DE4123301A1

DE4123301A1 - Supertwist-fluessigkristallanzeige

Info

Publication number: DE4123301A1
Application number: DE19914123301
Authority: DE
Inventors: Georg Weber; Herbert Dr Plach; Reinhard Dr Hittich; Andreas Dr Waechtler
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1991-07-13
Filing date: 1991-07-13
Publication date: 1993-01-14

Description

Die Erfindung betrifft Supertwist-Flüssigkristallanzeigen (SFA) mit kurzer Schaltzeit, einem großen d/p-Fenster, einer guten Steilheit der elektrooptischen Kennlinie und einer hohen Winkelunabhängigkeit des Kontrasts sowie die darin verwendeten neuen nematischen Flüssigkristallmischungen, die sich insbesondere durch günstige Werte für Viskosität und Klärpunkt auszeichnen.

SFA gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sind bekannt, z. B. aus EP 01 31 216 B1; DE 34 23 993 A1; EP 00 98 070 A2; M. Schadt und F. Leenhouts, 17. Freiburger Arbeitstagung Flüssigkristalle (08.-10.04.87); K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6); M. Schadt und F. Leenhouts, SID 87 Digest 372 (20.1); K. Katoh et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 26, No. 11, L 1784-L 1786 (1987); F. Leenhouts et al., Appl. Phys. Lett. 50 (21), 1468 (1987); H.A. van Sprang und H.G. Koopman, J. Appl. Phys. 62 (5), 1734 (1987); T.J. Scheffer und J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (10), 1021 (1984), M. Schadt und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (5), 236 (1987) und E.P. Raynes, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Letters Vol. 4 (1), pp. 1-8 (1986). Der Begriff SFA umfaßt hier jedes höher verdrillte Anzeigeelement mit einem Verdrillungswinkel dem Betrage nach zwischen 100° und 600°, wie beispielsweise die Anzeigeelemente nach Waters et al. (C.M. Waters et al., Proc. Soc. Inf. Disp. (New York) (1985) (3rd Intern. Display Conference, Kobe, Japan), die STN-LCD′s (DE OS 35 03 259), SBE-LCD′s (T.J. Scheffer und J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (1984) 1021), OMI-LCD′s (M. Schadt und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (1987), 236, DST-LCD′s (EP OS 02 46 842) oder BW-STN-LCD′s (K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6)).

Derartige SFA zeichnen sich im Vergleich zu Standard-TN-An zeigen u. a. durch wesentlich bessere Steilheiten der elek trooptischen Kennlinie und daher durch eine Ansteuerbarkeit mit wesentlich höheren Multiplexraten aus. Die Steilheit der elektrooptischen Kennlinie von SFA′s wird u. a. durch den Verdrillungswinkel und die elastischen und dielektrischen Eigenschaften des Flüssigkristalls bestimmt.

Eine andere, sehr wichtige Größe für SFA′s ist der als d/p-Wert bezeichnete Quotient aus Zelldicke d und Pitch p. Wird d/p zu groß gewählt , werden in SFA′s bei ange legter Spannung Störungen beobachtet, die unter dem Mikroskop wie mehr oder weniger parallele Streifen aussehen und deshalb als "striped domains" bezeichnet werden und die makroskopisch zu einem streuenden Display führen; gleichzeitig wird bei d/p < (d/P)_max eine drastische Verschlechterung der Steilheit der elektrooptischen Kennlinie beobachtet. Ist andererseits der d/p-Wert zu klein (d/p < (d/P)_min), wird nicht die gewünschte Verdrillung β erreicht ("-π-domain"). Um eine domänenfreie Anzeige zu erhalten, muß der d/p-Wert einer SFA innerhalb des von (d/p)_min und (d/p)_max begrenzten Intervalls, des sogenann ten d/p-Fensters Δ d/p, liegen.

