DE4005236A1

DE4005236A1 - Elektrooptisches fluessigkristallsystem

Info

Publication number: DE4005236A1
Application number: DE4005236A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Finkenzeller; Stefan Dr Wilhelm; Volker Reiffenrath
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 1991-08-22

Description

Die Erfindung betrifft elektrooptische Flüssigkristallsysteme gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Das optisch transparente Medium kann voneinander abgegrenzte Flüssigkristall-Mikrotröpfchen enthalten oder ein schwammartiges, 3-dimensionales Netzwerk bilden, in dessen Poren, die in mehr oder weniger starkem Ausmaß ineinander übergehen, sich der Flüssigkristall befindet. Durch den Ausdruck Flüssigkristall-Mikrotröpfchen werden kleine, voneinander abgegrenzte Flüssigkristallkompartimente gekennzeichnet, die jedoch keineswegs eine kugelförmige Gestalt aufweisen müssen, sondern unregelmäßig geformt und/oder deformiert sein können.

Enthält das optisch transparente Medium Flüssigkristall- Mikrotröpfchen, wird es im folgenden als Matrix bezeichnet; liegt dagegen eine schwammartige, 3-dimensional vernetzte Struktur vor, wird das Medium durch den Ausdruck Netzwerk charakterisiert.

NCAP- und PDLC-Filme (NCAP = nematic curvilinear aligned phases, PDLC = polymer dispersed liquid crystal) sind Beispiele für elektrooptische Flüssigkristallsysteme, bei denen der Flüssigkristall in Form von Mikrotröpfchen in die Matrix eingebettet ist. NCAP-Filme werden gewöhnlich dadurch erhalten, daß das verkapselnde polymere Material, wie z. B. Polyvinylalkohol, die Flüssigkristallmischung und ein Trägermaterial, wie z. B. Wasser, in einer Kolloidmühle innig vermischt werden. Anschließend wird das Trägermaterial z. B. durch Trocknung entfernt. Ein entsprechendes Verfahren ist in US 44 35 047 beschrieben. Dagegen wird bei der z. B. in EP 02 72 582 und US 46 88 900 beschriebenen Herstellung von PDLC-Filmen die Flüssigkristallmischung zunächst mit Monomeren oder Oligomeren des matrixbildenden Materials homogen vermischt. Anschließend wird die Mischung polymerisiert und die Phasentrennung induziert, wobei zwischen TIPS (temperature-induced phase separation), SIPS (solvent- induced phase separation) und PIPS (polymerization-induced phase separation) unterschieden wird (Mol. Cryst. Liq. Cryst. Inc. Nonlin. Opt. 157 (1988) 427).

Das in EP 03 13 053 beschriebene PN-System (PN = Polymer Network) weist eine schwammartige Netzwerkstruktur des optisch transparenten Mediums auf. Der Anteil des Flüssigkristalls an der Masse der lichtmodulierenden Schicht ist im allgemeinen größer als 60% und liegt insbesondere zwischen 70-90%. Zur Herstellung der PN-Systeme wird üblicherweise eine Mischung aus dem Flüssigkristall, Monomeren oder Oligomeren des das 3-dimensionale Netzwerk bildenden Materials und ein Polymerisationsinitiator, insbesondere ein Photoinitiator, zwischen 2 mit Elektroden versehene Substratplatten gebracht und dann z. B. durch Lichteinstrahlung polymerisiert.

Der Flüssigkristall hat im allgemeinen eine positive dielektrische Anisotropie Δε und eine relativ hohe optische Anisotropie. Bei Mikrotröpfchen-Matrix-Systemen wird einer der Brechungsindices des Flüssigkristalls, üblicherweise der ordentliche Brechungsindex n_o so gewählt, daß er mit dem Brechungsindex n_M der polymeren Matrix mehr oder weniger zusammenfällt. Bei Netzwerk- Systemen ist eine Anpassung der Brechungsindizes wegen des üblicherweise sehr viel höheren Flüssigkristallanteils an der lichtmodulierenden Schicht nicht unbedingt erforderlich, kann aber zur Erhöhung des Lichtdurchsatzes und des Kontrastes vorgenommen werden.

Man beobachtet an diesen elektrooptischen Flüssigkristall- Systemen einen elektrisch schaltbaren Lichtstreuungseffekt. Ist keine Spannung an die Elektroden, zwischen denen die Matrix bzw. das Netzwerk üblicherweise sandwichartig angeordnet ist, angelegt, wird auftreffendes Licht an den statistisch ausgerichteten Flüssigkristallmolekülen stark gestreut, das System ist undurchsichtig. Beim Anlegen einer Spannung werden die Flüssigkristallmoleküle parallel zum Feld und senkrecht zum E-Vektor des hindurchgehenden Lichts ausgerichtet.

Bei Mikrotröpfchen-Matrix-Systemen sieht senkrecht auftreffendes Licht wegen der Anpassung von n_o und n_M ein optisch isotropes Medium und das System erscheint durchsichtig. Eine Anpassung ist erforderlich, um eine Streuung des Lichts an der Phasengrenze Matrix/Flüssigkristalltröpfchen zu vermeiden. In EP 02 72 585 ist eine andere Ausführungsform beschrieben, bei der der Brechungsindex n_x, den der Flüssigkristall bei vollständig statistischer Orientierung aufweist, an den Brechungsindex der Matrix n_M angepaßt ist. In diesem Fall ist das System im feldfreien Zustand durchsichtig, und es wird durch Anlegen einer Spannung in den opaken Zustand überführt.

Bei Netzwerk-Systemen ist eine Anpassung der Brechungsindizes nicht unbedingt erforderlich, da wegen des hohen Flüssigkristallanteils an der Masse der lichtmodulierenden Schicht die Streuung an der Phasengrenze Netzwerk- Flüssigkristall offensichtlich weniger stark ist. Das System erscheint im eingeschalteten Zustand auch ohne Anpassung der Brechungsindizes durchsichtig. Bei Netzwerk- Systemen ist zur Erzielung einer möglichst geringen Transmission im nicht geschalteten Zustand die Verwendung von Flüssigkristallen mit hoher optischer Anisotropie bevorzugt.

Elektrooptische Flüssigkristallsysteme gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sind vor allem für großflächige Anzeigensysteme, für architektonische Anwendungen (Fenster, Raumteiler, Sonnendächer etc.) und für Kraftfahrzeuge (Fenster, Sonnendächer etc.) vorgeschlagen worden, wobei sich diese Systeme auch zur Temperaturregulierung durch gesteuerte Abschirmung der Sonnenstrahlung eignen. Sie können durch Anlegen einer Gleich- oder Wechselspannung geschaltet werden.

Da diese Systeme insbesondere auch für "outdoor"-Anwendungen vorgesehen sind, werden Flüssigkristallmischungen benötigt, die durch einen hohen Klärpunkt, hohes Δε, einen weiten nematischen Bereich und eine hohe UV- und Temperaturstabilität gekennzeichnet sind.

