DE4112025A1 - Fluessigkristallines medium - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein flüssig
kristallines Medium, dessen Verwendung für elektro
optische Zwecke und dieses Medium enthaltende Anzei
gen.
Flüssige Kristalle werden vor allem als Dielektrika
in Anzeigevorrichtungen verwendet, da die optischen
Eigenschaften solcher Substanzen durch eine ange
legte Spannung beeinflußt werden können. Elektroopti
sche Vorrichtungen auf der Basis von Flüssig
kristallen sind dem Fachmann bestens bekannt und
können auf verschiedenen Effekten beruhen. Derartige
Vorrichtungen sind beispielsweise Zellen mit dynami
scher Streuung, DAP-Zellen (Deformation aufgerichte
ter Phasen), Gast/Wirt-Zellen, TN-Zellen mit ver
drillt 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 Struk
tur.
Die Flüssigkristallmaterialien müssen eine gute
chemische und thermische Stabilität und eine gute
Stabilität gegenüber elektrischen Feldern und elek
tromagnetischer 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 brei
ten 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 Anwen
dung gelangen, ist es wichtig, daß die Komponenten
untereinander gut mischbar sind. Weitere Eigen
schaften, wie die elektrische Leitfähigkeit, die
dielektrische Anisotropie und die optische Anisotro
pie, müssen je nach Zellentyp und Anwendungsgebiet
unterschiedlichen Anforderungen genügen. Bei
spielsweise sollten Materialien für Zellen mit ver
drillt nematischer Struktur eine positive dielek
trische Anisotropie und eine geringe elektrische
Leitfähigkeit aufweisen.
Beispielsweise sind für Matrix-Flüssigkristall
anzeigen mit integrierten nicht-linearen Elementen
zur Schaltung einzelner Bildpunkte (MFK-Anzeigen)
Medien mit großer positiver dielektrischer Anisotro
pie, 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 beispiels
weise 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 polykristal
linem oder amorphem Silizium. An letzterer Technolo
gie 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 transpa
rente Gegenelektrode trägt. Im Vergleich zu der
Größe der Bildpunkt-Elektrode ist der TFT sehr klein
und stört das Bild praktisch nicht. Diese Technolo
gie kann auch für voll farbtaugliche Bilddarstel
lungen erweitert werden, wobei ein Mosaik von roten,
grünen und blauen Filtern derart angeordnet ist, daß
je ein Filterelement einem schaltbaren Bildelement
gegenüberliegt.
Die TFT-Anzeigen arbeiten üblicherweise als TN-Zel
len 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. 141ff, Paris; Stromer,
M.; Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of
Thin Film Transistors for Matrix Adressing of Tele
vision Liquid Crystal Displays, p. 145ff, 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 wich
tig, daß der spezifische Widerstand eine möglichst
geringe Zunahme bei steigender Temperatur sowie nach
Temperatur- und/oder UV-Belastung zeigt. Die MFK-
Anzeigen aus dem 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 (insbeson dere 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 Vor
teile unter gleichzeitigem Erhalt der übrigen Para
meter zu realisieren.
Bei höher verdrillten Zellen (STN) sind Medien
erwünscht, die eine höhere Multiplexierbarkeit
und/oder kleinere Schwellenspannungen und/oder brei
tere nematische Phasenbereiche (insbesondere bei
tiefen Temperaturen) ermöglichen. Hierzu ist eine
weitere Ausdehnung des zur Verfügung stehenden Para
meterraumes (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 aufwei
sen.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst
werden kann, wenn man in Anzeigen erfindungsgemäße
Medien verwendet.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein flüssig
kristallines Medium auf der Basis eines Gemisches
von polaren Verbindungen mit positiver dielek
trischer Anisotropie, dadurch gekennzeichnet, daß
es eine oder mehrere Verbindungen der allgemeinen
Formel I
enthält, worin Y H oder F, X F, Cl, CF₃, OCF₃
oder OCHF₂, einer der Reste Q¹ und Q² -C₂H₄ und
der andere Rest Q¹ oder Q² eine Einfachbindung
und R Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl
mit jeweils bis zu 7 C-Atomen 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 Bild
punkte auf den Trägerplatten und einer in der Zelle
befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit
positiver dielektrischer Anisotropie und hohem spe
zifischem Widerstand), die derartige Medien enthal
ten sowie die Verwendung dieser Medien für elektro
optische Zwecke.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen
ermöglichen eine bedeutende Erweiterung des zur
Verfügung stehenden Parameterraumes.
Die erzielbaren Kombinationen aus Klärpunkt, Visko
sität 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 Mischungs-Systeme 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 Anisotro
piewerte Δε 3,5, vorzugsweise 4,0, Klärpunkte
oberhalb 65°, vorzugsweise oberhalb 70° und einen
hohen Wert für den spezifischen Widerstand zu errei
chen, wodurch hervorragende STN- und MFK-Anzeigen
erzielt werden können.
Es versteht sich, daß durch geeignete Wahl der Kom
ponenten 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 wer
den 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 klei
nere dielektrische Anisotropie ausreichend ist.
Hierdurch lassen sich unter Verwendung der erfin
dungsgemäßen 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 minde
stens 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 Verbin
dungen der Formel I eine deutlich kleinere Abnahme
des HR mit steigender Temperatur aufweisen als ana
loge 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 insbe
sondere bei Verwendung in STN-Anzeigen deutlich
Vorteile gegenüber Medien aus dem Stand der Tech
nik resultieren.
Vorzugsweise basieren die erfindungsgemäßen Medien
auf mehreren (vorzugsweise zwei oder mehr) Verbin
dungen der Formel I, d. h. der Anteil dieser Verbin
dungen 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 ange
geben:
- - 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. - - Medium enthält zusätzlich eine oder mehrere Ver bindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln V bis VIII: worin R, r, X, Y¹ und Y² jeweils unabhängig von einander 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 vonein ander eine der in Anspruch 2 angegebene Bedeu tung 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 Verbin dungen der Formeln I bis IV
- - das Medium enthält weitere Verbindungen, vor zugsweise ausgewählt aus der folgenden Gruppe:
- - Das Gewichtsverhältnis I: (II+III+IV) ist vorzugsweise 1 : 4 bis 1 : 1.
- - Medium besteht im wesentlichen aus aus Verbin dungen 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 Ansprech
zeiten und zu niedrigen Schwellenspannungen
führt, wobei gleichzeitig breite nematische
Phasen mit tiefen Übergangstemperaturen
smektisch-nematisch beobachtet werden. Die Ver
bindungen 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 Kohlenstoffato
men, insbesondere die geradkettigen Gruppen
Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl und
Heptyl. Gruppe mit 2-5 Kohlenstoffatomen sind im
allgemeinen bevorzugt.
Der Ausdruck "Alkenyl" umfaßt geradkettige und
verzweigte Alkenylgruppen mit 2-7 Kohlenstoff
atomen, insbesondere die geradkettigen Gruppen.
Besonders Alkenylgruppen sind C₂-C₇-1E-Alkenyl,
C₄-C₇-3E-Alkenyl, C₅-C₇-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 Kohlen
stoffatomen sind im allgemeinen bevorzugt.
Der Ausdruck "Fluoralkyl" umfaßt vorzugsweise
geradkettige Gruppen mit endständigen 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 Schwellen
spannung, die Steilheit der Transmissionskennli
nien etc. in gewünschter Weise modifiziert wer
den. Beispielsweise führen 1E-Alkenylreste,
3E-Alkenylreste, 2E-Alkenyloxyreste und derglei
chen 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 allge
meinen 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 Konvalenzbindung.
Höhere Werte von k₃₃/k₁₁ ermöglichen z. B. fla
chere 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 Mengen
verhältnisse innerhalb des oben angegebenen
Bereiches können von Fall zu Fall leicht ermit
telt 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 Gesamtkonzentra
tion an Verbindungen der Formeln I bis XII ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
enthalten die erfindungsgemäßen Medien Verbin
dungen der Formel II, III, V und/oder VII
(vorzugsweise II und/oder III), worin X CF₃,
OCF₃ oder OCHF₂ bedeutet. Eine günstige synergi
stische Wirkung mit den Verbindungen der Formel
I führt zu besonders vorteilhaften Eigenschaf
ten.
Für STN-Anwendungen enthalten die Medien vor
zugsweise 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 aus
gewählt aus der Gruppe bestehend aus II21 bis
II25 enthält:
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 Verbindun
gen 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 vor teilhaft, obwohl hierdurch der spezifische Widerstand erniedrigt werden kann. Zur Erzielung von für die Anwendung optimaler Parameterkombi nationen kann der Fachmann leicht feststellen, ob und falls ja in welcher Menge diese Ver bindungen zugesetzt sein können. Normalerweise werden weniger als 15%, insbesondere 5-10% verwendet.
zur Unterdrückung smektischer Phasen als vor teilhaft, obwohl hierdurch der spezifische Widerstand erniedrigt werden kann. Zur Erzielung von für die Anwendung optimaler Parameterkombi nationen kann der Fachmann leicht feststellen, ob und falls ja in welcher Menge diese Ver bindungen 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′ und IV′ ent
halten:
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.
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 klei
nere oder größere Anteile von anderen Verbindun
gen 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 Verbindun
gen der Formel I′ mit X′ = Halogen, CF₂, 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, Elektrodengrundplat
ten 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 erfindungs
gemäßen 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 Kompo
nenten 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 Fach
mann bekannte und in der Literatur beschriebene
Zusätze enthalten. Beispielsweise können 0-15%
pleochroitische Farbstoffe oder chirale Dotier
stoffe 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% Transmis
sion (Blickrichtung senkrecht zur Plattenober
fläche). ton bezeichnet die Einschaltzeit und
toff die Ausschaltzeit bei einer Betriebsspannung
entsprechend dem 2,5fachen Wert von V₁₀.
Δn bezeichnet die optische Anisotropie und n₀
den Brechungsindex. Δε bezeichnet die dielektri
sche Anisotropie (Δε=ε∥-ε⟂, wobei ε∥ die
Dielektrizitätskonstante parallel zu den
Moleküllängsachsen und ε⟂ die Dielektri
zitätskonstante senkrecht dazu bedeutet. Die
elektrooptischen Daten wurden in einer TN-Zelle
im 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 angege
ben wird.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung
erläutern, ohne sie zu begrenzen. Vor- und nach
stehend sind alle Temperaturen in °C angegeben.
Die Prozentzahlen sind Gewichtsprozente.
In der vorliegenden Anmeldung und in den folgen
den Beispielen sind die Strukturen der
Flüssigkristallverbindungen durch Acronyme ange
geben, 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 | |
PCH-3 | |
8% | |
PCH-3Cl | 11% |
PCH-5Cl | 10% |
ECCP-3Cl · F | 13% |
ECCP-5Cl · F | 9% |
ECCP-33 | 10% |
BCH-32 | 13% |
BCH-52 | 12% |
CCPC-33 | 2% |
CCPC-34 | 3% |
CCPC-35 | 2% |
CCP-3F · F | 7% |
Beispiel 2 | |||
PCH-5Cl | |||
12% | |||
PCH-3Cl | 10% | ||
PCH-3Cl · F | 10% | ||
CCP-3Cl · F | 13% | ||
ECCP-3F · F | 13% | ||
CBC-53F | 4% | ||
CBC-33F | 3% | ||
CBC-55F | 3% | ||
CCP-50CF₃ | 12% | ||
ECCP-30CF₃ | 11% | ||
ECCP-50CF₃ | 9% | ||
Tc = 91°C @ | Δn = 0,09 @ | Δε = +5 @ | Vth = 2,2 V |
Beispiel 3 | |
B-3F · F | |
8% | |
B-5F · F | 8% |
PCH-3Cl | 10% |
PCH-5Cl | 8% |
CCP-2F · F | 10% |
CCP-3F · F | 12% |
ECCP-2F · F | 10% |
ECCP-3F · F | 5% |
CECP-2F · F | 8% |
BCP-3F · F | 12% |
CBC-33F | 3% |
CBC-53F | 3% |
CBC-55F | 3% |
Beispiel 4 | |
B-3Cl · F | |
8% | |
B-5Cl-F | 10% |
PCH-5F | 10% |
PCH-7F | 10% |
CCP-20CF₃ | 12% |
CECP-30CF₃ | 8% |
ECCP-2F · F | 8% |
ECCP-3F · F | 12% |
BCH-3 · FCl | 10% |
BCH-5 · FCl | 10% |
CBC-33F | 2% |
Beispiel 5 | |||
Substance | |||
mass-% | |||
PCH-5F | |||
8.00 | |||
PCH-6F | 6.00 | ||
PCH-7F | 8.00 | ||
CCP-2F · F | 11.00 | ||
CCP-3F · F | 12.00 | ||
CCP-5F · F | 12.00 | ||
CECP-3F · F | 11.00 | ||
CECP-5F · F | 9.00 | ||
ECCP.3F · F | 12.00 | ||
ECCP-5F · F | 11.00 | ||
T(N, I)=75°C. @ | η20=14 cST @ | V10=1,4 V(1st) @ | Δn=0,073 |
Beispiel 6 | |||
Substance | |||
mass-% | |||
EPCH-5F · F | |||
8.00 | |||
EPCH-7F · F | 8.00 | ||
CCP-20CF3 | 8.00 | ||
CCP-30F3 | 12.00 | ||
CCP-40CF3 | 6.00 | ||
CCP-50CF3 | 12.00 | ||
CCP-2F · F · F | 5.00 | ||
CCP-3F · F · F | 9.00 | ||
CCP-4F · F · F | 5.00 | ||
CCP-5F · F · F | 7.00 | ||
ECCP-3F · F | 11.00 | ||
ECCP-5F · F | 9.00 | ||
T(N, I)=81°C. @ | η10=18 cST @ | Δn=0,079 @ | V10=1,5 V |
Beispiel 7 | |||
Substance | |||
mass-% | |||
PCH-5F · F | |||
8.00 | |||
PCH-7F · F | 8.00 | ||
CCP-2F · F | 8.00 | ||
CCP-3F · F | 12.00 | ||
CCP-5F · F | 12.00 | ||
CECP-3F · F | 10.00 | ||
CECP-5F · F | 9.00 | ||
ECCP-2F · F | 12.00 | ||
ECCP-3F · F | 12.00 | ||
ECCP-5F · F | 9.00 | ||
T(NI) = 80°C @ | η₁₀ = 19 cST @ | Δn = 0,078 @ | V₁₀ = 1,55 V |
Beispiel 8 | |||
Substance | |||
mass-% | |||
PECH-5F · F | |||
7.00 | |||
PECH-7F · F | 6.00 | ||
CCP-2F · F | 10.00 | ||
CCP-3F · F | 10.00 | ||
CCP-4F · F | 8.00 | ||
CCP-5F · F | 10.00 | ||
CECP-2F · F | 9.00 | ||
CECP-3F · F | 8.00 | ||
CECP-5F · F | 6.00 | ||
BCH-3F · F · F | 12.00 | ||
BCH-4F · F · F | 9.00 | ||
BCH-5F · F · F | 5.00 | ||
T(NI) = 72°C @ | η₂₀ = 18 cST @ | Δn = 0,088 @ | V₁₀(1st) = 1,60 V |
Beispiel 9 | |||
Substance | |||
mass-% | |||
PCH-4F · F | |||
7.00 | |||
PCH-5F · F | 6.00 | ||
CCP-20CF3 · F | 11.00 | ||
CCP-30CF3 · F | 12.00 | ||
CCP-40CF3 · F | 9.00 | ||
CCP-50CF3 · F | 11.00 | ||
ECCP-2F · F | 9.00 | ||
ECCP-3F · F | 8.00 | ||
ECCP-5F · F | 6.00 | ||
BCH-3CF3 · F · F | 12.00 | ||
BCH-5CF3 · F · F | 9.00 | ||
T(NI) = 82°C @ | η₂₀ = 17 cST @ | Δn = 0,093 @ | V₁₀(1st) = 1,6 V |
Beispiel 10 | |||
Substance | |||
mass-% | |||
PCH-5F | |||
7.00 | |||
PCH-7F | 6.00 | ||
CECP-2F · F | 9.00 | ||
CECP-3F · F. | 12.00 | ||
CECP-4F · F | 8.00 | ||
CECP-5F · F | 12.00 | ||
CUP-30CF3 | 10.00 | ||
CUP-50CF3 | 12.00 | ||
BCH-30CF3 · F | 14.00 | ||
BCH-50CF3 · F | 10.00 | ||
T(N, I) = 83°C @ | η₁₀ = 16 cST @ | Δn = 0,093 @ | V₁₀(1st) = 1,65 V |
Beispiel 11 | |||
Substance | |||
mass-% | |||
PCH-5F | |||
6.00 | |||
PCH-7F | 6.00 | ||
CECP-20CF3 | 9.00 | ||
CECP-30CF3 | 12.00 | ||
CECP-50CF3 | 11.00 | ||
CUP-30CF3 | 12.00 | ||
CUP-50CF3 | 12.00 | ||
BCH-30CF3 · F | 11.00 | ||
BCH-50CF3 · F | 12.00 | ||
CCUP-30CF3 | 4.00 | ||
CCUP-50CF3 | 5.00 | ||
T(NI) = 105°C @ | η₂₀ = 18 cST @ | V₁₀(1st) = 2,2 V @ | Δn = 0,094 |
Beispiel 12 | |||
Substance | |||
mass-% | |||
PCH-5F | |||
10.00 | |||
PCH-6F | 8.00 | ||
PCH-7F | 6.00 | ||
CCP-30CF3 | 10.00 | ||
CCP-50CF3 | 9.00 | ||
BCH-3F · F | 12.00 | ||
BCH-5F · F | 10.00 | ||
ECCP-3CF3 | 10.00 | ||
ECCP-5CF3 | 9.00 | ||
ECCP-30CF3 | 5.00 | ||
ECCP-50CF3 | 5.00 | ||
CBC-33F | 2.00 | ||
CBC-53F | 2.00 | ||
CBC-55F | 2.00 | ||
T(N, I) = 93°C @ | η = 16 cST @ | Δn = 0,097 @ | V₁₀(1st) = 1,9 V |
Beispiel 13 | |||
Substance | |||
mass-% | |||
PCH-5F | |||
10.00 | |||
PCH-6F | 8.00 | ||
PCH-7F | 6.00 | ||
CCP-30CF3 | 10.00 | ||
CCP-50CF3 | 9.00 | ||
ECCP-30CF3 · F | 10.00 | ||
ECCP-50CF3 · F | 9.00 | ||
BCH-3F · F | 12.00 | ||
BCH-5F · F | 10.00 | ||
CECP-30CF3 · F | 5.00 | ||
CECP-50CF3 · F | 5.00 | ||
CBC-33F | 2.00 | ||
CBC-53F | 2.00 | ||
CBC-55F | 2.00 | ||
T(N, I) = 89°C @ | η = 15 cST @ | Δn = 0,094 @ | V₁₀ = 1,9 V |
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 Y H oder F, X F, Cl, CF₃, OCF₃
oder OCHF₂, einer der Reste Q¹ und Q² -C₂H₄ und
der andere Rest Q¹ oder Q² eine Einfachbindung
und R Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl
mit jeweils bis zu 7 C-Atomen 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, OCF₃ 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, OCF₃ 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, 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 der allgemeinen Formel 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 |
---|---|---|---|
DE19914112025 DE4112025A1 (de) | 1990-04-13 | 1991-04-12 | Fluessigkristallines medium |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4012050 | 1990-04-13 | ||
DE19914112025 DE4112025A1 (de) | 1990-04-13 | 1991-04-12 | Fluessigkristallines medium |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4112025A1 true DE4112025A1 (de) | 1991-10-17 |
Family
ID=25892221
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914112025 Withdrawn DE4112025A1 (de) | 1990-04-13 | 1991-04-12 | Fluessigkristallines medium |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4112025A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10008712B4 (de) * | 1999-02-27 | 2012-10-11 | Merck Patent Gmbh | Flüssigkristallines Medium und seine Verwendung |
-
1991
- 1991-04-12 DE DE19914112025 patent/DE4112025A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10008712B4 (de) * | 1999-02-27 | 2012-10-11 | Merck Patent Gmbh | Flüssigkristallines Medium und seine Verwendung |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |