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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein flüssigkristallines Medium, dessen
Verwendung für
elektrooptische Zwecke und dieses Medium enthaltende Anzeigen.
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Flüssige Kristalle
werden vor allem als Dielektrika in Anzeigevorrichtungen verwendet,
da die optischen Eigenschaften solcher Substanzen durch eine angelegte
Spannung beinflußt
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.
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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.
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Beispielsweise
sind für
Matrix-Flüssigkristallanzeigen
mit integrierten nicht-linearen 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.
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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.
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Die
Verwendung von einkristallinem Silizium als Substratmaterial beschränkt die
Displaygröße, da auch
die modulartige Zusammensetzung verschiedener Teildisplays an den
Stößen zu Problemen
führt.
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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.
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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.
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Die
TFT-Anzeigen arbeiten üblicherweise
als TN-Zellen mit gekreuzten Polarisatoren in Transmission und sind
von hinten beleuchtet.
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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).
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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 dem Stand der Technik genügen nicht
den heutigen Anforderungen.
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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.
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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)
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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.
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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.
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Aus
EP-OS 0 325 sind die Verbindungen der Formel I sowie Medien enthaltend
neben Verbindungen der Formel I 85 % eines Gemisches A bestehend
aus
24% | PCH-3 |
35% | PCH-5 |
25% | PCH-7
und |
15% | BCH-5 |
bzw. 85 % eines Gemisches B bestehend aus
30% | PCH-3 |
40% | PCH-5
und |
30% | PCH-5
bekannt. |
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Derartige
Medien werden bei weitem nicht den genannten Forderungen gerecht.
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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.
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Es
wurde nun gefunden, daß diese
Aufgabe gelöst
werden kann, wenn man in Anzeigen erfindungsgemäße Medien verwendet.
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Gegenstand
der Erfindung ist somit ein flüssigkristallines
Medium auf der Basis eines Gemisches von polarer. 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 und n und m jeweils 0 oder 1 bedeutet
und zusätzlich eine
oder mehrere Verbindungen ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln II bis XII
enthält:
worin
die einzelnen Reste die folgende Bedeutung haben:
R Alkyl,
Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 7 C-Atomen,
X
F, Cl, CF
3, OCF
3 oder
OCHF
2,
Y
1 F,
Y
2 F und
r 0 oder 1.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Mischungen
in elektrooptischen 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 spezifischem
Widerstand), die derartige Medien enthalten sowie die Verwendung
dieser Medien für
elektrooptische Zwecke.
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Die
Verbindungen der Formel i sind bekannt aus:
DE 4206771 .
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Die
erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen
ermöglichen
eine bedeutende Erweiterung des zur Verfügung stehenden Parameterraumes.
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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.
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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.
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Andere
Mischungs-Systeme besitzen vergleichbare Viskositäten und
Werte von Δε, weisen
jedoch nur Klärpunkte
in der Gegend von 60 °C
auf.
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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 Δε ≥ 3,5, 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.
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Es
versteht sich, daß durch
geeignete Wahl der Komponenten der erfindungsgemäßen Mischungen auch höhere Klärpunkte
(z.B. oberhalb 90°)
bei höheren
Schwellenspannung 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 kleinerere
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.
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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°.
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Messungen
des "Capacity Holding-ratio" (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
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Auch
die UV-Stabilität
der erfindungsgemäßen Mischungen
ist erheblich besser, d. h. sie zeigen eine deutlich kleinere Abnahme
des HR unter UV-Belastung.
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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.
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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 %.
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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.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind im folgenden angegeben:
- – Medium
enthält
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:
H oder F,
Y2: H oder F, vorzugsweise
H und
r: 0 oder 1.
- – Medium
enthält
eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus den allgemeinen Formeln V' bis
VIII': worin
R, r, X, Y1 und Y2 jeweils
unabhängig
voneinander eine der in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben.
- – Medium
enthält
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' 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:
- – Das
Gewichtsverhältnis
I: (II + III + II' +
III' + IV' ist vorzugsweise
1:4 bis 1:1.
- – Das
Medium besteht im wesentlichen aus Verbindungen ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln I bis XII'.
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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, IV, II', III' und/oder IV' zu einer beträchlichen
Verbesserung der Ansprechzeiten und zu niedrigen Schwellenspannungen
führt,
wobei gleichzeitig breite nematische Phasen mit tiefen Übergangstemperaturen
smektisch-nematisch beobachtet werden.
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Die
Verbindungen der Formeln I bis IV' sind farblos, stabil und untereinander
mit anderen Flüssigkristallmaterialien
gut mischbar.
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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.
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Der
Ausdruck "Alkenyl" umfasst geradkettige
und verzweigte Alkenylgruppen mit 2-7 Kohlenstoffatomen, insbesondere
die geradkettigen Gruppen. Besondere 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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
Gruppe -CH2-CH2-
in Z1 bzw. Z2 führt im allgemeinen
zu höheren
Werten von k33k11 im
Vergleich zu einer einfachen Kovalenzbindung. Höhere Werte von k33k11 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.
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Das
optimale Mengenverhältnis
der Verbindungen der Formeln I und II + III + IV + II' + III' + IV' hängt weitgehend
von den gewünschten
Eigenschaften, von der Wahl der Komponenten der Formeln I, II, III,
IV, II', III' und oder IV' und von der Wahl
weiterer gegebenenfalls vorhandener Komponenten ab. Geeignete Mengenverhältnisse
innerhalb des angegebenen Bereichs können von Fall zu Fall leicht
ermittelt werden.
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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.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
enthalten die erfindungsgemäßen Medien
Verbindungen der Formel II, III, II', III', V, V', VI' und/oder
VII' (vorzugsweise
II und/oder II',
III', worin X CF3, OCF3 oder OCHF2 bedeutet. Eine günstige synergistische Wirkung
mit den Verbindungen der Formel I führt zu besonders vorteilhaften
Eigenschaften.
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Für STN-Anwendungen
enthalten die Medien vorzugsweise Verbindungen ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus den Formeln V bis VIII, worin X vorzugsweise
OCHF2 bedeutet.
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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
R
1 und R
2 jeweils
unabhängig
voneinander n-Alkyl, ω-Fluoralkyl
oder n-Alkenyl mit bis zu 9 C-Atomen,
die Ringe A
1,
A
2 und A
3 jeweils
unabhängig
voneinander 1,4-Phenylen, 2- oder
3-Fluor-1,4-phenylen, trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Cyclohexenylen,
Z
1 und Z
2 jeweils
unabhängig
voneinander -CH
2CH
2-,
-C≡C-,
-CO-O-, -O-CO-, oder eine Einfachbindung,
und
m 0,1 oder
2 bedeutet.
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Komponente
A enthält
vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus II1 bis II7:
worin
R
1 und R
2 die bei
Formel I' angegebene
Bedeutung haben.
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Vorzugsweise
enthält
Komponente A zusätzlich
eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus II8 bis II20:
worin
R
1 und R
2 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.
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Ferner
enthält
Komponente A vorzugsweise zusätzlich
eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus II21 bis II25 enthält:
worin
R
1 und R
2 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.
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Schließlich sind
derartige Mischungen bevorzugt, deren Komponente A eine oder mehrere
Verbindungen ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus II26 und II27 enthält:
worin
C
rH
2r+1 eine geradkettige
Alkylgruppe mit bis zu 7 C-Atomen ist.
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In
einigen Fällen
erweist sich der Zusatz von Verbindungen der Formel
worin
R
1 und
R
2 die bei Formel I' angegebene Bedeutung haben
und
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.
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Ferner
bevorzugt sind Flüssigkristallmischungen,
die eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend
aus III'' und IV'' enthalten
worin
R
1 und R
2 die bei
Formel I' angegebene
Bedeutung haben.
