DE4027981A1

DE4027981A1 - Matrix-fluessigkristallanzeige

Info

Publication number: DE4027981A1
Application number: DE4027981A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Geelhaar; Bernhard Dr Rieger; Volker Reiffenrath; Ekkehard Dr Bartmann; David Dr Coates
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1990-09-04
Publication date: 1992-04-30
Also published as: US5384065A; EP0474062B1; EP0474062A3; EP0474062A2; DE59107066D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Matrix Flüssigkristalllanzeige basierend auf dem Prinzip der elektrisch kontrollierten Doppelbrechung mit

- zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- integrierten nicht-linearen Elementen zur Schaltung Umrandung eine Zelle bilden,
- integrierten nicht-linearen Elementen zur Schaltung einzelner Bildpunkte auf den Trägerplatten,
- einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit negativer dielektrischer Anisotropie und hohem spezifischem Widerstand,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten und
- einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von etwa 85 Grad bis 95 Grad,

dadurch gekennzeichnet, daß die nematische Flüssigkristallmischung mindestens eine Verbindung enthält, welche ein Strukturelement der Formel 1, 2 oder 3

aufweist.

Das Prinzip der elektrisch kontrollierten Doppelbrechung, der ECB-Effekt (electrically controlled birefringence) oder auch DAP-Effekt (Deformation aufgerichteter Phasen) wurde erstmals 1971 beschrieben (M. F. Schieckel und K. Fahrenschon, "Deformation of nematic liquid crystals with vertical orientation in electrical fields", Appl. Phys. Lett. 19 (1971), 3912). Es folgten Arbeiten von J. F. Kahn Appl. Phys. Lett. 20 (1972), 1973) und G. Labrunie und J. Robert (J. Appl. Phys. 44 (1973), 4869).

Die Arbeiten von J. Robert und F. Clerc (SID 80 Digest Techn. Papers 1980), 30), J. Duchene (Displays 7 (1986), 3) und H. Schad (SID 82 Digest Techn. Papers (1982), 244) haben gezeigt, daß flüssigkristalline Phasen hohe Werte für das Verhältnis der elastischen Konstanten K₃/K₁, hohe Werte für die optische Anisotropie Δn und Werte für die dielektrische Anisotropie Δε Werte -0,5 und -5 aufweisen müssen, um für hochinformative Anzeigeelemente basierend auf dem ECB-Effekt eingesetzt werden zu können. Auf dem ECB-Effekt basierende elektrooptische Anzeigeelemente weisen eine homöotrope Randorientierung auf.

Für die technische Anwendung dieses Effektes in elektrooptischen Anzeigeelementen werden FK-Phasen benötigt, die einer Vielzahl von Anforderungen genügen müssen. Besonders wichtig sind hier die chemische Beständigkeit gegenüber über Feuchtigkeit, Luft und physikalischen Einflüssen wie Wärme, Strahlung im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Bereich und elektrische Gleich- und Wechselfelder. Ferner wird von technisch verwendbaren FK-Phasen eine flüssigkristalline Mesophase in einem geeigneten Temperaturbereich und eine niedrige Viskosität gefordert.

In keiner der bisher bekannten Reihen von Verbindungen mit flüssigkristalliner Mesophase gibt es eine Einzelverbindung, die allen diesen Erfordernissen entspricht. Es werden daher in der Regel Mischungen von zwei bis 25, vorzugsweise drei bis 18, Verbindungen hergestellt, um als FK-Phasen verwendbare Substanzen zu erhalten. Optimale Phasen konnten jedoch auf diese Weise nicht leicht hergestellt werden, da bisher keine Flüssigkristallmaterialien mit deutlich negativer dielektrischer Anisotropie und ausreichender Langzeitstabilität zur Verfügung standen.

Matrix-Flüssigkristallanzeigen (MFK-Anzeigen) gemäß des Oberbegriffs sind bekannt. Als nichtlineare Elemente zur individuellen Schaltung der einzelnen Bildpunkte können beispielsweise aktive Elemente (d. h. Transistoren) verwendet werden. Man spricht dann von einer "aktiven Matrix", wobei man zwei Typen unterscheiden kann:

1. MOS (Metal Oxide Semiconductor)-Transistoren auf Silizium-Wafer als Substrat.
2. Dünnfilm-Transistoren (TFT) auf einer Glasplatte als Substrat.