Weitere Anwendungen sind zum Beispiel:

- GH-Anzeigen-Systeme, wobei das Spektrum über einfache Segmentanzeigen bis zu Displays reicht, auf die mit herkömmlichen Drucktechniken beliebige Elektrodenmuster aufgebracht werden können. Anwendungen: Kraftfahrzeug, Großanzeigen, Werbeflächen, Uhren
- Matrixdisplays mit hohem Informationsgehalt
- Projektionssysteme
- Schalter.

Auch hier werden Flüssigkristallmischungen mit insbesondere hohem Δε und hohem elekrischen Widerstand benötigt.

In Mikrotröpfchen-Matrix-Systemen werden bisher üblicherweise LC-Mischungen eingesetzt, die aus Alkyl- oder Alkoxy cyanobiphenylen und -terphenylen bestehen. So wird z. B. in US 46 88 900 und in EP 02 72 585 die Verwendung der Flüssigkristallmischung E8 (hergestellt von BDH, Poole, Great Britain) beschrieben. Diese Flüssigkristallmischung zeichnet sich durch einen hohen Wert für die optische Anisotropie Δn von 0,247 und einen relativ hohen Wert für die Fließviskosität η (20°C) von 54 mm²/s aus. Hohe Δn- Werte sorgen zwar einerseits für eine starke Lichtstreuung im opaken Zustand, andererseits können sie jedoch eine Trübung des Systems im geschalteten Zustand ("haze") und damit eine Verschlechterung der elektrooptischen Eigenschaften bewirken. Zwar ist bei Systemen, die von einer relativ niederfrequenten Wechselspannung angesteuert werden, eine hohe Fließviskosität η erwünscht, um eine flimmerfreie Anzeige zu erhalten; andererseits werden jedoch in Matrixdisplays mit hohem Informationsgehalt zur Realisierung schneller Schaltzeiten Flüssigkristallmischungen mit relativ niedriger Viskosität benötigt.

Die in US-PS 46 71 618 verwendete Flüssigkristallmischung E7 (hergestellt von BDH, Poole, Great Britain), die ebenfalls aus Alkyl- und Alkoxycyanobiphenylen und -terphenylen besteht, weist zwar mit η=39 mm²/s eine niedrigere Fließviskosität und mit Δn=0,225 eine kleinere optische Anisotropie Δn auf als E8, jedoch ist gleichzeitig der Klärpunkt mit T_C=60,5°C erheblich niedriger als der von E8. Die dielektrische Anisotropie der Mischung E7 beträgt Δε 13,8 und ist damit etwas kleiner als die von E8 mit Δε=15,6. Zur Erzielung möglichst kleiner Schwellenspannungen sind noch höhere Werte für Δε vorteilhaft.

In EP 03 13 053 werden für Netzwerk-Systeme Flüssigkristallmischungen vorgeschlagen, die auf 2-(4-Cyanophenyl)- pyridinen basieren. Derartige Flüssigkristalle weisen zwar relativ hohe Werte für die dielektrische Anisotropie Δε und damit relativ kleine Schwellenspannungen und hohe bis sehr hohe Werte für die optische Anisotropie Δn auf. Gleichzeitig sind diese Flüssigkristalle jedoch durch eine relativ hohe Viskosität η gekennzeichnet. Darüber hinaus weisen Cyanophenyl-Pyridin-Verbindungen i. a. eine geringere UV- und Temperaturstabilität als Cyano-Oligophenyl- Verbindungen auf.

Die bisher verwendeten Flüssigkristalle erfüllen die Forderungen nach einem weiten nematischen Bereich, einem hohen Klärpunkt, einer sehr hohen Stabilität, einer Abwesenheit smektischer Phasen bis zu tiefen Temperaturen, einer im Hinblick auf die jeweilige Anwendung optimierbaren optischen Anisotropie Δn und Fließviskosität η und einem hohen Δε nur unzureichend.

Daneben weisen die bisherigen Flüssigkristalle häufig eine zu geringe Mischbarkeit mit den Monomeren und/oder Oligomeren des zur Bildung der Matrix bzw. des Netzwerks verwendeten Polymers auf, was die Herstellung von PN-Systemen erheblich beeinträchtigt und bei Mikrotröpfchen-Matrix- Systemen insbesondere die Anwendung der PIPS-Technologie erheblich beschränkt. Darüber hinaus sind die Flüssigkristalle häufig durch eine zu hohe Löslichkeit im matrix- bzw. netzwerkbildenden Polymer gekennzeichnet. Ein weiterer Nachteil der bisherigen Flüssigkristalle besteht häufig darin, daß der Flüssigkristall für die jeweilige Anwendung ungünstige Werte der elektrooptischen Parameter wie z. B. der Steilheit der elektrooptischen Kennlinie und/oder der Temperaturabhängigkeit der elektrooptischen Parameter wie z. B. der Schwellenspannung zeigt.

Es besteht somit immer noch ein großer Bedarf an elektrooptischen Flüssigkristallsystemen, die den entsprechenden Anforderungen besser gerecht werden und die geschilderten Nachteile nicht oder nur in geringem Umfang aufweisen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, elektrooptische Flüssigkristallsysteme bereitzustellen, die die angeführten Nachteile herkömmlicher Systeme nicht oder nur im geringen Maße aufweisen.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man für diese Systeme Flüssigkristall mischungen verwendet, die eine oder mehrere Verbindungen der Formel I enthalten,

worin
R Alkyl mit bis zu 12 C-Atomen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O- oder -CH=CH- ersetzt sein können,
X F oder Cl,
Q¹ -A¹-(A²)_n-Z oder -A¹-Z-A²,
m und n 0 oder 1,
einer der Ringe A¹ oder, soweit vorhanden, A²

worin Y -CH₂- oder O ist, und der andere

und -CH₂CH₂-, eine Einfachbindung, COO oder -OCO- bedeuten.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein elektrooptisches Flüssigkristallsystem,

- welches zwischen 2 Elektroden, die gegebenenfalls auf Substratplatten aufgebracht sind, einen dielektrisch positiven Flüssigkristall und ein weiteres optisch transparentes Medium enthält,
- dessen Flüssigkristallmoleküle im ausgeschalteten Zustand eine unregelmäßige Orientierung aufweisen,
- bei dem einer der Brechungsindizes des Flüssigkristalls im wesentlichen mit dem Brechungsindex der Matrix n_M übereinstimmt und/oder bei dem der Quotient aus der Masse des Flüssigkristalls und der Masse des optisch transparenten Mediums 1,5 oder mehr beträgt,
- welches in einem der beiden Schaltzustände unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichtes eine gegenüber dem anderen Zustand verminderte Transmission aufweist, wobei der Flüssigkristall eine oder mehrere Verbindungen der Formel I enthält.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen elektrooptischen Flüssigkristall systeme entspricht der für derartige Systeme üblichen Bauweise. Der Begriff übliche Bauweise ist hierbei weit gefaßt und umschließt alle Abwandlungen und Modifikationen.

