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DE10125707B4 - Flüssigkristalline Mischungen und ihre Verwendung - Google Patents

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DE10125707B4
DE10125707B4 DE10125707A DE10125707A DE10125707B4 DE 10125707 B4 DE10125707 B4 DE 10125707B4 DE 10125707 A DE10125707 A DE 10125707A DE 10125707 A DE10125707 A DE 10125707A DE 10125707 B4 DE10125707 B4 DE 10125707B4
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alkyl
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Sabine Dr. Schoen
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Ursula Patwal
Dagmar Zimmermann
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Merck Patent GmbH
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Abstract

Nematische Flüssigkristallmischung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Verbindungen der Formel I,
Figure 00000001
eine oder mehrere Verbindungen der Formel II
Figure 00000002
und mindestens eine Verbindung der Formeln IV27a, IV27b und/oder IV27c.
Figure 00000003
enthält,
worin die einzelnen Reste folgende Bedeutungen besitzen:
Figure 00000004
R1 und R2 einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH2-Gruppen durch -O-, -S-, -C-C-, -OC-O-, oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,
alkyl eine geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 7 C-Atomen,
Y F, Cl, halogenierter Alkyl-, Alkenyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 6 C-Atomen.

Description

  • Die Erfindung betrifft flüssigkristalline Mischungen in verdrillten und hochverdrillten nematischen Flüssigkristallanzeigen (englisch: Twisted Nematic, kurz: TN; bzw. Supertwisted Nematic, kurz: STN) mit sehr kurzen Schaltzeiten und guten Steilheiten und Winkelabhängigkeiten sowie insbesondere deren Verwendung.
  • TN-Anzeigen sind bekannt, z. B. aus M. Schadt und W. Helfrich, Appl. Phys. Lett., 18, 127 (1971). STN-Anzeigen sind bekannt, z. B. aus EP 0 131 216 B1 ; DE 34 23 993 A1 ; EP 0 098 070 A2 ; M. Schadt und F. Leenhouts, 17. Freiburger Arbeitstagung Flüssigkristalle (8.–10.04.87); K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6); M. Schadt und F. Leenhouts, SID 87 Digest 372 (20.1); K. Katoh et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 26, No. 11, L 1784-L 1786 (1987); F. Leenhouts et al., Appl. Phys. Lett. 50 (21), 1468 (1987); H. A. van Sprang und H. G. Koopman, J. Appl. Phys. 62 (5), 1734 (1987); T. J. Scheffer und J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (10), 1021 (1984), M. Schadt und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (5), 236 (1987) und E. P. Raynes, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Letters Vol. 4 (1), pp. 1–8 (1986). Der Begriff STN umfasst hier jedes höher verdrillte Anzeigeelement mit einem Verdrillungswinkel dem Betrage nach zwischen 160° und 360°, wie beispielsweise die Anzeigeelemente nach Waters et al. (C. M. Waters et al., Proc. Soc. Inf. Disp. (New York) (1985) (3rd Intern. Display Conference, Kobe, Japan), die STN-LCD's ( DE OS 35 03 259 ), SBE-LCD's (T. J. Scheffer und J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (1984) 1021), OMI-LCD's (M. Schadt und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (1987), 236, DST-LCD's ( EP OS 0 246 842 ) oder BW-STN-LCD's (K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6)).
  • Insbesondere STN-Anzeigen zeichnen sich im Vergleich zu Standard-TN-Anzeigen durch wesentlich bessere Steilheiten der elektrooptischen Kennlinie und damit verbundenen besseren Kontrastwerten sowie durch eine wesentlich geringere Winkelabhängigkeit des Kontrastes aus.
  • Von besonderem Interesse sind TN- und STN-Anzeigen mit sehr kurzen Schaltzeiten insbesondere auch bei tieferen Temperaturen. Zur Erzielung von kurzen Schaltzeiten wurden bisher die Rotationsviskositäten ν20 der Flüssigkristallmischungen optimiert unter Verwendung von meist monotropen Zusätzen mit relativ hohem Dampfdruck. Die erzielten Schaltzeiten waren jedoch nicht für jede Anwendung ausreichend.
  • In den Druckschriften DE 19748618 A1 und EP 1002848 A1 , sowie in der Druckschrift DE 10016400 A1 nach § 3(2) PatG werden Komponenten von flüssigkristallinen Medien entsprechend den vorliegenden Verbindungen der Formeln I und II (vgl. unten, Anspruch 1) offenbart.
  • Zur Erzielung einer steilen elektrooptischen Kennlinie in den Anzeigen sollen die Flüssigkristallmischungen relativ große Werte für das Verhältnis der elastischen Konstanten K33/K11, sowie relativ kleine Werte für Δε/ε⊥ aufweisen, wobei Δε die dielektrische Anisotropie und die dielektrische Konstante senkrecht zur Moleküllängsachse ist.
  • Über die Optimierung des Kontrastes und der Schaltzeiten hinaus werden an derartige Mischungen weitere wichtige Anforderungen gestellt:
    • 1. Breites d/p-Fenster
    • 2. Hohe chemische Dauerstabilität
    • 3. Hoher elektrischer Widerstand
    • 4. Geringe Frequenz- und Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung.
  • Die erzielten Parameterkombinationen sind bei weitem noch nicht ausreichend, insbesondere für Hochmultiplex-STN-Anzeigen (mit einer Multiplexrate im Bereich von ca. 1/400), aber auch für Mittel- und Niedermultiplex-STN-(mit Multiplexraten im Bereich von ca. 1/64 bzw. 1/16), und TN-Anzeigen. Zum Teil ist dies darauf zurückzuführen, dass die verschiedenen Anforderungen durch Materialparameter gegenläufig beeinflusst werden.
  • Es besteht somit immer noch ein großer Bedarf für flüssigkristalline Mischungen, insbesondere für TN- und STN-Anzeigen mit sehr kurzen Schaltzeiten bei gleichzeitig großem Arbeitstemperaturbereich, hoher Kennliniensteilheit, guter Winkelabhängigkeit des Kontrastes und niedriger Schwellenspannung, die den oben angegebenen Anforderungen gerecht werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, TN- und STN-Anzeigen bereitzustellen, die die oben angegebenen Nachteile nicht oder nur in geringerem Maße und gleichzeitig kurze Schaltzeiten, insbesondere bei tiefen Temperaturen, und sehr gute Steilheiten aufweisen.
  • Es wurde nun gefunden, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man nematische Flüssigkristallmischungen verwendet, die ein oder mehrere Verbindungen der Formel I,
    Figure 00040001
    eine oder mehrere Verbindungen der Formel II
    Figure 00040002
    und mindestens eine Verbindung der Formeln IV27a, IV27b und/oder IV27c
    Figure 00040003
    Figure 00050001
    enthalten,
    worin die einzelnen Reste folgende Bedeutungen besitzen:
    Figure 00050002
    R1 und R2 einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH2-Gruppen durch -O-, -S-, -C≡C-, -CC-O-, oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,
    alkyl eine geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 7 C-Atomen, Y F, Cl, halogenierter Alkyl-, Alkenyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 6 C-Atomen.
  • Die Verwendung der Verbindungen der Formeln I und II in den erfindungsgemäßen Mischungen für TN- und STN-Anzeigen bewirkt
    • • hohe Steilheit der elektrooptischen Kennlinie
    • • geringe Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung und
    • • sehr schnelle Schaltzeiten, insbesondere bei tiefen Temperaturen.
  • Die Verbindungen der Formel I und II verkürzen insbesondere deutlich die Schaltzeiten von TN- und STN-Mischungen bei gleichzeitiger Erhöhung der Steilheit und geringer Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung.
  • Weiterhin zeichnen sich die erfindungsgemäßen Mischungen durch folgende Eigenschaften aus:
    • – niedrige Viskosität,
    • – niedrige Schwellenspannung und Operationsspannung,
    • – lange Lagerzeiten im Display bei tiefen Temperaturen.
  • Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung einer erfindungsgemäßen Mischungen einen Flüssigkristall-Display mit
    • – zwei Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
    • – einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver dielektrischer Anisotropie,
    • – Elektrodenschichten mit Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten,
    • – einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von 0 Grad bis 30 Grad, und
    • – einem Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht dem Betrag nach zwischen 22,5° und 600°.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Mischung aus
    • – einer nematischen Flüssigkristallmischung bestehend aus
    • a) 15–75 Gew.% einer flüssigkristallinen Komponente A, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von über +1,5;
    • b) 25–85 Gew.% einer flüssigkristallinen Komponente B, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie zwischen –1,5 und +1,5;
    • c) 0–20 Gew.% einer flüssigkristallinen Komponente D, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von unter –1,5 und
    • d) gegebenenfalls einer optisch aktiven Komponente C in einer Menge, dass das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der Trägerplatten) und natürlicher Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt,
    wobei die Komponente A mindestens eine Verbindung der Formel I und mindestens eine Verbindung der Formel II enthält.
  • Gegenstand der Erfindung sind auch entsprechende Flüssigkristallmischungen zur Verwendung in TN- und STN-Anzeigen, insbesondere in mittel- und niedrigmultiplexierten STN-Anzeigen.
  • Formel I umfasst insbesondere Verbindungen der Formeln I1 bis I10,
    Figure 00080001
    Figure 00090001
    worin n 1–10 und m 1–5 bedeutet, wobei m + n ≤ 10.
  • Y bedeutet in den Verbindungen der Formel I vorzugsweise F, ferner OCF3, m ist vorzugsweise 0, ferner 1 oder 2.
  • Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße Mischungen, die wenigstens eine Verbindung der Formel I1 und/oder 14, besonders bevorzugt jeweils wenigstens eine Verbindung der Formel I1 enthalten.
  • In den Formeln I4, I9 und I10 bedeutet der Alkenylrest bevorzugt 1E-Alkenyl oder 3E-Alkenyl mit 2 bis 7 C-Atomen.
  • Der Anteil der Verbindungen der Formel I in den Mischungen beträgt 2,0 bis 30 Gew.%, vorzugsweise 5,0 bis 25 Gew.%, insbesondere 5,0 bis 20 Gew.%.
  • Zu den bevorzugten Verbindungen der Formel II zählen insbesondere die Verbindungen worin R2 Alkyl, Alkoxy, 1E-Alkenyl oder 3E-Alkenyl bedeutet. Vorzugsweise bedeutet R2 Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, n-Heptyl, Vinyl oder Alkyl.
  • Der Anteil der Verbindungen der Formel II in der flüssigkristallinen Mischung beträgt vorzugsweise 5–30 Gew.%, insbesondere 8–20 Gew.%.
  • Die Verbindungen der Formeln I1 bis I10 und die Verbindungen der Formeln II mit einer dielektrischen Anisotropie von > 1,5 sind der oben definierten Komponente A zuzuordnen.
  • Die Verwendung von Verbindungen der Formeln I und II führt in den erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen zu besonders niedrigen Werten der Rotationsviskosität und zu TN- und STN-Anzeigen mit einer hohen Steilheit und schnellen Schaltzeiten insbesondere bei niedrigen Temperaturen.
  • Die Komponente A enthält neben ein oder mehreren Verbindungen der Formel I vorzugsweise eine oder mehrere Cyanoverbindungen der Formeln IIIa bis IIIj,
    Figure 00100001
    Figure 00110001
    worin R3 eine der in Formel I für R1 angegebenen Bedeutungen besitzt und L1 bis L4 jeweils unabhängig voneinander H oder F bedeuten. R3 bedeutet in diesen Verbindungen besonders bevorzugt Alkyl, Alkenyl oder Alkoxy mit bis zu 8 C-Atomen.
  • Besonders bevorzugt sind Mischungen, die eine oder mehrere Verbindungen der Formeln IIIb, IIIc und IIIf, insbesondere solche, worin L1 und/oder L2 F bedeuten, enthalten. Insbesondere bevorzugt sind Verbindungen der Formeln
    Figure 00120001
    Figure 00130001
  • Weiterhin bevorzugt sind Verbindungen der Formel
    Figure 00130002
    wobei Alkenyl vorzugsweise 1E- oder 3E-Alkenyl mit bis zu 6 C-Atomen bedeutet.
  • Besonders bevorzugt sind hier die Verbindungen der Formeln
    Figure 00130003
    Figure 00140001
  • Die Komponente A enthält neben ein oder mehreren Verbindungen der Formel I vorzugsweise eine oder mehrere 3,4,5-Trifluorphenylverbindungen der Formeln I*A bis I*H
    Figure 00140002
    Figure 00150001
    sowie gegebenenfalls ein oder mehrere Verbindungen mit polarer Endgruppe der Formeln I**A bis I**P,
    Figure 00150002
    Figure 00160001
    Figure 00170001
    worin R* und R** eine der für R1 in Formel I, angegebenen Bedeutungen besitzt und L3 und L4 jeweils unabhängig voneinander H oder F bedeuten. R* und R** bedeuten in diesen Verbindungen besonders bevorzugt Alkyl, Alkenyl oder Alkoxy mit bis zu 8 C-Atomen.
  • Die einzelnen Verbindungen der Formeln I, I*A–I*H, I**A bis I**P, II und III bzw. deren Unterformeln oder auch andere Verbindungen, die in den erfindungsgemäßen Mischungen verwendet werden können, sind entweder bekannt, oder sie können analog zu den bekannten Verbindungen hergestellt werden.
  • Die Verbindungen der Formel I besitzen niedrige Viskositäten, insbesondere niedrige Rotationsviskositäten, sowie niedrige Werte für das Verhältnis der elastischen Konstanten K33/K11, und führen daher- in den Anzeigen zu kurzen Schaltzeiten, während die Anwesenheit von Verbindungen der Formel II mit hoher dielektrischer Anisotropie, insbesondere in erhöhten Konzentrationen, eine Verringerung der Schwellenspannung bewirkt.
  • Bevorzugte Flüssigkristallmischungen enthalten eine oder mehrere Verbindungen der Komponente A, vorzugsweise in einem Anteil von 15 bis 75%, besonders bevorzugt von 20% bis 65%. Diese Verbindungen besitzen eine dielektrische Anisotropie Δε ≥ +3, insbesondere Δε ≥ +8, besonders bevorzugt Δε ≥ +12.
  • Weitere bevorzugte Mischungen enthalten
    • • eine oder mehrere, insbesondere ein oder zwei bis vier, Verbindungen der Formel I,
    • • eine oder zwei Verbindungen der Formeln I1,
    • • eine oder mehrere, insbesondere ein oder zwei, Verbindungen der Formel II,
    • • eine oder mehrere, insbesondere zwei bis fünf, Verbindungen der Formel IIIb, IIIc, worin L1 und L2 Fluor bedeuten,
    • • keine Verbindung der Formel IIIb, worin L1 und L2 H bedeuten.
  • Bevorzugte Flüssigkristallmischungen enthalten ein oder mehrere Verbindungen der Komponente B, vorzugsweise 25 bis 85%. Die Verbindungen der Gruppe B zeichnen sich insbesondere durch ihre niedrigen Werte für die Rotationsviskosität γ1 aus.
  • Die Komponente B enthält vorzugsweise ein oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Zweiringverbindungen der folgenden Formeln IV1 bis IV9
    Figure 00190001
    und/oder eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Dreiringverbindungen den Formeln IV10 bis IV29,
    Figure 00190002
    Figure 00200001
    Figure 00210001
    und/oder ein oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Vierringverbindungen den Formeln IV30 bis IV36
    Figure 00210002
    Figure 00220001
    worin R4 und R4* die für R1 in Formel I angegebenen Bedeutungen haben, L H oder F bedeutet, und die 1,4-Phenylenringe jeweils unabhängig voneinander auch ein- oder mehrfach durch Fluor substituiert sein können.
  • Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formeln IV29 bis IV36, worin R4 Alkyl und R4* Alkyl oder Alkoxy, insbesondere Alkoxy, jeweils mit 1 bis 7 C-Atomen, bedeutet. Ferner bevorzugt sind Verbindungen der Formel IV28 und IV34, worin L F bedeutet.
  • R4 und R4* in den Verbindungen der Formeln IV1 bis IV36 bedeuten besonders bevorzugt geradkettiges Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 12 C-Atomen.
  • Bevorzugte Flüssigkristallmischungen enthalten ein, zwei, drei oder vier Verbindungen der Formeln IV27 und/oder IV28.
  • Insbesondere bevorzugt sind erfindungsgemäße Mischungen, die mindestens eine Verbindung der Formel IV 35 enthalten, vorzugsweise beträgt der Anteil der Vierkerner in der Mischung mindestens 8 Gew.-%. Insbesondere bevorzugt sind Mischungen, die zwei, drei oder mehr Homologen der Formel IV 35 enthalten. In der Formel IV 35 bedeuten R4 und R4, vorzugsweise geradkettiges Alkyl.
  • Vorzugsweise enthalten erfindungsgemäße Mischungen mindestens zwei Verbindungen der Formeln IV27a bis IV27c.
  • Die flüssigkristallinen Mischungen enthalten gegebenenfalls eine optisch aktive Komponente C in einer Menge, dass das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der Trägerplatten) und natürlicher Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung größer 0,2 ist. Für die Komponente stehen dem Fachmann eine Vielzahl, zum Teil kommerziell erhältlicher chiraler Dotierstoffe zur Verfügung z. B. wie Cholesterylnonanoat (CN), S-811 S-1011, S-2011 der Merck KGaA, Darmstadt und CB15 (BDH, Poole, UK). Die Wahl der Dotierstoffe ist an sich nicht kritisch.
  • Der Anteil der Verbindungen der Komponente C beträgt vorzugsweise 0 bis 10%, insbesondere 0 bis 5%, besonders bevorzugt 0 bis 3%.
  • Die erfindungsgemäßen Mischungen können auch gegebenenfalls bis zu 20% einer oder mehrerer Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von weniger als –2 (Komponente D) enthalten.
  • Falls die Mischungen Verbindungen der Komponente D enthalten, so sind dies vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen mit dem Strukturelement 2,3-Difluor-1,4-phenylen, z. B. Verbindungen gemäß DE-OS 38 07 801 , 38 07 861 , 38 07 863 , 38 07 864 oder 38 07 908 . Besonders bevorzugt sind Tolane mit diesem Strukturelement gemäß der Internationalen Patentanmeldung PCT/DE 88/00133 .
  • Weitere bekannte Verbindungen der Komponente D sind z. B. Derivate der 2,3-Dicyanhydrochinone oder Cyclohexanderivate mit dem Strukturelement
    Figure 00240001
    oder
    Figure 00240002
    gemäß DE-OS 32 31 707 bzw. DE-OS 34 07 013 .
  • Vorzugsweise enthalten die Flüssigkristallanzeigen keine Verbindungen der Komponente D.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen, welche
    • – zusätzlich eine oder mehrere, besonders bevorzugt eine, zwei oder drei, heterocyclische Verbindungen der Formel Va und/oder Vb enthalten
      Figure 00240003
      worin R5 und R6 unabhängig voneinander Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen, und Y6 F oder Cl bedeuten.
  • Der Anteil der Verbindungen aus der Gruppe enthaltend Va und Vb ist vorzugsweise 2 bis 35%, insbesondere 5 bis 20%.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform bezieht sich auf erfindungsgemäße Mischungen, welche
    • – zusätzlich eine oder mehrere, besonders bevorzugt eine, zwei oder drei, Tolan-Verbindungen der Formeln T1a bis T1d und/oder T2a bis T2c enthalten,
      Figure 00250001
      worin R7 und R8 unabhängig voneinander, die für R1 angegebene Bedeutung besitzen und x und y jeweils 1 bis 10 bedeuten, wobei x + y ≤ 10 und Z 1–5 bedeutet.
  • Der Anteil der Verbindungen aus der Gruppe enthaltend T2a und T2b ist vorzugsweise 0 bis 20%, insbesondere 0 bis 12%. Der Anteil der Verbindungen aus der Gruppe enthaltend T1a bis T1d ist vorzugsweise 0 bis 30%, insbesondere 0 bis 20%.
  • Der Ausdruck ”Alkenyl” in der Bedeutung von R1, R2, R4, R4 *, R5, R6, R7 und R8 umfasst geradkettige und verzweigte Alkenylgruppen, insbesondere die geradkettigen Gruppen. Besonders bevorzugte Alkenylgruppen sind C2-C7-1E-Alkenyl, C4-C7-3E-Alkenyl, C5-C7-4-Alkenyl, C6-C7-5-Alkenyl, und C7-6-Alkenyl, insbesondere C2-C7-1E-Alkenyl, C4-C7-3E-Alkenyl und C5-C7-4-Alkenyl.
  • Beispiele bevorzugter Alkenylgruppen sind Vinyl, 1E-Propenyl, 1E-Butenyl, 1E-Pentenyl, 1E-Hexenyl, 1E-Heptenyl, 3-Butenyl, 3E-Pentenyl, 3E-Hexenyl, 3E-Heptenyl, 4-Pentenyl, 4Z-Hexenyl, 4E-Hexenyl, 4Z-Heptenyl, 5-Hexenyl, 6-Heptenyl und dergleichen. Gruppen mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen sind im allgemeinen bevorzugt.
  • In besonders bevorzugten Ausführungsformen enthalten die Mischungen
    • – eine oder mehrere Verbindungen der folgenden Formeln
      Figure 00260001
      Figure 00270001
      worin R4, R4* und L die oben angegebenen Bedeutungen und L in Formel IV25 besonders bevorzugt F bedeutet. Der Anteil dieser Verbindungen in den Flüssigkristallmischungen liegt vorzugsweise bei 10 bis 45%, insbesondere bei 15 bis 40%,
    • – wenigstens zwei Verbindungen der Formel IIIc, und gegebenenfalls zusätzlich wenigstens eine Verbindung der Formel IIIb, worin L1 und L2 F bedeuten. Der Anteil dieser Verbindungen in den Flüssigkristallmischungen liegt vorzugsweise bei 7 bis 50%, insbesondere bei 10 bis 40%;
    • – wenigstens eine Verbindung der Formeln VIa bis VIe,
      Figure 00270002
      worin R6 und R6* jeweils unabhängig voneinander H, CH3, C2H5 oder n-C3H7 und Alkyl eine geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 7 C-Atomen bedeuten, vorzugsweise n-Propyl und n-Pentyl, besonders bevorzugt jeweils wenigstens eine Verbindung der Formel VIe und/oder VIf
      Figure 00280001
      worin Alkenyl eine Alkenylgruppe mit 2 bis 7 C-Atomen und Alkyl eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 C-Atomen bedeutet.
  • Die erfindungsgemäßen Mischungen zeichnen sich insbesondere beim Einsatz in TN- und STN-Anzeigen mit hohen Schichtdicken durch sehr niedrige Summenschaltzeiten aus (tges = ton + toff).
  • Die in den TN- und STN-Zellen verwendeten Flüssigkristallmischungen sind dielektrisch positiv mit Δε ≥ 1. Besonders bevorzugt sind Flüssigkristallmischungen mit Δε ≥ 3, insbesondere mit Δε ≥ 5.
  • Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen weisen günstige Werte für die Schwellenspannung V10/0/20 und für die Rotationsviskosität γ1 auf. Ist der Wert für den optischen Wegunterschied d·Δn vorgegeben, wird der Wert für die Schichtdicke d durch die optische Anisotropie Δn bestimmt. Insbesondere bei relativ hohen Werten für d·Δn ist i. a. die Verwendung erfindungsgemäßer Flüssigkristallmischungen mit einem relativ hohen Wert für die optische Anisotropie bevorzugt, da dann der Wert für d relativ klein gewählt werden kann, was zu günstigeren Werten für die Schaltzeiten führt. Aber auch solche Flüssigkristallanzeigen, die erfindungsgemäße Flüssigkristallmischungen mit kleineren Werten für Δn enthalten, sind durch vorteilhafte Werte für die Schaltzeiten gekennzeichnet.
  • Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen sind weiter durch vorteilhafte Werte für die Steilheit der elektrooptischen Kennlinie gekennzeichnet, und können insbesondere bei Temperaturen über 20°C mit hohen Multiplexraten betrieben werden. Darüber hinaus weisen die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen eine hohe Stabilität und günstige Werte für den elektrischen Widerstand und die Frequenzabhängigkeit der Schwellenspannung auf. Die Flüssigkristallanzeigen weisen einen großen Arbeitstemperaturbereich und eine gute Winkelabhängigkeit des Kontrastes auf.
  • Der Aufbau der Flüssigkristall-Anzeigeelemente aus Polarisatoren, Elektrodengrundplatten und Elektroden mit einer solchen Oberflächenbehandlung, dass die Vorzugsorientierung (Direktor) der jeweils daran angrenzenden Flüssigkristall-Moleküle von der einen zur anderen Elektrode gewöhnlich um betragsmäßig 160° bis 720° gegeneinander verdreht ist, entspricht der für derartige Anzeigeelemente üblichen Bauweise. Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise hier weit gefasst und umfasst auch alle Abwandlungen und Modifikationen der TN- und STN-Zelle, insbesondere auch Matrix-Anzeigeelemente sowie die zusätzliche Magnete enthaltenden Anzeigeelemente.
  • Der Oberflächentiltwinkel an den beiden Trägerplatten kann gleich oder verschieden sein. Gleiche Tiltwinkel sind bevorzugt. Bevorzugte TN-Anzeigen weisen Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von 0° bis 7°, vorzugsweise 0,01° bis 5°, insbesondere 0,1 bis 2° auf. In den STN-Anzeigen ist der Anstellwinkel bei 1° bis 30°, vorzugsweise bei 1° bis 12° und insbesondere bei 3° bis 10°.
  • Der Verdrillungswinkel der TN-Mischung in der Zelle liegt dem Betrag nach zwischen 22,5° und 170°, vorzugsweise zwischen 45° und 130° und insbesondere zwischen 80° und 115°. Der Verdrillungswinkel der STN-Mischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungschicht liegt dem Betrag nach zwischen 100° und 600°, vorzugsweise zwischen 170° und 300° und insbesondere zwischen 180° und 270°.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristallmischungen erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die gewünschte Menge der in geringerer Menge verwendeten Komponenten in der den Hauptbestandteil ausmachenden Komponenten gelöst, zweckmäßig bei erhöhter Temperatur. Es ist auch möglich, Lösungen der Komponenten in einem organischen Lösungsmittel, z. B. in Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach Durchmischung wieder zu entfernen, beispielsweise durch Destillation.
  • Die Dielektrika können auch weitere, dem Fachmann bekannte und in der Literatur beschriebene Zusätze enthalten. Beispielsweise können 0–15% pleochroitische Farbstoffe zugesetzt werden.
  • In der vorliegenden Anmeldung und in den folgenden Beispielen sind die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch Acronyme angegeben, wobei die Transformation in chemische Formeln gemäß folgender Tabellen A und B erfolgt. Alle Reste CnH2n+1 und CmH2m+1 sind geradkettige Alkylreste mit n bzw. m C-Atomen. Die Alkenylreste weisen die trans-Konfiguration auf. Die Codierung gemäß Tabelle B versteht sich von selbst. In Tabelle A ist nur das Acronym für den Grundkörper angegeben. Im Einzelfall folgt getrennt vom Acronym für den Grundkörper mit einem Strich der in der untenstehenden Tabelle angegebene Code für die Substituenten R1, R2, L1, L2 und L3.
  • Die TN- und STN-Displays enthalten vorzugsweise flüssigkristalline Mischungen, die sich aus ein oder mehreren Verbindungen aus den Tabellen A und B zusammensetzen.
    Code für R1, R2, L1, L2, L3 R1 R2 L1 12 13
    nm CnH2n+1 CmH2m+1 H H H
    nOm OCnH2n+1 CmH2m+1 H H H
    nO.m CnH2n+1 OCmH2m+1 H H H
    n CnH2n+1 CN H H H
    nN.F CnH2n+1 CN H H F
    nN.F.F CnH2n+1 CN H F F
    nF CnH2n+1 F H H H
    nOF OCnH2n+1 F H H H
    nF.F CnH2n+1 F H H F
    nmF CnH2n+1 CmH2m+1 F H H
    nOCF3 CnH2n+1 OCF3 H H H
    n-Vm CnH2n+1 -CH=CH-CmH2m+1 H H H
    nV-Vm CnH2n+1-CH=CH -CH=CH-CmH2m+1 H H H
    Tabelle A: (L1, L2, L3 = H oder F)
    Figure 00320001
    Figure 00330001
    Tabelle B:
    Figure 00330002
    Figure 00340001
    Figure 00350001
  • Tabelle C:
  • In der Tabelle C werden mögliche Dotierstoffe angegeben, die in der Regel den erfindungsgemäßen Mischungen zugesetzt werden.
  • Figure 00360001
  • Figure 00370001
  • Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen. Es bedeutet
    • Klp.
    Klärpunkt (Phasenübergangstemperatur nematisch-isotrop),
    S-N
    Phasenübergangs-Temperatur smektisch-nematisch,
    Visk.
    Fließviskosität (mm2/s, soweit nicht anders angegeben, bei 20°C),
    Δn
    optische Anisotropie (589 nm, 20°C),
    Δε
    dielektrische Anisotropie (1 kHz, 20°C),
    steep
    Kennliniensteilheit = (V90N10 – 1)·100[%]
    V10
    Schwellenspannung = charakteristische Spannung bei einem relativen Kontrast von 10%,
    V90
    charakteristische Spannung bei einem relativen Kontrast von 90%,
    tave
    Figure 00370002
    (mittlere Schaltzeit),
    ton
    Zeit vom Einschalten bis zur Erreichung von 90% des maximalen Kontrastes,
    toff
    Zeit vom Ausschalten bis zur Erreichung von 10% des maximalen Kontrastes,
    Mux
    Multiplexrate,
    tstore
    Tieftemperatur-Lagerstabilität in Stunden (–20°C, –30°C, –40°C)
  • Vor- und nachstehend sind alle Temperaturen in °C angegeben. Die Prozentzahlen sind Gewichtsprozente. Alle Werte beziehen sich auf 20°C, soweit nicht anders angegeben. Die Ansteuerung der Anzeigen erfolgt, soweit nicht anders angegeben, nicht multiplexiert. Die Verdrillung (twist) beträgt 240°, soweit nicht anders angegeben.

Claims (6)

  1. Nematische Flüssigkristallmischung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Verbindungen der Formel I,
    Figure 00390001
    eine oder mehrere Verbindungen der Formel II
    Figure 00390002
    und mindestens eine Verbindung der Formeln IV27a, IV27b und/oder IV27c.
    Figure 00390003
    enthält, worin die einzelnen Reste folgende Bedeutungen besitzen:
    Figure 00400001
    R1 und R2 einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH2-Gruppen durch -O-, -S-, -C-C-, -OC-O-, oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, alkyl eine geradkettige Alkylgruppe mit 1 bis 7 C-Atomen, Y F, Cl, halogenierter Alkyl-, Alkenyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 6 C-Atomen.
  2. Nematische Flüssigkristallmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Y in Formel I Fluor bedeutet.
  3. Nematische Flüssigkristallmischung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen der Formeln IIIa bis IIIj enthält,
    Figure 00410001
    Figure 00420001
    worin R3 eine für R1 angegebenen Bedeutungen besitzt und L1-4 jeweils unabhängig voneinander H oder F bedeuten.
  4. Nematische Flüssigkristallmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen der Formeln III*i bis III*k enthält,
    Figure 00420002
    Figure 00430001
    worin Alkenyl 1E- oder 3E-Alkenyl bedeutet.
  5. Nematische Flüssigkristallmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich ein oder mehrere Verbindungen der Formeln VIa bis VIe enthält,
    Figure 00430002
    worin R6 und R6* jeweils unabhängig voneinander H, CH3, C2H5 oder n-C3H7, alkyl eine geradkettige Alkylkette mit 1 bis 7 C-Atomen bedeuten.
  6. Verwendung der nematischen Flüssigkristallmischung in TN- oder STN-Flüssigkristallanzeigen.
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