DE3923750A1 - Fluessigkristallmedium mit grossem d/p-fenster - Google Patents
Fluessigkristallmedium mit grossem d/p-fensterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein nematisches flüssigkristallines Medium
mit positiver dielektrischer Anisotropie, enthaltend eine oder
mehrere achirale Flüssigkristallverbindungen und eine Dotierkomponente,
die aus einem oder mehreren chiralen Dotierstoffen
besteht.
Durch den Zusatz einer Dotierkomponente wird der nematischen Struktur
des Mediums ein makroskopischer Twist aufgezwungen, der durch den
Pitch p, d. h. die Strecke, entlang der die Helixachse um 2 π gedreht
wird, charakterisiert ist. Es gilt (bei Verwendung eines Dotierstoffs):
wobei HTP (Helical Twisting Power) das Drehvermögen und c die Konzentration
des Dotierstoffs (d. h. der zugesetzten chiralen Verbindung)
ist. Die Konzentration wird üblicherweise in Massenprozenten angegeben,
so daß HTP die Dimension einer reziproken Länge hat.
Eine insbesondere für die Auslegung von STN-Flüssigkristallanzeigen
wichtige Größe ist der Quotient aus Zelldicke und Pitch d/p.
So werden in STN-Flüssigkristallanzeigen bei angelegter Spannung
Störungen beobachtet, die unter dem Mikroskop wie mehr oder weniger
parallele Streifen aussehen und deshalb als "striped domains" bezeichnet
werden, falls d/p zu groß gewählt wird
Ist anderseits
der Quotient d/p zu klein, wird der Twistwinkel ϕ um π kleiner
als erwünscht ("-π-domain")
Um eine domänenfreie Anzeige zu erhalten, muß für eine bestimmte STN-Flüssigkristallanzeige
und ein bestimmtes nematisches flüssigkristallines
Medium der Quotient d/p innerhalb eines definierten Intervalls
Δd/p, des sogenannten d/p-Fensters liegen:
Unter anwendungstechnischen Gesichtspunkten ist ein möglichst breites
d/p-Fenster Δd/p von großer Bedeutung, um eine einfache und unkritische
Einstellung des d/p-Werts des Mediums zu gewährleisten. Dies
ist um so entscheidender, da das d/p-Fenster von der Temperatur abhängt
und i. a. mit steigender Temperatur schmaler wird, so daß ein möglichst
breites d/p-Fenster bei jeder Temperatur zur Erzielung eines möglichst
großen Arbeitstemperaturbereichs erforderlich ist.
Der Zusammenhang zwischen der Breite des d/p-Fensters und Flüssigkristallparametern
wie dem Verhältnis Δε/ε⟂ aus der Dielektrizitätskonstante
des Mediums Δε = ε||-ε⟂ und der Dielektrizitätskonstante ε⟂
senkrecht zur Richtung des nematischen Direktors der Flüssigkristallmoleküle,
dem Verhältnis K₃/K₁ aus den elastischen Konstanten für
Biegung und Spreizung und dem Verhältnis K₃/K₂ aus den elastischen
Konstanten für Biegung und Verdrillung ist bereits untersucht worden
(M. Akatsuka, K. Katoh, K. Sawada and M. Nakayama, Proc. SID 28 (1987),
159; S. Kozaki, N. Kimura, Y. Ichimura, Y. Ishii, F. Funada and M. Matsumura,
13th Domestic LC Conf. Japan (1987) 3Z13).
Bei diesen Untersuchungen konnte jedoch kein eindeutiger Zusammenhang
zwischen den genannten Flüssigkristallparametern und der Breite des
d/p-Fensters ermittelt werden. Insbesondere das Auffinden von anwendungstechnisch
besonders erwünschten Flüssigkristallmischungen mit
hohem d/p-Fenster war daher bisher kaum möglich und nur in wenigen
Fällen wurden derartige Mischungen zufällig gefunden.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, nematische flüssigkristalline
Medien mit positiver dielektrischer Anisotropie, enthaltend
eine oder mehrere achirale Flüssigkristallverbindungen und eine Dotierkomponente,
bereitzustellen, die bei Verwendung der Medien in
einer zur Ermittlung des d/p-Fensters Δd/p geeigneten Testzelle ein möglichst
großes d/p-Fenster und/oder einen möglichst großen Wert für
(d/p)max aufweisen.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe durch Bereitstellung
der erfindungsgemäßen nematischen flüssigkristallinen
Medien gelöst werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein nematisches flüssigkristallines
Medium mit positiver dielektrischer Anisotropie, enthaltend
eine oder mehrere achirale Flüssigkristallverbindungen und
eine Dotierkomponente, die aus einem oder mehreren chiralen Dotierstoffen
besteht, wobei die Flüssigkristallverbindungen so gewählt
werden, daß für das Medium der Quotient
aus dem Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten Δε = ε||-ε⟂ und der
Dielektrizitätskonstante ε⟂ senkrecht zur Richtung des nematischen
Direktors und dem Verhältnis aus den elastischen Konstanten K₃ und K₁
für Biegung und Spreizung größer oder gleich ist als 1.8, um bei Verwendung
des Mediums in einer zur Ermittlung des d/p-Fensters Δ
geeigneten Testzelle ein möglichst großes -Fenster und/oder einen möglichst
großen Wert für (d/p)max zu erhalten.