Bei Typ 1 wird als elektrooptischer Effekt üblicherweise die dynamische Streuung oder der Guest-Host-Effekt verwendet. Die Verwendung von einkristallinem Silizium als Substratmaterial beschränkt die Displaygröße, da auch die modulartige Zusammensetzung verschiedener Teildisplays an den Stößen zu Problemen führt.

Bei dem aussichtsreicheren Typ 2, welcher bevorzugt ist, wird als elektrooptischer Effekt üblicherweise der TN- Effekt verwendet. Man unterscheidet zwei Technologien: TFT′s aus Verbindungshalbleitern wie z. B. CdSe oder TFT′s auf der Basis von polykristallinem oder amorphem Silizium. An letzterer Technologie wird weltweit mit großer Intensität gearbeitet.

Die TFT-Matrix ist auf der Innenseite der einen Glasplatte der Anzeige aufgebracht, während die andere Glasplatte auf der Innenseite die transparente Gegenelektrode trägt. Im Vergleich zu der Größe der Bildpunkt-Elektrode ist der TFT sehr klein und stört das Bild praktisch nicht. Diese Technologie kann auch für voll farbtaugliche Bilddarstellungen erweitert werden, wobei ein Mosaik von roten, grünen und blauen Filtern derart angeordnet ist, daß je ein Filterelement einem schaltbaren Bildelement gegenüber liegt.

Die bisher bekannten TFT-Anzeigen arbeiten üblicherweise als TN-Zellen mit gekreuzten Polarisatoren in Transmission und sind von hinten beleuchtet.

Der Begriff MFK-Anzeigen umfaßt hier jedes Matrix-Display mit integrierten nichtlinearen Elementen, d. h. neben der aktiven Matrix auch Anzeigen mit passiven Elementen wie Varistoren oder Dioden (MIM=Metall-Isolator-Metall).

Derartige MFK-Anzeigen eignen sich besonders für TV- Anwendungen (z. B. Taschenfernseher) oder für hochinformative Displays in Automobil- oder Flugzeugbau. Neben Problemen hinsichtlich der Winkelabhängigkeit des Kontrastes und der Schaltzeiten resultieren bei MFK-Anzeigen Schwierigkeiten bedingt durch nicht ausreichend hohen spezifischen Widerstand der Flüssigkristallmischungen [TOGASHI, S., SEKIGUCHI, K., TANABE, H., YAMAMOTO, E., SORIMACHI, K., TAJIMA, E., WATANABE, H., SHIMIZU, H., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: A 210-288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings, p. 141 ff, Paris; STROMER, M., Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Adressing of Television Liquid Crystal Displays, p. 145 ff, Paris]. Mit abnehmendem Widerstand verschlechtert sich der Kontrast einer MFK-Anzeige. Da der spezifische Widerstand der Flüssigkristallmischung durch Wechselwirkung mit den inneren Oberflächen der Anzeige im allgemeinen über die Lebenszeit einer MFK-Anzeige abnimmt, ist ein hoher (Anfangs)- Widerstand sehr wichtig für Anzeigen die akzeptable Widerstandswerte über eine lange Betriebsdauer aufweisen müssen.

Der Nachteil der bisher bekannten MFK-TN-Anzeigen beruht in ihrem vergleichsweise niedrigen Kontrast, der relativ hohen Blickwinkelabhängigkeit und der Schwierigkeit in diesen Anzeigen Graustufen zu erzeugen.

Es besteht somit immer noch ein großer Bedarf nach MFK-Anzeigen mit sehr hohem spezifischen Widerstand bei gleichzeitig großem Arbeitstemperaturbereich, kurzen Schaltzeiten und niedriger Schwellenspannung, mit deren Hilfe verschiedene Graustufen erzeugt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, MFK-Anzeigen, welche auf dem ECB-Effekt beruhen, bereitzustellen, die die oben angegebenen Nachteile nicht oder nur in geringerem Maße und gleichzeitig sehr hohe spezifische Widerstände aufweisen.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man in diesen Anzeigeelementen nematische Flüssigkristallmischungen verwendet, die mindestens eine Verbindung enthält, welche ein Strukturelement der Formel 1, 2 oder 3

aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Matrix Flüssigkristallanzeige basierend auf dem Prinzip der elektrisch kontrollierten Doppelbrechung mit

- zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- integrierten nicht-linearen Elementen zur Schaltung einzelner Bildpunkte auf den Trägerplatten,
- einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit negativer dielektrischer Anisotropie und hohem spezifischen Widerstand,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten und
- einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von etwa 85 Grad bis 95 Grad,

wobei die nematische Flüssigkristallmischung mindestens eine Verbindung enthält,
welche ein Strukturelement der Formel 1, 2 oder 3

aufweist, insbesondere eine
Anzeige, wobei die Flüssigkristallmischung einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60 K und eine Viskosität von maximal 30 mPa · s bei 20°C aufweist und/oder, wobei
die Flüssigkristallmischung ein Δε von etwa-0,5 bis-5 aufweist, wobei Δε die dielektrische Anisotropie bedeutet und/oder, wobei
die Doppelbrechung Δn der Flüssigkristallmischung zwischen 0,04 und 0,10 liegt und/oder wobei
die Dielektrizitätskonstante ε_|| größer oder gleich 3 ist.

Insbesondere bevorzugt sind solche Anzeigen, wobei die Flüssigkristallmischung mindestens eine Verbindung der Formel I enthält,

wobei
R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander einen Alkyl- oder Alkenyl-Rest mit bis zu 16 C-Atomen, worin in diesen Resten ein oder zwei CH₂-Gruppen durch -O- oder -S- ersetzt sein können,
Q O oder CH₂,
m 1 oder 2, und
n 0 oder 1
bedeuten.

Weiterhin bevorzugt sind solche Anzeigen, wobei die Flüssigkristallmischung mindestens eine Verbindung der Formel II enthält,

wobei R¹ und R² die für die Formel I angegebene Bedeutung besitzen, und

o 1 oder 2, und
p 0 oder 1
bedeuten.

Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung sind Anzeigen, wobei die Flüssigkristallmischungen neben den Verbindungen, welche ein Strukturelement der Formeln 1, 2 oder 3 aufweisen, mindestens eine Verbindung der Formel III enthält,

wobei R¹ und R² die für Formel I gegebene Bedeutung besitzen,

q 0, 1 oder 2
bedeuten, wobei im Falle q=2 die Ringe - D - gleich oder verschieden sein können.

Darüber hinaus ist ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige basierend auf dem Prinzip der elektrisch kontrollierten Doppelbrechung mit hoher Kennliniensteilheit und mit

wobei man eine nematische Flüssigkristallmischung in die Zelle einfüllt, die mindestens eine Verbindung mit dem Strukturlement

enthält, Gegenstand der Erfindung.

Die nematischen Flüssigkristallmischungen der in mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 definierten Zusammensetzung, sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Von den Verbindungen, welche ein Strukturelement der Formel 1 aufweisen, sind die Carbonitrile der Formel IV besonders bevorzugt,

R⁴-(A^o-Z^o)_p-A-R⁵ (IV)

worin
R⁴ und R⁵ jeweils unabhängig voneinander eine Alkylgruppe mit jeweils 1 bis 15 C-Atomen, worin auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch eine Gruppierung ausgewählt aus der Gruppe -O-, -S-, -CO-, -CH-Halogen-, CHCN-, -O-CO-, -O-COO-, -CO-O- und CH=CH- oder auch durch eine Kombination von zwei geeigneten Gruppierungen ersetzt sein können, wobei zwei Heteroatome nicht direkt miteinander verknüpft sind,

oder eine dieser Gruppen,
worin eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch O und/oder S oder aliphatische und/oder aromatische CH-Gruppen durch N ersetzt sind,
A^o jeweils unabhängig voneinander unsubstituiertes oder ein- oder mehrfach durch Halogenatome, CH₃- und/oder Nitril-Gruppen substituiertes 1,4-Cyclohexylen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O- und/ oder -S- und/oder eine -CH-CH₂-Gruppierung durch -C=N- ersetzt sein können (Cy), oder unsubstituiertes oder ein- oder mehrfach durch Halogenatome, CH₃- und/oder Nitril-Gruppen substituiertes 1,4-Phenylen, worin auch eine oder mehrere CH-Grupen durch N ersetzt sein können (Ph) bedeutet, einer der Reste A^o auch 2,6-Naphthylen (Na) oder Tetrahydro-2,6- naphthylen (Na) oder Tetrahydro-2,6-naphthylen (4H-Na), gegebenenfalls durch Halogen oder CN substituiert,
Z^o jeweils unabhängig voneinander -CO-O-, -O-CO-, -CH₂O-, -OCH₂-, -CH₂CH₂-, -CHCHN-CH₂- -CH₂-CHCN- oder eine Einfachbindung, und
p 1, 2 oder 3 bedeuten.