Das d/p-Fenster sollte aus anwendungstechnischer Sicht mög lichst groß sein, damit insbesondere die Ausbeute in der Produktion von SFA′s hoch ist. Im allgemeinen hängt die Größe des d/p-Fensters Δ d/p wesentlich von den dielektrischen und elastischen Eigenschaften des Flüssigkristalls sowie vom Verdrillungswinkel β und dem Oberflächentiltwinkel α der SFA ab und wird damit von denselben Parametern wie die Steilheit der elektrooptischen Kennlinie beeinflußt. Dabei findet man i.a. einen Zusammenhang zwischen diesen Parametern derart, daß bei hoher Steilheit der elektrooptischen Kennlinie ein kleiner Wert für das d/p-Fenster und bei schlechter Kenn liniensteilheit ein großes d/p-Fenster beobachtet wird. Eine theoretische Deutung dieser bei herkömmlichen SFA′s i.a. be obachteten gegenläufigen Beeinflussung von Kennliniensteil heit einerseits und Größe des d/p-Fensters andererseits bei Variation der relevanten Flüssigkristall- und SFA-Parameter ist in J. Nehring, T.J. Scheffer, On the electric stripe-in stability threshold in twisted nematic layers, 19. Freiburger Arbeitstagung Flüssigkristalle, April 1990 versucht worden.

Es besteht somit immer noch ein großer Bedarf nach SFA mit kurzen Schaltzeiten, einem guten Kontrast, einer hohen Win kelunabhängigkeit des Kontrastes, einer niedrigen Schwellen spannung, einer geringen Temperaturabhängigkeit der Schwel lenspannung, einem hohen Klärpunkt, einer hohen Stabilität und/oder einer niedrigen Viskosität des in der SFA verwende ten Flüssigkristalls, wobei diese SFA insbesondere eine gute Steilheit der elektrooptischen Kennlinie und gleichzeitig einen hohen Wert für das d/p-Fenster Δ d/p aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige SFA′s bereitzustellen.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn die in der SFA gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 verwendete Flüssigkristallmischung eine oder mehrere Verbin dungen der Formel 1 enthält

worin
R¹ n-Alkyl, n-Alkenyl, n-Alkoxy oder n-Oxaalkyl mit jeweils bis zu 9 C-Atomen,
A° trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Phenylen,
Z° -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung,
r 1 oder 2, und
n 1 bis 9 bedeutet.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen SFA′s orientiert sich an der für derartige Systeme üblichen Bauweise. Der Begriff üblicher Bauweise ist hierbei weit gefaßt und umschließt alle Abwand lungen und Modifikationen.

Die Flüssigkristallmischung befindet sich üblicherweise zwi schen 2 planparallelen, durchsichtigen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden. Die Innenseiten der Trä gerplatten sind mit Elektrodenschichten und darüberliegenden Orientierungsschichten versehen. Die Elektroden bestehen z. B. aus dünnen, ebenen und transparenten Indium-Zinnoxid-(ITO) oder Indiumoxidschichten. Zur Verbesserung der elektroopti schen Eigenschaften werden üblicherweise relativ große Ober flächentiltwinkel α 1°, insbesondere α 2° und ganz beson ders α 4° verwendet. Orientierungsschichten mit hohem Tilt winkel α können z B. durch Schrägbedampfung mit anorganischen Materialien wie z. B. Siliciumoxid oder Magnesiumfluorid er halten werden. In der SFA-Massenproduktion werden dagegen zur Randorientierung der Flüssigkristalle i.a. Polymerschichten, z. B. Polyimid- oder Polyvinylalkohol-Schichten verwendet, denen durch Reiben, gegebenenfalls bei gleichzeitiger Druck anwendung eine einheitliche Ausrichtung gegeben wird. Eine Übersicht über die verschiedenen Ausrichtungstechniken findet sich z. B. in Thermotropic Liquid Crystals, G. W. Gray (ed.), S. 75-77.

Der Twistwinkel β, der üblicherweise durch Zugabe eines oder mehrerer chiraler Dotierstoffe induziert wird, beträgt für die erfindungsgemäßen SFA′s i.a. zwischen 100° und 600° und insbesondere üblicherweise zwischen 160° und 360°, was d/p-Werten der SFA zwischen 0,28 und 1,7 bzw. insbesondere zwi schen 0,45 und 1 entspricht. Das Produkt aus der Schichtdicke d und der optischen Anisotropie Δn der Flüssigkristall mischung wird üblicherweise zu 0,2 µm d· Δn 2,0 µm und insbesondere zu 0,3 µm d · Δn 0,6 µm oder 0,8 µm d · Δn 1,2 µm gewählt. Die in erfindungsgemäßen SFA′s verwende ten Flüssigkristallmischungen weisen eine positive dielektri sche Anisotropie Δε < 0 auf und enthalten üblicherweise

- eine dielektrisch positive Komponente A mit Δε < 3 und
- ggf. eine dielektrisch neutrale Komponente B mit -1,5 Δε 3 und/oder dielektrisch negative Komponente C mit Δε < -1,5.

Zur Erzielung einer niedrigen Schwellenspannung wird die dielektrische Anisotropie vorzugsweise zu Δε 5 gewählt. Zur Erzielung eines weiten Arbeitstemperaturbereiches weist die Flüssigkristallmischung üblicherweise einen nematischen Phasenbereich von mindestens 50°C und insbesondere 60°C auf; der Klärpunkt ist üblicherweise nicht kleiner als 60°C und insbesondere nicht kleiner als 55°C. Ganz allgemein ist es günstig, wenn der Klärpunkt der Flüssigkristallmischung deutlich d. h. z. B. 5 oder 10°C höher als das obere Ende des Arbeitstemperaturbereiches ist. Da die Schaltzeiten der SFA in 1. Näherung wesentlich durch die Fließviskosität η beein flußt werden, weist die Flüssigkristallmischung üblicherweise bei 20°C einen Wert η 35 mm²s^-1 auf.

Die erfindungsgemäßen SFA′s weisen weiter mindestens eine Vorrichtung zur Linearpolarisation des Lichts in einer der artigen Anordnung auf, daß das Licht vor Eintritt in die Flüssigkristallschicht und nach Austritt aus dieser minde stens einmal einen Linearpolarisator passiert. Häufig befin det sich auf beiden Seiten des Displays je ein Linearpolari sator; diese bestehen üblicherweise aus Folien, die auf die Trägerplatten aufgeklebt werden. Die Polarisatoren sind häufig nicht parallel oder senkrecht zur Vorrichtung der Flüssigkristallmoleküle an den Trägerplatten angeordnet, sondern werden oftmals in einer außeraxialen Orientierung verwendet. Auf diese Weise werden beide optische Normalwellen in der verdrillten Struktur angeregt und interferieren mit einander, wodurch i.a. eine farbige Anzeige resultiert.

Da für manche Anwendungen eine farbige Anzeige unerwünscht ist, können die erfindungsgemäßen SFA′s neben der bisher beschriebenen ansteuerbaren Flüssigkristallschicht, die zur Informationsdarstellung dient, eine oder mehrere, vorzugs weise nicht mehr als 2 und insbesondere eine Kompensations schicht enthalten, wodurch eine Schwarz-Weiß-Darstellung erreicht wird. Die Kompensationsschichten können auf nieder molekularen Flüssigkristallen, flüssigkristallinen Polymeren oder thermoplastischen Polymeren basieren, die z. B. 2-dimen sional verstreckt und damit optisch einachsig gemacht werden. Derartige Kompensationsschichten sind z. B. ausführlich in DE 39 19 397 beschrieben. Eine Schwarz-Weiß-Anzeige kann wei ter auch ohne Verwendung einer Kompensationsschicht erhalten werden, wenn der optische Gangunterschied der Flüssigkri stallschicht zwischen 0,4 µm und 0,6 µm beträgt, wie dies z. B. in M. Schadt und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (1987) 236 beschrieben ist.

Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen SFA′s zu den bisher üblichen besteht jedoch in der für die Flüssig kristallschicht verwendeten Flüssigkristallmischung, die mindestens eine Verbindung der Formel I enthält.

Die Verbindungen der Formel I umfassen 2-kernige Pyrimidin derivate der Formeln I2-1-I2-4:

In den Verbindungen der Formeln I2-1-I2-4 ist R¹ n-Alkyl, n-Alkenyl, n-Alkoxy oder n-Oxaalkyl mit 1-9 und insbesondere mit 1-7 C-Atomen. Durch die Variation der Position der C-C-Doppelbindung oder des O-Atoms in der Seitengruppe R¹ können die elastischen Eigenschaften der Verbindungen der Formeln I2-1-I2-4 beeinflußt und im Hinblick auf die jeweilige An wendung optimiert werden. Flüssigkristallmischungen enthal tend eine oder mehrere Verbindungen der Formel I2-1, I2-2, I2-3 und/oder I2-4 sind bevorzugt. Die Verbindungen der For mel I umfassen weiter 3-kernige Pyrimidinderivate der Formeln I3-1-I3-8:

Flüssigkristallmischungen, enthaltend eine oder mehrere Verbindungen der Formeln I3-1-I3-8 und insbesondere der Formeln I3-1, I3-2, I3-3, I3-4, I3-7 und/oder I3-8 sind bevorzugt. In den Verbindungen der Formeln I3-1-I3-8 bedeu tet R¹ n-Alkyl, n-Alkenyl, n-Alkoxy oder n-Oxaalkyl mit 1-9 und insbesondere mit 2-8 C-Atomen. Ebenso wie bei den 2-ker nigen Verbindungen der Formeln I2-1-I2-4 können die elasti schen Konstanten der Verbindungen der Formeln I3-1-I3-8 durch Variation der Position der C-C-Doppelbindung oder des O-Atoms in der Seitengruppe R¹ beeinflußt und optimiert werden.

In den Verbindungen der Formel I bedeutet R¹ n-Alkyl, n-Al kenyl, n-Alkoxy oder n-Oxaalkyl mit jeweils bis zu 9 C-Ato men.

Falls R¹ n-Alkyl oder n-Alkoxy bedeutet, ist R¹ vorzugsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Methoxy, Ehtoxy, Propoxy, Butoxy, Pentoxy, Hexoxy, Heptoxy, ferner Octyl, Nonyl, Octoxy oder Nonoxy.

Falls R¹ n-Oxaalkyl bedeutet, ist R¹ vorzugsweise 2-Oxapropyl (= Methoxymethyl), 2- (= Ehtoxymethyl) oder 3-Oxabutyl (= 2-Methoxyethyl), 2-, 3- oder 4-Oxapentyl, 2-, 3-, 4- oder 5-Oxalexyl, 2-, 3-, 4-, 5- oder 6-Oxaheptyl, ferner auch 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder 7-Oxaoctyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder 8-Oxanonyl oder 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder 9-Oxadecyl.

Falls R¹ n-Alkenyl bedeutet, ist R¹ vorzugsweise Vinyl, Prop-1- oder Prop-2-enyl, But-1-, 2- oder But-3-enyl, Pent-1-, 2-, 3- oder Pent-4-enyl, Hex-1-, 2-, 3-, 4- oder Hex-5-enyl, Hept-1-, 2-, 3-, 4-, 5- oder Hept-6-enyl, Oct-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder Oct-7-enyl, Non-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder Non-8-enyl, Dec-1, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder Dec-9-enyl.

In den Verbindungen der Formel I ist die andere Seitengruppe Alkoxy der Formel -OC_nH_2n+1 worin n eine ganze Zahl von 1 bis 9 und insbesondere von 1-8 bedeutet: Die Verbindungen der Formel I werden nach an sich bekannten Methoden dargestellt, wie sie in der Literatur (z. B. in den Standardwerken wie Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg-Thieme- Verlag, Stuttgart Bd IX, S. 867 ff ) beschrieben sind, und zwar unter Reaktionsbedingungen, die für die genannten Umset zungen bekannt und geeignet sind. Dabei kann man auch von an sich bekannten, hier nicht näher erwähnten Varianten Gebrauch machen.

Die Verbindungen der Formel I werden insbesondere nach den in DE 34 04 116, EP 01 52 697 und JP 61-0 87 777 beschriebenen Methoden dargestellt.

Die erfindungsgemäßen SFA′s erhalten vorzugsweise Flüssig kristallmischungen mit einer oder mehreren Verbindungen, die aus der aus den Verbindungen der Formeln I2-1, I3-1, I3-2 I3-3 und I3-4 bestehenden bevorzugten kleineren Gruppe von Verbindungen der Formel I ausgewählt werden.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen enthalten eine dielektrische positive Komponente A mit dielektrisch positiven Verbindungen mit Δε < 3 und insbesondere Δε < 5. Diese Verbindungen werden vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln IIa-IIk

worin
R n-Alkyl oder n-Alkenyl mit bis zu 9 C-Atomen,
X Cyan, NCS, F, Cl, -CF₃, -CHF₂, -OCF₃, -OCHF₂,
-OCF₂CF₂H oder -OC₂F₅, und
die Ringe A¹, A² und A³ jeweils unabhängig voneinander 1,4- Phenylen, 2- oder 3-Fluor-1,4-phenylen oder trans-1,4-Cyclo hexylen oder einer der Ringe A¹, A² und A³ auch 1,4-Cyclohe xenylen, 2,3-Difluor-1,4-phenylen, Pyridin-2,5-diyl oder Pyrimidin-2,5-diyl bedeuten.

Erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen, die eine dielek trisch neutrale Komponente B mit einer oder mehreren Verbin dungen mit -1,5 Δε +1,5 enthalten, sind bevorzugt. Die dielektrisch neutrale Komponente B enthält insbesonders eine oder mehrere Verbindungen der Formel III

worin
R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander n-Alkyl, n-Alkoxy, n-Oxaalkyl, 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- oder eine Einfachbindung, und
m 0, 1 oder 2 bedeutet.

Die dielektrisch positive Komponente A erfindungsgemäßer Flüssigkristallmischungen enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formeln IIa-IIf, worin X Cyan bedeu tet, und eine oder mehrere Verbindungen der Formeln IIa-IIf, worin X = -NCS, -F, -Cl, -CF₃, -CHF₂, -OCF₃, -OCHF₂, -OCF₂CH₂H oder -OC₂F₅ ist, wobei der Anteil der Cyanoverbindungen an Komponente A zwischen 0 und 70 Gew.% und insbesondere zwi schen 0 und 50 Gew.% beträgt. Erfindungsgemäße Flüssigkri stallmischungen, die eine solche Komponente A und eine di elektrisch neutrale Komponente B enthalten, sind besonders bevorzugt. Ganz besonders bevorzugt sind Flüssigkristall mischungen mit dielektrisch neutraler Komponente B, bei denen die dielektrisch positive Komponente A keine Verbindungen der Formeln IIa-IIf enthält, worin X = CN ist.

Weiter bevorzugt sind erfindungsgemäße Flüssigkristall mischungen, deren positive Komponente auf den Verbindungen der Formeln IIa-IIk basiert, wobei X = -F, -Cl, -CF₃, -OCF₃, -OCHF₂ oder -CHF₂ ist, und die eine dielektrisch neutrale Komponente B aufweisen, die auf Verbindungen der Formel I basiert.

Die Komponente B enthält besonders bevorzugt eine oder mehrere Verbindungen, die aus der folgenden kleineren und bevorzugten Gruppe von 2-kernigen Verbindungen der Formeln III1-III7 ausgewählt werden:

In den Verbindungen der Formeln III1-III7 haben R¹ und R² die oben angegebene Bedeutung.

Besonders bevorzugt sind weiter erfindungsgemäße Flüssig kristallmischungen, bei denen die dielektrisch neutrale Kompo nente B neben einer oder mehreren 2-kernigen Verbindungen der Formeln III1-III7 zusätzlich eine oder mehrere 3-kernige Verbindungen, ausgewählt aus der kleineren und bevorzugten Gruppe III8-III20, enthält:

In den Verbindungen der Formeln III8-III20 haben R¹ und R² die oben angegebene Bedeutung und die 1,4-Phenylengruppen in den Verbindungen der Formeln II8-II17 können jeweils unabhängig voneinander auch durch F ein- oder mehrfach, insbesondere ein- oder zweifach substitutiert sein. Es ist jedoch auch möglich, daß die dielektrisch neutrale Komponente B der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ausschließlich auf 3-kernigen Verbindungen der Formeln III8-III20 und/oder 4-kernigen Verbindungen basiert.

Die dielektrisch neutrale Komponente B enthält weiter vor zugsweise neben einer oder mehreren 2-kernigen Verbindung der Formeln III1-III7 und/oder einer oder mehreren 3-kernigen Verbindung der Formeln III8-III20 eine oder mehrere 4-kernige Verbindungen, die aus der kleineren und bevorzugten Gruppe der Verbindungen der Formeln III21-III25 ausgewählt werden.

In den 4-kernigen dielektrisch neutralen Verbindungen der Formeln III21-III25 haben R¹ und R² die oben angegebene Bedeu tung und die 1,4-Phenylengruppen können jeweils unabhängig voneinander auch durch Fluor ein- oder mehrfach substituiert sein.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen enthalten weiter vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der fol genden Formeln IVa und IVb

worin C_rH_2r+1 eine geradkettige Alkylgruppe mit bis zu 7 C-Atomen ist.

Besonders bevorzugt sind Flüssigkristallmischungen, die eine dielektrisch neutrale Komponente B und eine oder mehrere Verbindungen der Formeln IVa und/oder IVb enthalten.

Besonders bevorzugt sind weiterhin erfindungsgemäße Flüssig kristallmischungen, die eine oder mehrere Verbindungen ent halten, die aus der kleineren und bevorzugten Gruppe von Verbindungen der Formeln V, VIa und VIb ausgewählt sind:

In den Verbindungen der Formeln V, VIa, und VIb haben R¹ und R² die oben angegebene Bedeutung.

Besonders bevorzugt sind weiter erfindungsgemäße Flüssigkri stallmischungen, die eine oder mehrere Verbindungen der Formel VII oder VIII enthalten, worin R¹ die oben angegebene Bedeutung haben.

Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße Flüssigkristall mischungen, enthaltend eine oder mehrere Verbindungen der Formeln VII oder VIII, bei denen die dielektrisch positive Komponente A auf Verbindungen der Formel II basiert und/oder die eine dielektrisch neutrale Komponente B enthalten, die auf den Verbindungen der Formel III und insbesondere den 2- und 3-kernigen Verbindungen der Formeln III1-III20 basiert.

Besonders bevorzugt sind weiterhin erfindungsgemäße Flüssig kristallmischungen mit einer dielektrisch neutralen Kompo nente B, die eine oder mehrere aus der Gruppe der Formeln IX-XI ausgewählte Verbindungen enthält

worin R¹ und R² die oben angegebene Bedeutung haben.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen können weitere Bestandteile enthalten, die vorzugsweise ausgewählt werden aus nematischen oder mematogenen (monotropen oder isotropen) Substanzen, insbesondere Substanzen aus den Klas sen der Azoxybenzole, Benzylidenaniline, Biphenyle, Ter phenyle, Phenyl- oder Cyclohexylbenzoate, Cyclohexan-carbon säurephenyl- oder cyclohexyl-ester, Phenyl- oder Cyclohexyl ester der Cyclohexylbenzoesäure, Phenyl- oder Cyclohexylester der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Cyclohexylphenylester der Benzoesäure, der Cyclohexancarbonsäure, bzw. der Cyclo hexylcyclohexancarbonsäure, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbi phenyle, Phenylcyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexene, Cyclohexylcyclohexylcyclohexene, 1,4- Bis-cyclohexylbenzole, 4,4′-Bis-cyclohexylbiphenyle, Phenyl oder Cyclohexylpyrimidine, Phenyl- oder Cyclohexylpyridine, Phenyl- oder Cyclohexyldioxane, Phenyl- oder Cyclohexyl-1,3 dithiane, 1,2-Diphenylethane, 1,2-Dicyclohexylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexylethane, 1-Cyclohexyl-2-(4-phenyl-cyclo hexyl) -ethane, 1-Cyclohexyl-2-biphenylylethane, 1-Phenyl-2 cyclohexylphenylethane, gegebenenfalls halogenierten Stil bene, Benzylphenylether, Tolane und substituierten Zimt säuren. Die 1,4-Phenylengruppen in diesen Verbindungen können auch fluoriert sein.

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

R′-L-E-R′′ (1)

R′-L-COO-E-R′′ (2)

R′-L-OOC-E-R′′ (3)

R′-L-CH₂CH₂-E-R′′ (4)

R′-L-C≡C-E-R′′ (5)

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

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

R′ und R′′ bedeuten in den Verbindungen der Teilformeln 1a, 2a, 3a, 4a und 5a jeweils unabhängig voneinander Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, Alkenyloxy oder Alkanoyloxy mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen. Bei den meisten dieser Verbindungen sind R′ und R′′ voneinander verschieden, wobei einer dieser Reste meist Alkyl oder Alkenyl ist. In den Verbindungen der Teil formeln 1b, 2b, 3b, 4b und 5b bedeutet R′′ -CN, -CF₃, -OCF₃, -OCHF₂, -F, -Cl oder -NCS; R hat dabei die bei den Verbindun gen der Teilformeln 1a bis 5a angegebene Bedeutung und ist vorzugsweise Alkyl oder Alkenyl. Aber auch andere Varianten der vorgesehenen Substituenten in den Verbindungen der For meln 1, 2, 3, 4 und 5 sind gebräuchlich. Viele solcher Sub stanzen oder auch Gemische davon sind im Handel erhältlich. Alle diese Substanzen sind nach literaturbekannten Methoden oder in Analogie dazu erhältlich.

Die in den erfindungsgemäßen elektrooptischen Systemen ver wendeten Flüssigkristalle enthalten vorzugsweise neben Kompo nenten aus der Gruppe der Verbindungen 1a, 2a, 3a, 4a und 5a (Gruppe 1) auch Komponenten aus der Gruppe der Verbindungen 1b, 2b, 3b, 4b, und 5b (Gruppe 2), deren Anteile vorzugsweise wie folgt sind:
Gruppe 1: 0 bis 60%, insbesondere 5 bis 50%,
Gruppe 2: 0 bis 60%, insbesondere 5 bis 40%.

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

Durch geeignete Zusätze können die beschriebenen Flüssigkri stallmischungen modifiziert und im Hinblick auf die jeweilige Anwendung optimiert werden.

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

Erfindungsgemäße SFA′s, bei denen dem Flüssigkristall pleoch roitische Farbstoffe in einem Gewichtsprozentbereich von 0-25%, insbesondere 0-20% und ganz besonders 0-15% zuge setzt sind, sind bevorzugt.

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

Die erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristallmischungen bzw. die mit diesen Flüssigkristallmischungen befüllten SFA′s zeichnen sich durch kurze Schaltzeiten, einen guten Kontrast, eine hohe Winkelunabhängigkeit des Kontrastes, eine niedrige Schwellenspannung, eine geringe Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung, einen hohen Klärpunkt, eine hohe Stabi lität und/oder eine niedrige Viskosität aus und sind insbe sondere durch eine gute Steilheit der elektrooptischen Kenn linie und gleichzeitig einen hohen Wert für das d/p-Fenster d/p gekennzeichnet. Den erfindungsgemäß verwendbaren Flüssig kristallmischungen und den mit diesen Flüssigkristall mischungen befüllten SFA′s kommt daher eine erheblich wirt schaftliche Bedeutung zu.

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

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

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

Die angegebenen Prozentzahlen sind Massenprozente.

Beispiel 1

Ein SFA, enthaltend folgende Flüssigkristallmischung mit einem Klärpunkt von 77°C und eine Doppelbrechung von Δn = 0,158

10,0% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-benzonitril
7,0% 4-ethyl-4′-Cyanobiphenyl
8,0% 4-Propyl-4′-cyanobiphenyl
11,0% 4-(trans-4-Methoxycyclohexyl)-1-propylbenzol
4,0% 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-5-ethoxypyrimidin
5,0% 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-5-propoxypyrimidin
4,0% 2-(trans-4-Propylcyclohexyl)-5-methoxy pyrimidin
6,0% 4-Ethoxy-4′-fluor-tolan
6,0% 4-Butoxy-4′-fluor-tolan
6,0% 4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexyl)-1- trilfuoromethoxybenzol
6,0% 4-(trans-4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-cyclohexyl)-1- trifluoromethoxybenzol
5,0% 1-(trans-4-(trans-4-Propylcyclohexyl)-cyclohexyl)-2- (4-trifluoromethoxyphenyl)-ethan
5,0% 1-(trans-4-(trans-4-Pentylcyclohexyl)-cyclohexyl)-2- (4-trifluoromethoxyphenyl)-ethan
6,0% 4-(trans-4-(Propylcyclohexyl)-4′-trifluoromethoxytolan
6,0% 4-(trans-4-(Pentylcyclohexyl)-4′-trifluoromethoxytolan
5,0% 4-(trans-4-(Propylcyclohexyl)-4′-ethoxytolan

ist durch folgende Parameter gekennzeichnet:

Twistwinkel β = 240°
Tiltwinkel α = 5°d/p-Fenster = 0,21

Claims

1. Supertwist-Flüssigkristallanzeige mit

- zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssig kristallmischung mit positiver dielektrischer Aniso tropie,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden Orientie rungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten,
- einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von etwa 1 Grad bis 30 Grad, und
- einem Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientie rungsschicht dem Betrag nach zwischen 100 und 600°, wobei die nematische Flüssigkristallmischung dielek trisch positive Komponenten (Δε < +3) und gegebenen falls dielektrisch neutrale (Δε von -1,5 bis +3) und/oder dielektrisch negative Komponenten (Δε < -1,5) und eine optisch aktive Komponente enthält, in einer Menge, daß das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der planparallelen Trägerplatten) und natür licher Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkri stallmischung etwa 0,28 bis 1,7 beträgt, und daß die nematische Flüssigkristallmischung einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60°C, eine Viskosität von nicht mehr als 35 mPa·s und eine dielektrische Anisotropie von mindestens +5 aufweist, wobei die dielektrischen Anisotropien der Verbindungen und die auf die neamtische Flüssigkristallmischung bezogenen Parameter auf eine Temperatur von 20°C bezogen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristall mischung eine oder mehrere Verbindungen der Formel I enthält worin
R¹ n-Alkyl, n-Alkenyl, n-Alkoxy oder n-Oxaalkyl mit
jeweils bis zu 9 C-Atomen,
A° trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Phenylen,
Z° -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung,
r 1 oder 2, und
n 1 bis 9 bedeutet.

2. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus I2-1 und I3-1 bis I3-4, enthält:

3. Anzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrisch positive Komponente A eine oder mehrere Verbindungen gewählt aus der Gruppe, bestehend aus IIa bis IIk, enthält: worinR n-Alkyl oder n-Alkenyl mit bis zu 9 C-Atomen,
X Cyan, NCS, F, Cl, -CF₃, -CHF₂, -OCF₃, -OCHF₂, -OCF₂CF₂H oder -OC₂F₅, unddie Ringe A¹, A² und A³ jeweils unabhängig voneinander 1,4-Phenylen, 2- oder 3-Fluor-1,4-phenylen oder trans- 1,4-Cyclohexylen oder einer der Ringe A¹, A² und A³ auch 1,4-Cyclohexenylen, 2,3-Difluor-1,4-phenylen, Pyridin- 2,5-diyl oder Pyrimidin-2,5-diyl bedeuten.

4. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrisch neutrale Komponente B eine oder mehrere Verbindungen der allgemei nen Formel III enthält, worin R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander n-Alkyl, n-Alkoxy, n-Oxaalkyl, 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≡- oder eine Einfachbindung, und
m 0, 1 oder 2 bedeutet.

5. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente A Verbindungen der Formeln IIa bis IIf, worin X Cyan bedeutet, und Verbin dungen der Formeln IIa bis IIf, worin X -NCS, F, Cl, -CF₃, -CHF₂, -OCF₃, -OCHF₂, -OCF₂CH₂H oder -OC₂ F₅ bedeutet, ent hält und dort der Anteil der Cyanverbindungen in Kompo nente A 0 bis 50 Gew.% beträgt.

6. Anzeige nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente A keine Verbindungen der Formeln IIa bis IIf, worin X Cyan bedeutet, enthält.

7. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß X F, Cl, CF₃, -OCF₃, -OCHF₂ oder -CHF₂ bedeutet.

8. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente B eine oder meh rere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus III1 bis III7, enthält: worin R¹ und R² die in Anspruch 4 angegebene Bedeutung haben.

9. Anzeige nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente B zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus III8 bis III20, enthält: worin R¹ und R² die in Anspruch 4 angegebene Bedeutung haben und die 1,4-Phenylgruppen in III8 bis III17 jeweils unabhängig voneinander auch durch Fluor ein- oder mehr fach substituiert sein können.

10. Anzeige nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente B zusätzlich eine oder mehrere Verbindun gen ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus III21 bis III25, enthält: worin R¹ und R2 die in Anspruch 4 angegebene Bedeutung haben und die 1,4-Phenylenruppen in III21 bis III25 jeweils unabhängig voneinander auch durch Fluor ein- oder mehrfach substituiert sein können.

11. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus IVa und IVb, enthält: worin C_rH_2r+1 eine geradkettige Alkylgruppe mit bis zu 7 C-Atomen ist.

12. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus III, IV und IVa, enthält: worin R¹ und R² die in Anspruch 4 angegebene Bedeutung haben.

13. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus VII und VIII, enthält: worin R¹ und R² die in Anspruch 4 angegebene Bedeutung haben.

14. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 4-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus IX bis XI, enthält: worin R¹ und R² die in Anspruch 4 angegebene Bedeutung haben.

15. Flüssigkristallmischung der in einem der Ansprüche 1 bis 14 definierten Zusammensetzung.

16. Verwendung der Flüssigkristallmischung nach Anspruch 15 in einem elektrooptischen System.