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Die
Art und Menge der polaren Verbindungen mit 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
Z
1, Z
2 und m die
bei Formel I' angegebene
Bedeutung haben, Q
1 und Q
2 jeweils
unabhängig
voneinander 1,4-Phenylen, trans-1,4-Cyclohexylen oder 3-Fluor-1,4-phenylen-
oder einer der Reste Q
1 und Q
2 auch trans-1,3-Dioxan-2,5-2,5-diyl, Pyrimidin-2,5-diyl,
Pyridin-2,5-diyl oder 1,4-Cyclohexenylen bedeutet,
R
0 n-Alkyl, n-Alkenyl, n-Alkoxy oder n-Oxyalkyl
mit jeweils bis zu 9 C-Atomen, Y H oder F und X' CN, Halogen, CF
3,
OCF
3 oder OCHF
2 ist.
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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'',
worin X' CN bedeute.
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'.
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Der
Aufbau der STN- bzw. MFK-Anzeige, in der die erfindungsgemäßen Mischungen
eingesetzt werden, 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.
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Ein
wesentlicher Unterschied der Anzeigen, in denen die erfindungsgemäßen Mischungen
eingesetzt werden, zu den bisher üblichen auf der Basis der verdrillten
nematischen Zelle besteht jedoch in der Wahl der Flüssigkristallparameter
der Flüssigkristallschicht.
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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.
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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.
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C
bedeutet eine kristalline, S eine smektische, SB eine
smektisch B, N eine nematische und I die isotrope Phase.
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V10 bezeichnet die Spannung für 10 % Transmission
(Blickrichtung senkrecht zur Plattenoberfläche). ton bezeichnet
die Einschaltzeit und toff die Ausschaltzeit
bei einer Betriebsspannung entsprechend dem 2,5-fachen 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
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 angegeben wird.
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Die
folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen.
Vor und nachstehend sind alle Temperaturen in °C angegeben. Die Prozentzahlen
sind Gewichtsprozente.
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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 Rest C
nH
2n+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 R
1, R
2,
L
1 und L
2:
Tabelle
A:
Tabelle
B:
Beispiel
1
CCP-2OCF3 | 11,0 |
CCP-3OCF3 | 12,0 |
CCP-4OCF3 | 10,0 |
CCP-5OCF3 | 12,0 |
BCH-3F.F.F | 12,0 |
BCH-5F.F.F | 11,0 |
CCP-3F.F.F | 9,0 |
CCcB-3F2 | 11,0 |
T
c = 102 °C
n
20 = 17 mPa·s
ΔE = 8,0
Δn = 0,095
-
Vergleichsbeispiel
-
In
der Mischung aus Beispiel 1 wurden CCcB-3F
2 (11,0
%) ersetzt durch 5 % PCH-5F und 6 % PCH-7F. Die so erhaltene Mischung
weist folgende physikalische Eigenschaften auf:
T
c =
87 °C
n
20 = 16 mPa·s
ΔE = 7,9
Δn = 0,0919 Beispiel
2
CCP-2OCF3 | 11,0 |
CCP-3OCF3 | 12,0 |
CCP-4OCF3 | 10,0 |
CCP-5OCF3 | 12,0 |
BCH-3F.F.F | 15,0 |
BCH-5F.F.F | 15,0 |
CCcB-3F2 | 10,0 |
CCcB-5F2 | 8,0 |
CCcB-4F2 | 7,0 |
T
c = 102 °C
n
20 = 16 mPa·s
ΔE = 7,7
Δn = 0,097 Beispiel
3
CCcB-3F2 | 5
% |
EPCH-SCl.F | 5
% |
PCH-5F | 11
% |
PCH-7F | 13
% |
CCP-2OCF3 | 9
% |
CCP-3OCF3 | 12
% |
CCP-4OCF3 | 7
% |
CCP-5OCF3 | 12
% |
BCH-3F.F.F | 5
% |
BCH-5F.F.F | 5
% |
CCB-2.FF | 3
% |
BCH5F.F | 13
% |
Beispiel
4
PCH-7F | 4,0 |
CCcB-3F2 | 8,0 |
PCH-5F | 8,0 |
CCP-2OCF3 | 9,0 |
CCP-3OCF3 | 11,0 |
CCP-4OCF3 | 8,0 |
CCP-5OCF3 | 11,0 |
BCH-3F.F.F | 14,0 |
BCH-5F.F.F | 9,0 |
ECCP-3F.F | 10,0 |
ECCP-5F.F | 8,0 |