Von den Verbindungen, welche ein Strukturelement der Formel 2 oder 3 aufweisen, sind die Verbindungen der Formel V bevorzugt,

R⁶-(A¹-Z¹)_m-A-(Z²-A²)_n-R⁷ (V)

worin
R⁶ und R⁷ jeweils unabhängig voneinander eine Alkylgruppe mit jeweils 1 bis 15 C-Atomen, worin auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch eine Gruppierung ausgewählt aus der Gruppe -O-, -SO-, -CO-, -CH-Halogen-, -CHCN-, -O-CO-, -O-COO-, -CO-O- und -CH=CH- oder auch durch eine Kombination von zwei geeigneten Gruppierungen ersetzt sein können, wobei zwei Heteroatome nicht direkt miteinander verknüpft sind,
A¹ und A² jeweils unabhängig voneinander unsubstituiertes oder ein- oder mehrfach durch Halogenatome, CH₃- und/oder Nitril-Gruppen substituiertes 1,4-Cyclohexylen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O- und/ oder -S- und/oder eine -CH-CH₂-Gruppierung durch -C=N- ersetzt sein können (Cy), oder unsubstituiertes oder ein- oder mehrfach durch Halogenatome, CH₃- und/oder Nitril-Gruppen substituiertes 1,4-Phenylen, worin auch eine oder mehrere CH-Gruppen durch N ersetzt sein können (Ph) bedeutet, einer der Reste A^o auch 2,6-Naphthylen (Na) oder Tetrahydro-2,6-naphthylen (Na) oder Tetrahydro-2,6-naphthylen (4H-Na), gegebenenfalls durch Halogen oder CN substituiert,
A Thiadiazo-2,5-diyl oder 2,3-Difluor-1,4- phenylen,
Z¹ und Z² jeweils -CO-O-, -O-CO-, -CH₂CH₂-, -OCH₂-, -CH₂O- oder eine Einfachbindung,
m 1 oder 2 und
n 0 oder 1
bedeuten,
wobei für m=2 die beiden Gruppen A¹ und Z¹ gleich oder voneinander verschieden sein können.

Darüber hinaus können die erfindungsgemäßen Anzeigen zusätzlich eine Verbindung der Formel VI enthalten,

R⁸-(A³-Z¹)_o-Q¹-C≡C-Q²-(Z²-A⁴)_p-R⁹ (VI)

worin
R⁸ und R⁹ jeweils unabhängig voneinander eine Alkylgruppe mit jeweils 1 bis 15 C-Atomen, worin auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch eine Gruppierung ausgewählt aus der Gruppe -O-, -S-, -CO-, -CH- Halogen-, -CHCN-, -O-CO-, -O-COO-, -CO-O- und -CH=CH- oder auch durch eine Kombination von zwei geeigneten Gruppierungen ersetzt sein können, wobei zwei Heteroatome nicht direkt miteinander verknüpft sind,
Q¹ und Q² jeweils unabhängig voneinander unsubstituiertes oder ein- oder mehrfach durch Halogenatome, CH₃- und/oder Nitrilgruppen substituiertes 1,4- Phenylen bedeutet,
A³ und A⁴ jeweils unabhängig voneinander trans-1,4-Cyclohexylen, worin auch eine oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O- und/oder -S- ersetzt sein können oder 1,4-Phenylen, worin auch eine oder mehrere CH-Gruppen durch N ersetzt sein können,
o und p jeweils unabhängig voneinander 0 oder 1,
und Z¹ und Z² die bei Formel III angegebene Bedeutung haben.

Schließlich können die erfindungsgemäßen Anzeigen zusätzlich eine Verbindung der Formel V enthalten,

R⁸-(A¹-Z¹)_m-Q¹-C≡C-R¹⁰ (V)

worin R¹⁰ eine Alkylgruppe mit 1 bis 15 C-Atomen bedeutet, und R⁸, A¹, Z¹, Q¹ und m die oben angegebene Bedeutung haben.

Die Herstellung der nematischen Flüssigkristallmischungen erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die gewünschte Menge der in geringerer Menge verwendeten Komponenten in der den Hauptbestandteil ausmachenden Komponenten gelöst, zweckmäßig bei erhöhter Temperatur. Es ist auch möglich, Lösungen der Komponenten in einem organischen Lösungsmittel, z. B. in Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach Durchmischung wieder zu entfernen, beispielsweise durch Destillation.