So ist z. B. bei PDLC- oder NCAP-Filmen die von dem durchsichtigen Medium gebildete Matrix, in der die Flüssigkristallmischung mikrodispergiert oder mikroverkapselt ist, sandwichartig zwischen leitenden Elektroden angeordnet.

Die Elektroden sind i. a. auf Substratplatten aus z. B. Glas, Kunststoff o. ä. aufgebracht; ggf. kann die Matrix jedoch auch direkt mit Elektroden versehen werden, so daß auf die Verwendung von Substraten verzichtet werden kann.

Bei Netzwerk-Systemen befindet sich der Flüssigkristall in den Poren des schwammartigen, 3-dimensionalen Netzwerks. Das Netzwerk ist üblicherweise zwischen mit Elektroden versehenen Substraten angeordnet, um ein Entweichen des Flüssigkristalls zu verhindern.

Sowohl PN-Systeme als auch Mikrotröpfchen-Matrix-Systeme können reflektiv oder transmissiv betrieben werden, so daß mindestens eine Elektrode und, fallls vorhanden, das zugehörige Substrat durchsichtig sind. Beide Systeme enthalten üblicherweise keine Polarisatoren, wodurch ein deutlich höherer Lichtdurchsatz resultiert. Weiterhin sind keine Orientierungsschichten erforderlich, was eine erhebliche technologische Vereinfachung bei der Herstellung dieser Systeme verglichen mit herkömmlichen Flüssigkristall systemen wie z. B. TN- oder STN-Zellen bedeutet.

Die Matrix bzw. das 3-dimensionale Netzwerk basieren insbesondere auf isotropen Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren. Die erhaltenen Systeme können je nach beabsichtigter Verwendung flexibel, elastisch oder starr sein.

Ein auf einem thermoplastischen Polymer basierendes System kann bei Temperaturen, die größer als die Glastemperatur der Matrix sind, leicht durch Einwirken einer mechanischen Spannung deformiert werden. Dies kann z. B. bei Mikrotröpfchen- Matrix-Systemen dazu benutzt werden, um eine gezielt deformierte Form der Tröpfchen durch Abkühlen der Matrix auf Temperaturen unterhalb der Glastemperatur einzufrieren.

Während flexible und/oder elastische Systeme bevorzugt auf Thermoplasten und/oder Elastomeren basieren, werden zur Herstellung starrer Systeme bevorzugt duroplastische Polymere verwendet. Diese können während des Aushärtens mechanisch verformt werden, wobei in der ausgehärteten Matrix z. B. die Form und Anordnung der Mikrotröpfchen fixiert ist.

Zur Herstellung der Matrix bzw. des Netzwerks besonders bevorzugte Polymere sind z. B. in US 39 35 337, US 46 88 900, US 46 71 618, US 46 73 255, US 44 35 047, EP 03 13 053 und EP 02 72 585 offenbart.

Daneben können aber auch weitere durchsichtige Materialien wie z. B. anorganische oxidische Glasmonolithe (US 48 14 211), weitere anorganische Materialien (s. z. B. Japanische Offenlegungsschrift 303 325/1988) oder auch andere Materialien verwendet werden.

Bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrooptischen Flüssigkristallsysteme sind NCAP-Filme, PDLC- Filme und nach modifizierten Verfahren hergestellte Mikrotröpfchen-Matrix-Systeme. Verfahren zur Herstellung dieser Filme sind z. B. in US 39 35 337, US 46 88 900, US 46 73 255, US 46 71 618, US 44 35 047 und EP 02 72 595 beschrieben.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme sind die Netzwerk-Systeme, deren Herstellung in EP 03 13 053 beschrieben ist.

Weiter sind aber auch solche Ausführungsformen der Erfindung umfaßt, bei denen das transparente Medium eine Struktur aufweist, die zwischen der Netzwerkstruktur auf der einen Seite und der Mikrotröpfchen-Matrix-Konfiguration auf der anderen Seite liegt.

Zu den erfindungsgemäßen elektrooptischen Systemen zählen auch "inverse Mikrotröpfchen-Matrix-Konfigurationen", bei denen das transparente Medium in Form von einzelnen z. B. kugelförmigen Teilchen in dem Flüssigkristall dispergiert ist. Eine derartige Anordnung ist z. B. in GB 14 42 360 beschrieben.

Daneben sind auch andere, hier nicht explizit erwähnte Ausführungsformen der Erfindung umfaßt.

Die Dicke d der elektrooptischen Systeme d wird üblicherweise klein gewählt, um eine möglichst niedrige Schwellenspannung V_th zu erzielen. So werden z. B. in US 44 35 047 Schichtdicken von 0,8 und 1,6 mm berichtet, während für die Schichtdicke in US 46 88 900 Werte zwischen 10 µm und 300 µm und in EP 03 13 053 zwischen 5 µm und 30 µm angegeben werden. Die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme weisen nur in Ausnahmefällen Schichtdicken d auf, die deutlich größer sind als einige mm; bevorzugt sind Schichtdicken d ≦ 2 mm.

Die Schwellenspannung wird auch von der Größe der Mikrotröpfchen bzw. der Maschenweite des Netzwerks beeinflußt. Allgemein gilt, daß kleinere Mikrotröpfchen eine höhere Schwellenspannung V_th, jedoch kürzere Schaltzeiten t_on bzw. t_off bewirken (US 46 73 255). Experimentelle Verfahren zur Beeinflussung der mittleren Tröpfchengröße sind z. B. in US 46 73 255 und in J. L. West, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Inc. Nonlin. Opt., 157 (1988) 427 beschrieben. In US 46 73 255 werden mittlere Tropfendurchmesser zwischen 0,1 µm und 8 µm angegeben, während z. B. eine Matrix, die auf einem Glasmonolith basiert, Poren mit einem Durchmesser zwischen 15 und 2000 Å aufweist. Für die Maschenweite des Netzwerks der PN-Systeme wird in EP 03 13 053 ein bevorzugter Bereich zwischen 0,5 und 2 µm angegeben.

Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen elektrooptischen Flüssigkristallsysteme zu den bisher üblichen besteht jedoch in dem verwendeten Flüssigkristall.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristalle enthalten mindestens eine Verbindung der Formel I.

Die Verbindungen der Formel I umfassen 2kernige Tetra hydropyranderivate (Y=CH₂) und Dioxanderivate (Y=O) der Formel Ia, die bevorzugt sind:

R bedeutet in den Verbindungen der Formel Ia vorzugsweise Methyl oder Alkoxy mit 1-10, insbesondere jedoch mit 1-8 C-Atomen. Weiter bevorzugt sind n-Alkoxyalkylverbindungen und insbesondere n-Alkoxymethyl und n-Alkoxyethylverbindungen. Daneben bedeutet R vorzugsweise auch Alkenyl mit 1-7 C-Atomen. Ganz besonders bevorzugt sind die Verbindungen der Formel Ia, worin R Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Methoxy, Ethoxy, Butoxy, Pentoxy, Hexoxy, Heptoxy oder Octoxy bedeutet.

