristallzusammensetzung ist hierzwischen eingelagert. Ein niederfrequentes (4 bis 5 kHz) elektrisches Feld und ein HF-(200-kHz-)elektrisches Feld sind selektiv an die Flüssigkristallvorrichtung angelegt, um die lichtdurchlassenden und lichtabschirmenden Zustände anzusteuern. Da die Flüssigkristallvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine niedrige Kreuzpunktsfrequenz aufweist, kann die Vorrichtung mittels eines elektrischen Feldes betrieben werden, die eine relativ niedrige Frequenz von 320 kHz und vorzugsweise 200 kHz oder weniger aufweist. Zusätzlich ist der Absolutwert der dielektrischen Ansiotropie groß, die Viskosität niedrig und die elastische Konstante gering. Dadurch können die Zustände zum Durchlassen und Abschatten des Lichts mit sehr hoher Geschwindigkeit angesteuert werden.

Claims (10)

1. Flüssigkristallzusammensetzung mit einem positiven Wert der dielektrischen Anisotropie in einem niederfrequenten elektrischen Feld und einem negativen Wert der dielektrischen Anisotropie in einem hochfrequenten elektrischen Feld, dadurch gekennzeichnet, daß es aus folgenden Bestandteilen aufgebaut ist:
- einem ersten Flüssigkristallmaterial, das zumindest aus einer Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (I) besteht: in der R¹ und R² unabhängig voneinander Alkylreste mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen darstellen, und
- einem zweiten Flüssigkristallmaterial, das zumindest aus einer Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (VII) neben Verbindungen gemäß der allgemeinen Formel (II) bis (VII) bestehen: in denen jeweils R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷ und R⁸ unabhängig voneinander Alkylreste mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen darstellen,
wobei das erste Flüssigkristallmaterial zu 45 bis 70 Gewichtsprozent in der Gesamtmischung enthalten ist und das zweite Flüssigkristallmaterial zu 30 bis 55 Gewichtsprozent und wobei das zweite Flüssigkristallmaterial 5 bis 15 Gewichtsprozent der Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (VII) enthält.

2. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Flüssigkristallmaterial eine Mischung ist, die zumindest eine der Verbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (V) und (VI) zusätzlich zu der Verbindung gemäß der Formel (VII) enthält.

3. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Flüssigkristallmaterial eine Mischung der Verbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (II) und (III) oder zumindest eine Verbindung gemäß der allgemeinen Formeln (V) und (VI) wobei die Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (II) einen Anteil von 5 bis 20 Gewichtsprozent, die Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (III) einen Gehalt von 5 bis 15 Gewichtsprozent, die Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (V) einen Anteil von 2 bis 20 Gewichtsprozent und die Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (VI) einen Gehalt von 2 bis 15 Gewichtsprozent annehmen kann.

4. Zusammensetzung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Flüssigkristallmaterial die Verbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (II) und (III) enthält und weiterhin 2 bis 5 Gewichtsprozent unter Bezugnahme auf das Gesamtgewicht der Flüssigkristallzusammensetzung eines dritten Flüssigkristallmaterials beinhaltet, das zumindest aus einer Verbindung gemäß der allgemeinen Formel: besteht, wobei jeweils R⁹ und R¹⁰ unabhängig voneinander Alkylreste mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen darstellen.

5. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Flüssigkristallmaterial die Verbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (II), (III) und (V) oder (VI) enthält, wobei die Verbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (II), (III), (V), und (VI), einen Anteil von 5 bis 20 Gewichtsprozent, von 5 bis 15 Gewichtsprozent, von 2 bis 20 Gewichtsprozent und von 2 bis 15 Gewichtsprozent annehmen können.

6. Zusammensetzung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Flüssigkristallmaterial alle Verbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (II), (III), (V) und (VII) enthält.

7. Zusammensetzung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein drittes Flüssigkristallmaterial enthalten ist, welches zumindest 2 bis 15 Gewichtsprozent eine Verbindung gemäß der allgemeinen Formel: enthält, worin jeweils R⁹ und R¹⁰ unabhängig voneinander Alkylreste mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen darstellen.

8. Zusammensetzung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Flüssigkristallmaterial alle Verbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (II), (III) und (VI) enthält.

9. Zusammensetzung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein drittes Flüssigkristallmaterial enthalten ist, welches zumindest 2 bis 15 Gewichtsprozent von zumindest eine Verbindung gemäß der Formel: enthält, worin jeweils R⁹ und R¹⁰ unabhängig voneinander ein Alkylrest mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen darstellt.

10. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Flüssigkristallmaterial zumindest eine Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (II), zumindest eine Verbindung gemäß der allgemeinen Formel (III) und zumindest eine der Verbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (V) und (VI) enthält, wobei die Verbindungen gemäß der allgemeinen Formeln (II), (III), (V) und (VI) jeweils einen Gehalt von 5 bis 20 Gewichtsprozent, 5 bis 15 Gewichtsprozent, 2 bis 20 Gewichtsprozent und 2 bis 15 Gewichtsprozent haben können und daß weiterhin ein drittes Flüssigkristallmaterial mit 15 Gewichtsprozent oder weniger zumindest eine Verbindung gemäß folgender Formel enthält, in der jeweils R⁹ und R¹⁰ unabhängig voneinander ein Alkylrest mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen darstellen.