Die Dielektrika können auch weitere, dem Fachmann bekannte und in der Literatur beschriebenen Zusätze enthalten. Beispielsweise können 0-15% pleochroitische Farbstoffe zugesetzt werden, ferner Leitsalze, vorzugsweise Ethylen-dimethyldodecylammonium-4-hexoxybenzoat, Tetrabutylammoniumtetraphenylboranat oder Komplexsalze von Kronenethern (vgl. z. B. Haller et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst. Band 24, Seiten 249-258 (1973)) zur Verbesserung der Leitfähigkeit oder Substanzen zur Veränderung der dielektrischen Anisotropie, der Viskosität und/oder der Orientierung der nematischen Phasen. Derartige Substanzen sind z. B. in den DE-OS 22 09 127, 22 40 864, 23 21 632, 23 38 281, 24 50 088, 26 37 430 und 28 53 728 beschrieben.

Die einzelnen Komponenten der Formel I bis VII der erfindungsgemäßen Flüssigkristallphasen sind entweder bekannt oder ihre Herstellungsweisen sind für den einschlägigen Fachmann aus dem Stand der Technik ohne weiteres abzuleiten, da sie auf in der Literatur beschriebenen Standardverfahren basieren.

Entsprechende Verbindungen der Formeln I und V werden beispielsweise beschrieben in WO 89 08 637, DE 39 06 019 und DE 39 06 052.

Entsprechende Verbindungen der Formel II und IV werden beispielsweise beschrieben in DE 32 31 707.

Verbindungen der Formeln III sind teilweise beschrieben in DE 29 27 277, DE 26 36 684, DE 29 48 836, DE 31 17 152, DE 32 11 601 und DE 33 21 373 und D. Demus et al., Flüssige Kristalle in Tabellen II, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1984.

Die Verbindungen der Formel VI sind beispielsweise beschrieben in WO 88 07 514 und DE 22 26 376.

Die Verbindungen der Formel VII sind beispielsweise beschrieben in JP-60 202 830, JP-61 263 933 und DE 37 34 517.

Die nematischen Flüssigkristallmischungen der erfindungsgemäßen Anzeigen enthalten vorzugsweise mindestens 5% von Verbindungen der Formel I, insbesondere bevorzugt 7 bis 50% von Verbindungen der Formel I.

Vorzugsweise enthalten diese Mischungen mindestens eine lateral fluorierte Verbindung der Formel IV, worin die Summe von m, n und o 1 oder 2 ist, insbesondere worin einer der Indizes m, und o 2 bedeutet.

Die nematischen Flüssigkristallmischungen enthalten vorzugsweise mindestens 10% von Verbindungen der Formel II, insbesondere bevorzugt 10 bis 30% von Verbindungen der Formel II oder IV. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Phasen mindestens eine Verbindung der Formel II oder IV, worin A eine in 1- oder 4-Position durch CN substituierte 1,4-Cyclohexylengruppe bedeutet, insbesondere eine Gruppe der Formel

mit einer Nitrilgruppe in axialer Position. R⁴ und R⁵ sind vorzugsweise geradkettiges Alkyl oder Alkoxy, insbesondere Alkyl, mit vorzugsweise 2 bis 7 C-Atomen. A^o ist vorzugsweise jeweils unabhängig voneinander trans-1,4- Cyclohexylen, 1,4-Phenylen (unsubstituiert oder durch Fluor substituiert), Pyrimidin-2,5-diyl oder Pyridin-2,5-diyl. Z^o ist vorzugsweise jeweils eine Einfachbindung. p ist vorzugsweise 1 oder 2.

Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel IV sind diejenigen der Teilformeln IVa bis IVc:

Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Teilformeln IVa und IVc. -PH-PH- ist vorzugsweise

oder das Spiegelbild der unsymmetrischen Gruppen.

Bevorzugte nematische Flüssigkristallmischungen enthalten mindestens eine Verbindung der Formel IVa, insbesondere mindestens eine lateral fluorierte Verbindung der Formel IVc. Ferner bevorzugt sind nematische Flüssigkristallmischungen enthaltend Verbindungen der Formel IVa und Verbindungen der Formel V.

Bevorzugte Phasen enthalten 30 bis 90%, insbesondere 49 bis 86% von Verbindungen der Formel V.