Das Verhältnis K₃/K₁ ist insbesondere kleiner oder gleich 1.3. Besonders
bevorzugt ist 0.6 K₃/K₁ 1.3 und ganz besonders bevorzugt
gilt 0.7 K₃/K₁ 1.1. Das Verhältnis Δε/ε⟂ ist vorzugsweise größer
oder gleich 2.1. Ganz besonders bevorzugt ist K₃/K₁ 0.9 und gleichzeitig
Δε/ε⟂ < 2.3.
Weiter bevorzugt sind Medien, für die der Quotient aus Δε/ε⟂ und dem
Verhältnis der elastischen Konstanten K₃ und K₂ für die Biegung und
Verdrillung
Dabei ist besonders bevorzugt
und ganz besonders bevorzugt ist
1.2 K₃/K₂ 1.8.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien enthalten vorzugsweise zumindest
eine Flüssigkristallverbindung, die ein Strukturmerkmal der
Formeln (1)-(9) enthält
Gegenstand der Erfindung sind weiter STN-Displays, die erfindungsgemäße
Medien enthalten sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen
Medien in einem STN-Display. Als Testzelle zur Ermittlung des d/p-Fensters
ist insbesondere eine keilförmige Elektrodenanordnung
(Keilzelle) geeignet; es können aber auch offene oder geschlossene
Flachzellen verwendet werden, wie dies in DE (Anmeldung
"Flüssigkristallmedium mit geringer Temperaturabhängigkeit des d/p-Fensters",
eingereicht beim DPA am 17.07.89) näher ausgeführt ist.
Verfahren zur Bestimmung von Δε, ε⟂, K₁, K₂ und K₃ sind z. B.
in Thermotropic Liquid Crystals, ed. G. W. Gray, Chapter 3, I. Sage,
p. 64 ff, Materials requirements for nematic and chiral nematic electrooptic
displays beschrieben.
Den erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Medien wird zur Erzeugung
einer cholesterischen Struktur eine Dotierkomponente zugesetzt, die
aus einem oder mehreren chiralen Dotierstoffen besteht, wobei diese
mesogen oder auch nicht mesogen sein können. Dabei ist die Verwendung
von Dotierstoffen bevorzugt, die einen großen Wert für HTP aufweisen,
wobei insbesondere HTP < 2 µm-1 und ganz besonders HTP < 5 µm-1. Geeignete
Dosierstoffe und diese charakterisierende Parameter sind z. B.
in D 35 23 185, DE 39 11 255 und in der Anmeldung "Flüssigkristallmedium
mit geringer Temperaturabhängigkeit des d/p-Fensters", eingereicht
beim DPA am 17.09.89, beschrieben, wobei diese Aufzählung die
Erfindung nur erläutern und nicht begrenzen soll.
Die Auswahl der Dotierstoffe ist unkritisch und bedarf keiner erfinderischen
Tätigkeit. Es muß allerdings beachtet werden, daß
die Flüssigkristallparameter durch den Zusatz der Dotierstoffe nicht
aus den erfindungsgemäßen Bereichen geführt werden.
Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien
zu den bisher in STN-Zellen üblicherweise verwendeten besteht
in der Wahl der Flüssigkristallparameter der Medien.
In den erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien werden die Flüssigkristallverbindungen
so ausgewählt, daß für die Medien der Quotient
möglichst groß wird. Es hat sich nämlich überraschenderweise
in einer sorgfältig durchgeführten experimentellen Untersuchung
gezeigt, daß derartige Medien bei Verwendung in STN-Zellen besonders
hohe Werte für das d/p-Fenster und/oder den (d/p)max-Wert aufweisen.
