DE4112003A1 - Fluessigkristallines medium - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein flüssigkristallines
Medium, dessen Verwendung für elektrooptische Zwecke und
dieses Medium enthaltende Anzeigen.
Flüssige Kristalle werden vor allem als Dielektrika in Anzeigevorrichtungen
verwendet, da die optischen Eigenschaften
solcher Substanzen durch eine angelegte Spannung beeinflußt
werden können. Elektrooptische Vorrichtungen auf der Basis
von Flüssigkristallen sind dem Fachmann bestens bekannt und
können auf verschiedenen Effekten beruhen. Derartige Vorrichtungen
sind beispielsweise Zellen mit dynamischer Streuung,
DAP-Zellen (Deformation aufgerichteter Phasen), Gast/Wirt-Zellen,
TN-Zellen mit verdrillt nematischer ("twisted nematic")
Struktur, STN-Zellen ("super-twisted nematic"), SBE-Zellen
("super-birefringence effect") und OMI-Zellen ("optical
mode interference"). Die gebräuchlichsten Anzeigevorrichtungen
beruhen auf dem Schadt-Helfrich-Effekt und besitzen
eine verdrillt nematische Struktur.
Die Flüssigkristallmaterialien müssen eine gute chemische und
thermische Stabilität und eine gute Stabilität gegenüber
elektrischen Feldern und elektromagnetischer Strahlung besitzen.
Ferner sollten die Flüssigkristallmaterialien niedere
Viskosität aufweisen und in den Zellen kurze Ansprechzeiten,
tiefe Schwellenspannungen und einen hohen Kontrast ergeben.
Weiterhin sollten sie bei üblichen Betriebstemperaturen, d. h.
in einem möglichst breiten Bereich unterhalb und oberhalb
Raumtemperatur eine geeignete Mesophase besitzen, beispielsweise
für die oben genannten Zellen eine nematische oder
cholesterische Mesophase. Da Flüssigkristalle in der Regel
als Mischungen mehrerer Komponenten zur Anwendung gelangen,
ist es wichtig, daß die Komponenten untereinander gut mischbar
sind. Weitere Eigenschaften, wie die elektrische Leitfähigkeit,
die dielektrische Anisotropie und die optische
Anisotropie, müssen je nach Zellentyp und Anwendungsgebiet
unterschiedlichen Anforderungen genügen. Beispielsweise
sollten Materialien für Zellen mit verdrillt nematischer
Struktur eine positive dielektrische Anisotropie und eine
geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
Beispielsweise sind für Matrix-Flüssigkristallanzeigen mit
integrierten nichtlinearen Elementen zur Schaltung einzelner
Bildpunkte (MFK-Anzeigen) Medien mit großer positiver dielektrischer
Anisotropie, breiten nematischen Phasen, relativ
niedriger Doppelbrechung, sehr hohem spezifischen Widerstand
guter UV- und Temperaturstabilität des Widerstands und geringem
Dampfdruck erwünscht.
Derartige Matrix-Flüssigkristallanzeigen 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.
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 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 insbesondere für TV-Anwendungen
(z. B. Taschenfernseher) oder für hochinformative
Displays für Rechneranwendungen (Laptop) und im 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, und
es kann das Problem der "after image elimination" auftreten.
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, um akzeptable
Standzeiten zu erhalten. Insbesondere bei low-volt-Mischungen
war es bisher nicht möglich, sehr hohe spezifische
Widerstände zu realisieren. Weiterhin ist es wichtig, daß der
spezifische Widerstand eine möglichst geringe Zunahme bei
steigender Temperatur sowie nach Temperatur- und/oder UV-Belastung
zeigt. Die MFK-Anzeigen aus den Stand der Technik
genügen nicht den heutigen Anforderungen.
Bisher konnten flüssigkristalline Medien mit für die praktische
Anwendung erforderlichen Werten für Doppelbrechung und
Phasenbereich (z. B. Klärpunkt 70°) nur mit Schwellenspannungen
von ca. 1,8 Volt hergestellt werden, sofern auf Werte um
ca. 98% für die Holding Ratio unter extremen Bedingungen
(z. B. nach UV-Belastung) Wert gelegt wurde.
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, die diese Nachteile nicht oder
nur in geringerem Maße zeigen.
Bei TN-(Schadt-Helfrich)-Zellen sind Medien erwünscht, die
folgende Vorteile in den Zellen ermöglichen:
- - erweiterter nematischer Phasenbereich (insbesondere zu tiefen Temperaturen),
- - Schaltbarkeit bei extrem tiefen Temperaturen (out-door-use, Automobil, Avionik),
- - erhöhte Beständigkeit gegenüber UV-Strahlung (längere Lebensdauer).