In den Verbindungen der Formel Ia ist Z -CH₂CH₂-, -COO-, -OCO- oder eine Einfachbindung, insbesondere jedoch -CH₂CH₂-, -COO- oder eine Einfachbindung und ganz besonders -COO- oder eine Einfachbindung. Der Phenylring kann durch X=F oder Cl monosubstituiert (m=1) oder unsubstituiert sein. Bevorzugt sind unsubstituierte Verbindungen sowie Verbindungen, die ein F-Atom in 2- oder 3-Stellung oder ein Cl-Atom in 3-Stellung aufweisen.

Ganz besonders bevorzugt ist die folgende kleinere Gruppe von Verbindungen der Formeln Ia1-Ia8:

In den Verbindungen der Formeln Ia1-Ia8 bedeutet

eine unsubstituierte oder eine in 2- oder 3- Stellung durch F substituierte 1,4-Phenylengruppe.

Die Verbindungen der Formel I umfassen weiter 3-kernige Tetrahydropyranoderivate (Y=CH₂) und Dioxanderivate (Y=O) der Formeln Ib1-Ib8:

In den bevorzugten Verbindungen der Formeln Ib1-Ib8 bedeutet R vorzugsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Pentoxy, Hexoxy, Heptoxy, Octoxy, Nonoxy, Decoxy, Methoxymethyl, Ethoxymethyl, Propoxymethyl, Butoxymethyl, Methoxyethyl, Ethoxyethyl, Propoxyethyl, Pent-2-enyl, Pent-3-enyl, Pent-4-enyl, Hex-2-enyl, Hex-3-enyl, Hex-4-enyl oder Hex-5-enyl.

In den Verbindungen der Formeln Ib1-Ib8 ist Z -COO-, -OCO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung, vorzugsweise jedoch -COO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung und ganz besonders eine Einfachbindung.

bedeutet eine unsubstituierte oder in 2- oder 3-Stellung monosubstituierte 1,4-Phenylengruppe. Verbindungen der Formeln Ib1-Ib8, bei denen

eine 2- oder eine 3-Fluoro-1,4-Phenylengruppe ist, weisen i. a. eine im Vergleich zu lateral unsubstituierten Verbindungen niedrigere Viskosität η auf.

Ganz besonders bevorzugt ist die folgende kleinere Gruppe von 3-kernigen Verbindungen der Formeln Ib11- Ib14, Ib21, Ib22 und Ib31-Ib33:

Besonders bevorzugt sind weiter die Tetrahydropyrane und Dioxane der Formeln Ib1, Ib3, Ib5 und Ib6, in denen Z -COO- oder -CH₂CH₂- bedeutet.

Die Verbindungen der Formeln Ia und Ib weisen günstige Werte für die Fließviskosität η, die optische Anisotropie Δn und insbesondere hohe Werte für die dielektrische Anisotropie Δε auf. Ganz besonders hohe Werte für ΔE weisen Verbindungen der Formeln Ia und Ib auf, die das Strukturelement

enthalten.

In den Verbindungen der Formel I kann der Rest R geradkettig oder verzweigt sein. R ist vorzugsweise geradkettig, jedoch können Verbindungen der Formel I mit verzweigten Alkyl- oder Alkoxyresten gelegentlich wegen einer besseren Löslichkeit in den üblichen flüssigkristallinen Basismaterialien von Bedeutung sein, insbesondere aber als chirale Dotierstoffe, wenn sie optisch aktiv sind. Elektrooptische Systeme gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, deren Flüssigkristall eine oder mehrere chirale Komponenten enthält, sind in DE 39 11 255.1 beschrieben.

Verzweigte Gruppen dieser Art enthalten in der Regel nicht mehr als eine Kettenverzweigung. Bevorzugte verzweigte Reste R sind Isopropyl, 2-Butyl (= 1-Methylpropyl), Isobutyl (= 2-Methylpropyl), 2-Methylbutyl, Isopentyl (= 3-Methylbutyl), 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 2-Ethylhexyl, 2-Propylpentyl, 2-Octyl, Isopropoxy, 2-Methylpropoxy, 2-Methylbutoxy, 3-Methylbutoxy, 2-Methylpentoxy, 3-Methylpentoxy, 2-Ethylhexoxy, 2-Methylhexoxy, 2-Octyloxy, 2-Oxa-3-methylbutyl, 3-Oxa-4-methylpentyl, 4-Methylhexyl, 2-Nonyl, 6-Methyloctoxy, 2-Methyl-3- oxapentyl, 2-Methyl-3-oxahexyl.

Die Verbindungen der Formel I werden nach an sich bekannten Methoden dargestellt, wie sie in der Literatur (z. B. in den Standardwerken wie Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart Bd IX, S. 867ff.) beschrieben sind, und zwar unter Reaktionsbedingungen, die für die genannten Umsetzungen bekannt und geeignet sind. Dabei kann man auch von an sich bekannten, hier nicht näher erwähnten Varianten Gebrauch machen.

Die Verbindungen der Formel I werden vorzugsweise nach den in DE 34 47 359, DE 33 06 960 und DE 31 46 249 beschriebenen Methoden dargestellt.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen basieren neben Verbindungen der Formel I vorzugsweise auf Verbindungen der Formeln II-V

worin
R¹ jeweils unabhängig voneinander eine Alkylgruppe mit 1-15 C-Atomen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CO- und/oder -CH=CH ersetzt sein können,
S eine Einfachbindung, -COO- oder -OOC-,

bedeuten.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristalle können weitere Bestandteile enthalten, die vorzugsweise ausgewählt werden aus nematischen oder nematogenen (monotropen oder isotropen) Substanzen, insbesondere Substanzen aus den Klassen der Azoxybenzole, Benzylidenaniline, Biphenyle, Terphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylbenzoate, Cyclohexan carbonsäurephenyl- oder Cyclohexyl-ester, Phenyl- oder Cyclohexylester der Cyclohexylbenzoesäure, Phenyl- oder Cyclohexylester der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Cyclohexylphenylester der Benzoesäure, der Cyclohexancarbonsäure, bzw. der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Phenylcyclohexyl cyclohexane, Cyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexene, Cyclohexylcyclohexylcyclohexene, 1,4-Bis-cyclohexylbenzole, 4,4′-Bis-cyclohexylbiphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylpyrimidine, Phenyl- oder Cyclohexylpyridine, Phenyl- oder Cyclohexyldioxane, Phenyl- oder Cyclohexyl- 1,3-dithiane, 1,2-Diphenylethane, 1,2-Dicyclohexylethane, 1-Phenyl-2-cyclohecylethane, 1-Cyclohexyl-2-(4-phenyl- cyclohexyl)-ethane, 1-Cyclohexyl-2-biphenylylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexylphenylethane, gegebenenfalls halogenierten Stilbene, Benzylphenylether, Tolane und substituierten Zimtsäuren. Die 1,4-Phenylengruppen in diesen Verbindungen können auch fluoriert sein.