Bei dieser Untersuchung wurde für verschiedene flüssigkristalline
Medien mit unterschiedlichen Quotienten für , und insbesondere
aber praktischen gleichen Werten für das Produkt d · Δn, den
Klärpunkt, die Schwellenspannung und den -Wert in geeigneten Testzellen
mit wohldefiniertem Twistwinkel und Oberflächentiltwinkel
gemessen. Besonders hohe Werte für
werden erhalten, wenn
gewählt wird, insbesondere
jedoch
und ganz besonders
Noch höhere Werte für
insbesondere
sind zwar
im Hinblick auf ein möglichst breites Δ besonders bevorzugt, jedoch
können solche Medien wegen der dann gleichzeitig beobachteten Verschlechterung
der Kennliniensteilheit γ i. a. nur für STN-Displays mit
niedriger Multiplexrate verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien weisen bevorzugt kleine
Werte für das Verhältnis K₃/K₁ auf; so ist vorzugsweise K₃/K₁ 1.3,
insbesondere K₃/K₁ 1.1 und ganz besonders bevorzugt K₃/K₁ 0.9.
Andererseits jedoch darf K₃/K₁ nicht zu klein gewählt werden, da die
in STN-Displays verwendeten Flüssigkristallmedien eine hohe Kennliniensteilheit
aufweisen müssen und γ für sehr kleine K₃/K₁ deutlich größer wird.
In obiger Formel I ist V (X, Y, Z) diejenige Spannung, bei der bei
einer Temperatur von Z° C und einem Blickwinkel Y eine Transmission
von X % beobachtet wird. Daher ist vorzugsweise K₃/K₁ 0.6 und insbesondere
K₃/K₁ 0.8. Bevorzugt ist der Bereich 0.6 K₃/K₁ 1.3
und insbesondere 0.7 K₃/K₁ 1.1.
Das Verhältnis Δε/ε⟂ ist für die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien
vorzugsweise groß. Vorzugsweise ist
insbesondere
jedoch
und ganz besonders Δε/ε⟂ 2.3. Besonders bevorzugt
sind flüssigkristalline Medien, die die folgende Parameterkombination
aufweisen:
K₃/K₁ 0.9 und gleichzeitig Δε/ε⟂ < 2.3
Der neu aufgefundene Einfluß von K₃/K₁, Δε/ε⟂ und insbesondere
von
war aus dem Stand der Technik nicht zu entnehmen.
Aus den publizierten Arbeiten über Supertwistzellen ging weiter nicht
hervor, daß besonders vorteilhafte Werte für Δ d/p und (d/p)max für
solche Medien erhalten werden, die gleichzeitig einen hohen Wert für
aufweisen. Dabei ist vorzugsweise
insbesondere jedoch
und ganz besonders
Für K₃/K₂ sind kleine Werte bevorzugt. Vorzugsweise ist
K₃/K₂ 1.9, insbesondere jedoch K₃/K₂ 1.75 und ganz besonders
K₃/K₂ 1.65.
Ganz besonders bevorzugt ist folgende Parameterkombination:
K₃/K₂ 1.75 und gleichzeitig K₃/K₁ 1.0
Flüssigkristalline Medien, deren Materialparameter in den erfindungsgemäßen
Bereichen liegen, können aus üblichen flüssigkristallinen
Basismaterialien hergestellt werden. Aus der Literatur sind zahlreiche
derartige Materialien bekannt. Diese Medien enthalten i. a.
2-33, vorzugsweise 3-25 flüssigkristalline Verbindungen, von
denen vorzugsweise mindestens eine, insbesondere jedoch mehr als 2
und ganz besonders mehr als 4 ein Strukturelement der Formeln
(1)-(9) aufweisen. Diese Verbindungen enthalten insbesondere
zusätzlich eine 1,4-Phenylengruppe. Weiter bevorzugt sind erfindungsgemäße
Medien, die mindestens 15, vorzugsweise mindestens 30, insbesondere
mindestens 45 Gewichtsprozent eines Gemisches aus mindestens
zwei, vorzugsweise drei bis 15, insbesondere vier bis zehn
flüssigkristalline Verbindungen enthalten, wobei diese jeweils
mindestens ein Strukturelement der Formeln (1)-(9) aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Medien können zusätzlich Farbstoffe in den
gebräuchlichen Mengen enthalten, wenn dadurch die Flüssigkristallparameter
nicht so geändert werden, daß sie außerhalb der erfindungsgemäßen
Bereiche liegen.