Mit den aus dem Stand der Technik zur Verfügung stehenden
Medien ist es nicht möglich, diese Vorteile unter gleichzeitigem
Erhalt der übrigen Parameter zu realisieren.
Bei höher verdrillten Zellen (STN) sind Medien erwünscht, die
eine höhere Multiplexierbarkeit und/oder kleinere Schwellenspannungen
und/oder breitere nematische Phasenbereiche (insbesondere
bei tiefen Temperaturen) ermöglichen. Hierzu ist
eine weitere Ausdehnung des zur Verfügung stehenden Parameterraumes
(Klärpunkt, Übergang smektisch-nematisch bzw. Schmelzpunkt,
Viskosität, dielektrische Größen, elastische
Größen) dringend erwünscht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Medien insbesondere
für derartige MFK-, TN- oder STN-Anzeigen bereitzustellen,
die die oben angegebenen Nachteile nicht oder nur in geringerem
Maße und vorzugsweise gleichzeitig sehr hohe spezifische
Widerstände und niedrige Schwellenspannungen aufweisen.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann,
wenn man in Anzeigen erfindungsgemäße Medien verwendet.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein flüssigkristallines
Medium auf der Basis eines Gemisches von polaren Verbindungen
mit positiver dielektrischer Anisotropie, dadurch gekennzeichnet,
daß es eine oder mehrere Verbindungen der allgemeinen
Formel I
enthält, worin R Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit
jeweils bis zu 7 C-Atomen, X Fluor, Chlor, CF₃, OCF₃ oder
OCHF₂ und L¹ bis L⁴ jeweils unabhängig voneinander Fluor oder
Wasserstoff bedeutet.
Gegenstand der Erfindung sind auch elektrooptische Anzeigen
(insbesondere STN- oder MFK-Anzeigen mit zwei planparallelen
Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
integrierten nicht-linearen Elementen zur Schaltung einzelner
Bildpunkte auf den Trägerplatten und einer in der Zelle
befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver
dielektrischer Anisotropie und hohem spezifischen Widerstand),
die derartige Medien enthalten, sowie die Verwendung
dieser Medien für elektrooptische Zwecke.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ermöglichen
eine bedeutende Erweiterung des zur Verfügung stehenden
Parameterraumes.
Die erzielbaren Kombinationen aus Klärpunkt, Viskosität bei
tiefer Temperatur, thermischer und UV-Stabilität und dielektrischer
Anisotropie bzw. Schwellenspannung übertreffen bei
weitem bisherige Materialien aus dem Stand der Technik.
Die Forderung nach hohem Klärpunkt, nematischer Phase bei
-40°C sowie einem hohen Δε konnte bislang nur unzureichend
erfüllt werden. Systeme wie z. B. ZLI-3119 weisen zwar vergleichbaren
Klärpunkt und vergleichbar günstige Viskositäten
auf, besitzen jedoch ein Δε von nur +3.
Andere Mischungssysteme besitzen vergleichbare Viskositäten
und Werte von Δε, weisen jedoch nur Klärpunkte in der Gegend
von 60°C auf.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ermöglichen
es, bei niedrigen Viskositäten bei tiefen Temperaturen (bei
-30°C 600, vorzugsweise 550 mPa · s; bei -40°C 1800,
vorzugsweise 1700 mPa · s) gleichzeitig dielektrische Anisotropiewerte
Δε3,5, vorzugsweise 4,0, Klärpunkte oberhalb
65°, vorzugsweise oberhalb 70° und einen hohen Wert für den
spezifischen Widerstand zu erreichen, wodurch hervorragende
STN- und MKF-Anzeigen erzielt werden können.
Es versteht sich, daß durch geeignete Wahl der Komponenten
der erfindungsgemäßen Mischungen auch höhere Klärpunkte (z. B.
oberhalb 90°) bei höheren Schwellenspannungen oder niedrigere
Klärpunkte bei niedrigeren Schwellenspannungen unter Erhalt
der anderen vorteilhaften Eigenschaften realisiert werden
können. Die erfindungsgemäßen MFK-Anzeigen arbeiten vorzugsweise
im ersten Transmissionsminimum nach Gooch und Tarry
(C. H. Gooch und H. A. Tarry, Electron. Lett. 10, 2-4, 1974;
C. H. Gooch und H. A. Tarry, Appl. Phys., Vol. 8, 1575-1584,
1975), wobei hier neben besonders günstigen elektrooptischen
Eigenschaften wie z. B. hohe Steilheit der Kennlinie und
geringe Winkelabhängigkeit des Kontrastes (DE-PS 30 22 818)
bei gleicher Schwellenspannung wie in einer analogen Anzeige
im zweiten Minimum eine kleinere dielektrische Anisotropie
ausreichend ist. Hierdurch lassen sich unter Verwendung der
erfindungsgemäßen Mischungen im ersten Minimum deutlich
höhere spezifische Widerstände verwirklichen als bei Mischungen
mit Cyanverbindungen. Der Fachmann kann durch geeignete
Wahl der einzelnen Komponenten und deren Gewichtsanteilen mit
einfachen Routinemethoden die für eine vorgegebene Schichtdicke
der MFK-Anzeige erforderliche Doppelbrechung einstellen.
Die Viskosität bei 20°C ist vorzugsweise 25 mPa · s. Der
nematische Phasenbereich ist vorzugsweise mindestens 70°,
insbesondere mindestens 80°. Vorzugsweise erstreckt sich
dieser Bereich mindestens von -30° bis +70°.
Messungen des "Capacity Holding-ration" (HR) (S. Matsumoto et al.,
Liquid Crystals 5, 1320 [1989]; K. Niwa et al., Proc.
SID Conference, San Francisco, June 1984, P. 304 [1984]; G.
Weber et al., Liquid Crystals 5, 1381 [1989]) haben ergeben,
daß erfindungsgemäße Mischungen, enthaltend Verbindungen der
Formel I, eine deutlich kleinere Abnahme des HR mit steigender
Temperatur aufweisen als analoge Mischungen, enthaltend anstelle
den Verbindungen der Formel I Cyanophenylcyclohexane
der Formel
Auch die UV-Stabilität der erfindungsgemäßen Mischungen ist
erheblich besser, d. h. sie zeigen eine deutlich kleinere
Abnahme des HR unter UV-Belastung.
Die erzielten Schwellenspannungen V₁₀/₀/₂₀ sind im allgemeinen
1,6 Volt und vorzugsweise im Bereich 1,4 bis 1,6 Volt.
Die erfindungsgemäßen Medien zeichnen sich neben ungewöhnlich
weitem nematischen Phasenbereich auch durch außerordentlich
hohe elastische Konstanten bei sehr günstigen Viskositätswerten
aus, wodurch insbesondere bei Verwendung in STN-Anzeigen
deutlich Vorteile gegenüber Medien aus dem Stand der
Technik resultieren.
Vorzugsweise basieren die erfindungsgemäßen Medien auf mehreren
(vorzugsweise zwei oder mehr) Verbindungen der Formel I,
d. h. der Anteil dieser Verbindungen ist 25%, vorzugsweise
40%.
Die einzelnen Verbindungen der Formeln I bis XII und deren
Unterformeln, die in den erfindungsgemäßen Medien verwendet
werden können, sind entweder bekannt, oder sie können analog
zu den bekannten Verbindungen hergestellt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen sind im folgenden angegeben:
- - Medium enthält zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen
Formeln II, III und IV:
worin die einzelnen Reste die folgenden Bedeutungen
haben:
R: Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 7 C-Atomen,
X: F, Cl, CF₃, OCF₃ oder OCHF₂,
Y¹ und Y²: jeweils H oder F,
r: 0 oder 1. - - Medien enthält zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln V bis VIII: worin R, X, Y¹ und Y² jeweils unabhängig voneinander eine der in Anspruch 2 angegebene Bedeutung haben.
- - Medium enthält zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln IX bis XII: worin R, X, Y¹ und Y² jeweils unabhängig voneinander eine der in Anspruch 2 angegebene Bedeutung haben.
- - Der Anteil an Verbindungen der Formeln I bis IV zusammen beträgt im Gesamtgemisch mindestens 50 Gew.-%,
- - der Anteil an Verbindungen der Formel I beträgt im Gesamtgemisch 10 bis 50 Gew.-%,
- - der Anteil an Verbindungen der Formeln II bis IV im Gesamtgemisch beträgt 30 bis 70 Gew.-%,
- - das Medium enthält Verbindungen der Formeln II und III oder IV,
- - R ist geradkettiges Alkyl oder Alkenyl mit 2 bis 7 C-Atomen,
- - das Medium besteht im wesentlichen aus Verbindungen der Formeln I bis IV,
- - das Medium enthält weitere Verbindungen, vorzugsweise ausgewählt aus der folgenden Gruppe (Y=H oder F):
- - Das Gewichtsverhältnis I: (II+III+IV) ist vorzugsweise 1 : 4 bis 1 : 1.
- - Medium besteht im wesentlichen aus Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln I bis XII.
Es wurde gefunden, daß bereits ein relativ geringer Anteil an
Verbindungen der Formel I im Gemisch mit üblichen Flüssigkristallmaterialien,
insbesondere jedoch mit einer oder
mehreren Verbindungen der Formel II, III und/oder IV zu einer
beträchtlichen Verbesserung der Ansprechzeiten und zu niedrigen
Schwellenspannungen führt, wobei gleichzeitig breite
nematische Phasen mit tiefen Übergangstemperaturen smektisch-nematisch
beobachtet werden. Die Verbindungen der Formeln I
bis IV sind farblos, stabil und untereinander und mit anderen
Flüssigkristallmaterialien gut mischbar.