Die wichtigsten als weitere Bestandteile der in den erfindungsgemäßen elektrooptischen Systemen verwendeten Flüssigkristalle in Frage kommenden Verbindungen lassen sich durch die Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 charakterisieren:

R′-L-E-R′′ (1)

R′-L-COO-E-R′′ (2)

R′-L-OOC-E-R′′ (3)

R′-L-CH₂CH₂-E-R′′ (4)

R′-L-C≡C-E-R′′ (5)

In den Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 bedeuten L und E, die gleich oder verschieden sein können, jeweils unabhängig voneinander einen bivalenten Rest aus der aus -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -G-Phe- und -G-Cyc- sowie deren Spiegelbilder gebildeten Gruppe, wobei Phe unsubstituiertes oder durch Fluor substituiertes 1,4-Phenylen, Cyc trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Cyclohexenylen, Pyr Pyrimidin-2,5-diyl oder Pyridin-2,5-diyl, Dio 1,3-Dioxan-2,5-diyl und G 2-(trans- 1,4-Cyclohexyl)-ethyl, Pyrimidin-2,5-diyl, Pyridin-2,5- diyl oder 1,3-Dioxan-2,5-diyl bedeuten.

Vorzugsweise ist einer der Reste L und E Cyc, Phe oder Pyr. E ist vorzugsweise Cyc, Phe oder Phe-Cyc. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Flüssigkristalle eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin L und E ausgewählt sind aus der Gruppe Cyc, Phe und Pyr und gleichzeitig eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin einer der Reste L und E ausgewählt ist aus der Gruppe Cyc, Phe und Pyr und der andere Rest ausgewählt ist aus der Gruppe -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-, und gegebenenfalls eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin die Reste L und E ausgewählt sind aus der Gruppe -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc.

R′ und R′′ bedeuten in den Verbindungen der Teilformeln 1a, 2a, 3a, 4a und 5a jeweils unabhängig voneinander Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, Alkenyloxy oder Alkanoyloxy mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen. Bei den meisten dieser Verbindungen sind R′ und R′′ voneinander verschieden, wobei einer dieser Reste meist Alkyl oder Alkenyl ist. In den Verbindungen der Teilformeln 1b, 2b, 3b, 4b und 5b bedeutet R′′ -CN, -CF₃, F, Cl oder -NCS; R hat dabei die bei den Verbindungen der Teilformeln 1a bis 5a angegebene Bedeutung und ist vorzugsweise Alkyl oder Alkenyl. Aber auch andere Varianten der vorgesehenen Substituenten in den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 sind gebräuchlich. Viele solcher Substanzen oder auch Gemische davon sind im Handel erhältlich. Alle diese Substanzen sind nach literaturbekannten Methoden oder in Analogie dazu erhältlich.

Die in den erfindungsgemäßen elektrooptischen Flüssigkristall- Systemen verwendeten Flüssigkristalle enthalten vorzugsweise neben Komponenten aus der Gruppe der Verbindungen 1a, 2a, 3a, 4a und 5a (Gruppe 1) auch Komponenten aus der Gruppe der Verbindungen 1b, 2b, 3b, 4b und 5b (Gruppe 2), deren Anteile vorzugsweise wie folgt sind:

Gruppe 1: 0 bis 60%, insbesondere 5 bis 50%,
Gruppe 2: 0 bis 60%, insbesondere 5 bis 40%.

Die in den erfindungsgemäßen elektrooptischen Flüssigkristall- Systemen verwendeten Flüssigkristalle enthalten vorzugsweise 1-40%, insbesondere 5-30% an Verbindungen der Formel I. Die Flüssigkristalle enthalten vorzugsweise 1-5, insbesondere jedoch 1-3 Verbindungen der Formel I.

Der Anteil der aus Verbindungen der Formeln I-V bestehenden Basismischung an den in den erfindungsgemäßen elektrooptischen Flüssigkristall-Systemen verwendeten Flüssigkristallen beträgt vorzugsweise 15%-100%, insbesondere jedoch 25%-100%. Die Basismischung basiert neben Verbindungen der Formel I besonders bevorzugt auf der folgenden kleineren Gruppe von Verbindungen, wobei R¹ die oben angeführte Bedeutung hat.

Ganz besonders bevorzugt sind Flüssigkristalle, die auf den im folgenden beschriebenen Mischungen 1-12 basieren, wobei der Massenanteil der Mischungen 1-12 an dem Flüssigkristall zwischen 10% und 98% und insbesondere zwischen 15% und 95% liegt. Die Mischungen 1-12 bestehen aus 2 oder mehr Verbindungen, die unter 2, 3, 4 oder 5 Formeln fallen, die aus der Gruppe der Formeln I, II, III, IV und V ausgewählt werden. Die Mischungen 1-12 enthalten vorzugsweise 2-40, insbesondere jedoch 2-38 und ganz besonders 2-35 Verbindungen. Der Massenanteil dieser Verbindungen an den Mischungen 1-12 kann innerhalb der angegebenen Grenzen zur optimalen Anpassung an den jeweiligen Displaytyp variiert werden, wobei die Summe dieser Massenanteile an den Mischungen 1-12 selbstverständlich 100% beträgt.

Die erfindungsgemäßen elektrooptischen Flüssigkristallsysteme zeichnen sich vorzugsweise dadurch aus, daß während der Herstellung des Systems keine oder nur eine geringe Wechselwirkung der Komponenten der Flüssigkristallmischung mit dem polymeren Trägermaterial über polare Gruppen zustande kommt.

Die erfindungsgemäßen elektrooptischen Flüssigkristallsysteme können durch Anlegen einer Gleich- oder Wechselspannung geschaltet werden. Bevorzugt jedoch wird eine Wechselspannung verwendet, die eine Effektiv-Wechselspannungsamplitude zwischen 1 und 240 Volt und eine Wechselspannungsfrequenz zwischen 10 und 10 kHz aufweist. Besonders bevorzugt sind Amplituden zwischen 2 und 220 Volt und Frequenzen zwischen 20 und 120 Hz. Ganz besonders bevorzugt liegt die Amplitude der Wechselspannung zwischen 2 und 130 V.

Die dielektrische Anisotropie der verwendeten Flüssigkristallmischung ist positiv Δε<0 und vorzugsweise Δε<3. Für kleinere Werte der dielektrischen Anisotropie Δε werden sehr hohe Schwellenspannungen beobachtet. Besonders bevorzugt sind Werte Δε<5, insbesondere Δε<10 und ganz besonders Δε<15.

Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristallmischungen erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die gewünschte Menge der in geringerer Menge verwendeten Komponenten in 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.

Durch geeignete Zusätze können die beschriebenen Flüssigkristallmischungen so modifiziert werden, daß sie in allen elektrooptischen Systemen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 verwendet werden können.

Derartige Zusätze sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur ausführlich beschrieben. So können z. B. pleochroitische Farbstoffe zur Herstellung farbiger elektrooptischer Systeme oder Substanzen zur Veränderung der dielektrischen Anisotropie, der optischen Anisotropie, der Viskosität und/oder der Temperaturabhängigkeit elektrooptischer Parameter der Flüssigkristalle zugesetzt werden. Derartige Substanzen sind z. B. in H. Kelker, R. Hatz, Handbook of Liquid Crystals, Verlag Chemie, Weinheim, 1980, und in den DE-OS 22 09 127, 22 40 864, 23 21 632, 23 38 281, 24 50 088, 26 37 430, 28 53 728 und 29 02 177 beschrieben.

Elektrooptische Flüssigkristallsysteme, bei denen dem Flüssigkristall pleochroitische Farbstoffe in einem Gewichtsprozentbereich von 0-25%, insbesondere 0-20% und ganz besonders 0-15% zugesetzt sind, sind bevorzugt.

Der Fachmann kann weiter aus dem großen Pool nematischer oder nematogener Substanzen Zusätze zu den beschriebenen Flüssigkristallmischungen so auswählen, daß die Doppelbrechung Δn und/oder der ordentliche Brechungsindex n_o und/oder andere Brechungsindizes und/oder die Viskosität und/oder die dielektrische Anisotropie und/oder weitere Parameter des Flüssigkristalls im Hinblick auf die jeweilige Anwendung optimiert werden.

Zur Erhöhung des Klärpunkts kann der Fachmann den in den erfindungsgemäßen Systemen verwendeten Flüssigkristallmischungen z. B. hochklärende Substanzen zusetzen wie z. B.

wobei R² und R³ jeweils unabhängig voneinander Alkyl, Methoxy, Alkoxycarbonyl oder Alkanoyloxy mit 1-15 C-Atomen bedeuten. Dabei wird der Fachmann die Konzentration derartiger Zusätze vorzugsweise so wählen, daß insbesondere Δn und/oder n_o und/oder ein anderer, bei der jeweiligen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrooptischen Systems anzupassender Brechungsindex und/oder Δε nur in einem akzeptablen und/oder kleinen und/oder insbesondere vernachlässigbaren Ausmaß beeinflußt wird.

Wird das erfindungsgemäße System mit einer Wechselspannung angesteuert, ist die Verwendung einer hochviskosen Flüssigkristallmischung erforderlich, da sonst insbesondere bei niederen bis mittleren Frequenzen eine flimmernde Anzeige resultiert. Zur Erhöhung der Viskosität kann der Fachmann der Flüssigkristallmischung hochviskose Flüssigkristallverbindungen oder aber insbesondere ein oder mehrere Seitenkettenpolymere, wie dies in DE 39 19 942 beschrieben ist, zusetzen. Wird das elektrooptische System dagegen z. B. als Matrixdisplay mit hohem Informationsgehalt verwendet, sind insbesondere niedrigviskose Flüssigkristallmischungen zur Erzielung kleiner Schaltzeiten bevorzugt. Der Fachmann kann aus dem großen Pool nematischer oder nematogener Verbindungen solche mit niedriger Viskosität auswählen wie z. B.

wobei R² und R³ die oben angegebene Bedeutung haben. Der Fachmann wird die zur Modifizierung der Viskosität verwendeten Substanzen und ihre Konzentration so wählen, daß andere entscheidende Parameter der Flüssigkristallmischung wie z. B. Δn, Δε und bei Verwendung von Viskositätserniedrigern insbesondere T_c nur in einem akzeptablen und/oder kleinen und/oder unwesentlichen Ausmaß beeinflußt wird.

Gegebenenfalls können hochnematogene Substanzen wie z. B.

zugesetzt werden, wobei der Fachmann berücksichtigt, daß durch derartige Zusätze andere Parameter und insbesondere die Löslichkeit der Flüssigkristallmischung in dem für die Matrix verwendeten Polymer nicht zu stark geändert werden.

Zur Modifizierung der Doppelbrechung kann der Fachmann z. B. bei Flüssigkristallmischungen, die Verbindungen der Formeln II-V enthalten, den relativen Anteil dieser Verbindungen an der Mischung variieren; für Mischungen mit sehr hohem Δn können z. B. insbesondere 4-Alkyl- oder alkoxy-4′ bzw. 4′′-cyano-biphenyle bzw. -terphenyle verwendet werden.

Durch die beschriebenen Zusätze kann der Flüssigkristall im Hinblick auf die jeweilige Anwendung modifiziert und optimiert werden. Entscheidend aber ist, daß Flüssigkristalle, enthaltend Verbindungen der Formel I und insbesondere solche zusätzlich enthaltend eine oder mehrere Verbindungen der Formeln II-V, zur Verwendung in erfindungsgemäßen elektrooptischen Flüssigkristallsystemen besonders geeignet sind. Ganz besonders geeignet sind jedoch die Flüssigkristallmischungen 1-12, die zusätzlich zu Verbindungen der Formel I eine oder mehrere Verbindungen der Formel II-V in definierten Massenprozentenbereichen enthalten.

Diese Verbindungen der Formel I enthaltenden Flüssigkristallmischungen stellen für die Anwendung in elektrooptischen Systemen auch besonders geeignete "stabile Gerüstmischungen" dar, die i.a. durch die beschriebenen Zusätze im Hinblick auf spezielle Anforderungen optimiert werden können, ohne daß andere Parameter der Mischung gleichzeitig in eine zu drastische und die Verwendbarkeit der Mischung in den elektrooptischen Systemen erheblich beeinträchtigende Änderung erfahren.

Die erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristalle zeichnen sich durch vorteilhafte Werte für die Doppelbrechung Δn und die Fließviskosität η, eine hohe Stabilität, geringe Mischbarkeit mit dem für die Matrix verwendeten Polymer, einen breiten mesogenen Bereich, einen relativ hohen Klärpunkt und insbesondere durch vorteilhafte Werte für die dielektrische Anisotropie und die Temperaturabhängigkeit der elektrooptischen Parameter aus. Die Flüssigkristalle entsprechen den eingangs beschriebenen Anforderungen, die bei einer Verwendung in einem elektrooptischen System gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 gestellt werden, in besonders hohem Maße und sehr viel besser als bisher in diesen Systemen verwendete Flüssigkristalle.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen.

Es bedeuten:

K: Kristallin-fester Zustand,
S: smektische Phase (der Index kennzeichnet den Phasentyp),
N: nematische Phase,
Ch: cholesterische Phase,
I: isotrope Phase.