Die folgenden Mischungsbeispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne
sie zu begrenzen. Wenn nichts anderes angegeben ist, bedeuten Angaben
von Prozent Gewichtsprozent. Alle Temperaturangaben bedeuten Grad Celsius.
Für die flüssigkristallinen Verbindungen werden folgende Akronyme
benutzt:
| PCH-n: | |
| p-trans-4-n-Alkylcyclohexyl-benzonitril | |
| PCH-nOm: | trans-1-p-m-Alkyloxyphenyl-4-n-alkylcyclohexan |
| PTP-nOm: | 4-n-Alkyl-4′-m-alkyloxy-tolan |
| CPTP-nOm: | 4-(trans-4-n-Alkylcyclohexyl)-4′-m-alkyloxy-tolan |
| CBC-nm: | 4-(trans-4-n-Alkylcyclohexyl)-4′-(trans-4-m-alkylcyclohexyl)-bipheny-l |
| D-nOm: | p-m-Alkyloxyphenyl-trans-4-n-alkyl-cyclohexane-carboxylat |
| D-nOmFF: | 4-m-Alkyloxy-2,3-difluorophenyl-trans-4-n-alkylcyclohexane-carboxyla-t |
| PYP-nN.F: | 2-(4-Cyano-3-fluorophenyl)-5-n-alkylpyrimidin |
| PYP-nOm: | 2-(p-m-Alkyloxyphenyl)-5-n-alkylpyrimidin |
| PYP-nm: | 2-(p-m-Alkylphenyl)-5-n-alkylpyrimidin |
| PCH-nS: | 4-(trans-4-n-Alkylcyclohexyl)-1-isothiocyanatobenzol |
| BCH-nm: | 4-m-Alkyl-4′-(trans-4-n-alkylcyclohexyl)-biphenyl |
| PTP-nm: | 4-n-Alkyl-4′-m-alkyl-tolan |
| PTP-nOmFF: | 4-n-Alkyl-4′-m-alkyloxy-2′,3′-difluoro-tolan |
| CPTP-nOmFF: | 4-(trans-4-n-Alkylcyclohexyl)-4′-m-alkyloxy-2′,3′-difluoro-tolan |
| ECCP-nm: | 1-[trans-4-(trans-4-n-Alkylcyclohexyl)-cyclohexyl]-2-(p-m-alkylpheny-l)-ethan |
| ECCP-n: | 1-[trans-4-(trans-4-n-Alkylcyclohexyl)-cyclohexyl]-2-(p-cyanophenyl)--ethan |
| ECCP-nF: | 1-[trans-4-(trans-4-n-Alkylcyclohexyl)-cyclohexyl]-2-(p-fluorophenyl-)-ethan |
| n-Alkyl: | geradkettiges Alkyl mit n C-Atomen |
| m-Alkyl: | geradkettiges Alkyl mit m C-Atomen |
| Mischung 1 | |
| % | |
| PYP-3N.F | |
| 5,00 | |
| PYP-5N.F | 5,00 |
| PYP-6N.F | 5,00 |
| PYP-7N.F | 5,00 |
| PCH-302 | 12,00 |
| PCH-501 | 11,00 |
| PYP-607 | 5,00 |
| PYP-609 | 5,00 |
| PYP-707 | 5,00 |
| PYP-709 | 5,00 |
| BCH-32 | 8,00 |
| BCH-52 | 8,00 |
| CBC-33 | 5,00 |
| CBC-53 | 5,00 |
| CBC-55 | 5,00 |
| PTP-201 | 6,00 |
| Mischung 2 | |
| % | |
| PYP-3N.F | |
| 5,00 | |
| PYP-5N.F | 5,00 |
| PYP-6N.F | 5,00 |
| PYP-7N.F | 5,00 |
| D-301 | 8,00 |
| D-401 | 8,00 |
| D-501 | 7,00 |
| PYP-607 | 5,00 |
| PYP-609 | 5,00 |
| PYP-707 | 5,00 |
| PYP-709 | 5,00 |
| BCH-32 | 8,00 |
| BCH-52 | 8,00 |
| CBC-33 | 5,00 |
| CBC-53 | 5,00 |
| CBC-55 | 5,00 |
| PTP-201 | 6,00 |
| Mischung 3 | |
| % | |
| PYP-3N.F | |
| 5,00 | |
| PYP-5N.F | 5,00 |
| PYP-6N.F | 5,00 |
| PYP-7N.F | 5,00 |
| D-302FF | 8,00 |
| D-402FF | 8,00 |
| D-502FF | 7,00 |
| PYP-607 | 5,00 |
| PYP-609 | 5,00 |
| PYP-707 | 5,00 |
| PYP-709 | 5,00 |
| BCH-32 | 8,00 |
| BCH-52 | 8,00 |
| CBC-33 | 5,00 |
| CBC-53 | 5,00 |
| CBC-55 | 5,00 |
| PTP-201 | 6,00 |
| Mischung 4 | |
| % | |
| PCH-3S | |
| 15,00 | |
| PCH-3 | 10,00 |
| PTP-34 | 5,00 |
| PTP-35 | 5,00 |
| PTP-45 | 5,00 |
| PYP-32 | 5,00 |
| PYP-33 | 5,00 |
| PYP-72 | 5,00 |
| ECCP-31 | 7,00 |
| ECCP-32 | 7,00 |
| ECCP-33 | 7,00 |
| ECCP-35 | 7,00 |
| ECCP-3P | 8,00 |
| ECCP-3 | 9,00 |
Die Mischungen weisen folgende physikalische Parameter auf:
Claims (12)
1. Nematisches flüssigkristallines Medium mit positiver dielektrischer
Anisotropie, enthaltend eine oder mehrere achirale Flüssigkristallverbindungen
und eine Dotierkomponente, die aus einem oder mehreren
chiralen Dotierstoffen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die
Flüssigkristallverbindungen so gewählt werden, daß für das Medium
der Quotient
aus dem Verhältnis der Dielektrizitätskonstante
Δε = ε||-ε⟂ und der Dielektrizitätskonstante ε⟂ senkrecht zur Richtung
des nematischen Direktors und dem Verhältnis aus den elastischen Konstanten
K₃ und K₁ für Biegung und Spreizung größer oder gleich ist als
1.8, um bei Verwendung des Mediums in einer zur Ermittlung des d/p-Fensters
Δ geeigneten Testzelle ein möglichst großes d/p-Fenster und/oder
einen möglichst großen Wert für (d/p)max zu erhalten.
2. Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß K₃/K₁ 1.3 ist.
3. Medium nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß K₃/K₁ 0.6 ist.
4. Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gilt 0.7 K₃/K₁ 1.1.
5. Medium nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet,
daß Δε/ε⟂ 2.1.
6. Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß K₃/K₁ 0.9 und
Δε/ε⟂ < 2.3.
7. Medium nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Quotient aus Δε/ε⟂ und dem Verhältnis der elastischen Konstanten
K₃ und K₂ für die Biegung und Verdrillung
größer oder
gleich 1.2 ist.
8. Medium nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß K₃/K₂ 1.9 ist.
9. Medium nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß K₃/K₂ 1.75 und
K₃/K₁ 1.0 ist.
10. Medium nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet,
daß das Medium zumindest eine Flüssigkristallverbindung
aufweist, die ein Strukturmerkmal der Formeln (1)-(9) enthält
11. STN-Display, enthaltend Medien nach mindestens einem der Ansprüche
1-10.
12. Verwendung eines flüssigkristallinen Mediums nach mindestens einem der
Ansprüche 1-10 in einem STN-Display.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19893923750 DE3923750A1 (de) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | Fluessigkristallmedium mit grossem d/p-fenster |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19893923750 DE3923750A1 (de) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | Fluessigkristallmedium mit grossem d/p-fenster |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3923750A1 true DE3923750A1 (de) | 1991-01-24 |
Family
ID=6385298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19893923750 Ceased DE3923750A1 (de) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | Fluessigkristallmedium mit grossem d/p-fenster |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3923750A1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4340271A1 (de) * | 1993-11-26 | 1995-06-01 | Nokia Deutschland Gmbh | Flüssigkristallanzeige |
| US20160298033A1 (en) * | 2015-04-13 | 2016-10-13 | Merck Patent Gmbh | Liquid-crystalline medium and liquid-crystal display comprising the same |
-
1989
- 1989-07-18 DE DE19893923750 patent/DE3923750A1/de not_active Ceased
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4340271A1 (de) * | 1993-11-26 | 1995-06-01 | Nokia Deutschland Gmbh | Flüssigkristallanzeige |
| US5561540A (en) * | 1993-11-26 | 1996-10-01 | Nokia Technology Gmbh | Liquid crystal display |
| US20160298033A1 (en) * | 2015-04-13 | 2016-10-13 | Merck Patent Gmbh | Liquid-crystalline medium and liquid-crystal display comprising the same |
| US10072210B2 (en) * | 2015-04-13 | 2018-09-11 | Merck Patent Gmbh | Liquid-crystalline medium and liquid-crystal display comprising the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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