Der Ausdruck "Alkyl" umfaßt geradkettige und verzweigte
Alkylgruppen mit 1-7 Kohlenstoffatomen, insbesondere die
geradkettigen Gruppen Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl,
Hexyl und Heptyl. Gruppen mit 2-5 Kohlenstoffatomen sind im
allgemeinen bevorzugt.
Der Ausdruck "Alkenyl" umfaßt geradkettige und verzweigte
Alkenylgruppen mit 2-7 Kohlenstoffatomen, insbesondere die
geradkettigen Gruppen. Besonders Alkenylgruppen sind C₂-C₇-1E-Alkenyl,
C₄-C₇-3E-Alkenyl, C₅-C₇-4-Alkenyl, C₆-C₇-5-Alkenyl und
C₇-6-Alkenyl, insbesondere C₂-C₇-1E-Alkenyl, C₄-C₇-3E-Alkenyl
und C₅-C₇-4-Alkenyl. Beispiele bevorzugter Alkenylgruppen sind
Vinyl, 1E-Propenyl, 1E-Butenyl, 1E-Pentenyl, 1E-Hexenyl,
1E-Heptenyl, 3-Butenyl, 3E-Pentenyl, 3E-Hexenyl, 3E-Heptenyl,
4-Pentenyl, 4Z-Hexenyl, 4E-Hexenyl, 4Z-Heptenyl, 5-Hexenyl,
6-Heptenyl und dergleichen. Gruppen mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen
sind im allgemeinen bevorzugt.
Der Ausdruck "Fluoralkyl" umfaßt vorzugsweise geradkettige
Gruppen mit endständigem Fluor, d. h. Fluormethyl, 2-Fluorethyl,
3-Fluorpropyl, 4-Fluorbutyl, 5-Fluorpentyl, 6-Fluorhexyl
und 7-Fluorheptyl. Andere Positionen des Fluors sind
jedoch nicht ausgeschlossen.
Der Ausdruck "Oxaalkyl" umfaßt vorzugsweise geradkettige
Reste der Formel
CnH₂n®₁-O-(CH₂)m
worin n und m jeweils unabhängig
voneinander 1 bis 6 bedeuten. Vorzugsweise ist n=1
und m 1 bis 6.
Durch geeignete Wahl der Bedeutungen von R, X und Y können
die Ansprechzeiten, die Schwellenspannung, die Steilheit der
Transmissionskennlinien etc. in gewünschter Weise modifiziert
werden. Beispielsweise führen 1E-Alkenylreste, 3E-Alkenylreste,
2E-Alkenyloxyreste und dergleichen in der Regel zu
kürzeren Ansprechzeiten, verbesserten nematischen Tendenzen
und einem höheren Verhältnis der elastischen Konstanten k₃₃
(bend) und k₁₁ (splay) im Vergleich zu Alkyl- bzw. Alkoxyresten.
4-Alkenylreste, 3-Alkenylreste und dergleichen ergeben
im allgemeinen tiefere Schwellenspannungen und kleinere
Werte von k₃₃/k₁₁ im Vergleich zu Alkyl- und Alkoxyresten.
Eine Gruppe -CH₂CH₂- in Z¹ bzw. Z² führt im allgemeinen zu
höheren Werten von k₃₃/k₁₁ im Vergleich zu einer einfachen
Kovalenzbindung. Höhere Werte von k₃₃/k₁₁ ermöglichen z. B.
flachere Transmissionskennlinien in TN-Zellen mit 90° Verdrillung
(zur Erzielung von Grautönen) und steilere Transmissionskennlinien
in STN-, SBE- und OMI-Zellen (höhere Multiplexierbarkeit)
und umgekehrt.
Das optimale Mengenverhältnis der Verbindungen der Formeln I
und II+III+IV hängt weitgehend von den gewünschten Eigenschaften,
von der Wahl der Komponenten der Formeln I, II, III
und/oder IV und von der Wahl weiterer gegebenenfalls vorhandener
Komponenten ab. Geeignete Mengenverhältnisse innerhalb
des oben angegebenen Bereichs können von Fall zu Fall leicht
ermittelt werden.
Die Gesamtmenge an Verbindungen der Formeln I bis XII in den
erfindungsgemäßen Gemischen ist nicht kritisch. Die Gemische
können daher eine oder mehrere weitere Komponenten enthalten
zwecks Optimierung verschiedener Eigenschaften. Der beobachtete
Effekt auf die Ansprechzeiten und die Schwellenspannung
ist jedoch in der Regel umso größer, je höher die Gesamtkonzentration
an Verbindungen der Formeln I bis XII ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die
erfindungsgemäßen Medien Verbindungen der Formel II, III, V
und/oder VII (vorzugsweise II und/oder III), worin X CF₃, OCF₃
oder OCHF₂ bedeutet. Eine günstige synergistische Wirkung mit
den Verbindungen der Formel I führt zu besonders vorteilhaften
Eigenschaften.
