DE4108398A1

DE4108398A1 - Fluessigkristallanzeige basierend auf dem prinzip der elektrisch kontrollierten doppelbrechung und fluessigkristallmischung

Info

Publication number: DE4108398A1
Application number: DE19914108398
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Geelhaar; Georg Weber; Volker Reiffenrath; Eike Dr Poetsch
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1990-03-31
Filing date: 1991-03-15
Publication date: 1991-10-02

Description

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

- zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssig kristallmischung mit negativer dielektrischer Anisotropie,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orientie rungsschichten 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 Flüssigkristall mischung eine Verbindung der Formel I enthält,

worin
R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit bis zu 15 C-Atomen, worin auch eine CH₂-Gruppe durch eine Gruppie rung ausgewählt aus der Gruppe -O-, -S- und -CO-, ersetzt sein kann, oder einer der Reste R¹ und R² auch

wobei R³ eine der für R¹ und R² angegebenen Bedeutungen hat, und
m, n und o jeweils unabhängig voneinander 0, 1 oder 2
bedeuten.

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), 1193) und G. Labruine 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. Paers (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 zwischen -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 Anzeige elemente weisen eine homöotrope Randorientierung auf.

Für die technische Anwendung dieses Effektes in elektro optischen Anzeigeelementen werden FK-Phasen benötigt, die einer Vielzahl von Anforderungen genügen müssen. Beson ders wichtig sind hier die chemische Beständigkeit gegen 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 Einzelverbin dung, 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 Flüssig kristallmaterialien mit deutlich negativer dielektrischer Anisotropie und ausreichender Langzeitstabilität zur Verfügung standen.

Aus der WO 88/02130 sind auf den ECB-Effekt basierende Anzeigen bekannt, welche neben Verbindungen mit einer negativen dielektrischen Anisotropie in erster Linie flüssigkristalline Tolane, Cyclohexyltolane oder 4[2-(Cyclohexyl)-ethyl]bicyclohexane enthalten.

Der Nachteil der zuletzt genannten Verbindungsklasse liegt für ECB-Anwendungen in ihrer relativ niedrigen Doppelbrechung.

Es besteht somit noch ein großer Bedarf an flüssigkristal linen Phasen mit günstigen Mesophasenbereichen, hohen Werten für K₃/K₁, hoher optischer Anisotropie Δn, negativer dielektrischer Anisotropie Δε und hoher Langzeitstabilität.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Flüs sigkristallanzeige aufzufinden, die die oben angegebenen Nachteile nicht oder nur in geringerem Maße aufweist und deren FK-Phase insbesondere durch sehr gute Langzeit stabilität gekennzeichnet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verwendung der Verbindungen der Formel I gelöst. Es wurde gefunden, daß die erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Phasen sehr günstige Eigenschaften und eine ausgezeichnete Langzeit stabilität aufweisen.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Flüssigkristall anzeige basierend auf dem Prinzip der elektrisch kon trollierten Doppelbrechung mit

wobei R³ eine der für R¹ und R² angegebenen Bedeutungen hat, und
m, n, und o jeweils unabhängig voneinander 0, 1 oder 2
bedeuten, insbesondere eine solche 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 die Flüssigkri stallmischung ein |Δε|/ε_∥ von etwa 0,2 bis 0,7 aufweist, wobei |Δε| der Betrag der dielektrischen Anisotropien und ε_∥ die Dielektrizitätskonstante in Richtung der langen Achse der Flüssigkristallmoleküle bedeutet, und/oder wobei das Produkt von Doppelbrechung Δn und der Schichtdicke der Flüssigkristallmischung zwischen 0,1 µm und 2,5 µm liegt.

Insbesondere ist eine Anzeige bevorzugt, worin die Dielektrizitätskonstante ε_∥ größer oder gleich 3 ist, und/oder die dielektrische Anisotropie Δε kleiner oder gleich -0,5 ist.

Weiterhin Gegenstand der Erfindung ist eine solche Anzeige, wobei die Flüssigkristallmischung mindestens eine flüssigkristalline Verbindung mit dem Struktur element der Formeln 1 bis 7

enthält, worin X Halogen oder CN bedeutet.

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

- zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüs sigkristallmischung mit negativer dielektrischer Anisotropie,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orientie rungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten und
- einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Molekül an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von etwa 85 Grad bis 95 Grad,

dadurch gekennzeichnet, daß man eine nematische Flüssig kristallmischung in die Zelle einfüllt, die mindestens eine Verbindung der Formel I enthält

worin R¹ und R² die in Anspruch 1 gegebene Bedeutung besitzen.

Schließlich sind nematische Flüssigkristallmischungen der voran definierten Zusammensetzung Gegenstand der Erfindung.

Von den Verbindungen, welche ein Strukturelement der Formeln 1, 2, 3 oder 4 aufweisen, sind die Carbonitrile der Formel II besonders bevorzugt,

R⁴-(A^oZ^o)_p-A-R⁵ (II)

worin
R⁴ und R⁵ jeweils unabhängig voneinander eine Alkyl gruppe 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 Kombi nation von zwei geeigneten Gruppierungen er setzt 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 aroma tische 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, CH₂- 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-naph thylen (4H-Na), gegebenenfalls durch Halogen oder CN substituiert,
Z^o jeweils unabhängig voneinander -CO-O-, -O-CO-, -CH₂O-, -OCH₂-, -CH₂CH₂-, -CHCN-CH₂-, -CH₂-CHCN- oder eine Einfachbindung, und
P 1, 2 oder 3, oder im Falle A = Tetra- oder Octahydrophenanthren auch O bedeutet, wobei im Falle A =

mindestens eine Gruppe Z^o -CHCNCH₂- oder -CH₂CHCN- bedeutet und/oder in mindestens einer der Gruppen R⁴ und R⁵ mindestens eine CH₂-Gruppe durch -CHCN- ersetzt ist, als Komponenten flüssigkristalliner Phasen für elektrooptische Anzeigeelemente basierend auf dem ECB-Effekt sowie eine flüssigkristalline Phase für elektrooptische Anzeigeelemente basierend auf dem ECB-Effekt mit mindestens zwei flüssigkristallinen Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß sie min destens eine Verbindung der Formel I enthält.

Weiterhin können die erfindungsgemäßen Anzeigen neben den Verbindungen der Formeln I und II auch eine Verbin dung der Formel III enthalten,

R⁶-(A¹-Z¹)_m-A-(Z²-A²)_n-R⁷ (III)

worin
R⁶ und R⁷ jeweils unabhängig voneinander eine Alkyl gruppe 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 geeig neten Gruppierungen ersetzt sein können, wobei zwei Heteroatome nicht direkt mit einander 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-naph thylen (4H-Na), gegebenenfalls durch Halogen oder CN substituiert,
A Thiadiazo-2,5-diyl, 2-Fluor-1,4-Phenylen, 2,3-Difluor-1,4-phenylen oder in 2-, 3-, 2′- und/oder 3′-Position ein oder mehrfach durch Fluor substituiertes 4,4′-Biphenylyl,
Z¹ und Z² jeweils -CO-O-, -O-CO-, -CH₂CH₂-, -OCH₂-, -CH₂O- oder eine Einfachbindung,
m 1 oder 2 und
n 0 oder 1
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 IV enthalten,

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

worin
R⁸ und R⁹ jeweils unabhängig voneinander eine Alkyl gruppe 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 Kombi nation 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-Cyclo hexylen, worin auch eine oder zwei nicht benach barte 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 zu sätzlich eine Verbindung der Formel V enthalten,

R⁸-(A¹-Z²)_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 den den Hauptbestandteil ausmachenden Komponenten gelöst, zweckmäßig bei erhöhter Temperatur. Es ist auch möglich, Lösungen der Komponenten in einem organischen Lösungsmittel, z. B. in Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach Durchmischung wieder zu entfernen, beispielsweise durch Destillation.

Die Dielektrika können auch weitere, dem Fachmann be kannte und in der Literatur beschriebenen Zusätze ent halten. Beispielsweise können 0-15% pleochroitische Farbstoffe zugesetzt werden, ferner Leitsalze, vorzugs weise Ethyl-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 Ver besserung der Leitfähigkeit oder Substanzen zur Verän derung der dielektrischen Anisotropie, der Viskosität und/oder der Orientierung der nematischen Phasen. Der artige Substanzen sind z. B. in den DE-A 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 Formeln I bis V der erfin dungsgemäßen Flüssigkristallphasen sind entweder bekannt oder ihre Herstellungsweisen sind für den einschlägigen Fachmann aus dem Stand der Technik ohne weiteres abzu leiten, da sie auf in der Literatur beschriebenen Standardverfahren basieren.

Entsprechende Verbindungen der Formel I werden beispiels weise beschrieben in EP-A 00 84 194 und DE-A 39 06 019.

Entsprechende Verbindungen der Formel II werden beispiels weise beschrieben in DE-A 32 31 707, DE-A 33 20 024, DE-A 33 32 691, DE-A 33 32 692, DE-A 34 07 013, DE-A 34 37 935, DE-A 34 43 929, DE-A 35 33 333 und DE-A 36 08 500. Verbindungen der Formel III sind bei spielsweise beschrieben in DE-OS 39 02 330 und EP-OS 00 84 194.

Verbindungen der Formeln III und IV sind teilweise be schrieben in USP 39 25 482, DE-A 32 36 440, GB 21 55 465 A, EP-A 00 58 981, JP-A 60-155142 und D. Demus et al., Flüssige Kristalle in Tabellen II, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1984.

Die nematischen Flüssigkristallmischungen der erfindungs gemäßen 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 I, worin die Summe von m, n und o 1 oder 2 ist, insbesondere worin einer der Indizes m, n und o 2 bedeutet.

Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel I sind diejenigen der Formeln Ia bis In mit 3 Ringen:

sowie die Verbindungen der Formeln In bis Iz′ mit 4 Ringen:

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

mit einer Nitrilgruppe in aixaler Position. R⁴ und R⁵ sind vorzugsweise geradkettiges Alkyl oder Alkoxy, ins besondere 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 vor zugsweise 1 oder 2.

Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel II sind die jenigen der Teilformeln IIa bis IIc:

Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Teilformeln IIa und IIc. -PH-PH- ist vorzugsweise

oder das Spiegelbild der unsymmetrischen Gruppen.

Bevorzugte nematische Flüssigkristallmischungen enthalten mindestens eine Verbindung der Formel IIa, insbesondere mindestens eine lateral fluorierte Verbindung der Formel IIc. Ferner bevorzugt sind nematische Flüssigkristallmischungen enthaltend Verbindungen der Formel IIa und Verbindungen der Formel III.

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

A ist vorzugsweise

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-CO-, -O-CO-, -CH₂Ch₂- oder eine Einfachbindung, insbesondere bevorzugt -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung.

Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel III sind diejenigen der Teilformeln IIIa bis IIIk

Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Teilformeln IIIa, IIIb, IIIc, IIIh und IIIj.

Besonders bevorzugte Phasen enthalten ferner noch mindestens eine Komponente der Formel IV und/oder V. 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 neben den Verbindungen der Formel I zwei weitere Komponenten A und B, die ihrerseits aus einer oder mehrere Einzelverbindungen bestehen.

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

insbesondere Verbindungen der Formeln IIIa, IIIb, IIIh, IIIi, IIIj und IIIk. 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 Δε-0,5, 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 II und III enthaltend ein Strukturelement der Formel

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

enthalten, die Tolanderivate der Formel IV 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 geeeigneter Materialien bekannt. Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formel IV

R⁴-A⁵-Z¹-A⁶-R⁵ (VI)

worin R⁴ und R⁵ die Formel II 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 erfindungsgemäßen Flüssigkristallphasen bestehen vor zugsweise aus 2 bis 15, vorzugsweise 3 bis 18 Komponenten. Neben Verbindungen der Formeln I bis V können auch noch andere Bestandteile zugegeben 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, Bisphenyle, Terphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylbenzoate, Cyclohexan-carbonsäure phenyl- oder -cyclohexyl-ester, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Cyclohexylcyclohexane, Cyclohexyl naphthaline, 1,4-Bis-cyclohexylbiphenyle oder Cyclohexyl pyrimidine, Phenyl- oder Cyclohexyldioxane, gegebenenfalls halogenierte Stilbene, Benzylphenylether, Tolane und substituierten Zimtssäuren.

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

R¹⁰-L-G-E-Rr¹¹ (VI)

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 Tetrahydro naphthalin, 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 Aloxycarbonyloxy mit bis zu 18, vorzugsweise bis zu 8 Kohlenstoffatomen, oder einer 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 Variante der vorgesehenen Substituenten sind gebräuchlich. Viele solche 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 5µm 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 Blockwinkel 0°
Δn die optische Anisotropie gemessen bei 20°C und 589 nm
Δε die dielektrische Anisotropie bei 20°C
cp Klärpunkt [°C]
η (T) Viskosität [nm²s^-1] bei T°C
S Steilheit der Kennlinie

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

Beispiel 1

Man stellt eine Mischung bestehtend aus

Bestandteil
Gew.-%
CCN-33
10
PCH-301	20
PCH-302	6
PCH-53	18
CBC-33F	3
CBC-53F	3
CBC-55F	3
ET-502	10
PTP-102	5
PTP-201	4
CPTP-301	6
CPTP-302	5
CPTP-303	7

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

cp
+81
η (20)	18
η (0)	59
η (-20)	280
η (-30)	920
Δn	+0,1498
Δε	-0,7
ε_∥	3,1
ε_⟂	3,80
V (0,0)	5,47 (DAP)
V (10,0)	5,60 (DAP)
V (90,0)	6,03 (DAP)
S	7,68

Beispiel 2

Man stellt eine flüssigkristalline Phase bestehend aus

Bestandteil
Gew.-%
D-302FF
6
D-402FF	6
D-502FF	6
PCH-301	18
PCH-302	15
PCH-304	8
PTP-102	5
PTP 201	4
CCMOP-302FF	4
CCMOP-502FF	4
ET-502	6
CPTP-301	6
CPTP-302	5
CPTP-303	7
CBC-53F	0

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

cp
+83
η (20)	19
η (0)	71
η (-20)	500
η (-30)	2220
Δn	+0,1543
Δε	-1,9
ε_∥	3,4
ε⟂	5,3
V (0,0)	3,56 (DAP)
V (10,0)	3,68 (DAP)
V (90,0)	4,01 (DAP)
S	8,97

Beispiel 3

Man stellt eine flüssigkristalline Phase bestehend aus

Bestandteil
Gew.-%
TDP-301
8
TDP-401	8
TDP-302	8
PCH-301	20
PCH-302	14
PTP-102	5
PTP-201	4
CTDP-301	8
ET-502	7
CPTP-301	6
CPTP-302	5
CPTP-303	7

her, deren physikalischen Daten aus Tabelle III entnommen werden können.

cp
+78
η (20)	22
η (0)	84
η (-20)	660
η (-30)	3230
Δn	+0,1883
Δε	-2,0
ε_∥	4,3
ε⟂	6,3
V (0,0)	3,12 (DAP)
V (10,0)	3,22 (DAP)
V (90,0)	4,45 (DAP)
S	7,14

Beispiel 4

Man stellt eine nematische Flüssigkristallmischung bestehend aus

Bestandteil
Gew.-%
D-302FF
10
D-402FF	10
D-502FF	10
PCH-301	17
PCH-302	12
PTP-102	5
PTP-201	4
ET-302	7
ET-502	7
CPTP-301	6
CPTP-302	5
CPTP-303	7

her, deren physikalischen Daten aus Tabelle IV entnommen werden können.

cp
+87
η (20)	20
η (0)	79
η (-20)	620
η (-30)	3360
Δn	+0,1682
Δε	-2,1
ε_∥	3,5
ε_⟂	5,6
V (0,0)	3,56 (DAP)
V (10,0)	3,66 (DAP)
V (90,0)	3,96 (DAP)
S	8,20

Beispiel 5

Man stellt eine nematische Flüssigkristallmischung bestehend aus

Bestandteil
Gew.-%
D-302FF
10
D-402FF	10
D-502FF	10
PCH-301	12
PCH-302	6
BEP15F	7
BEP35F	7
PTP-102	5
PTP-201	4
ET-302	7
ET-502	7
CPTP-301	5
CPTP-302	4
CPTP-303	6

her, deren physikalischen Daten aus Tabelle V entnommen werden können.

cp
+86
η (20)	23
η (0)	87
η (-20)	690
η (-30) @	Δn	+0,1754
Δε	-2,0
ε_∥	3,6
ε_⟂	5,6
V (0,0)	3,47 (DAP)
V (10,0)	3,65 (DAP)
V (90,0)	3,94 (DAP)
S	7,95