Die zwischen 2 Symbolen stehende Zahl gibt die Umwandlungstemperatur in Grad Celsius an.

Die angegebenen Prozentzahlen sind Massenprozente.

Beispiel 1

a) Ein elektrooptisches Flüssigkristallsystem, enthaltend eine Flüssigkristallmischung, die aus folgenden Verbindungen besteht

10,0%
2-(4-Cyanophenyl)-5-propyl-1,3-dioxan
15,0%	2-(4-Cyanophenyl)-5-butyl-1,3-dioxan
15,0%	2-(4-Cyanophenyl)-5-pentyl-1,3-dioxan
20,0%	4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-benzonitril
15,0%	4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-benzonitril
10,0%	4-(trans-4-Heptylcyclohexyl)-benzonitril
5,0%	4-(trans-4-Propyl-cyclohexyl)-4′-(trans-4-propylcyclohexyl)-biphenyl-
5,0%	4-(trans-4-Pentyl-cyclohexyl)-4′-(trans-4-pentylcyclohexyl)-biphenyl-
5,0%	4-(trans-4-Pentyl-cyclohexyl)-4′-(trans-4-propylcyclohexyl)-biphenyl-

und folgende physikalische Parameter aufweist
Klärpunkt T_c = 76°C
Viskosität η = 34 mm² s⁻¹ (20°C)
Optische Anisotropie Δn = 0,131 (589 nm, 20°C)
Dielektrische Anisotropie Δε = 17 (1 kHz, 20°C)

b) Das elektrooptische Flüssigkristallsystem wird nach verschiedenen Verfahren 1.1-1.3 und 2 hergestellt.
- 1. Mikrotröpfchen-Matrix-Systeme
  - 1.1 Die Flüssigkristallmischung aus a) wird mit dem durch UV-Bestrahlung härtbaren Klebstoff NOA 65 (Norland Products) im Verhältnis 1,6 : 1 bei Raumtemperatur gerührt, bis eine klare Lösung erhalten wird, die zusammen mit Abstandshaltern (20 µm) zwischen 2 durchsichtige, mit Elektrodenschichten versehene Glassubstrate gebracht wird. Die Glassubstrate werden zusammengedrückt, wodurch ein gleichmäßiger Film mit einer Dicke von 20 µm erhalten wird, der durch eine 1minütige UV-Bestrahlung ausgehärtet wird.
  - 1.2 Die Flüssigkristallmischung aus a) wird mit Epikote 828 und Capcure 3-800 (Miller Stephenson Company) im Verhältnis 1 : 1 : 1 bei Raumtemperatur gerührt, bis eine klare Lösung erhalten wird; die Rührzeit wird so kurz wie möglich gehalten, da die Lösung bei Raumtemperatur bereits nach etwa ½ h ausgehärtet ist. Die Lösung wird zusammen mit Abstandshaltern (20 µm) zwischen 2 durchsichtige, mit Elektrodenschichten versehene Glassubstrate gebracht, die zusammengedrückt werden, wodurch ein gleichmäßiger Film mit einer Dicke von 20 µm erhalten wird. Zur Beschleunigung des Aushärtprozesses können die Filme auf Temperatur bis 100°C erwärmt werden.
  - 1.3 5 g der Flüssigkristallmischung aus a) werden mit 15 g 20% wäßriger PVA-Lösung bei Raumtemperatur 2 Minuten lang mit 2000 rpm gerührt. Die erhaltene Lösung wird 24 h lang entgast und zusammen mit Abstandshaltern (20 µm) in dünner Schicht auf ein mit einer Elektrodenschicht versehenes Glassubstrat aufgebracht. Die Anordnung wird 1 h bei 85°C getrocknet, bevor ein zweites mit einer Elektrodenschicht versehenes Glassubstrat aufgedrückt wird, wodurch ein gleichmäßiger Film mit einer Dicke von 20 µm erhalten wird. Das so erhaltene System wird weitere 24 h bei 85°C getrocknet.
- 2. Netzwerksystem
  Die Flüssigkristallmischung aus a) wird mit Trimethylpropan-triacrylat als polymerisierbarer Verbindung und 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on (Darocure 1173, Handelsprodukt von E. Merck, Darmstadt) als Photoinitiator im Verhältnis 80 : 19,8 : 0,2 gerührt und unter Hinzufügung von Abstandshaltern mit einer Dicke von 20 µm zwischen 2 mit Elektrodenschichten versehene Glasplatten gebracht. Zur Härtung des Polymers wurde das erhaltene System mit einer definierten Geschwindigkeit (3 m/min) durch das Strahlungsfeld einer Halogenlampe (70 W/cm) gefahren.

Die nach den Verfahren b) 1.1-1.3 und 2 hergestellten elektrooptischen Systeme zeichnen sich durch einen breiten Arbeitstemperaturbereich, günstige Werte für die elektrooptischen Parameter und deren Temperaturabhängigkeit und insbesondere durch eine niedrige Schwellenspannung aus.

Beispiel 2

15,0%
2-(4-Cyanophenyl)-5-propyl-1,3-dioxan
10,0%	2-(4-Cyanophenyl)-5-butyl-1,3-dioxan
15,0%	2-(4-Cyanophenyl)-5-pentyl-1,3-dioxan
15,0%	2-(4-Cyanophenyl)-5-propylpyridin
15,0%	2-(4-Cyanophenyl)-5-butylpyridin
15,0%	2-(4-Cyanophenyl)-5-pentylpyridin
5,0%	4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-4′-(trans-4-propylcyclohexyl)-biphenyl
5,0%	4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-4′-(trans-4-pentylcyclohexyl)-biphenyl
5,0%	4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-4′-(trans-4-propylcyclohexyl)-biphenyl

und folgende physikalische Parameter aufweist
Klärpunkt T_c = 68°C
Viskosität η = 45 mm² s⁻¹ (20°C)
Optische Anisotropie Δn = 0,131 (589 nm, 20°C)
Dielektrische Anisotropie Δε = 17 (1 kHz, 20°C)

b) Die nach den Verfahren b) 1.1-1.3 und 2 hergestellten elektrooptischen Systeme zeichnen sich durch einen breiten Arbeitstemperaturbereich, günstige Werte für die elektrooptischen Parameter und deren Temperaturabhängigkeit und insbesondere durch eine niedrige Schwellenspannung aus.