Für STN-Anwendungen enthalten die Medien vorzugsweise Verbindungen
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Formeln V
bis VIII, worin X vorzugsweise OCHF₂ bedeutet.
Die erfindungsgemäßen Medien können ferner eine Komponente A
enthalten bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit
einer dielektrischen Anisotropie von -1,5 bis +1,5 der allgemeinen
Formel I′
worin
R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander n-Alkyl, n-Alkoxy, ω-Fluoralkyl oder n-Alkenyl mit bis zu 9 C-Atomen,
die Ringe A¹, A² und A³ jeweils unabhängig voneinander 1,4-Phenylen, 2- oder 3-Fluor-1,4-phenylen, trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Cyclohexenylen,
Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander -CH₂CH₂-, -C≡C-, -CO-O-, -O-CO- oder eine Einfachbindung und
m 0, 1 oder 2 bedeutet.
R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander n-Alkyl, n-Alkoxy, ω-Fluoralkyl oder n-Alkenyl mit bis zu 9 C-Atomen,
die Ringe A¹, A² und A³ jeweils unabhängig voneinander 1,4-Phenylen, 2- oder 3-Fluor-1,4-phenylen, trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Cyclohexenylen,
Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander -CH₂CH₂-, -C≡C-, -CO-O-, -O-CO- oder eine Einfachbindung und
m 0, 1 oder 2 bedeutet.
Komponente A enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus II1 bis II7:
worin R¹ und R² die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben.
Vorzugsweise enthält Komponente A zusätzlich eine oder mehrere
Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus II8
bis II20:
worin R¹ und R² die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben
und die 1,4-Phenylengruppen in II8 bis II17 jeweils unabhängig
voneinander auch durch Fluor ein- oder mehrfach substituiert
sein können.
Ferner enthält Komponente A vorzugsweise zusätzlich eine oder
mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
II21 bis II25:
worin R¹ und R² die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben
und die 1,4-Phenylengruppen in II21 bis II25 jeweils unabhängig
voneinander auch durch Fluor ein- oder mehrfach substituiert
sein können.
Schließlich sind derartige Mischungen bevorzugt, deren Komponente
A eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus II26 und II27 enthält:
worin CrH₂r®₁ eine geradkettige Alkylgruppe mit bis zu 7
C-Atomen ist.
In einigen Fällen erweist sich der Zusatz von Verbindungen
der Formel
worin
R¹ und R² die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben und
Z⁰ eine Einfachbindung,
R¹ und R² die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben und
Z⁰ eine Einfachbindung,
bedeutet,
zur Unterdrückung smektischer Phasen als vorteilhaft, obwohl hierdurch der spezifische Widerstand erniedrigt werden kann. Zur Erzielung von für die Anwendung optimaler Parameterkombinationen kann der Fachmann leicht feststellen, ob und falls ja in welcher Menge diese Verbindungen zugesetzt sein können. Normalerweise werden weniger als 15%, insbesondere 5-10% verwendet.
zur Unterdrückung smektischer Phasen als vorteilhaft, obwohl hierdurch der spezifische Widerstand erniedrigt werden kann. Zur Erzielung von für die Anwendung optimaler Parameterkombinationen kann der Fachmann leicht feststellen, ob und falls ja in welcher Menge diese Verbindungen zugesetzt sein können. Normalerweise werden weniger als 15%, insbesondere 5-10% verwendet.
Ferner bevorzugt sind Flüssigkristallmischungen, die eine
oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus III′ oder IV′ enthalten:
worin R¹ und R² die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben.
Die Art und Menge der polaren Verbindungen mit positiver
dielektrischer Anisotropie ist an sich nicht kritisch. Der
Fachmann kann unter einer großen Palette bekannter und in
vielen Fällen auch kommerziell verfügbarer Komponenten und
Basisgemische in einfachen Routineversuchen geeignete Materialien
auswählen. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen
Medien eine oder mehrere Verbindungen der Formel I′′
worin
Z¹, Z² und m die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben, Q¹ und Q² jeweils unabhängig voneinander 1,4-Phenylen, trans-1,4-Cyclohexylen oder 3-Fluor-1,4-phenylen- oder einer der Reste Q¹ und Q² auch trans-1,3-Dioxan-2,5-diyl, Pyrimidin-2,5-diyl, Pyridin-2,5-diyl oder 1,4-Cyclohexenylen bedeutet,
R⁰ n-Alkyl, n-Alkenyl, n-Alkoxy oder n-Oxaalkyl mit jeweils bis zu 9 C-Atomen, Y H oder F und X′ CN, Halogen, CF₃, OCF₃ oder OCHF₂ ist.