Beispiel 6

Man stellt eine nematische Flüssigkristallmischung bestehend aus

Bestandteil
Gew.-%
D-302FF
10
D-402FF	10
D-502FF	10
PCH-301	17
PCH-302	10
BEP15F	4
BEP35F	4
PTP-102	5
PTP-201	4
ET-302	4
ET-502	4
CPTP-301	6
CPTP-302	5
CPTP-303	7

her, deren physikalischen Daten aus Tabelle VI entnommen werden können.

cp
+82
η (20)	20
η (0)	77
η (-20)	590
η (-30)	2790
Δn	+0,1639
Δε	-2,0
ε_∥	3,6
ε_⟂	5,6
V (0,0)	3,46 (DAP)
V (10,0)	3,61 (DAP)
V (90,0)	3,92 (DAP)
S	8,59

Beispiel 7

Man stellt eine nematische Flüssigkristallmischung bestehend aus

Bestandteil
Gew.-%
D-302FF
9
D-402FF	9
D-502FF	9
PCH-301	17
PCH-302	12
ET-202	6
ET-302	6
ET-502	6
T-3FF3	10
T-5.F02	10

her, deren physikalischen Daten aus Tabelle VII entnommen werden können.

cp
+82
η (20)	20
Δn	+0,1576
Δε	-2,2
ε_∥	3,5
ε_⟂	5,7
V (0,0)	3,35 (DAP)

Beispiel 8

Man stellt eine nematische Flüssigkristallmischung bestehend aus

Bestandteil
Gew.-%
D-302FF
9
D-402FF	9
D-502FF	9
PCH-301	15
PCH-302	6
BEP15F	7
BEP35F	7
ET-202	6
ET-302	6
ET-501	6
ET-502	6
T-3FF3	7
T-5.F02	7

her, deren physikalischen Daten aus Tabelle VIII entnommen werden können.

cp
+79
η (20)	22
Δn	+0,1609

Beispiel 9

Man stellt eine flüssigkristalline Phase her, bestehend aus

Bestandteil
Gew.-%
CCN-33
9
NCM-33	5
BEP-15F	14
BEP-35F	14
ET-202	14
ET-302	14
ET-501	13
ET-502	13
CBC-33F	4

Beispiel 10

Man stellt eine nematische Flüssigkristallmischung her, bestehend aus

Bestandteil
Gew.-%
CCN-47
12
NCB-45	5
PCH-301	13
PCH-302	7
B-301	7
B-201	7
CBC-33	5
CBC-53FF	7
BEP-15F	19
BEP-35F	18

Claims

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

- zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit negativer dielektrischer Anisotropie,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orien tierungsschichten 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 eine Verbindung der Formel I enthält,

worin
R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander eine Alkyl- oder Alkenylgruppe mit bis zu 15 C-Atomen, worin auch eine CH₂-Gruppe durch eine Gruppierung ausgewählt aus der Gruppe -O-, -S- und -CO-, ersetzt sein kann, oder einer der Reste R¹ und R² auch wobei R³ eine der für R¹ und R² angegebenen Bedeutungen hat, und
m, n und o jeweils unabhängig voneinander 0, 1 oder 2 bedeuten.

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|ε_∥ von etwa 0,2 bis 0,7 aufweist, wobei |Δε| der Betrag von dielektrischen Anisotropie und ε_∥ die Dielektrizitätskonstante in Richtung der langen Achse der Flüssigkristallmoleküle bedeutet.

4. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt von Doppelbrechung Δn und der Schichtdicke der Flüssigkristall mischung zwischen 0,1 µm und 2,5 µm 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 dielektrische Anisotropie Δε kleiner oder gleich -0,5 ist.

7. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung mindestens eine flüssigkristalline Verbindung mit dem Strukturelement enthält, worin X Halogen oder CN bedeutet.

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

- zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit negativer dielektrischer Anisotropie,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orien tierungsschichten 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 man eine nematische Flüssigkristallmischung in die Zelle einfüllt, die mindestens eine Verbindung der Formel I enthält worin R¹ und R² die in Anspruch 1 gegebene Bedeutung besitzen.

9. Nematische Flüssigkristallmischung der in mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 definierten Zusammensetzung.