Beispiel 3

15%
2-(4-Cyanophenyl)-5-propyl-1,3-dioxan
15%	2-(4-Cyanophenyl)-5-butyl-1,3-dioxan
15%	2-(4-Cyanophenyl)-5-pentyl-1,3-dioxan
20%	4-Pentyl-4′-cyanobiphenyl
20%	4-Heptyl-4′-cyanobiphenyl
5%	4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-4′-(trans-4-propyl-cyclohexyl)-biphenyl-
5%	4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-4′-(trans-4-pentyl-cyclohexyl)-biphenyl-
5%	4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-4′-(trans-4-propyl-cyclohexyl)-biphenyl-

und folgende physikalische Parameter aufweist
Klärpunkt T_c = 72°C
Viskosität η = 38 mm² s⁻¹
Optische Anisotropie Δn = 0,166 (589 nm, 20°C)
Dielektrische Anisotropie Δε = 20 (1 kHz, 20°C)

Beispiel 4

10%
2-(4-Cyanophenyl)-5-propyl-1,3-dioxan
10%	2-(4-Cyanophenyl)-5-butyl-1,3-dioxan
15%	2-(4-Cyanophenyl)-5-pentyl-1,3-dioxan
5%	2-(4-Cyanophenyl)-5-pentylpyrimidin
10%	2-(4-Cyanophenyl)-5-heptylpyrimidin
15%	4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-benzonitril
10%	4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-benzonitril
10%	4-(trans-4-Heptylcyclohexyl)-benzonitril
5%	4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-4′-(trans-4-propylcyclohexyl)-biphenyl
5%	4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-4′-(trans-4-propylcyclohexyl)-biphenyl
5%	4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-4′-(trans-4-propylcyclohexyl)-biphenyl

und folgende physikalische Parameter aufweist
Klärpunkt T_c = 76°C
Viskosität η = 38 mm² s⁻¹ (20°C)
Optische Anisotropie Δn = 0,15 (589 nm, 20°C)
Dielektrische Anisotropie Δε = 21 (1 kHz, 20°C)

Claims

1. Elektrooptisches Flüssigkristallsystem,

- welches zwischen 2 Elektroden, die gegebenenfalls auf Substratplatten aufgebracht sind, einen dielektrisch positiven Flüssigkristall und ein weiteres optisch transparentes Medium enthält,
- dessen Flüssigkristallmoleküle im ausgeschalteten Zustand eine unregelmäßige Orientierung aufweisen,
- bei dem einer der Brechungsindizes des Flüssigkristalls im wesentlichen mit dem Brechungsindex der Matrix n_M übereinstimmt und/oder bei dem der Quotient aus der Masse des Flüssigkristalls und der Masse des optisch transparenten Mediums 1,5 oder mehr beträgt,
- welches in einem der beiden Schaltzustände unabhängig von der Polarisation des einfallenden Lichtes eine gegenüber dem anderen Zustand verminderte Transmission aufweist,

dadurch gekennzeichnet,daß der Flüssigkristall eine oder mehrere Verbindungen der Formel I enthält worin
R Alkyl mit bis zu 12 C-Atomen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O- oder -CH=CH- ersetzt sein können,
X F oder Cl,
Q¹ -A¹-(A²)_n-Z oder -A¹-Z-A²,
m und n 0 oder 1,
einer der Ringe A¹ oder, soweit vorhanden, A² worin Y -CH₂- oder O ist und der andere und -CH₂CH₂-, eine Einfachbindung, COO oder -OCO- bedeuten.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall eine oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln II-V, enthält, worin
R¹ jeweils unabhängig voneinander eine Alkylgruppe mit 1-15 C-Atomen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CO- und/oder -CH=CH- ersetzt sein können,
S eine Einfachbindung, -COO- oder -OOC-, bedeuten.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der aus den Verbindungen I-V bestehenden Basismischung an dem Flüssigkristall 15-100% beträgt.

4. System nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall weitere Verbindungen enthält, die aus den Klassen der Azoxybenzole, Benzylidenaniline, Biphenyle, Terphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylbenzoate, Cyclo hexan-carbonsäurephenyl- oder cyclohexyl-ester, Phenyl- oder Cyclohexylester der Cyclohexylbenzoesäure, Phenyl- oder Cyclohexylester der Cyclohexyl cyclohexancarbonsäure, Cyclohexylphenylester der Benzoesäure, der Cyclohexancarbonsäure bzw. der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Phenylcyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexene, Cyclohexylcyclohexylcyclohexene, 1,4-Biscyclohexylbenzole, 4,4′-Bis-cyclohexylbiphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylpyrimidine, Phenyl- oder Cyclohexylpyridine, Phenyl- oder Cyclohexyldioxane, Phenyl- oder Cyclohexyl-1,3-dithiane, 1,2-Diphenylethane, 1,2-Dicyclohexylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexylethane, 1-Cyclo hexyl-2-(4-phenyl-cyclohexyl)-ethane, 1-Cyclohexyl- 2-biphenylylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexylphenylethane, halogenierten Stilbene, Benzylphenylether, Tolane und substituierten Zimtsäuren ausgewählt werden, wobei die 1,4-Phenylengruppen in diesen Verbindungen auch fluoriert sein können.

5. System nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall weitere Verbindungen der Formeln 1-5 enthält R′-L-E-R′′ (1)R′-L-COO-E-R′′ (2)R′-L-OOC-E-R′′ (3)R′-L-CH₂CH₂-E-R′′ (4)R′-L-C≡C-E-R′′ (5)worin
L und E jeweils unabhängig voneinander einen bivalenten Rest aus der aus -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -G-Phe- und -G-Cyc- sowie deren Spiegelbilder gebildeten Gruppe, wobei Phe unsubstituiertes oder durch Fluor substituiertes 1,4-Phenylen, Cyc trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Cyclohexenylen, Pyr Pyrimidin-2,5-diyl oder Pyridin-2,5-diyl, Dio 1,3-Dioxan-2,5-diyl und G 2-(trans-1,4-Cyclohexyl)-ethyl, Pyrimidin-2,5-diyl, Pyridin-2,5-diyl oder 1,3-Dioxan-2,5-diyl sind, und
R′ und R′′ jeweils unabhängig voneinander Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, Alkenyloxy oder Alkanoyloxy jeweils mit 1-8 C-Atomen oder CN, CF₃, F, Cl oder NCS
bedeuten.

6. System nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall auf einer der Mischungen 1-6 basiert,

wobei der Massenanteil der Mischungen 1-12 an dem Flüssigkristall zwischen 10% und 98% liegt.

7. System nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall eine dielektrische Anisotropie Δε<3 aufweist.

8. System nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall mindestens einen pleochroitischen Farbstoff enthält.

9. System nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall in Form von Mikrotröpfchen in das optisch transparente Medium eingebettet ist.

10. System nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das optisch transparente Medium ein 3-dimensionales Netzwerk bildet, in dessen Poren sich der Flüssigkristall befindet.

11. Flüssigkristall, dadurch gekennzeichnet, daß er mit dem Flüssigkristall in einem elektrooptischen System nach mindestens einem der Ansprüche 2-9 identisch ist.

12. Verwendung eines Flüssigkristalls, enthaltend mindestens eine Verbindung der Formel I, in einem System nach Anspruch 9 oder 10.

13. Verwendung eines Flüssigkristalls nach Anspruch 11 in einem System nach Anspruch 9 oder 10.