Z¹, Z² und m die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben, Q¹ und Q² jeweils unabhängig voneinander 1,4-Phenylen, trans-1,4-Cyclohexylen oder 3-Fluor-1,4-phenylen- oder einer der Reste Q¹ und Q² auch trans-1,3-Dioxan-2,5-diyl, Pyrimidin-2,5-diyl, Pyridin-2,5-diyl oder 1,4-Cyclohexenylen bedeutet,
R⁰ n-Alkyl, n-Alkenyl, n-Alkoxy oder n-Oxaalkyl mit jeweils bis zu 9 C-Atomen, Y H oder F und X′ CN, Halogen, CF₃, OCF₃ oder OCHF₂ ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform basieren die erfindungsgemäßen
Medien für STN- oder TN-Anwendungen auf Verbindungen
der Formel I′′, worin X′ CN bedeutet. Es versteht sich, daß
auch kleinere oder größere Anteile von anderen Verbindungen
der Formel I′′ (X′≠CN) in Frage kommen. Für MFK-Anwendungen
enthalten die erfindungsgemäßen Medien vorzugsweise nur bis
zu ca. 10% an Nitrilen der Formel I′′ (vorzugsweise jedoch
keine Nitrile der Formel I′′, sondern Verbindungen der Formel
I′ mit X′=Halogen, CF₃, OCF₃ oder OCHF₂). Diese Medien
basieren vorzugsweise auf den Verbindungen der Formeln II bis
XII.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen STN- bzw. MFK-Anzeige aus
Polarisatoren, Elektrodengrundplatten und Elektroden mit
Oberflächenbehandlung entspricht der für derartige Anzeigen
üblichen Bauweise. Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise
hier weit gefaßt und umfaßt auch alle Abwandlungen und
Modifikationen der MFK-Anzeige, insbesondere auch Matrix-Anzeigeelemente
auf Basis poly-Si TFT oder MIM.
Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Anzeigen
zu den bisher üblichen auf der Basis der verdrillten nematischen
Zelle besteht jedoch in der Wahl der Flüssigkristallparameter
der Flüssigkristallschicht.
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 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 beschriebene Zusätze enthalten. Beispielsweise
können 0-15% pleochroitische Farbstoffe oder
chirale Dotierstoffe zugesetzt werden.
C bedeutet eine kristalline, S eine smektische, SB eine
smektisch B, N eine nematische und I die isotrope Phase.
V₁₀ bezeichnet die Spannung für 10% Transmission (Blickrichtung
senkrecht zur Plattenoberfläche) · ton bezeichnet die
Einschaltzeit und toff die Ausschaltzeit bei einer Betriebsspannung
entsprechend dem 2,5fachen Wert von V₁₀ · Δn bezeichnet
die optische Anisotropie und no den Brechungsindex.
Δε bezeichnet die dielektrische Anisotropie (Δε=ε∥-ε⟂,
wobei ε∥ die Dielektrizitätskonstante parallel zu den
Moleküllängsachsen und ε⟂ die Dielektrizitätskonstante senkrecht
dazu bedeutet. Die elektrooptischen Daten wurden in
einer TN-Zelle in 1. Minimum (d. h. bei einem d · Δn-Wert von
0,5) bei 20°C gemessen, sofern nicht ausdrücklich etwas
anderes angegeben wird. Die optischen Daten wurden bei 20°C
gemessen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben
wird.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne
sie zu begrenzen. Vor- und nachstehend sind alle Temperaturen
in °C angegeben. Die Prozentzahlen sind Gewichtsprozente.
In der vorliegenden Anmeldung und in den folgenden Beispielen
sind die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch
Acronyme angegeben, wobei die Transformation in chemische
Formeln gemäß folgender Tabellen A und B erfolgt. Alle Reste
CnH₂n®₁ sind geradkettige Alkylreste mit n bzw. m C-Atomen. Die
Codierung gemäß Tabelle B versteht sich von selbst. In
Tabelle A ist nur das Acronym für den Grundkörper angegeben.