R⁶ und R⁷ sind vorzugsweise jeweils unabhängig voneinander Alkyl oder Alkoxy mit 2 bis 7 C-Atomen. m ist vorzugsweise 1. A¹ und A² sind vorzugsweise jeweils unabhängig voneinander trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Phenylen. Z¹ und Z² sind jeweils unabhängig voneinander vorzugsweise -CO-O-, -O-CO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung, insbesondere bevorzugt -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung. Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel V sind diejenigen der Teilformeln Va bis Vm

Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Teilformeln Va, Vb, Vc, Vh und Vj, insbesondere worin -A- 2,3- Difluor-1,4-phenylen bedeutet.

Besonders bevorzugte Phasen enthalten ferner noch mindestens eine Komponente der Formel VI und/oder VII. R³ ist vorzugsweise geradkettiges Alkyl oder Alkoxy mit jeweils 2 bis 7 C-Atomen. R⁶ bzw. R⁷ sind jeweils bevorzugt geradkettiges Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen. Q¹ und Q² sind jeweils unabhängig voneinander vorzugsweise 1,4- Phenylen oder durch Fluor substituiertes 1,4-Phenylen. A¹, A³ und A⁴ sind jeweils unabhängig voneinander vorzugsweise trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Phenylen. Z¹ und Z² sind jeweils vorzugsweise Einfachbindungen.

Die nematischen Flüssigkristallmischungen in den erfindungsgemäßen Anzeigen enthalten in der Regel zwei Komponenten A und B, die ihrerseits aus einer oder mehreren Einzelverbindungen bestehen.

Die Komponente A weist eine deutliche negative dielektrische Anisotropie auf und verleiht der nematischen Phase eine dielektrische von -0,3. Sie enthält bevorzugt Verbindungen der Formel V, insbesondere der Formel Va und/oder Verbindungen der Formel IV mit einer

insbesondere Verbindungen der Formeln Va, Vb, Vh, Vi, Vj und Vk. Der Anteil der Komponente A liegt zwischen 8% und 50%.

Für Komponente A wird vorzugsweise eine (oder mehrere Einzelverbindung(en) gewählt, die einen Wert von Δε0,5, vorzugsweise Δε-0,8 haben. Dieser Wert muß umso negativer sein, je kleiner der Anteil A an der Gesamtmischung ist.

Bei sehr hohem Anteil der Komponente A kann der Wert Δε der Komponente A auch nur schwach negativ sein, z. B. im Bereich von -0,5 bis -1,0. Neben den genannten bevorzugten Verbindungen der Formel IV und V enthaltend ein Strukturelement der Formel

sind weiterhin lateral fluorierte Verbindungen der Formel I, insbesondere die, die ein Strukturelement der Formel

enthalten, und Tolanderivate der Formel VI enthaltend die Strukturelemente:

als Bestandteile der Komponente A bevorzugt.

Die Komponente B weist eine ausgeprägte Nematogenität und eine Viskosität von nicht mehr als 30 mm²s^-1, vorzugsweise nicht mehr als 25 mm²s^-1 bei 20°C auf.

Besonders bevorzugte Einzelverbindungen der Komponente B sind extrem niedrig viskose nematische Flüssigkristalle mit nicht mehr als 18, vorzugsweise nicht mehr als 12 mm²s^-1, bei 20°C. Komponente B ist monotrop oder enantiotrop nematisch, weist keine smektischen Phasen auf und kann in Flüssigkristallmischungen das Auftreten von smektischen Phasen bis zu sehr tiefen Temperaturen verhindern. Versetzt man beispielsweise eine smektische Flüssigkristallmischung mit jeweils verschiedenen Materialien mit hoher Nematogenität, so kann durch den erzielten Grad der Unterdrückung smektischer Phasen die Nematogenität dieser Materialien verglichen werden.

Dem Fachmann sind aus der Literatur eine Vielzahl geeigneter Materialien bekannt. Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formel VIII

R⁴-A⁵-Z¹-A⁶-R⁵ (VIII)

worin R⁴ und R⁵ die für Formel IV angegebene Bedeutung besitzen,
Z¹ -COO-, -O-CO-, -CH₂CH₂-, -OCH₂-, -CH₂O- oder eine Einfachbindung, und
A⁵ und A⁶ jeweils unabhängig voneinander trans-1,4- Cyclohexylen oder unsubstituiertes oder durch Fluor substituiertes 1,4-Phenylen bedeuten.

Die Flüssigkristallphasen der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigen bestehen vorzugsweise aus 2 bis 15, vorzugsweise 3 bis 18 Komponenten.

Daneben können diese Flüssigkristallphasen auch mehr als 18 Komponenten, vorzugsweise 18 bis 25 Komponenten, enthalten.

Vorzugsweise enthalten die Phasen 2 bis 10, insbesondere 3 bis 5, Verbindungen der Formeln I bzw. V, insbesondere der Formeln Va, Vc, Ve, Vk, Vl und Vm, und 2 bis 10, insbesondere 4 bis 8, Verbindungen der Formel III, insbesondere ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln IIIa bis IIIc

Neben Verbindungen der Formeln I bis VIII können auch noch andere Bestandteile zugegen sein, z. B. in einer Menge von bis zu 45% der Gesamtmischung, vorzugsweise jedoch bis zu 34%, insbesondere bis zu 10%.

Die anderen Bestandteile werden vorzugsweise ausgewählt aus den nematischen oder nematogenen Substanzen, insbesondere den bekannten Substanzen, aus den Klassen der Azoxybenzole, Benzylidenaniline, Biphenyle, Terphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylbenzoate, Cyclohexan-carbonsäurephenyl- oder -cyclohexyl-ester, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Cyclohexylcyclohexane, Cyclohexylnapththaline, 1,4-Bis- oder Cyclohexylpyrimidine, Phenyl- oder Cyclohexyldioxane, gegebenenfalls halogenierten Stilbene, Benzylphenylether, Tolane und substituierten Zimtsäuren.

Die wichtigsten als Bestandteile derartiger Flüssigkristallphasen in Frage kommenden Verbindungen lassen sich durch die Formel IX charakterisieren,

R¹⁰-L-G-E-R¹¹ (IX)

worin L und E je ein carbo- oder heterocyclisches Ringsystem aus der aus 1,4-disubstituierten Benzol- und Cyclohexanringen, 4,4′-disubstituierten Biphenyl-, Phenylcyclohexan- und Cyclohexylcyclohexansystemen, 2,5-disubstituierten Pyrimidin- und 1,3-Dioxanringen, 2,6-disubstituierten Naphthalin, Di- und Tetrahydronaphthalin, Chinazolin und Tetrahydrochinazolin gebildeten Gruppe,

G -CH=CH-
-CH-CQ-
-C≡C-
-CO-O-
-CO-S-
-CH≡N-
-N(O)=N-
-CH=N(O)-
-CH₂-CH₂-
-CH₂-O-
-CH₂-S-
-COO-Phe-COO-

oder eine C-C-Einfachbindung, Q Halogen, vorzugsweise Chlor, oder -CN, und R¹⁰ und R¹¹ jeweils Alkyl, Alkoxy, Alkanoyloxy oder Alkoxycarbonyloxy mit bis zu 18, vorzugsweise bis zu 8 Kohlenstoffatomen, oder eine dieser Reste auch CN, NC, NO₂, CF₃, F, Cl oder Br bedeuten.

Bei den meisten dieser Verbindungen sind R¹⁰ und R¹¹ voneinander verschieden, wobei einer dieser Reste meist eine Alkyl- oder Alkoxygruppe ist. Auch andere Varianten der vorgesehenen Substituenten sind gebräuchlich.

Viele solcher Substanzen oder auch Gemische davon sind im Handel erhältlich. Alle diese Substanzen sind nach literaturbekannten Methoden herstellbar.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigen entspricht der üblichen Geometrie, wie sie z. B. in EP-OS 02 40 379 beschrieben wird.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen. Vor- und nachstehend bedeuten Prozentangaben Gewichtsprozent; alle Temperaturen sind in Grad Celsius angegeben.

Folgende Abkürzungen werden verwendet:

Die angegebenen Schwellenspannungswerte V (0,0), V (10,0), V (90,0) wurden in einer üblichen ECB-Zelle mit einer Schichtdicke von 5 µm bei 20°C gemessen.

Weiterhin bedeuten:
V ( 0,0) Schwellenspannung [V] 0% Transmission Blickwinkel 0°
V (10,0) Schwellenspannung [V] 10% Transmission Blickwinkel 0°
V (90,0) Schwellenspannung [V] 90% Transmission Blickwinkel 0°
Δε die optische Anisotropie gemessen bei 20°C und 589 nm
Δε die dielektrische Anisotropie bei 20°C
cp Klärpunkt [°C]
η (T) Viskosität [mm²s^-1] bei T °C
S Steilheit der Kennlinie

Spezifischer Widerstand [Ω · cm]

Die zur Messung der Schwellspannung verwendete Anzeige weist zwei planparallele Trägerplatten, im Abstand von 5 µm und Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orientierungsschichten aus Lecithin auf den Innenseiten der Trägerplatten auf, welche eine homeotrope Orientierung der Flüssigkristalle bewirken.

Beispiel 1

Man stellt eine Mischung bestehend aus

Bestandteil
Gew.-%
CMOP-502FF
9,0
EPCH-502FF	11,0
CCMOP-302FF	14,0
CCMOP-502FF	8,0
ECCP-302FF	15,0
CCH-302	10,0
CCH-303	12,0
CCH-501	9,0
CCH-502	12,0

her, deren physikalische Daten aus Tabelle I entnommen werden können.

Tabelle I

Beispiel 2

Man stellt eine flüssigkristalline Phase bestehend aus

Bestandteil
Gew.-%
CCN-47
17,0
CCN-55	16,0
CCH-302	9,0
CCH-303	13,0
CCH-501	10,0
CCH-502	10,0
PCH-301	10,0
CBC-33F	5,0
CBC-53F	5,0
CBC-55F	5,0

her, deren physikalische Daten aus Tabelle II entnommen werden können.

Tabelle II

Beispiel 3

Man stellt eine flüssigkristalline Phase her bestehend aus

Bestandteil
Gew.-%
EPCH-502FF
9
CMOP-502FF	5
CCP-502FF	14
CCMOP-302FF	14
CCH-302	14
CCH-303	14
CCH-501	13
PCH-201	13
CBC-33F	4

Beispiel 4

Man stellt eine nematische Flüssigkristallmischung her bestehend aus

Bestandteil
Gew.-%
CCN-47
12
NCB-45	5
CCH-302	13
CCH-303	7
CCH-501	7
PCH-301	7
CBC-33	5
CBC-53F	7
ECCP-302	19
ECCP-502	18

Claims

1. Matrix-Flüssigkristallanzeige basierend auf dem Prinzip der elektrisch kontrollierten Doppelbrechung mit

- zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- integrierten nicht-linearen Elementen zur Schaltung einzelner Bildpunkte auf den Trägerplatten,
- einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit negativer dielektrischer Anisotropie und hohem spezifischem Widerstand,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten und
- einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von etwa 85 Grad bis 95 Grad,

dadurch gekennzeichnet, daß die nematische Flüssigkristallmischung mindestens eine Verbindung enthält, welche ein Strukturelement der Formel 1, 2 oder 3 aufweist.

2. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60 K und eine Viskosität von maximal 30 mPa · s bei 20°C aufweist.

3. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung ein Δε von etwa -0,5 bis -5 aufweist, wobei Δε die dielektrische Anisotropie bedeutet.

4. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelbrechung Δn der Flüssigkristallmischung zwischen 0,04 und 0,10 liegt.

5. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante ε_|| größer oder gleich 3 ist.

6. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung mindestens eine Verbindung der Formel I enthält, wobei
R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander einen Alkyl- oder Alkenyl-Rest mit bis zu 16 C-Atomen, worin in diesen Resten ein oder zwei CH₂-Gruppen durch -O- oder -S- ersetzt sein können,
Q O oder CH₂,
m 1 oder 2, und
n 0 oder 1
bedeuten.

7. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung mindestens eine Verbindung der Formel II enthält, wobei R¹ und R² die für Formel I angegebene Bedeutung besitzen, und o 1 oder 2, und
p 0 oder 1
bedeuten.

8. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristallmischungen neben den Verbindungen, welche ein Strukturelement der Formeln 1, 2 oder 3 aufweisen, mindestens eine Verbindung der Formel III enthält, wobei R¹ und R² die für Formel I gegebene Bedeutung besitzen, q 0, 1 oder 2
bedeuten, wobei im Falle q=2 die Ringe gleich oder verschieden sein können.

9. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristallanzeige basierend auf dem Prinzip der elektrisch kontrollierten Doppelbrechung mit hoher Kennliniensteilheit und mit

dadurch gekennzeichnet, daß man eine nematische Flüssigkristallmischung in die Zelle einfüllt, die mindestens eine Verbindung mit dem Strukturelement enthält.

10. Nematische Flüssigkristallmischung der in mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 definierten Zusammensetzung.