WO2002093244A2 - Elektrooptisches lichtsteuerelement, anzeige und medium - Google Patents

Elektrooptisches lichtsteuerelement, anzeige und medium Download PDF

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WO2002093244A2
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Achim GÖTZ
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    • G02F1/134363—Electrodes characterised by their geometrical arrangement for applying an electric field parallel to the substrate, i.e. in-plane switching [IPS]

Definitions

  • Electro-optical light control element display and medium
  • the present invention relates to light control elements and displays containing them.
  • the light control elements preferably use control media which have anisotropic properties at certain temperatures, such as. B. liquid crystals.
  • the light control elements are operated at a temperature at which the control media are in the isotropic phase.
  • the present invention relates to an electro-optical light control element and to electro-optical displays and display systems containing such elements, such as, for example, television screens and computer monitors.
  • the light control elements according to the invention contain a mesogenic control medium which is present in the isotropic phase during operation of the light control elements and, in addition to a good contrast and a low dependence on the viewing angle, are particularly distinguished by very short switching times.
  • the present invention further relates to media and their use as control media in such light control elements.
  • the first-mentioned displays are used in combination with a TFT (English: thin film transistor) control for displays with high information content and high resolution.
  • TFT thin film transistor
  • VAN displays are a variant of the ECB (electrically controlled birefringence) displays.
  • MVA displays International: multi domain ertically aligned
  • several domains are stabilized for each driven electrode and a special optical compensation layer is also used.
  • these displays use an electric field which is vertical to the liquid crystal layer.
  • IPS displays generally use electrodes on only one substrate, that is to say on one side of the liquid crystal layer, and are therefore characterized by an essential component of the electric field parallel to the liquid crystal layer.
  • the present invention was based on the object of realizing particularly rapidly switching light control elements with good viewing angle dependency and the lowest possible control voltages.
  • These light control elements should have the smallest possible layer thickness of the control media in order to be used as elements of FPDs (English: flat panel displays, i.e. flat displays), such as flat screens for Computer to be used.
  • FPDs Terms: flat panel displays, i.e. flat displays
  • they should be controllable by means of a simple electrode configuration and have a relatively low operating voltage.
  • they should have a good contrast with a low viewing angle dependence for use in electro-optical displays.
  • electro-optical Kerr effect is occasionally mentioned as an application of mesogenic media such as liquid crystals, among others in
  • the present invention is a.
  • Can produce medium be operated at a temperature at which the mesogenic medium is in the isotropic phase and
  • the contrast of these displays and their viewing angle dependence are excellent.
  • the switching times are extremely short and the control voltages only moderately high.
  • the electric field used is preferably an inhomogeneous field.
  • the mesogenic medium is used as the control medium for the light control element.
  • mesogenic media are media which have a mesophase, which are soluble in a mesophase or which induce a mesophase.
  • the mesophase is a smectic or, preferably, a nematic phase.
  • the nematic mixture ZLI-4792 from Merck KGaA, Darmstadt, Germany is used as the preferred medium for investigating the mesogenic properties of the media which have no mesophase.
  • the mesogenic media preferably have a clearing point of -100.degree. C. or more, particularly preferably of -50.degree. C. or more and very particularly preferably of -20.degree. C. or more, extrapolated from 10% solution in this mixture.
  • the light control elements according to the invention preferably contain a mesogenic medium which is present in the isotropic phase at operating temperature. This medium is conveniently located on or under a substrate.
  • the mesogenic medium is located between two substrates. If the mesogenic medium is between two substrates, at least one of these substrates is translucent.
  • the translucent substrate, or the translucent substrates can, for. B. consist of glass, quartz or plastic. If a substrate is used that is not translucent, this can consist of a metal or a semiconductor, among other things. These media can be used as such or can be present on a carrier, for example a ceramic. If the mesogenic medium is a polymeric medium, the use of a second substrate can optionally be dispensed with. Polymeric mesogenic media can even be designed to be self-supporting. In this case, no substrate is required.
  • the light control elements according to the invention contain an electrode structure which generates an electric field with a significant component parallel to the layer of the mesogenic medium.
  • This electrode structure can be designed in the form of interdigital electrodes. It can be designed in the form of combs or ladders. Designs in the form of superimposed "H" s and double 'T's or Ts are also advantageous.
  • the electrode structure is advantageously located on only one side of the mesogenic medium, if at least one substrate is used, preferably between this and the mesogenic medium.
  • the electrode structure is preferably in at least two different planes, both of which are on one side of the mesogenic
  • Control medium are present, this applies in particular if the electrode structure contains overlapping partial structures. These substructures are advantageously separated from one another by a dielectric layer. If the substructures are on the opposite sides of an insulation layer, a "layout" can be selected that allows capacitors to be implemented. This is particularly advantageous when controlling displays using an active matrix.
  • Such active matrix displays use a matrix of control elements assigned to the individual light control elements with a non-linear current-voltage characteristic such as. B. TFTs or MIM (English: metal insulator metal) diodes.
  • the electrodes can be made of transparent material, such as. B. Indium Tin Oxide (ITO). In this case, it may be advantageous and, if necessary, necessary to cover a part or parts of the light control element using a black mask. This allows areas where that electric field is not effective to shield and so improve the contrast.
  • the electrodes can also be made of opaque material, usually metal. Then the use of a separate black mask can be omitted if necessary.
  • the substructures of the electrode structure are located on the two opposite sides of the mesogenic medium.
  • the corresponding parts of the electrodes are not perpendicular to one another, but are laterally offset from one another in such a way that a component of the electric field is created parallel to the layer of the mesogenic medium.
  • the electrode structures are raised, that is to say they have a certain thickness, which cannot be neglected in relation to the layer thickness of the mesogenic medium.
  • the electrode structures are raised, that is to say they have a certain thickness, which cannot be neglected in relation to the layer thickness of the mesogenic medium.
  • Electrode structure have different topographies.
  • the electrode structure can extend through a significant proportion of the total thickness of the layer of the mesogenic control medium.
  • the maximum height of the electrode layer or the electrode layer is preferably significantly smaller than the thickness of the mesogenic medium.
  • the ratio is preferably 1: 3 or less, particularly preferably 1:10 or less and very particularly 1:50 or less. In some cases the thickness of the electrode layer can be neglected compared to the thickness of the mesogenic medium, then the ratio is preferably 1: 100 or less.
  • the operating temperature of the light control element is preferably above the transition temperature of the control medium to the isotropic phase, generally in the range from 0.1 ° to 50 ° above this transition temperature, preferably in the range from 0.5 ° to 10 ° above this transition temperature and particularly preferably in Range from 0.1 ° to 5 ° above this transition temperature.
  • an orientation is induced in the mesogenic medium in the isotropic phase which leads to an optical one Delay leads, which can be visualized in a known manner.
  • An inhomogeneous electric field is preferably used.
  • the light control elements according to the invention contain at least one element for polarizing the light. In addition, they preferably contain a further optical element. This further optical element is either a second element for polarizing light, a reflector or a transflector.
  • the optical elements are arranged such that the light passes through at least one polarizing element at least once when it passes through the mesogenic medium of the light control element both before it enters the mesogenic medium and after it exits the mesogenic medium.
  • the mesogenic medium is located between two polarizers, ie a polarizer and an analyzer.
  • Two linear polarizers are preferably used.
  • the absorption axes of the polarizers are preferably crossed and preferably form an angle of 90 °.
  • the light control element according to the invention optionally contains one or more birefringent layers. It preferably contains one ⁇ / 4 layer or several ⁇ / 4 layers, preferably one ⁇ / 4 layer.
  • the optical delay of the ⁇ / 4 layer is preferably approximately 140 nm.
  • the layer thickness (d) of the mesogenic control medium is preferably 0.1 ⁇ m to 5,000 ⁇ m (ie 5 mm), particularly preferably 0.5 ⁇ m to 1,000 ⁇ m (ie 1 mm), particularly preferably 1.0 ⁇ m to 100 ⁇ m and very particularly preferably 3.0 ⁇ m to 30 ⁇ m and in particular 3.5 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • the layer thickness of the mesogenic control medium is preferably 0.5 ⁇ m to 50 ⁇ m, particularly preferably 1.0 ⁇ m to 20 ⁇ m and very particularly preferably 1.0 ⁇ m to 8.0 ⁇ m
  • the light control element according to the invention can additionally contain one or more other conventional optical elements such as birefringent layers (eg compensation layers), diffuser layers, and elements for increasing the brightness and / or the light yield, the viewing angle dependence.
  • birefringent layers eg compensation layers
  • diffuser layers diffuser layers
  • the light control elements according to the invention are characterized by a good contrast, which depends strongly and almost predominantly on the properties of the polarizers used.
  • TN cells with an optical delay of 0.50 ⁇ m, positive contrast and the absorption axis of the polarizers perpendicular to the preferred orientation of the nematic liquid crystals on the adjacent substrate, which contain non-chiral liquid crystals, are used here. If the same polarizers are used in the light control elements according to the invention and in these conventional TN cells, the contrast of the light control elements according to the invention is 40% or more greater than that of the TN cells.
  • An isocontrast curve of a given contrast ratio in the light control elements according to the invention generally includes an angular range which is more than twice as large, often even more than three times as large as the corresponding isocontrast curve for the same contrast ratio in the TN display.
  • the switching times of the light control elements according to the invention are very short. They are generally values of 1 ms or less, preferably 0.5 ms or less, particularly preferably 0.1 ms or less.
  • the light control elements according to the invention were each switched, for example, from the voltage V-io to V9 0 , V 8 o, V 70 to V_o, so the switch-on time is from the time the new voltage is switched on until it is reached 90% of the respective maximum transmission change for all of these switching processes is identical in all cases in a first approximation.
  • Electro-optical displays according to the present invention contain one or more light control elements according to the invention. In a preferred embodiment, these are controlled by means of an active matrix.
  • the light control elements according to the invention are actuated in the so-called “field sequential mode”.
  • the switching elements are successively illuminated with differently colored light in synchronism with the actuation or flash lamps are used.
  • Electro-optical displays according to the present invention can contain a color filter for displaying colored images.
  • This color filter expediently consists of a mosaic of filter elements of different colors.
  • An element of the color filter mosaic of a color is typically assigned to each electro-optical switching element.
  • the mesogenic media according to the present invention preferably have a nematic phase.
  • media can be used in which the temperature range of the nematic The phase is so narrow that there is practically a transition from the crystalline phase or from the smectic phase to the isotropic phase.
  • the clearing point of the mesogenic media having a nematic phase is preferably in the range from -20 ° C. to 80 ° C., particularly preferably in the range from 0 ° C. to 60 ° C. and very particularly preferably in the range from 20 ° C. to 60 ° C.
  • the clearing point is preferably in the range of 10 ° C to 70 ° C and particularly preferably in the range of 30 ° C to 50 ° C.
  • the nematic phase is preferably stable to -10 ° C, particularly preferably to -30 ° C and very particularly preferably to -40 ° C.
  • the mesogenic media according to the present invention preferably have a birefringence ( ⁇ n) of 0.100 or more, particularly preferably of 0.150 or more, very particularly preferably of 0.200 or more in the nematic phase at a temperature of 4 degrees below the clearing point.
  • ⁇ n birefringence
  • the value of the birefringence is virtually unlimited for the application according to the invention. In practice, however, it is usually 0.500 or less and usually 0.450 or less.
  • the value of the birefringence of the media according to the invention is measured here in the nematic phase at a temperature of 4 ° below the clearing point.
  • the birefringence of a mixture of 15% of the medium and 85% of the nematic mixture ZLI-4792 from Merck KGaA is determined at 20 ° C and extrapolated from the change compared to mixture ZLI-4792 to the value of the pure medium.
  • the mesogenic media according to the present invention preferably have a dipole moment of 4 debye or more, particularly preferably 6 debye or more and particularly preferably 8 debye or more.
  • Both mesogenic control media that are in the mesophase can be used for the light control elements according to the present invention have a positive dielectric anisotropy ( ⁇ ), as well as those which have a negative dielectric anisotropy.
  • Mesogenic control media are preferably used which have a positive dielectric anisotropy ( ⁇ ) in the mesophase.
  • the mesogenic control media have a positive dielectric anisotropy, this, at kHz and a temperature of 4 ° below the clearing point, preferably in the nematic phase, has a value of preferably 15 or more, particularly preferably 30 or more and very particularly preferably 45 or more. If the medium has no nematic phase or if it is not in the nematic phase at a temperature of 4 ° below the clearing point, its dielectric anisotropy, like birefringence, is determined by extrapolation of the values of a mixture of 15% in the mixture ZLI-4792.
  • the mesogenic control media have a negative dielectric anisotropy, this has a value of preferably -5 or less, particularly preferably -7 or less and very particularly preferably -10 or less.
  • Control media with a positive dielectric anisotropy are particularly preferred.
  • the mesogenic media according to the present invention preferably consist of two to 40 compounds, particularly preferably five to 30 compounds and very particularly preferably seven to 25 compounds.
  • the mesogenic media according to the invention with positive dielectric anisotropy according to the present invention preferably contain
  • a component A consisting of one or more compounds with a very strongly positive dielectric anisotropy of 30 or more
  • a component B consisting of one or more compounds with a highly positive dielectric anisotropy of 10 to ⁇ 30
  • a component C consisting of one or more
  • a component D consisting of one or more dielectric neutral connections with a dielectric
  • a component E consisting of one or more compounds with a negative dielectric anisotropy of less than -1.5.
  • Component A of these media preferably contains one or more compounds of the formula I and particularly preferably consists predominantly and very particularly preferably almost completely of one or more compounds of the formula I.
  • R 1 n-alkyl, n-alkoxy each having 1 to 7 C atoms, alkenyl, alkenyloxy, alkynyl or alkoxyalkyl each having 2 to 7 C atoms,
  • Z 11 and Z 12 are each independent of one another, a single bond
  • the media according to the invention preferably contain one or more compounds selected from the group of compounds of the formulas
  • the media according to the invention particularly preferably comprise one or more compounds selected from the group of the compounds of the formulas 1-1 a to 1-1 e, l-2a to l-2c, l-3a to l-3c, l-4a to l- 4c, l-5a to l-5c, I-6a to l-6c and l-7a to I-7c and / or one or more compounds selected from the group of the compounds of the formulas 11-1 a to 11-1 c, ll-2a to ll-2c, ll-3a, Il3b, ll-3a, ll-4b, ll-5a and ll-5b.
  • the compounds of the formulas 1-1 a to 1-1 e are preferably selected from the group of compounds of the formulas 1-1 a-1 to 1-1 a-6, 1-1 b-1 to 1-1 b-9 , 1-1 c-1 to 1-1 c-9, 1-1 d-1 to 1-1 d-5 and 1-1 e-1 and 1-1 e-2.
  • n is an integer from 0 to 7, preferably 1 to 7
  • m is an integer from 0 to 5
  • n + m is an integer from 0 to 7, preferably from 1 to 5.
  • the compounds of the formulas I-2a to I-2c are preferably selected from the group of the compounds of the formulas I-2a-1 to I-2a-5, I-2b-1 to I-2b-9 and I-2c-1 to l-2c-17.
  • n is an integer from 0 to 7, preferably from 0 to 5 and particularly preferably from 1 to 5
  • m is an integer from 0 to 5
  • n + m is an integer from 0 to 7, preferably from 1 to 5.
  • the compounds of the formulas I-3a to I-3c are preferably selected from the group of the compounds of the formulas I-3a-1 to I-3a-4, I-3b-1 to I-3b-4 and I-3c-1 to l-3c-4.
  • n is an integer from 0 to 7, preferably from 0 to 5 and particularly preferably from 1 to 5.
  • the compounds of the formulas I-4a to I-4c are preferably selected from the group of the compounds of the formulas I-4a-1 to I-4a-3, I-4b-1 to I-4b-3 and I-4c-1 to l-4c-3.
  • n is an integer from 0 to 7, preferably from 0 to 5 and particularly preferably from 1 to 5.
  • the compounds of the formulas I-5a to I-5c are preferably selected from the group of the compounds of the formulas I-5a-1b to I-5a-3, I-5b-1 to I-5b-3 and I-5c- 1 to l-5a-1 l-5ca-3.
  • n is an integer from 0 to 7, preferably from 0 to 5 and particularly preferably from 1 to 5.
  • the compounds of the formulas I-6a to I-6c are preferably selected from the group of the compounds of the formulas I-6a-1 to I-6a-3, I-6b-1 to I-6a-3 and I-6c-1 to l-6a-3.
  • n is an integer from 0 to 7, preferably from 0 to 5 and particularly preferably from 1 to 5.
  • the compounds of the formulas I-7a to I-7c are preferably selected from the group of the compounds of the formulas I-7a-1 and I-7a-2, I-7b-1 and I-7b-2 and I-7c-1 and l-7c-2.
  • n is an integer from 0 to 7, preferably from 0 to 5 and particularly preferably from 1 to 5.
  • the media according to the invention particularly preferably comprise one or more compounds selected from the group of the compounds of the formulas 11-1c-1, ll-2c-1, ll-3b-1, ll-4b-1 and Il-5b-1.
  • n is an integer from 0 to 7, preferably from 0 to 5 and particularly preferably from 1 to 5.
  • the media according to the invention preferably contain one or more
  • the mesogenic media according to the present invention with positive dielectric anisotropy particularly preferably consist predominantly and very particularly preferably almost entirely of component A.
  • the mesogenic media according to the present invention with positive dielectric anisotropy contain one or more components selected from the group of components B to D, preferably selected from the group of components B and D.
  • Component D of these media preferably contains one or more compounds.
  • the mesogenic media with negative dielectric anisotropy according to the present invention preferably contain
  • component B 1 consisting of one or more compounds with a moderately negative dielectric anisotropy of -1.5 to ⁇ -5,
  • a component C consisting of one or more dielectric neutral compounds with a dielectric anisotropy of -1, 5 to +1, 5 and
  • the mesogenic medium according to the present invention can contain further additives and chiral dopants in conventional concentrations.
  • the total concentration of these further constituents is in the range from 0% to 10%, preferably in the range from 0.1% to 6%, based on the total mixture.
  • the concentrations of the individual of these compounds are in the range from 0.1 to 3%.
  • the concentration of these compounds and similar components of the mixture are not taken into account when specifying the concentration ranges of the other components of the mixture.
  • the media are obtained from the compounds in the usual way.
  • the compounds which are used in a smaller amount are expediently dissolved in the compounds used in a larger amount. If the temperature is raised above the clearing point of the predominant component during the mixing process, the completeness of the dissolution can easily be observed.
  • the media according to the invention can also be produced in other ways. So through the use of premixes. Among other things, homolog mixtures and / or eutectic mixtures can be used as premixes. The premixes can, however, also be ready-to-use media themselves. This is the case with so-called two-bottle or multi-bottle systems. )
  • Dielectric positive connections have a ⁇ > 1, 5, dielectric neutral connections have a ⁇ in the range -1, 5 ⁇ ⁇ 1, 5 and dielectrically negative connections have a ⁇ ⁇ -1, 5.
  • dielectrically negative connections have a ⁇ ⁇ -1, 5.
  • the dielectric anisotropy ⁇ of the compounds is determined at 1 kHz and 20 ° C. by extrapolation of the values of a 10% solution of the respective compound in a host mixture to a proportion of the respective
  • connection determined by 100%.
  • the capacities of the test mixtures are determined both in a cell with a homeotropic and in a cell with a homogeneous edge orientation.
  • the layer thickness of both cell types is approximately 20 ⁇ m.
  • a square wave with a frequency of 1 kHz and an effective voltage (rms, English: root mean square) of typically 0.2 V to 1.0 V is used for the measurement. In In any case, the voltage used is lower than the capacitive threshold of the mixture examined.
  • the mixture ZLI-4792 is used for dielectric positive connections and for dielectric neutral connections, as well as for dielectric negative connections
  • threshold voltage means to the optical threshold and is given for a relative contrast of 10% (V 1 0).
  • the mid-gray voltage and the saturation voltage are also determined optically and specified for a relative contrast of 50% and 90%, respectively.
  • the capacitive threshold voltage (Vo), also called the Freedericksz threshold, is given, so this is explicitly stated.
  • the specified ranges of values include the limit values.
  • the concentrations are given in mass% and relate to the complete mixture. Temperatures are given in degrees Celsius and temperature differences in degrees Celsius. All physical properties were determined as in "Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", as of November 1997, Merck KGaA, Germany and are stated for a temperature of 20 ° C.
  • the optical anisotropy ( ⁇ n) also called birefringence, is determined at a wavelength of 589.3 nm.
  • the dielectric anisotropy ( ⁇ ) is determined at a frequency of 1 kHz.
  • Material in the reference unit is preferably 50% or more, particularly preferably 60% or more and very particularly preferably 70% or more and
  • the concentration of the material mentioned in the reference unit is preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more and very particularly preferably 95% or more.
  • the dielectric properties, electro-optical properties (eg the threshold voltages) and the switching times were determined in test cells manufactured by Merck KGaA, Darmstadt, Germany.
  • the test cells for determining ⁇ had a layer thickness of 22 ⁇ m and a circular electrode made of indium tin oxide (ITO) with an area of 1.13 cm 2 and a protective ring.
  • ITO indium tin oxide
  • cells with a homeotropically oriented polyimide orientation layer were used.
  • lecithin (Merck KGaA) can be used as an orientation aid.
  • the cells for determining ⁇ i had orientation layers made of the polyimide AL-1054 from Japan Synthetic Rubber, Japan.
  • Table B Alkyl groups with n or m carbon atoms.
  • Table B is self-explanatory, since it gives the full abbreviation for a formula of homologous compounds.
  • Table A shows only the abbreviations for the core structures of the connection types.
  • the abbreviations for the individual compounds are composed of the applicable abbreviations for the core of the compound and the abbreviation for the groups R, R 2 , L 1 and L 2 attached by means of a hyphen according to the following table.
  • the mesogenic media according to the present application preferably contain
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • An electro-optical test cell with a light switching element containing the liquid crystal mixture was produced.
  • the substrates were made of glass. Substrates without an orientation layer were used.
  • the electrode structure consisted of interdigitated comb-shaped electrodes. The width of the electrodes was 20 ⁇ m and the distance between the
  • Electrodes from each other was 10 ⁇ m.
  • the layer thickness of the electrodes was 60 nm.
  • the electrodes were all in a common plane.
  • the layer thickness of the control medium was 6.8 ⁇ m.
  • a first polarizer was used in front and a second polarizer (analyzer) behind the cell.
  • the absorption axes of the two polarizers formed an angle of 90 ° to one another.
  • the angle between the axis of maximum absorption of the polarizers and the component of the electric field in the plane of the display was 45 ° in each case.
  • Voltage transmission characteristic was determined with an electro-optical measuring station DMS 703 from Autronc-Melchers, Karlruhe, Germany. The operating temperature was 24.0 ° C. With vertical
  • V 10 the threshold voltage
  • V 50 the value of the medium gray voltage
  • V 90 the value of the saturation voltage
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • an electro-optical display was implemented and its characteristic was measured.
  • the temperature was 26.5 ° C.
  • the characteristic curve is shown in Figure 1.
  • the characteristic begins at a low voltage with a relative intensity of 0% and increases with increasing voltage.
  • the value of the threshold voltage (V 10 ) was 34 V
  • the value of the medium gray voltage (V 50 ) was 53 V
  • the value of the saturation voltage (Vg . ) was 64 V.
  • V 10 the threshold voltage
  • V 50 the value of the medium gray voltage
  • Vg . the saturation voltage
  • the relative intensity drops to a value of approx. 14% at a voltage of 130 V.
  • the relative intensity increases again.
  • a voltage of 200 V a relative intensity of 65% is reached again.
  • the switching times of the cells were also measured with the DMS 703.
  • the standard high-frequency filter was switched off due to the small values of the switching times.
  • both the switching time for switching off and the switching on are less than 50 ⁇ s.
  • the cell was each from the voltage V 10 to Vg 0 , V 80 , V 5 o and V 2 o, from V 2 o to Vgo, V 8 o, and from V 50 to Vgo and V 8 o and from V ⁇ o switched to Vg.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • an electro-optical display was implemented and its characteristic was measured.
  • the temperature was 23.1 ° C.
  • the characteristic curve of this example is shifted to significantly lower voltages.
  • the value of the threshold voltage (V ⁇ 0) was 36.5 V, the value of the mid-gray voltage (V 5 o) at 55 V and the value of the saturation voltage (Vg 0) at 61, 5 V.
  • the maximum was 65 V and the Minimum at 83 V and approx. 32% relative
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • an electro-optical display was implemented and its characteristic was measured.
  • the temperature was 23.5 ° C.
  • the increasing part of the characteristic curve for small voltages for this example lies at voltages between those of examples 2 and 3.
  • the maximum was 72 V and the minimum was 123 V and 19% relative intensity. At a voltage of 200 V, a relative intensity of approx. 74% was achieved.
  • a conventional TN display cell was made.
  • the liquid crystal material used was MLC-6873-100 from Merck KGaA.
  • the optical delay was 0.50 ⁇ m.
  • Isocontrast curves were measured as described in Example 4.
  • the TN display was switched from a voltage of 0 V to 2.36 V, twice the threshold voltage. The results are shown in Figure 3.
  • the maximum contrast occurred when viewed vertically.
  • the maximum contrast ratio was only 29.9.
  • the minimum contrast ratio was only 1.0. Under these control conditions, an inverse contrast did not occur even with the TN display. This already shows the overall lower contrast compared to Figure 2 of Example 4, as well as the significantly greater dependence of the contrast on the viewing angle.
  • the isocontrast curves in the illustration show the course for contrast ratios of 20, 15, 10, 7, 5, 3, and 2 from the inside to the outside.
  • the curves are not center symmetrical here. They are also much closer together than in Figure 2 in Example 4. So the viewing angle dependence of the contrast in this comparative example is much stronger here than in Example 4. Further examples of mesogenic control media according to the invention are given below.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared. Connection / abbreviation concentration / mass%
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared. Connection / abbreviation concentration / mass%
  • This mixture has the following properties. ⁇ (20 ° C, 1 kHz)> 0
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • a liquid crystal mixture of the following composition was prepared.
  • This mixture has the following properties.
  • Figure 1 The figure shows the transmission voltage characteristic of the light control element of example 2. Relative intensities are shown as a function of the rms voltage values in volts.
  • Figure 2 The figure shows the contrast ratios of the light control element of Example 4 according to the invention
  • Measurement conditions especially the operating voltages, are described in the text.
  • the display is in polar coordinates.
  • the lines from inside to outside show the gradients for contrast ratios of 30, 20, 15 and 10.
  • the maximum contrast ratio of 36.8 was at vertical
  • Figure 3 The figure shows the contrast ratios of the light control element in the comparative example.
  • the measurement conditions, especially the operating voltages, are described in the text.
  • the display is in polar coordinates.
  • the lines show the gradients for contrast ratios of 20, 15, 10, 7, 5, 3, and 2 from inside to outside.
  • the maximum contrast was 29.9 and the minimum 1.0.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrooptisches Lichtsteuerelement sowie solche Elemente enthaltende elektrooptische Anzeigen und Anzeigesysteme wie Fernsehbildschirme und Computermonitore. Die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente enthalten ein mesogenes Steuermedium, das beim Betrieb der Lichtsteuerelemente in der isotropen Phase vorliegt und sind neben einem guten Kontrast und einer geringen Blickwinkelabhängigkeit besonders durch sehr kurze Schaltzeiten ausgezeichnet. Die in den elektrooptischen Lichtsteuerelementen verwendeten mesogenen Steuermedien sing ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Description

Elektrooptisc es Lichtsteuerelement, Anzeige und Medium
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Lichtsteuerelemente sowie diese enthaltende Anzeigen. Die Lichtsteuerelemente verwenden bevorzugt Steuermedien die bei bestimmten Temperaturen anisotrope Eigenschaften aufweisen, wie z. B. Flüssigkristalle. Die Lichtsteuerelemente werden bei einer Temperatur betrieben, bei der die Steuermedien in der isotropen Phase vorliegen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrooptisches Lichtsteuerelement sowie solche Elemente enthaltende elektrooptische Anzeigen und Anzeigesysteme wie beispielsweise Fernsehbildschirme und Computermonitore. Die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente enthalten ein mesogenes Steuermedium, das beim Betrieb der Lichtsteuerelemente in der isotropen Phase vorliegt und sind neben einem guten Kontrast und einer geringen Blickwinkelabhängigkeit besonders durch sehr kurze Schaltzeiten ausgezeichnet.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Medien und deren Verwendung als Steuermedien in derartigen Lichtsteuerelementen.
Aufgabe und Stand der Technik
Konventionelle elektrooptischen Flüssigkristallanzeigen sind allgemein bekannt. Sie werden bei einer Temperatur betrieben, bei der sich das Steuermedium in einer Mesophase, bei den meisten Anzeigetypen in der nematischen Phase, befindet. In der Mesophase haben die Steuermedien bereits anisotrope Eigenschaften, wie zum Beispiel eine Doppelbrechung (Δn). Diese wird nicht erst durch ein elektrisches Feld induziert. Am weitesten verbreitet sind TN- (Englisch: "twisted nematic") und STN- (Englisch: "super twisted nematic") Anzeigen. Die Flüssigkristallzellen dieser Anzeigen haben Elektroden auf den Substraten auf den beiden einander gegenüberliegenden Seiten des Flüssigkristallmediums. Somit ist das elektrische Feld im wesentlichen vertikal zur Flüssigkristallschicht. Insbesondere die zuerst genannten Anzeigen werden in Kombination mit einer TFT (Englisch: thin film transistor) Ansteuerung für Anzeigen mit großem Informationsgehalt und großer Auflösung verwendet. So zum Beispiel in "lap-top" und "note-book" Computern. Insbesondere bei "desk- top" Computermonitoren werden in neuerer Zeit zunehmend
Flüssigkristallanzeigen des IPS- (Englisch: in-pjane switching, z. B. DE 40 00 451 und EP 0 588 568) oder alternativ des VAN- (Englisch: ertically aligned nematic) Typs verwendet. VAN-Anzeigen sind eine Variante der ECB- (Englisch: electrically controlled birefringence) Anzeigen. In einer modernen Variante den MVA-Anzeigen (Englisch: multi domain ertically aligned) werden pro angesteuerter Elektrode mehrere Domänen stabilisiert und zusätzlich wird eine spezielle optische Kompensationsschicht verwendet. Diese Anzeigen verwenden, wie die bereits erwähnten TN-Anzeigen, ein zur Flüssigkristallschicht vertikales elektrisches Feld. Im Gegensatz hierzu verwenden IPS-Anzeigen in der Regel Elektroden auf nur einem Substrat, also an einer Seite der Flüssigkristallschicht, sind also durch eine wesentliche Komponente der Elektrischen Felds parallel zur Flüssigkristallschicht gekennzeichnet.
Allen diesen konventionellen Anzeigen ist ein relativ langsames Schalten gemein, insbesondere ist dieses für die immer stärkere Verbreitung findenden TV- und Multi-Media-Anwendungen nicht ausreichend. Dieses fällt insbesondere im Vergleich mit den nahezu ubiquitären Kathodenstrahlröhren auf. Ein weiterer Nachteil der bekannten, in Flüssigkristall- anzeigen eingesetzten elektro-optischen Effekte ist die deutliche Blickwinkelabhängigkeit des erzielten Kontrasts. Diese ist in den meisten Fällen so groß, daß für Anzeigen im Direktsichtbetrieb Kompensationsschichten, typischerweise anisotrope Filme, mit zum Teil kompliziertem Aufbau, verwendet werden müssen.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde besonders schnell schaltende Lichtsteuerelemente mit guter Blickwinkelabhängigkeit und möglichst niedrigen Ansteuerspannungen zu realisieren. Diese Lichtsteuerelemente sollen eine möglichst geringe Schichtdicke der Steuermedien aufweisen um als Elemente von FPDs (Englisch: flat panel displays, also flachen Anzeigen), wie zum Beispiel Flachbildschirmen für Computer, eingesetzt werden zu können. Ferner sollen sie mittels einer einfachen Elektrodenkonfiguration ansteuerbar sein und eine relativ niedrige Betriebsspannung aufweisen. Darüber hinaus sollen sie für die Anwendung in elektrooptischen Anzeigen einen guten Kontrast mit einer geringen Blickwinkelabhängigkeit haben.
Als schnell schaltende elektro-optische Lichtsteuerelemente werden in U.S.P. 3,795,436 und U.S.P. 3,796,479 Kerr-Zellen mit mesogenen, insbesondere nematogenen Medien vorgeschlagen. Diese Zellen werden bei einer Temperatur oberhalb des Klärpunkts der mesogenen Medien betrieben. Durch ihre großen Schichtdicken, die im Bereich von einigen Millimetern oder sogar einigen Zentimetern liegen, und insbesondere durch ihre hohen Betriebsspannungen im Bereich von 1 kV, sind diese Lichtsteuerelemente jedoch für elektro-optische Anzeigen kaum und für Flachbildschirme nicht geeignet. Überdies lässt ihr Aufbau kaum die
Realisierung von Pixelstrukturen zu. Dies gilt insbesondere für Anzeigen mit einer geringen Blickwinkelabhängigkeit des Kontrastes.
Der elektrooptische Kerr-Effekt wird gelegentlich als eine Anwendung von mesogenen Medien wie Flüssigkristallen erwähnt, so unter anderem in
WO 92/16500 und WO 92/16519. Die Anwendung derartiger Lichtsteuerelemente in elektrooptischen Anzeigen wird dort jedoch nicht beschrieben.
Somit besteht der Bedarf nach verbesserten Lichtsteuerelementen insbesondere zur Verwendung in Anzeigen mit kurzen Schaltzeiten wie sie z. B. in Multi-Media-Anwendungen erforderlich sind.
Vorliegende Erfindung
Überraschend wurde gefunden, dass Lichtsteuerelemente die
- ein mesogenes Medium enthalten,
- eine Elektodenanordnung aufweisen, die ein elektrisches Feld mit einer signifikanten Komponente parallel zur Fläche des mesogenen
Mediums erzeugen kann, bei einer Temperatur betrieben werden, bei der das mesogene Medium in der isotropen Phase vorliegt und
- mindestens ein Element zur Polarisation des Lichts
die Realisierung exzellenter Anzeigen ermöglicht.
Insbesondere ist der Kontrast dieser Anzeigen und seine Blickwinkelabhängigkeit hervorragend. Die Schaltzeiten sind extrem kurz und die Ansteuerspannungen nur moderat hoch.
Das verwendete elektrische Feld ist bevorzugt ein inhomogenes Feld.
Das mesogene Medium wird als Steuermedium des Lichtsteuerelements verwendet. Als mesogene Medien werden in der vorliegenden Anmeldung Medien bezeichnet, die eine Mesophase aufweisen, die in einer Mesophase löslich sind oder eine Mesophase induzieren. Die Mesophase ist eine smektische oder, bevorzugt, eine nematische Phase.
Als bevorzugtes Medium zur Untersuchung der mesogenen Eigenschaften der Medien die keine Mesophase aufweisen wird die nematische Mischung ZLI-4792 der Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland verwendet. Bevorzugt haben die mesogenen Medien einen aus 10%-iger Lösung in dieser Mischung extrapolierten Klärpunkt von -100°C oder mehr, besonders bevorzugt von -50°C oder mehr und ganz besonders bevorzugt von -20°C oder mehr.
Die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente enthalten bevorzugt ein mesogenes Medium, das bei Betriebstemperatur in der isotropen Phase vorliegt. Dieses Medium befindet sich zweckmäßiger Weise auf bzw. unter einem Substrat.
In der Regel befindet sich das mesogene Medium zwischen zwei Substraten. Wenn sich das mesogene Medium zwischen zwei Substraten befindet ist mindestens eines dieser Substrate lichtdurchlässig. Das lichtdurchlässige Substrat, bzw. die lichtdurchlässigen Substrate können z. B. aus Glas, Quarz oder Kunststoff bestehen. Wird ein Substrat verwendet, das nicht lichtdurchlässig ist, so kann dies unter anderem aus einem Metall oder einem Halbleiter bestehen. Diese Medien können als solche verwendet werden oder auf einem Träger, z.B. einer Keramik, vorliegen. Ist das mesogene Medium ein polymeres Medium so kann gegebenenfalls auf die Verwendung eines zweiten Substrats verzichtet werden. Polymere mesogene Medien können sogar selbsttragend ausgeführt werden. In diesem Fall wird gar kein Substrat benötigt.
Die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente enthalten eine Elektrodenstruktur die ein elektrisches Feld mit einer signifikanten Komponente parallel zur Schicht des mesogenen Mediums erzeugt. Diese Elektrodenstruktur kann in der Form von interdigitalen Elektroden ausgeführt sein. Sie kann in Form von Kämmen oder Leitern ausgeführt sein. Auch Aus- führungen in Form von überlagerten "H"s und doppel-'T's bzw. Ts sind vorteilhaft. Die Elektrodenstruktur befindet sich vorteilhaft auf nur einer Seite des mesogenen Mediums, bei Verwendung mindestens eines Substrats bevorzugt zwischen diesem und dem mesogenen Medium. Bevorzugt liegt die Elektrodenstruktur in mindestens zwei unter- schiedlichen Ebenen die sich beide auf einer Seite des mesogenen
Steuermediums befinden, vor, dies gilt insbesondere wenn die Elektrodenstruktur überlappende Teilstrukturen enthält. Diese Teilstrukturen werden vorteilhafter weise durch eine dielektrische Schicht voneinander getrennt. Wenn sich die Teilstrukturen auf den gegenüberliegenden Seiten einer Isolationsschicht befinden kann ein "Lay-Out" gewählt werden, das die Realisierung von Kondensatoren erlaubt. Dies ist insbesondere bei der Ansteuerung von Anzeigen mittels einer aktiven Matrix vorteilhaft. Derartige aktiv Matrix Anzeigen verwenden eine Matrix von den einzelnen Lichtsteuerelementen zugeordneten AnSteuerelementen mit einer nicht- linearen Strom-Spannungs-Kennlinie wie z. B. TFTs oder MIM- (Englisch: metal insulator metal) Dioden.
Die Elektroden können aus durchsichtigem Material bestehen, wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO). In diesem Fall kann es vorteilhaft und gegebenen- falls nötig sein einen Teil oder Teile des Lichtsteuerelements mittels einer schwarzen Maske abzudecken. Dies erlaubt Bereiche in denen das elektrische Feld nicht effektiv ist abzuschirmen und so den Kontrast zu Verbessern. Die Elektroden können aber auch aus undurchsichtigem Material bestehen, üblicherweise aus Metall. Dann kann der Einsatz einer separaten schwarzen Maske gegebenenfalls entfallen.
In einer anderen Ausführungsform befinden sich die Teilstrukturen der Elektrodenstruktur auf den beiden gegenüberliegenden Seiten des mesogenen Mediums. In diesem Fall stehen sich die entsprechenden Teile der Elektroden nicht senkrecht gegenüber, sondern sind gegenein- ander seitlich so versetzt, dass eine Komponente des elektrischen Felds parallel zur Schicht des mesogenen Mediums entsteht.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Elektrodenstrukturen erhaben, haben also eine bestimmte Dicke, die gegenüber der Schichtdicke des mesogenen Mediums nicht zu vernachlässigen ist. In diesem Fall kann die
Elektrodenstruktur verschiedene Topographien haben. Die Elektrodenstruktur kann sich durch einen signifikanten Anteil der gesamten Dicke der Schicht des mesogenen Steuermediums erstrecken. Bevorzugt ist die maximale Höhe der Elektrodenschicht, bzw. der Elektrodenschicht jedoch deutlich kleiner als die Dicke des mesogenen Mediums. Bevorzugt beträgt das Verhältnis 1 :3 oder weniger, besonders bevorzugt 1 :10 oder weniger und ganz besonders 1 :50 oder weniger. In manchen Fällen kann die Dicke der Elektrodenschicht gegenüber der Dicke des mesogenen Mediums venachlässigt werden, dann ist das Verhältnis bevorzugt 1 :100 oder kleiner.
Die Betriebstemperatur des Lichtsteuerelements liegt bevorzugt oberhalb der Übergangstemperatur des Steuermediums zur isotropen Phase, in der Regel im Bereich von 0,1° bis 50° oberhalb dieser Übergangstemperatur, bevorzugt im Bereich von 0,5° bis 10° oberhalb dieser Übergangstemperatur und besonders bevorzugt im Bereich von 0.1 ° bis 5° oberhalb dieser Übergangstemperatur.
Bei Anlegen einer Spannung wird in dem mesogenen Medium in der isotropen Phase eine Orientierung induziert welche zu einer optischen Verzögerung führt, die auf bekannte Weise visualisiert werden kann. Bevorzugt wird ein inhomogenes elektrisches Feld angewendet.
Die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente enthalten mindestens ein Element zur Polarisierung des Lichts. Zusätzlich enthalten sie bevorzugt ein weiteres optisches Element. Dieses weitere optische Element ist entweder ein zweites Element zur Polarisaton des Lichts, ein Reflektor oder ein Transflektor.
Die optischen Elemente sind so angeordnet, dass das Licht beim Durchgang durch das mesogene Medium des Lichtsteuerelements sowohl vor dem Eintritt in das mesogene Medium, als auch nach dem Austritt aus dem mesogenen Medium mindestens einmal mindestens ein polarisierendes Element durchläuft.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Lichtsteuerelements gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich das mesogene Medium zwischen zwei Polarisatoren, also einem Polarisator und einem Analysator. Bevorzugt werden zwei Linearpolarisatoren verwendet. In dieser Aus- führungsform sind die Absorptionsachsen der Polarisatoren bevorzugt gekreuzt und bilden bevorzugt einen Winkel von 90°.
Optional enthält das erfindungsgemäße Lichtsteuerelement eine oder mehrere doppelbrechend Schichten. Bevorzugt enthält es eine λ/4- Schicht oder mehrere λ/4-Schichten, bevorzugt eine λ/4-Schichte. Die optische Verzögerung der λ/4-Schicht beträgt bevorzugt ca. 140 nm.
Die Schichtdicke (d) des mesogenen Steuermediums beträgt bevorzugt 0,1 μm bis 5.000 μm (i.e. 5 mm), besonders bevorzugt 0,5 μm bis 1.000 μm (i.e. 1 mm), besonders bevorzugt 1 ,0 μm bis 100 μm und ganz besonders bevorzugt 3,0 μm bis 30 μm und insbesondere 3,5 μm bis 20 μm. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Schichtdicke des mesogenen Steuermediums bevorzugt 0,5 μm bis 50 μm, besonders bevorzugt 1 ,0 μm bis 20 μm und ganz besonders bevorzugt 1 ,0 μm bis 8,0 μm Das erfindungsgemäße Lichtsteuerelement kann zusätzlich ein oder mehrere weitere übliche optische Elemente wie doppelbrechende Schichten (z.B. Kompensationsschichten), Diffusorschichten, und Elemente zur Erhöhung der Helligkeit und/oder der Lichtausbeute, der Blickwinkelabhängigkeit enthalten. Wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.
Die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente sind durch einen guten Kontrast gekennzeichnet, der stark und nahezu überwiegend von den Eigenschaften der verwendeten Polarisatoren abhängt. Zum Vergleich mit herkömmlichen TN-Zellen werden hier TN-Zellen mit einer optischen Verzögerung von 0,50 μm, positivem Kontrast und der Absorptionsachse der Polarisatoren senkrecht zu der Vorzugsorientierung der nematischen Flüssigkristalle am benachbarten Substrat, die nicht chirale Flüssigkristalle enthalten herangezogen. Werden bei den erfindungsgemäßen Lichtsteuerelementen und bei diesen herkömmlichen TN-Zellen die gleichen Polarisatoren verwendet, ist der Kontrast der erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente um 40% oder mehr größer als der der TN-Zellen.
Die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrasts der erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente ist sehr gut. Sie ist deutlich besser als die der bekannten ECB-Zellen. Sie ist eher vergleichbar mit der kommerziell verfügbarer lPS- Anzeigen (z.B. von Hitachi und NEC, beide Japan) und MVA-Anzeigen (z.B. von Fujitsu, Japan). Sie ist viel geringe als die der im letzen Absatz erwähnten TN-Anzeigen. So schließt eine Isokkontrastkurve eines gegebenen Kontrastverhältnisses bei den erfindungsgemäßen Lichtsteuerelementen in der Regel einen Winkelbereich ein, die mehr als doppelt so groß, oft sogar mehr als dreimal so groß ist wie die entsprechende Isokontrastkurve für das gleiche Kontrastverhältnis bei der TN-Anzeige.
Die Schaltzeiten der erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente sind sehr klein. Sie liegen in der Regel bei Werten von 1 ms oder weniger, bevorzugt bei 0,5 ms oder weniger besonders bevorzugt bei 0,1 ms oder weniger.
Besonders vorteilhaft ist die Tatsache , dass bei Schalten zwischen verschiedenen Graustufen sowohl die Schaltzeit für das Ausschalten, als auch, besonders überraschend, die für das Einschalten nahezu unabhängig von der verwendeten Ansteuerspannung sind. Dies stellt einen wesentliche Vorteil gegenüber herkömmlichen Lichtsteuerelementen wie Flüssigkristallzellen, z.B. TN-Zellen dar.
Zur Untersuchung des Schaltverhaltens bei der Ansteuerung von Graustufen wurden die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente jeweils z.B. von der Spannung V-io jeweils auf V90, V8o, V70 bis V_o, geschaltet so ist die Einschaltzeit vom Zeitpunkt des Einschaltens der neuen Spannung bis zum Erreichen von 90% der jeweiligen maximalen Transmissionsänderung für alle diese Schaltvorgänge in allen Fällen in erster Näherung identisch.
Elektrooptische Anzeigen gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ein oder mehrere erfindungsgemäße Lichtsteuerelemente. Diese werden in einer bevorzugten Ausführungsform mittels einer Aktiven Matrix angesteuert.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente im sogenannten „field sequential mode" angesteuert. Hierbei werden die Schaltelemente synchron zur Ansteuerung nacheinander mit verschieden farbigem Licht beleuchtet. Zur Erzeugung des gepulsten farbigen Lichts können beispielsweise ein Farbrad („color wheel"), Stroboskoplampen oder Blitzlampen eingesetzt werden.
Elektrooptische Anzeigen gemäß der vorliegenden Erfindung können, insbesondere wenn sie für Fernsehbildschirme, Computermonitore oder ähnliches verwendet werden, zur Darstellung farbiger Bilder einen Farbfilter enthalten. Dieser Farbfilter besteht zweckmäßiger Weise aus einem Mosaik von Filterelementen verschiedener Farben. Hierbei ist typischer Weise jedem elektro-optischen Schaltelement ein Element des Farbfiltermosaiks einer Farbe zugeordnet.
Die mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung weisen bevorzugt eine nematische Phase auf. Es können jedoch auch Medien verwendet werden, bei denen der Temperaturbereich der nematischen Phase so schmal ist, dass praktisch ein Übergang von der kristallinen Phase oder von der smektischen Phase in die isotrope Phase erfolgt.
Der Klärpunkt der eine nematische Phase aufweisenden mesogenen Medien liegt bevorzugt im Bereich von -20°C bis 80°C, besonders bevorzugt im Bereich von 0°C bis 60°C und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 20°C bis 60°C. Bei Anzeigen mit Hintergrundbeleuchtung liegt der Klärpunkt bevorzugt im Bereich von 10°C bis 70°C und besonders bevorzugt im Bereich von 30°C bis 50°C.
Die nematische Phase ist bevorzugt stabil bis -10°C, besonders bevorzugt bis -30°C und ganz besonders bevorzugt bis -40°C.
Die mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung weisen in der nematischen Phase bei einer Temperatur von 4 Grad unter dem Klärpunkt bevorzugt eine Doppelbrechung (Δn) von 0,100 oder mehr, besonders bevorzugt von 0,150 oder mehr, ganz besonders bevorzugt von 0,200 oder mehr auf. Der Wert der Doppelbrechung ist für die erfindungsgemäße Anwendung so gut wie unbegrenzt. Praktisch ist er jedoch in der Regel 0,500 oder kleiner und meist 0,450 oder kleiner. Der Wert der Doppelbrechung der erfindungsgemäßen Medien wird hier in der nematischen Phase bei einer Temperatur von 4° unterhalb des Klärpunkts gemessen. Ist das Medium bei dieser Temperatur nicht stabil nematisch oder zumindest bis zu dieser Temperatur in der nematischen Phase unterkühl- bar so wird die Doppelbrechung einer Mischung aus 15% des Mediums und 85% der nematischen Mischung ZLI-4792 der Merck KGaA bei 20°C bestimmt und aus der Änderung gegenüber der Mischung ZLI-4792 auf den Wert des reinen Mediums extrapoliert.
Die mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung weisen bevorzugt ein Dipolmoment von 4 Debye oder mehr, besonders bevorzugt von 6 Debye oder mehr und besonders bevorzugt von 8 Debye oder mehr auf.
Für die Lichtsteuerelemente gemäß der vorliegenden Erfindung können sowohl mesogene Steuermedien verwendet werden, die in der Mesophase eine positive dielektrische Anisotropie (Δε) aufweisen, als auch solche die eine negative dielektrische Anisotropie aufweisen. Bevorzugt werden mesogene Steuermedien verwendet, die in der Mesophase eine positive dielektrische Anisotropie (Δε) aufweisen.
Wenn die mesogenen Steuermedien eine positive dielektrische Anisotropie haben hat diese beil kHz und einer Temperatur von 4° unterhalb des Klärpunkts, bevorzugt in der nematischen Phase, einen Wert von bevorzugt 15 oder mehr, besonders bevorzugt 30 oder mehr und ganz besonders bevorzugt 45 oder mehr. Hat das Medium keine nematische Phase oder liegt es bei einer Temperatur von 4° unterhalb des Klärpunkts nicht in der nematischen Phase vor, so wird seine dielktrische Anisotropie wie die Doppelbrechung durch Extrapolation der Werte einer Mischung von 15% in der Mischung ZLI-4792 ermittelt.
Wenn die mesogenen Steuermedien eine negative dielektrische Anisotropie haben, hat diese einen Wert von bevorzugt -5 oder weniger, besonders bevorzugt -7 oder weniger und ganz besonders bevorzugt -10 oder weniger.
Besonders bevorzugt sind Steuermedien mit einer positiven dielektrischen Anisotropie.
Die mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen bevorzugt aus zwei bis 40 Verbindungen, besonders bevorzugt aus fünf bis 30 Verbindungen und ganz besonders bevorzugt aus sieben bis 25 Verbindungen.
Die erfindungsgemäßen mesogenen Medien mit positiver dielektrischer Anisotropie gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten bevorzugt
- eine Komponente A bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer sehr stark positiven dielektrischen Anisotropie von 30 oder mehr, - optional eine Komponente B bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer stark positiven dielektrischen Anisotropie von 10 bis < 30,
- optional eine Komponente C bestehend aus einer oder mehreren
Verbindungen mit einer moderat positiven dielektrischen Anisotropie von > 1 ,5 bis < 10,
- optional eine Komponente D bestehend aus einer oder mehreren dielektrisch neutralen Verbindungen mit einer dielektrischen
Anisotropie im Bereich von -1 ,5 bis +1 ,5 und
- gegebenenfalls optional eine Komponente E bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer negativen dielektrischen Anisotropie von weniger als -1 ,5.
Die Komponente A dieser Medien enthält bevorzugt eine oder mehrere Verbindungen der Formel I und besteht besonders bevorzugt überwiegend und ganz besonders bevorzugt nahezu vollständig aus einer oder mehreren Verbindungen der Formel I.
Figure imgf000014_0001
worin
R1 n-AIkyl, n-Alkoxy jeweils mit 1 bis 7 C-Atomen, Alkenyl, Alkenyloxy, Alkinyl oder Alkoxyalkyl jeweils mit 2 bis 7 C-Atomen,
Figure imgf000014_0002
jeweils voneinander unabhängig
Figure imgf000014_0003
auch
Figure imgf000015_0001
und, wenn vorhanden,
Figure imgf000015_0002
Z11 und Z12 jeweils voneinander unabhängig, eine Einfachbindung,
-CO-O-, trans -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CH-, -CF=CF-, -CH=CH-CO-O-, -CF=CF-CO-O-, -CF=CH-CO-O-, -CH=CF-CO-O-, -CF2-O-, -O-CF2- oder -C≡C-,
X1 F, -OCF3, -CF3, -OCF2H, Cl, CN, -C≡C-CN oder NCS, bevorzugt CN, -C≡C-CN oder NCS und
n1 0 oder 1 bedeuten, wobei im Fall X1 = F die Phenylringe insgesamt mindestens 2, bevorzugt mindestens 3, weitere F-Atome tragen, im Fall X1 = -OCF3, -CF3, -OCF2H oder Cl die Phenylringe insgesamt mindestens 1 weiteres F-
Atom, bevorzugt mindestens 2 weitere, F-Atome tragen und im Fall X1 = CN, -C≡C-CN oder NCS die Phenylringe bevorzugt mindestens 1 weiteres F-
Atom tragen.
Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln |-1 bis I-7 und/oder eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln 11-1 bis ll-5, die ebenfalls Teilformeln der Formel I sind.
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000017_0001
worin die Parameter die oben unter Formel I gegebene Bedeutung haben.
Besonders bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln 1-1 a bis 1-1 e, l-2a bis l-2c, l-3a bis l-3c, l-4a bis l-4c, l-5a bis l-5c, I-6a bis l-6c und l-7a bis I-7c und/oder eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln 11-1 a bis 11-1 c, ll-2a bis ll-2c, ll-3a, Il3b, ll-3a, ll-4b, ll-5a und ll-5b.
Figure imgf000017_0002
Figure imgf000018_0001
R1 ( A12)— C≡C-COO— < O -C≡N l-4a
Figure imgf000018_0002
-4c
R1 A12>— C≡C-CO — O >— C≡N
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000020_0001
Figure imgf000021_0001
-5a
R' — A" )-CH9-CH ( A' -COO- O
Figure imgf000021_0002
worin die Parameter die oben unter Formel I gegebene Bedeutung haben.
Die Verbindungen der Formeln 1-1 a bis 1-1 e sind bevorzugt ausgesucht aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln 1-1 a-1 bis 1-1 a-6, 1-1 b-1 bis 1-1 b-9, 1-1 c-1 bis 1-1 c-9, 1-1 d-1 bis 1-1 d-5 und 1-1 e-1 und 1-1 e-2.
Figure imgf000021_0003
C nH, 2.n+(1 O— ( O O V- C≡N 1-1 a-5 C n H 2_n+1 1-1 a-6
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000022_0002
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000023_0002
(-'n'~'2n+1 w O -C≡N -1 c-3
F
Figure imgf000023_0003
F
C VnH '2nn++11 ( O > < O V- C≡N 1-1 c-6
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000025_0001
worin n eine ganze Zahl von 0 bis 7, bevorzugt 1 bis 7, m eine ganze Zahl von 0 bis 5 n+m eine ganze Zahl von 0 bis 7, bevorzugt von 1 bis 5 bedeuten.
Die Verbindungen der Formeln l-2a bis l-2c sind bevorzugt ausgesucht aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln l-2a-1 bis l-2a-5, l-2b-1 bis l-2b-9 und l-2c-1 bis l-2c-17.
Figure imgf000025_0002
C„ nH' '2„n+1 -< O -COO- O -C≡N l-2b-1
C π 2n+1 < O -coo- O -C≡N l-2b-2
Figure imgf000026_0001
C n H 2,n+1 < O -coo- O -C≡N l-2b-5
Figure imgf000026_0002
Figure imgf000027_0001
C nH 2n+1 O -co-o- O -C≡N -2c-5
Figure imgf000027_0002
Figure imgf000028_0001
F
C H '2,n+1 "< O -coo- O C≡N l-2c-11
F
Figure imgf000028_0002
F F
Cn nH '92nn++,1 < O )— COO— < O V- C≡N l-2c-13
F F
Figure imgf000028_0003
Figure imgf000029_0001
worin n eine ganze Zahl von 0 bis 7, bevorzugt von 0 bis 5 und besonders bevorzugt von 1 bis 5, m eine ganze Zahl von 0 bis 5 und n+m eine ganze Zahl von 0 bis 7, bevorzugt von 1 bis 5 bedeutet.
Die Verbindungen der Formeln l-3a bis l-3c sind bevorzugt ausgesucht aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln l-3a-1 bis l-3a-4, l-3b-1 bis l-3b-4 und l-3c-1 bis l-3c-4.
Figure imgf000029_0002
Figure imgf000030_0001
C „ nH' '2n+1 O -CF2O— < O -C≡N -3b-3
CπH2π+1 -CF2O- O -C≡N -3b-4
Figure imgf000030_0002
Figure imgf000031_0001
worin n eine ganze Zahl von 0 bis 7, bevorzugt von 0 bis 5 und besonders bevorzugt von 1 bis 5 bedeutet.
Die Verbindungen der Formeln l-4a bis l-4c sind bevorzugt ausgesucht aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln l-4a-1 bis l-4a-3, l-4b-1 bis l-4b-3 und l-4c-1 bis l-4c-3.
Figure imgf000031_0002
C H '2n+1 O -C≡C-COO— O —C≡N l-4a-3
Figure imgf000031_0003
CnH2n+1 o V—c≡c-coo- O -C≡N -4b-4
Figure imgf000032_0001
worin n eine ganze Zahl von 0 bis 7, bevorzugt von 0 bis 5 und besonders bevorzugt von 1 bis 5 bedeutet.
Die Verbindungen der Formeln l-5a bis l-5c sind bevorzugt ausgesucht aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln l-5a-1 b bis l-5a-3, l-5b-1 bis l-5b-3 und l-5c-1 bis l-5a-1 l-5ca-3.
Figure imgf000032_0002
Figure imgf000033_0001
worin n eine ganze Zahl von 0 bis 7, bevorzugt von 0 bis 5 und besonders bevorzugt von 1 bis 5 bedeutet. Die Verbindungen der Formeln l-6a bis l-6c sind bevorzugt ausgesucht aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln l-6a-1 bis l-6a-3, l-6b-1 bis l-6a-3 und l-6c-1 bis l-6a-3.
F I l-6b-1
C„ nH' '2n+1 ■ o -c=c-coo- o γ— C≡N
Figure imgf000034_0002
Figure imgf000035_0001
worin n eine ganze Zahl von 0 bis 7, bevorzugt von 0 bis 5 und besonders bevorzugt von 1 bis 5 bedeutet.
Die Verbindungen der Formeln l-7a bis l-7c sind bevorzugt ausgesucht aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln l-7a-1 und l-7a-2, l-7b-1 und l-7b-2 und l-7c-1 und l-7c-2.
C nH' '2n+1 O -C≡C-C≡N l-7a-1
Figure imgf000035_0002
l-7b-2 cnH2n+1— < o γ— < o y_c≡c-c≡N
Figure imgf000035_0003
l-7c-2
C„H '2n+1 O ) < O V-C≡C-C≡N
worin n eine ganze Zahl von 0 bis 7, bevorzugt von 0 bis 5 und besonders bevorzugt von 1 bis 5 bedeutet.
Besonders bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln 11-1 c-1 , ll-2c-1 , ll-3b-1 , ll-4b-1 und Il-5b-1.
Figure imgf000036_0001
worin n eine ganze Zahl von 0 bis 7, bevorzugt von 0 bis 5 und besonders bevorzugt von 1 bis 5 bedeutet.
Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere
I
Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln 1-1 bis I-7 und eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln 11-1 bis II-5.
In der folgenden Tabelle sind einige Beispiele von Verbindungen der besonders bevorzugten Formeln zusammengestellt, die sich besonders zur Herstellung erfindungsgemäßer Medien eignen zusammengestellt.
Tabelle 1 : Beispiele bevorzugter Verbindungen
Figure imgf000037_0001
Tabelle 1 (Fortsetzung): Beispiele bevorzugter Verbindungen
Figure imgf000038_0001
Tabelle 1 (Fortsetzung): Beispiele bevorzugter Verbindungen
Figure imgf000039_0001
Tabelle 1 (Fortsetzung): Beispiele bevorzugter Verbindungen
Figure imgf000040_0001
Die mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung mit positiver dielektrischer Anisotropie bestehen besonders bevorzugt überwiegend und ganz besonders bevorzugt nahezu vollständig aus der Komponente A.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung mit positiver dielektrischer Anisotropie eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus der Gruppe der Komponenten B bis D, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe der Komponenten B und D.
Die Komponente D dieser Medien enthält bevorzugt eine oder mehrere Verbindungen. Die mesogenen Medien mit negativer dielektrischer Anisotropie gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten bevorzugt
- eine Komponente A bestehend aus einer oder mehreren
Verbindungen mit einer stark negativen dielektrischen Anisotropie von -5 oder weniger,
- optional eine Komponente B1 bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer moderat negativen dielektrischen Anisotropie von -1 ,5 bis < -5,
- optional eine Komponente C bestehend aus einer oder mehreren dielektrisch neutralen Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von -1 ,5 bis +1 ,5 und
- gegebenenfalls eine Komponente D' bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer positiven dielektrischen Anisotropie von mehr als 1 ,5.
Das mesogene Medium gemäß der vorliegenden Erfindung kann weitere Additive und chirale Dotierstoffe in üblichen Konzentrationen enthalten. Die Gesamtkonzentration dieser weiteren Bestandteile liegt im Bereich von 0% bis 10%, bevorzugt im Bereich von 0,.1 % bis 6%, bezogen auf die Gesamtmischung. Die Konzentrationen der einzelnen dieser Verbindungen liegen im Bereich von 0,1 bis 3%. Die Konzentration dieser Verbindungen und ähnlicher Bestandteile der Mischung werden bei der Angabe der Konzentrationsbereiche der übrigen Mischungsbestandteile nicht berücksichtigt.
Die Medien werden auf übliche Weise aus den Verbindungen erhalten.
Zweckmäßiger Weise werden die Verbindungen die in geringerer Menge eingesetzt werden in den in größerer Menge eingesetzten Verbindungen gelöst. Wird die Temperatur während des Mischvorgangs über den Klärpunkt der überwiegenden Komponente erhöht, kann die Vollständigkeit der Auflösung leicht beobachtet werden. Die erfindungsgemäßen Medien können jedoch auch auf andere Weisen hergestellt werden. So durch den Einsatz von Vormischungen. Als Vormischungen könne unter anderem Homologenmischungen und/oder eutektische Mischungen eingesetzt werden. Die Vormischungen können aber auch bereits selbst einsatzfähige Medien sein. Dies ist bei sogenannten Zwei- oder Mehr-Flaschen-Systemen (Englisch: two-bottle or multi-bottle Systems) der Fall. )
In der vorliegenden Anmeldung gilt, soweit nicht explizit anders angegeben, das Folgende.
Dielektrisch positive Verbindungen haben ein Δε > 1 ,5, dielektrisch neutrale Verbindungen haben ein Δε im Bereich -1 ,5 < Δε < 1 ,5 und dielektrisch negative Verbindungen haben ein Δε < -1 ,5. Die selben Definitionen gelten auch für Komponenten von Mischungen und für
Mischungen.
Die dielektrische Anisotropie Δε der Verbindungen wird bei 1 kHz und 20°C durch Extrapolation der Werte einer 10%-igen Lösung der jeweiligen Verbindung in einer Wirtsmischung auf einen Anteil der jeweiligen
Verbindung von 100% bestimmt. Die Kapazitäten der Testmischungen werden sowohl in einer Zelle mit homeotroper, als auch in einer Zelle mit homogener Randorientierung bestimmt. Die Schichtdicke beider Zellentypen beträgt circa 20 μm. Zur Messung wird eine Rechteckwelle mit einer Frequenz von 1 kHz und einer effektiven Spannung (rms, Englisch: root mean square) von typischer Weise 0.2 V bis 1.0 V verwendet. In jedem Fall ist die verwendete Spannung niedriger als die kapazitive Schwelle der jeweils untersuchten Mischung.
Für dielektrisch positive Verbindungen wird die Mischung ZLI-4792 und für dielektrisch neutrale, sowie für dielektrisch negative Verbindungen, die
Mischung ZLI-3086, beide von Merck KGaA, Deutschland, als Wirtsmischung verwendet.
Der Begriff Schwellenspannung bedeutet in der vorliegenden Anmeldung die optische Schwelle und wird für einen relativen Kontrast von 10 % (V10) angegeben. Die Mittgrauspannung und die Sättigungsspannung werden ebenfalls optisch bestimmt und für einen relativen Kontrast von 50%, bzw. von 90 % angegeben. Die kapazitive Schwellenspannung (Vo), auch Freedericksz-Schwelle genannt, angegeben, so wird dies explizit angegeben.
Die angegebenen Bereiche von Werten schließen die Grenzwerte ein.
Die Konzentrationen sind in Massen-% gegeben und beziehen sich auf die vollständige Mischung. Temperaturen sind in Grad Celsius und Temperaturdifferenzen in Differenzgrad Celsius angegeben. Alle physikalischen Eigenschaften wurden bestimmt wie in "Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Stand Nov. 1997, Merck KGaA, Deutschland und sind für eine Temperatur von 20 °C angegeben. Die optische Anisotropie (Δn), auch Doppelbrechung genannt, wird bei einer Wellenlänge von 589,3 nm bestimmt. Die dielektrische Anisotropie (Δε) wird bei einer Frequenz von 1 kHz bestimmt.
In einer Aufzählung alternativer Möglichkeiten bedeutet bei Angabe nur des Plurals dieser auch den Singular.
Im Zusammenhang mit Angaben zur Zusammensetzung der Medien, bzw. ihrer Komponenten, bedeutet
- „enthalten", dass die Konzentration des jeweiligen genannten Materials, also der Komponente oder der Verbindung, in der Bezugseinheit, also dem Medium bzw. der Komponente, bevorzugt 10% oder mehr, besonders bevorzugt 20 % oder mehr und ganz besonders bevorzugt 30% oder mehr beträgt,
- „überwiegend bestehen aus", dass die Konzentration des genannten
Materials in der Bezugseinheit bevorzugt 50% oder mehr, besonders bevorzugt 60 % oder mehr und ganz besonders bevorzugt 70% oder mehr beträgt und
- „nahezu vollständig bestehen aus", dass die Konzentration des genannten Materials in der Bezugseinheit bevorzugt 80% oder mehr, besonders bevorzugt 90 % oder mehr und ganz besonders bevorzugt 95% oder mehr beträgt.
Die dielektrischen Eigenschaften, elektrooptischen Eigenschaften (z.B. die Schwellenspannungen) und die Schaltzeiten wurden in bei der Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland hergestellten Testzellen, bestimmt. Die Testzellen zur Bestimmung von Δε hatten eine Schichtdicke von 22 μm und eine kreisförmige Elektrode aus Indiumzinnoxid (ITO) mit einer Fläche von 1 ,13 cm2 und einem Schutzring. Für homeotrope Orientierung zu Bestimmung von ε| | wurden Zellen mit einer homeotrop orientierenden Polyimid-Orientierungsschicht verwendet. Alternativ kann Lezithin (Merck KGaA) als Orientierungsmittel verwendet. Die Zellen zur Bestimmung von εi hatten Orientierungsschichten aus dem Polyimid AL-1054 der Firma Japan Synthetic Rubber, Japan. Die Kapazitäten wurden in der Regel mit einem Frequenzanalysator Solatron 1260 mit einer Rechteckwelle mit einer Effektivspannung von 0.3 Vrms gemessen. Die elektooptischen Untersuchungen wurden mit weißem licht durchgeführt. Die charakteristischen Spannungen wurden unter senkrechter Beobachtung bestimmt. In der vorliegenden Anmeldung, besonders in den im folgenden beschriebenen Beispielen werden die Strukturen der chemischen Verbindungen mittels Abkürzungen angegeben. Die Bedeutung der jeweiligen Abkürzungen ist in den folgenden Tabellen A und B zusammengestellt. Alle Gruppen CnH2n+ι und CmH2m+ι sind geradkettige
Alkylgruppen mit n bzw. m C-Atomen. Tabelle B ist aus sich selbst heraus verständlich, da sie jeweils die vollständige Abkürzung für eine Formel homologer Verbindungen angibt. In Tabelle A sind nur die Abkürzungen für die Kernstrukturen der Verbindungstypen zusammengestellt. Die Abkürzungen für die jeweiligen einzelnen Verbindungen setzen sich aus der jeweils zutreffenden dieser Abkürzungen für den Kern der Verbindung und der mittels einem Bindestrich angehängten Abkürzung für die Gruppen R , R2, L1 und L2 gemäß folgender Tabelle zusammen.
Figure imgf000046_0001
LO LO o LO
LO CM co CO
Table A:
Figure imgf000047_0001
PYP PYRP
Figure imgf000047_0002
PPYRP
Figure imgf000047_0003
BCH CCP
Figure imgf000047_0004
CPTP
Figure imgf000047_0005
CEPTP
Figure imgf000047_0006
Figure imgf000048_0001
EPCH
Figure imgf000048_0002
HP ME
Figure imgf000048_0003
PCH PDX
Figure imgf000048_0004
PTP BECH
Figure imgf000048_0005
EBCH
Figure imgf000048_0006
EHP
Figure imgf000049_0001
ET
Table B:
Figure imgf000049_0002
PCH-n(O)mFF PY-n(O)-Om
Figure imgf000049_0003
YY-n(O)-Om
Figure imgf000049_0004
YY-Vn(O)-OmV
Figure imgf000049_0005
CCP-n(O)mFF
Figure imgf000049_0006
CPY-n(O)-m
Figure imgf000050_0001
CYY-n-(O)m
Figure imgf000050_0002
CCYY-n-(O)m
Figure imgf000050_0003
PTP-n(O)mFF
C nH1 '2n+1 O V-C≡C— < O V- (Q)-Cm mH 2m+1
CPTP-n(O)mFF
Figure imgf000050_0004
CGP-n-X
(X = besonders F, Cl, CN, NCS)
Figure imgf000050_0005
Inm
Figure imgf000050_0006
Figure imgf000051_0001
C15
Figure imgf000051_0002
CB15
CnH2n+1 — — ( 0 ) — ( O ^> ( f~~ CmH2m+1
CBC-nm
Figure imgf000051_0003
CBC-nmF
Figure imgf000051_0004
CHE
Figure imgf000051_0005
ECBC-nm
Figure imgf000051_0006
GP-nO-N
Figure imgf000051_0007
CP-V-N
Figure imgf000052_0001
CPP-nV2-m
Figure imgf000052_0002
CPP-V-m
Figure imgf000052_0003
CPP-nV-m
Figure imgf000052_0004
CPP-V2-m
Figure imgf000052_0005
CCP-V-m
Figure imgf000052_0006
CCP-nV-m
Figure imgf000052_0007
G3 n
Figure imgf000053_0001
K3n
Figure imgf000053_0002
M3n
Figure imgf000053_0003
T3n
Figure imgf000053_0004
BB3n
Figure imgf000053_0005
PGIP-n-N
Figure imgf000053_0006
PVG-n-S
Figure imgf000054_0001
PVG-nO-S
Figure imgf000054_0002
UPP-n-S
Figure imgf000054_0003
PPTUI-n-m
Figure imgf000054_0004
CPU-n-S
Figure imgf000054_0005
CGU-n-S
Figure imgf000055_0001
PTG-n-S
Figure imgf000055_0002
PTU-n-S
C nH' 2n+1 o O -CH=CH < O NCS
PPVP-n-S
Figure imgf000055_0003
PPVG-n-S
Figure imgf000055_0004
PPVU-n-S
Figure imgf000055_0005
PTG-n(O)-N
Figure imgf000056_0001
PTU-n(O)-N
Figure imgf000056_0002
PU-n-AN
(-'n' '2n+l' (O)- O -CO — o- O -CN
GZU-n(O)-N
Figure imgf000056_0003
UZU-n(O)-N
Figure imgf000056_0004
GZU-nA-N CnH2n+1 c≡c- O ) — CO-O < O V—CN
UZU-nA-N
Figure imgf000057_0001
UVZG-n-N
Figure imgf000057_0002
PWZU-3-N
Figure imgf000057_0003
CUZU-n-N
Figure imgf000057_0004
CCZU-n-F
Figure imgf000058_0001
PGU-n-F
Figure imgf000058_0002
UM-n-N
Figure imgf000058_0003
DU-n-N
Figure imgf000058_0004
CC-n-V
Figure imgf000058_0005
CC-n-Vm Die mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Anmeldung enthalten bevorzugt
- vier oder mehr, bevorzugt sechs oder mehr, Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Tabellen A und B und/oder
- fünf oder mehr Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Tabelle B und/oder
- zwei oder mehr Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Tabelle A.
Beispiele
Die im Folgenden beschriebenen Beispiele illustrieren die vorliegende Erfindung ohne sie in irgend einer Art zu beschränken. Ferner zeigen sie dem Fachmann welche Eigenschaften und insbesondere welche
Eigenschaftskombinationen mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden können.
Beispiel 1
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
ME2N.F 3,0
ME3N.F 3,0
ME4N.F 8,0
ME5N.F 8,0
UM-3-N 4,0
PTG-3-N 8,0
PTG-5-N 8,0
PTU-4O-N 8,0
PU-3-AN 8,0
PU-5-AN 8,0
PGU-2-F 10,0
PGU-3-F 10,0
PGU-5-F 10,0
HP-3N.F 4,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 23,8 ne (20 °C, 589,3 nm): 1 ,6971
Δn (20 °C, 589,3 nm): 0,1456
Figure imgf000060_0001
Δε (20 °C, 1 kHz): 27,3
Eine elektrooptische Testzelle mit einem Lichtschaltelement enthaltend die Flüssigkristallmischung wurde hergestellt. Die Substrate bestanden aus Glas. Es wurden Substrate ohne Orientierungsschicht verwendet. Die Elektrodenstruktur bestand aus ineinander verzahnten kammförmigen Elektroden. Die Breite der Elektroden betrug 20 μm und der Abstand der
Elektroden voneinander betrug 10 μm. Die Schichtdicke der Elektroden betrug 60 nm. Die Elektroden befanden sich alle in einer gemeinsamen Ebene. Die Schichtdicke des Steuermediums betrug 6,8 μm.
Es wurde ein erster Polarisator vor und ein zweiter Polarisator (Analysator) hinter der Zelle benutzt. Die Absorptionsachsen der beiden Polarisatoren bildeten einen Winkel von 90° zueinander. Der Winkel zwischen der Achse der maximalen Absorption der Polarisatoren und der Komponente des elektrischen Felds in der Ebene der Anzeige betrug jeweils 45°. Die
Spannungs-Transmissions-Kennlinie wurde mit einem elektrooptischen Messplatz DMS 703 der Firma Autronc-Melchers, Karlruhe, Deutschland bestimmt. Die Betriebstemperatur betrug 24,0°C. Bei senkrechter
Beobachtung wurde eine Kurve erhalten wie sie für eine Zelle mit elektrisch kontrollierter Doppelbrechung (z. B. ECB) typisch ist. Der Wert der Schwellenspannung (V10) lag bei 41 V, der Wert der Mittgrauspannung (V50) bei 68 V und der Wert der Sättigungsspannung (V90) bei 80 V.
Beispiel 2
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
UM-3-N 10,0
PYP-3N.F.F 15,0
HP-3N.F 10,0
CUZU-2-N 10,0
CUZU-3-N 10,0
UVZG-3-N 10,0
GZU-4O-N 10,0
GZU-4-N 1 ,0
GZU-3A-N 12,0
UZU-3A-N 12,0
Σ 100,0 Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,l))/°C: 24,8 ne (21 °C, 589,3 nm): 1 ,6372 Δn (21 °C, 589,3 nm): 0,1122
Wie bei Beispiel 1 wurde eine elektro-optische Anzeige realisiert und deren Kennline vermessen. Die Temperatur betrug 26,5°C. Die Kennlinie ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Kennlinie beginnt bei niedriger Spannung mit einer relativen Intensität von 0% und steigt mit steigender Spannung an. Der Wert der Schwellenspannung (V10) lag bei 34 V, der Wert der Mittgrauspannung (V50) bei 53 V und der Wert der Sättigungsspannung (Vg.) bei 64 V. Bei einer Spannung von 69 V ist das Maximum der Intensität erreicht. Danach fällt die relative Intensität ab bis zu einem Wert von ca. 14% bei einer Spannung von 130 V. Anschließend steigt die relative Intensität wieder an. Bei einer Spannung von 200 V wird wieder eine relative Intensität von 65% erreicht.
Die Schaltzeiten der Zellen wurden ebenfalls mit dem DMS 703 gemessen. Hierzu wurde wegen der kleinen Werte der Schaltzeiten der standardmäßig verwendete Hochfrequenzfilter ausgeschaltet. Bei Schalten zwischen verschiedenen Graustufen sind sowohl die Schaltzeit für das Ausschalten, als auch die für das Einschalten kleiner als 50 μs. Hierzu wurde die Zelle jeweils von der Spannung V10 jeweils auf Vg0, V80, V5o und V2o, von V2o auf Vgo, V8o, und von V50 auf Vgo und V8o und von Vβo auf Vg. geschaltet. Die Einschaltzeit vom Zeitpunkt des Einschaltens der neuen Spannung bis zum Erreichen von 90% der jeweiligen maximalen Transmissionsänderung für alle diese Schaltvorgänge, also sowohl für das Ausschalten, als auch für das Einschalten, betrug bei allen verwendeten Ansteuerspannungen im Rahmen der Messgenauigkeit (von 10 μs) 50 μs. Beispiel 3
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
UM-3-N 10,0
GZU-3A-N 10,0
UVZG-3-N 10,0
PWZU-3-N 7,0
PU-3-AN 16,0
PU-5-AN 16,0
PTG-3-N 15,0
PTU-4O-N 15,0
HP-3N.F 1 ,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 22,9 ne (19 °C, 589,3 nm): 1 ,7298
Δn (19 °C, 589,3 nm): 0,1765
Wie bei Beispiel 1 wurde eine elektro-optische Anzeige realisiert und deren Kennline vermessen. Die Temperatur betrug 23,1 °C. Verglichen mit den Ergebnissen der Beispiels 2 ist die Kennlinie dieses Beispiels zu deutlich kleinem Spannungen verschoben. Der Wert der Schwellenspannung (Vι0) lag bei 36,5 V, der Wert der Mittgrauspannung (V5o) bei 55 V und der Wert der Sättigungsspannung (Vg0) bei 61 ,5 V. Das Maximum lag bei 65 V und das Minimum bei 83 V und ca. 32% relativer
Intensität. Bei einer Spannung von 126 V durchläuft die Kurve ein weiteres flacheres Maximum mit einer relativen Intensität von 88% und bei einer Spannung von 200 V beträgt die relative Intensität 52%. Beispiel 4
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
UZU-3A-N 12,0
UZU-5A-N 12,0
GZU-3A-N 12,0
GZU-5A-N 11 ,0
GZU-3O-N 10,0
UVZG-3-N 10,0
CUZU-2-N 10,0
CUZU-3-N 10,0
CUZU-4-N 10,0
HP-5N.F 3,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 23,7 ne (20 °C, 589,3 nm): 1 ,6187
Δn (20 °C, 589,3 nm): 0,0925
Wie bei Beispiel 1 wurde eine elektro-optische Anzeige realisiert und deren Kennline vermessen. Die Temperatur betrug 23,5°C. Die ansteigende Teil der Kennlinie bei kleinen Spannungen für dieses Beispiels liegt bei Spannungen zwischen denen der Beispiel 2 und 3. Der Wert der Schwellenspannung (V-io) la bei 41 V, der Wert der Mittgrauspannung (V5o) bei 55,5 V und der Wert der Sättigungsspannung (Vg0) bei 65 V. Das Maximum lag bei 72 V und das Minimum bei 123 V und 19% relativer Intensität. Bei einer Spannung von 200 V wurde eine relative Intensität von ca. 74% erreicht.
Für die Anzeige wurden mit dem DMS 703 Isokontrastkurven bei einer
Temperatur von 23,7 aufgenommen. Die Ergebnisse sind in der Abbildung 2 in Polarkoordinaten dargestellt. Die Spannung wurde von 0 V auf 91 V geschaltet. Die Kontrastverhältnisse wurden über der Halbkugel mit Φ (Phi) von 0° bis 360° und Θ (Theta) von 0° bis 60° bestimmt. Das maximale Kontrastverhältnis von 36,8 trat bei senkrechter Beobachtung auf. Das minimale Kontrastverhältnis betrug 6,1. Die Isokontrastkurven in der Abbildungen geben von innen nach außen den Verlauf für Kontrastverhältnisse von 20, 15, 10 und 7 wieder. Der Kurvenverlauf ist nahezu zentrumssymmetrisch und ist sehr ähnlich zu dem, den man für I PS-Zellen erhält.
Vergleichsbeispiel
Es wurde eine herkömmliche TN-Anzeigezelle hergestellt. Das verwendete Flüssigkristallmaterial war MLC-6873-100 der Merck KGaA. Die optische Verzögerung betrug 0,50 μm. Es wurden wie in Beispiel 4 beschrieben Isokontrastkurven gemessen. Dabei wurde die TN-Anzeige von einer Spannung von 0 V auf 2,36 V, den zweifachen Wert der Schwellenspannung geschaltet. Die Ergebnisse sind in der Abbildung 3 dargestellt. Wie bei dem Anzeigeelement des Beispiels 4 trat auch hier dar maximale Kontrast bei senkrechter Beobachtung auf. Das maximale Kontrastverhältnis betrug jedoch nur 29,9. Das minimale Kontrastverhältnis betrug nur 1 ,0. Ein inverser Kontrast trat unter diesen Ansteuerbedingungen auch bei der TN-Anzeige nicht auf. Bereits hierdurch ist der insgesamt geringere Kontrast im Vergleich zur Abbildung 2 des Beispiels 4 erkennbar, ebenso wie die deutlich stärkere Blickwinkelabhängigkeit des Kontrasts. Die Isokontrastkurven in der Abbildungen geben von innen nach außen den Verlauf für Kontrastverhältnisse von 20, 15, 10, 7, 5, 3, und 2 wieder. Der Kurven verlaufen hier nicht zentrumssymmetrisch. Sie liegen außerdem deutlich enger beieinander als in Abbildung 2 bei Beispiel 4. Also ist die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrasts bei diesem Vergleichbeispiel hier deutlich stärker als bei Beispiel 4. Im Folgenden werden weitere Beispiele für erfindungsgemäße mesogene Steuermedien gegeben.
Beispiel 5
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzui ng Konzentration/Massen-%
CGU-2-F 11 ,0
CGU-3-F 11,0
CGU-5-F 10,0
BCH-3F.F.F 18,0
BCH-5F.F.F 14,0
PGU-2-F 11 ,0
PGU-3-F 11 ,0
PGU-5-F 11 ,0
BCH-32 3,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 23,5 ne (20 °C, 589,3 nm): 1 ,6138 Δn (20 °C, 589,3 nm): 0,0854 ε| | (20 °C, 1 kHz): 16,5
Δε (20 °C, 1 kHz): 9,1
Beispiel 6
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
ME2N.F 10,0
UM-3-N 8,5
PTG-5-N 15,0 PTG-3-N 15,0
PU-3-AN 15,0
PU-5-AN 15,0
PTU-4O-N 15,0
HP-3N.F 6.5 ∑ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 29,6 ne (20 °C, 589,3 nm): 1 ,7549
Δn (20 °C, 589,3 nm): 0,2092 ε| | (20 °C, 1 kHz): 59,2
Δε (20 °C, 1 kHz): 42,9
Beispiel 7
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt. Verbindung/Abkürzung Konzentrati on/Massen-%
UM-3-N 8,0
GZU-3A-N 8,0
UVZG-3-N 8,0
PWZU-3— N 10,0
PYP-40N.F.F 6,0
PU-3-AN 15,0
PU-5-AN 15,0
PTG-3-N 15,0
PTU-4O-N 15,0
Σ 100,0
Beispiel 8
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/ Massen-%
PTG-3-N 15,0
PTG-5-N 15,0
PTU-4O-N 15,0
PU-5-AN 9,0
PGU-5-F 14,0
HP-3N.F 7,0
HP-5N.F 8,0
DU-2-N 15,0
PCH-3N.F.F 2,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 24,2 ne (20 °C, 589,3 nm): 1 ,6857
Δn (20 °C, 589,3 nm): 0,1405 ε| | (20 °C, 1 kHz): 45,8
Δε (20 °C, 1 kHz): 27,8 Beispiel 9
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
CCP-2F.F.F 10,0
CCP-3F.F.F 10,0
CCP-5F.F.F 10,0
ME2N.F 10,0
ME3N.F 10,0
ME4N.F 7,0
ME5N.F 15,0
DU-2-N 6,0
PCH-5N.F.F 2,0
UM-3-N 10,0
HP-3N.F 10,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 30,1 ne (20 °C, 589,3 nm): 1 ,6095
Δn (20 °C, 589,3 nm): 0,1035 ε| | (20 °C, 1 kHz): 62,6
Δε (20 °C, 1 kHz): 45,9
Beispiel 10
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt. Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
UM-3-N 6,0
GZU-3A-N 10,0
UVZG-3-N 12,0
PWZU-3-N 10,0
PU-3-AN 15,0
PU-5-AN 15,0
PTG-3-N 15,0
PTU-4O-N 15,0
HP-3N.F 2,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften. Δε (20 °C, 1 kHz) > 0
Beispiel 11
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
CGU-2-F 11 ,0
CGU-3-F 11 ,0
CGU-5-F 10,0
BCH-3F.F.F 16,0
BCH-5F.F.F 14,0
PGU-2-F 10,0
PGU-3-F 10,0
PGU-5-F 9,0
PCH-7F 9,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften. Klärpunkt (T(N,I))/°C: 11 ,5 Δε (20 °C, 1 kHz) > 0 Beispiel 12
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
CGU-2-F 12,0
CGU-3-F 12,0
CGU-5-F 11 ,0
BCH-3F.F.F 18,0
BCH-5F.F.F 14,0
PGU-2-F 1 ,0
PGU-3-F 11 ,0
PGU-5-F 11 ,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 15,5 Δε (20 °C, 1 kHz) > 0
Beispiel 13
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
ME2N.F 3,0
ME3N.F 3,0
ME4N.F 5,0 ME5N.F 3,0
UM-3-N 4,0
PTG-3-N 8,0
PTG-5-N 8,0
PTU-4O-N 7,0 PU-3-AN 8,0
PU-5-AN 8,0
PGU-2-F 10,0
PGU-3-F 10,0
PGU-5-F 10,0 HP-3N.F 4,0
HP-4N.F 5,0
HP-5N.F 4.0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 42,3 Δε (20 °C, 1 kHz) > 0 Beispiel 14
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
ME2N.F 3,0
ME3N.F 3,0
ME4N.F 8,0
ME5N.F 9,0
UM-3-N 4,0
PTG-3-N 9,0
PTG-5-N 8,0
PTU-4O-N 8,0
PU-3-AN 9,0
PU-5-AN 9,0
PGU-2-F 10,0
PGU-3-F 10,0
PGU-5-F 10,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 16,0 Δε (20 °C, 1 kHz) > 0
Beispiel 15
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
YY-2-O2 8,0
YY-3-O2 8,0
YY-4O-O4 10,0
YY-V1 O-O1V 8,0
PY-3-O2 15,0
PY-1-02 11 ,0
CYY-3-O2 10,0
CYY-5-O2 10,0
PTP-302FF 10,0
PTP-502FF 10,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Δε (20 °C, 1 kHz) < 0
Beispiel 16
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
YY-2-O2 8,0
YY-3-O2 8,0
YY-30-O2 6,0
YY-4O-O4 6,0
YY-V1 O-O1V 6,0
PY-3-O2 9,0
PY-1-02 12,0
CYY-3-O2 9,0
CYY-5-O2 9,0
PTP-302FF 10,0
PTP-502FF 10,0
CPY-3-O2 5,0
CCYY-2-O2 2,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Δε (20 °C, 1 kHz) < 0
Beispiel 17
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung//* \bkürzung Konzentration/Massen-%
PYP-5F 25,0
PCH-32 16,5
PCH-301 15,0
PCH-302 11 ,3
BCH-32 14,3
BCH-52 10,5
CBC-33 3,7
CBC-53 3,7
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 41 ,0 ne (20 °C, 589,3 nm): 1 ,6157
Δn (20 °C, 589,3 nm): 0,1066 ε| | (20 °C, 1 kHz): 5,7
Δε (20 °C, 1 kHz): 2,4
Beispiel 18
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
PCH-5F 14,6
PCH-6F 12,9
PCH-7F 12,5
PTP-20F 15,2
PTP-40F 19,1
PTP-60F 25,7
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 27,0 ne (20 °C, 589,3 nm): 1 ,6470
Δn (20 °C, 589,3 nm): 0,1350 ε| | (20 °C, 1 kHz): 7,4
Δε (20 °C, 1 kHz): 3,6 ki (20 °C)/pN: 5,7 k2 (20 °C)/pN: 3,1 k3 (20 °C)/pN: 6,3
Beispiel 19
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
CCP-2F.F.F 4,0
CCP-20CF3 4,0
CCP-30CF3 5,0
CCP-40CF3 2,0
PCH-3 6,0
K9 4,0
BCH-3F.F.F 12,0
CGU-2-F 10,0
CGU-3-F 6,0
CCZU-2-F 5,0
CCZU-3-F 16,0
CCZU-5-F 5,0
CC-5-V 2,0
CCP-V-1 10,0
CC-3-V1 9,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 30,0 ne (20 °C, 589,3 nm): 1 ,5856
Δn (20 °C, 589,3 nm): 0,1007 ε| ] (20 °C, 1 kHz): 14,5 Δε (20 °C, 1 kHz): 10,6 Beispiel 20
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
PCH-5 19,0
PCH-302 31 ,0
PCH-304 31 ,0
K15 19,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 33,0 ne (20 °C, 589,3 nm): 1 ,6010
Δn (20 °C, 589,3 nm): 0,1100 ε| | (20 °C, 1 kHz): 9,5
Δε (20 °C, 1 kHz): 4,9
Beispiel 21
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
PCH-302FF 26,0
PCH-502FF 26,0
CCP-V-1 15,0 CC-5-V 19,0
CCH-35 8,0
BCH-32 6.0
Σ 100,0 Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 50,0
Δε (20 °C, 1 kHz) < 0
Beispiel 22
Eine Flüssigkristallmischung der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt.
Verbindung/Abkürzung Konzentration/Massen-%
PCH-302FF 26,0
PCH-502FF 26,0
CCP-V-1 13,0
CC-5-V 16,0
CCH-35 5,0
BCH-32 9,0
CCP-2 FF 3,0
PCH-301 2,0
Σ 100,0
Diese Mischung hat die folgenden Eigenschaften.
Klärpunkt (T(N,I))/°C: 50,0 ne (20 °C, 589,3 nm): 1 ,5640
Δn (20 °C, 589,3 nm): 0,0821 ε| | (20 °C, 1 kHz): 3,9
Δε (20 °C, 1 kHz): -2,9 γi (20 °C)/ mPa-s: 72 Beschreibung der Abbildungen
Abbildung 1 : Die Abbildung zeigt die Transmissions-Spannungskennlinie des Lichtsteuerelements des Beispiels 2. Es werden relative Intensitäten als Funktion der rms-Spannungswerte in Volt gezeigt.
Abbildung 2: Die Abbildung zeigt die Kontrastverhältnisse des erfindungsgemäßen Lichtsteuerelements des Beispiels 4. Die
Messbedingungen, insbesondere die Betriebsspannungen sind im Text beschrieben. Die Darstellung erfolgt in Polarkoordinaten. Die Linien geben von innen nach außen die Verläufe für Kontrastverhältnisse von 30, 20, 15 und 10 wieder. Das maximale Kontrastverhältnis von 36,8 wurde bei senkrechter
Betrachtung (einem Betrachtungswinkel Φ = Θ = 0°) beobachtet. Das minimale Kontrastverhältnis bis zu einem Betrachtungswinkel von Θ = 60° betrug 6,1.
Abbildung 3: Die Abbildung zeigt die Kontrastverhältnisse des Lichtsteuerelements des Vergleichsbeispiels. Die Messbedingungen, insbesondere die Betriebsspannungen sind im Text beschrieben. Die Darstellung erfolgt wie bei Abbildung 2 in Polarkoordinaten. Die Linien geben von innen nach außen die Verläufe für Kontrastverhältnisse von 20, 15, 10, 7, 5, 3, und 2 wieder. Der Maximale Kontrast betrug 29,9 und der minimale 1 ,0.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrooptisches Lichtsteuerelement enthaltend
- eine Elektrodenanordnung,
- mindestens ein Element zur Polarisation des Lichts und
- ein mesogenes Steuermedium,
dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtsteuerelement
bei einer Temperatur betrieben wird, bei der das mesogene Steuermedium im nicht angesteuerten Zustand in der isotropen Phase vorliegt.
2. Lichtsteuerelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die Elektrodenanordnung ein elektrisches Feld mit einer signifikanten Komponente parallel zur Fläche des mesogenen Steuermediums erzeugen kann.
3. Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das mesogene Steuermedium eine nematische Phase aufweist.
4. Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrodenanordnung beim Betrieb des Lichtsteuerelements ein elektrisches Feld mit einer signifikanten Komponente parallel zur Ebene des mesogenen Steuermediums erzeugt.
5. Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
das Licht beim Durchgang durch das Lichtsteuerelement vor dem Durchgang durch das mesogene Steuermedium und nach dem Durchgang durch das mesogene Steuermedium jeweils mindestens ein Element zur Polarisation des Lichts durchläuft.
6. Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Elektrodenanordnung auf einer Seite der Schicht des mesogenen Steuermediums befindet.
7. Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
- es eine zusätzliche doppelbrechende Schicht enthält.
8. Elektrooptische Anzeige enthaltend ein oder mehrere
Lichtsteuerelemente nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
9. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige mittels einer aktiven Matrix angesteuert wird.
10. Elektrooptisches Anzeigesystem enthaltend eine oder mehrere elektrooptische Anzeigen nach mindestens einem der Ansprüche 8 und 9.
11. Elektrooptisches Anzeigesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es als Fernsehmonitor und/oder als Computermonitor verwendet werden kann.
12. Verwendung eines Lichtsteuerelements nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, zur Darstellung von Information.
13. Verwendung einer elektrooptischen Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 8 und 9, in einem elektrooptischen Anzeigesystem.
14. Verwendung eines elektrooptischen Anzeigesystems nach mindestens einem der Ansprüche 10 und 11 , zur Darstellung von
Videosignalen.
15. Mesogenes Steuermedium dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Verbindung der Formel I wie im Text beschrieben enthält.
16. Mesogenes Steuermedium nach Anspruch 15 zur Verwendung in einem Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6.
17. Verwendung eines mesogenen Steuermediums nach Anspruch 15 in einem elektrooptischen Lichtsteuerelement.
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