Im Einzelfall folgt getrennt vom Acronym für den Grundkörper
mit einem Strich ein Code für die Substituenten R¹, R², L¹ und
L²:
Beispiel 1 | ||
B-30CF₃ | ||
8% | ||
B-50CF₃ | 13% | |
B-70CF₃ | 13% | |
CCP-20CF₃ | 8% | |
CCP-30CF₃ | 13% | |
CCP-40CF₃ | 5% | |
CCP-50CF₃ | 12% | |
BCH-3F · F | 14% | |
BCH-5F · F | 14% | |
N 65 I @ | Δn = 0,117 @ | V₁₀ = 1,68 Volt |
Beispiel 2 | |
EPCH-3F.F | |
10% | |
EPCH-5F · F | 8% |
B-3F · F | 8% |
B-5F · F | 7% |
CCP-2F · F | 15% |
CCP-3F · F | 12% |
CCP-5F · F | 12% |
BCH-3F · F | 10% |
BCH-5F · F | 10% |
CCEB-3F · F | 4% |
CCEB-5F · F | 4% |
Beispiel 3 | |
B-3F · F | |
10% | |
B-5F · F | 8% |
PCH-3Cl | 8% |
PCH-5Cl | 10% |
CCP-2F · F | 10% |
CCP-3F · F | 12% |
CCP-5F · F | 12% |
BCH-3 · FCl | 8% |
BCH-3 · FCl | 10% |
CCB-3 · FF | 3% |
CCB-5 · FF | 3% |
CCP-30Cf₃ | 6% |
Beispiel 4 | |
PCH-3Cl | |
10% | |
PCH-5Cl | 10% |
B-3F · F | 6% |
B-5F · F | 6% |
CCP-2F · F | 8% |
CCP-3F · F | 12% |
CCP-5F · F | 12% |
BCH-3F · F | 14% |
BCH-5F · F | 10% |
CCEB-3F · F | 4% |
CCEB-5-F · F | 4% |
CCB-3 · FF | 2% |
CCB-5 · FF | 2% |
Beispiel 5 | |
PCH-7F · F | |
10% | |
PCH-5F · F | 12% |
B-3F · F | 6% |
B-5F · F | 6% |
CCP-2F · F | 10% |
CCP-3F · F | 12% |
CCP-5F · F | 12% |
BCH-3F · F | 10% |
BCH-5F · F | 10% |
CCEB-3F · F | 3% |
CCEB-5F · F | 3% |
CBC-33F | 3% |
CBC-53F | 3% |
Beispiel 6 | |
B-3F · F | |
9% | |
B-5F · F | 6% |
PCH-3Cl | 15% |
PCH-5Cl | 15% |
CCP-2F | 8% |
CCP-3F | 8% |
CCP-2F · F | 14% |
BCH-3F · F | 15% |
CCEB-3F · F | 5% |
CCEB-5F · F | 5% |
Beispiel 7 | |
B-3F · F | |
9% | |
B-5F · F | 6% |
PCH-3Cl | 15% |
PCH-5Cl | 15% |
CCP-2F · F | 12% |
CCP-3F · F | 10% |
CCP-5F · F | 8% |
BCH-3F · F | 15% |
CCEB-3F · F | 5% |
CCEB-2F · F | 5% |
Beispiel 8 | |
B-3Cl · F | |
8% | |
B-5Cl · F | 6% |
PCH-5F | 10% |
PCH-7F | 12% |
CCP-2Cl · F | 8% |
CCP-3Cl · F | 8% |
CCP-5Cl · F | 6% |
BCH-3 · FCF₃ | 10% |
BCH-5 · FCF₃ | 10% |
BCH-3 · FCl | 7% |
CCB-2 · FF | 5% |
CCB-33F | 5% |
CCB-53F | 5% |
Beispiel 9 | |||
Substance | |||
mass-% | |||
B-3F · F | |||
6.00 | |||
B-5F · F | 7.00 | ||
BCH-2F · F | 8.00 | ||
BCH-3F · F | 12.00 | ||
BCH-5F · F | 10.00 | ||
BCH-2CL · F · F | 5.00 | ||
BCH-3CL · F · F | 9.00 | ||
BCH-5CL · F · F | 11.00 | ||
BECH-3F · F | 11.00 | ||
BECH-4F · F | 10.00 | ||
BECH-5F · F | 11.00 | ||
T(N, I) = 85° @ | V₂₀ = 22 cst @ | Δn = 0.148 @ | V₁₀ (2nd) = 2.2 V |
Beispiel 10 | |||
Substance | |||
mass-% | |||
B-3FCL | |||
6.00 | |||
B-5FCL | 7.00 | ||
BCH-2F · F | 8.00 | ||
BCH-3F · F | 12.00 | ||
BCH-5F · F | 10.00 | ||
BCH-2CL · F · F | 5.00 | ||
BCH-3CL · F · F | 9.00 | ||
BCH-5CL · F · F | 11.00 | ||
BECH-3F · F | 11.00 | ||
BECH-4F · F | 10.00 | ||
BECH-5F · F | 11.00 | ||
T(N, I) = 83° @ | V = 23 cst @ | Δn = 0.158 @ | V₁₀ (2nd) = 2.3 V |
Beispiel 11 | ||||
Substance | ||||
mass-% | ||||
B-5 · FOCF₃ | ||||
8.00 | ||||
B-7 · FOCF₃ | 7.00 | |||
CCP-20CF₃ | 13.00 | |||
CCP-30CF₃ | 15.00 | |||
CCP-40CF₃ | 13.00 | |||
CCP-50CF₃ | 14.00 | |||
BCH-3F · F · F | 9.00 | |||
CCP-3F · F · F | 12.00 | |||
CCP-5F · F · F | 9.00 | |||
T(N, I) = 79° @ | V = 16 cst @ | Δn = 0.088 @ | V₁₀ (1st) = 1.65 V @ | 0.5 µm |
Claims (10)
1. Flüssigkristallines Medium auf der Basis eines Gemisches
von polaren Verbindungen mit positiver dielektrischer
Anisotropie, dadurch gekennzeichnet, daß es eine oder
mehrere Verbindungen der allgemeinen Formel I
enthält, worin R Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl
mit jeweils bis zu 7 C-Atomen, X Fluor, Chlor, CF₃, OCF₃
oder OCHF₂ und L¹ bis L⁴ jeweils unabhängig voneinander
Fluor oder Wasserstoff bedeutet.
2. Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es
zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln II, III
und IV enthält:
worin die einzelnen Reste die folgenden Bedeutungen
haben:
R: Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 7 C-Atomen,
X: F, Cl, CF₃ oder OCHF₂,
Y¹ und Y²: jeweils H oder F,
r: 0 oder 1.
R: Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 7 C-Atomen,
X: F, Cl, CF₃ oder OCHF₂,
Y¹ und Y²: jeweils H oder F,
r: 0 oder 1.
3. Medium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß es zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen
Formeln V bis VIII enthält:
worin R, X, Y¹ und Y² jeweils unabhängig voneinander eine
der in Anspruch 2 angegebene Bedeutung haben.
4. Medium nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich eine oder
mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus den allgemeinen Formeln IX bis XII enthält:
worin R, X, Y¹ und Y² jeweils unabhängig voneinander eine
der in Anspruch 2 angegebene Bedeutung haben.
5. Medium nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Anteil an Verbindungen der Formeln I bis IV zusammen im
Gesamtgemisch mindestens 50 Gew.-% beträgt.
6. Medium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anteil an Verbindungen der Formel I im Gesamtgemisch
10 bis 50 Gew.-% beträgt.
7. Medium nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Verbindungen
der Formeln II bis IV im Gesamtgemisch 30 bis 70 Gew.-%
beträgt.
8. Medium nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus Verbindungen
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den
allgemeinen Formeln I bis XII besteht.
9. Verwendung des flüssigkristallinen Mediums nach
Anspruch 1 für elektrooptische Zwecke.
10. Elektrooptische Flüssigkristallanzeige enthaltend ein
flüssigkristallines Medium nach Anspruch 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914112003 DE4112003A1 (de) | 1990-04-13 | 1991-04-12 | Fluessigkristallines medium |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4012023 | 1990-04-13 | ||
DE19914112003 DE4112003A1 (de) | 1990-04-13 | 1991-04-12 | Fluessigkristallines medium |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4112003A1 true DE4112003A1 (de) | 1991-10-17 |
Family
ID=25892200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914112003 Withdrawn DE4112003A1 (de) | 1990-04-13 | 1991-04-12 | Fluessigkristallines medium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4112003A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4139553B4 (de) * | 1990-12-05 | 2006-05-04 | Merck Patent Gmbh | Flüssigkristallines Medium |
EP1835010A1 (de) | 2006-03-17 | 2007-09-19 | Merck Patent GmbH | Flüssigkristallines Medium und Flüssigkristallanzeige |
DE4107167B4 (de) * | 1991-03-06 | 2008-05-08 | Merck Patent Gmbh | Flüssigkristallmischung |
US7563491B2 (en) | 2006-03-17 | 2009-07-21 | Merck Patent Gmbh | Liquid crystalline medium and liquid crystal display |
-
1991
- 1991-04-12 DE DE19914112003 patent/DE4112003A1/de not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4139553B4 (de) * | 1990-12-05 | 2006-05-04 | Merck Patent Gmbh | Flüssigkristallines Medium |
DE4107167B4 (de) * | 1991-03-06 | 2008-05-08 | Merck Patent Gmbh | Flüssigkristallmischung |
EP1835010A1 (de) | 2006-03-17 | 2007-09-19 | Merck Patent GmbH | Flüssigkristallines Medium und Flüssigkristallanzeige |
US7563491B2 (en) | 2006-03-17 | 2009-07-21 | Merck Patent Gmbh | Liquid crystalline medium and liquid crystal display |
US7740918B2 (en) | 2006-03-17 | 2010-06-22 | Merck Patent Gmbh | Liquid crystalline medium and liquid crystal display |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |