Der vorliegenden Erfindung liegt
daher als eine Aufgabe zugrunde, flüssigkristalline Medien bereitzustellen,
deren Verwendung in elektrooptischen Anzeigevorrichtungen zu einer
Verminderung des Leistungsverbrauchs führt und die gleichzeitig die
weiteren, oben genannten Nachteile herkömmlicher Flüssigkristallmischungen nicht
oder in geringerem Maße
bei zugleich kurzen Schaltzeiten und sehr guten Steilheiten aufweisen.
Es wurde nun gefunden, daß die Aufgabe
gelöst
wird von einem flüssigkristallinen
Medium, umfassend
– eine
Komponente (α),
die wenigstens eine Verbindung der Formel I
umfaßt, wobei
L
11 H
oder F bedeutet;
R
11 Alkyl mit 1 bis
12 Kohlenstoffatomen oder Alkenyl mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen
bedeutet;
Z
1 eine Einfachbindung ist
oder -COO- bedeutet; und
und
– eine Komponente
(β), die
wenigstens eine Verbindung der Formel II
umfaßt, wobei
R
21 Alkyl
mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Alkenyl mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen
bedeutet;
R
22 Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen
oder Alkenyl mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei eine -CH
2-Gruppe durch Sauerstoff ersetzt sein kann;
wobei
für die
dielektrische Anisotropie Δε
korr des
flüssigkristallinen
Mediums gilt:
(Dabei bedeutet in Gleichung
(1) Δε
korr die
gemäß Gleichung
(2) auf einen Klärpunkt
des flüssigkristallinen
Mediums von 373 K (100 °C)
korrigierte, experimentell bei T
exp ermittelte
dielektrische Anisotropie Δε
exp mit
T
exp =
293 K (20°C)
und
T
Klp. = Klärpunkt in °K;
und V
10 die
Schwellenspannung des flüssigkristallinen
Mediums (mit einer Transmission von 10%) in einem STN-Display mit
einem Pretilt-Winkel von 5° und
einem Twist-Winkel von 240° bei
293 K und senkrechter Inzidenz im Yellow-Mode.)
Die Verwendung des erfindungsgemäßen flüssigkristallinen
Mediums in einer elektrooptischen Anzeigevorrichtung bewirkt nicht
nur
- – hohe
Steilheit der elektrooptischen Kennlinie
- – geringe
Temperaturabhängigkeit
der Schwellenspannung und
- – sehr
schnelle Schaltzeiten, insbesondere bei tiefen Temperaturen,
sondern
vermindert vor allem deren Energieverbrauch im Vergleich zur Verwendung
herkömmlicher
flüssigkristalliner
Medien. Es hat sich gezeigt, daß es
dabei wesentlich auf die Einhaltung der in Gleichung (1) angegebenen
Bedingung für
die dielektrische Anisotropie ankommt. Ohne den Anspruch erheben
zu wollen, eine umfassende theoretische Erklärung dieses Effekts geben zu
können,
liegt ein Grund für
diesen energiesparenden Effekt möglicherweise
darin, daß durch
die Einhaltung der in Gleichung (1) angegebenen Bedingung die dielektrische
Anisotropie des in einer elektrooptischen Anzeigevorrichtung enthaltenen
energiesparenden flüssigkristallinen
Mediums der vorliegenden Erfindung soweit absinkt, daß über eine
Verringerung der Kapazität des
Flüssigkristall-Displays
der Gesamtstromverbrauch und somit der Leistungsverbrauch der elektrooptischen
Anzeigevorrichtung insgesamt sinkt.
Die erfindungsgemäßen energiesparenden flüssigkristallinen
Medien erlauben somit – insbesondere für TN- und
STN-Anzeigen – zugleich
eine Verbesserung der elektrooptischen Parameter wie Steilheit der Kennlinie,
Temperaturabhängigkeit
der Schwellenspannung und Schaltzeiten und eine Verringerung des
Energieverbrauchs durch Absenken des Leistungsverbrauchs des das
erfindungsgemäße flüssigkristalline
Medium enthaltenden Displays.
Die erfindungsgemäßen energiesparenden flüssigkristallinen
Medien verkürzen
insbesondere deutlich die Schaltzeiten von TN- und STN-Mischungen bei gleichzeitiger
Erhöhung
der Steilheit und geringer Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung
und unter Verringerung des Energieverbrauchs.
Weiterhin zeichnen sich die erfindungsgemäßen Medien
durch folgende Eigenschaften aus:
- – niedrige
Viskosität,
- – niedrige
Rotationsviskosität,
- – niedrige
Schwellenspannung und Operationsspannung,
- – hohe
Lagerstabilität
im Display bei tiefen Temperaturen.
Das erfindungsgemäße energiesparende flüssigkristalline
Medium findet Verwendung in elektrooptischen Anzeigevorrichtungen,
insbesondere TN- und
STN-Displays. Ein solches Flüssigkristall-Display
umfaßt beispielsweise
- – 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 (Pretilt-Winkel) zwischen der Längsachse der Moleküle an der
Oberfläche
der Trägerplatten
und den Trägerplatten
von 0 Grad bis 30 Grad, und
- – einem
Verdrillungswinkel (Twist-Winkel) der Flüssigkristallmischung in der
Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht dem Betrag
nach zwischen 22,5° und
600°,
und
ist dadurch gekennzeichnet, daß es
ein wie oben beschriebenes energiesparendes flüssigkristallines Medium enthält.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
das erfindungsgemäße Medium
– eine nematische
Flüssigkristallmischung
umfassend
- a) 5 – 75 Gew.-% einer flüssigkristallinen
Komponente (α),
umfassend wenigstens eine Verbindung mit einer dielektrischen Anisotropie
von über
+1,5;
- b) 25 – 85
Gew.-% einer flüssigkristallinen
Komponente (β),
umfassend wenigstens eine Verbindung mit einer dielektrischen Anisotropie
zwischen –1,5
und +1,5;
- c) 0 – 20
Gew.-% einer flüssigkristallinen
Komponente (δ);
und
- d) gegebenenfalls eine optisch aktive Komponente (χ) 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 (α)
mindestens eine Verbindung der Formel I und die Komponente (β) mindestens
eine Verbindung der Formel II enthält und für die dielektrische Anisotropie Δεkorr der
Mischung gilt:
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 I18:
wobei
n eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, m eine ganze Zahl von 0 bis
10 ist, p eine ganze Zahl von 0 bis 10 ist und m + p ≤ 10 ist. Unter
diesen Verbindungen sind jene besonders bevorzugt, die durch die
Formeln IA (= I12) und IB (= I17, I18) dargestellt werden:
worin R
11
A Alkenyl mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen
bedeutet; und R
11B Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen
oder Alkenyl mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet. Als vorteilhaft
haben sich insbesondere auch flüssigkristalline Mischungen
enwiesen, die neben den am meisten bevorzugten Verbindungen der
Formel IA und/oder IB weitere Verbindungen der Formel I, z.B. der
Formel I3, enthalten.
Ferner ist es besonders bevorzugt,
daß in
den Verbindungen I1 bis I8 sowie I17 n 2,3. 4 oder 5 ist, d.h. CnH2n+1 für Ethyl,
Propyl, Butyl oder Pentyl steht, wobei insbesondere n 2 ist (d.h.
CnH2n+1 für Ethyl
steht), und daß in
den Verbindungen I9 bis I16 sowie I18 m 0 und p 0 oder 2 sind.
Sofern die Alkenyl-substituierten
Verbindungen der Formel I als E/Z-Isomeren vorliegen können, sind die E-konfigurierten
Alkenyle der Formel I bevorzugt.
Der Anteil der besonders bevorzugten
Verbindungen der Formeln IA und IB an der Gesamtmenge der erfindungsgemäßen Mischungen
beträgt
vorzugsweise 2 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 bis 25 Gew.-%
und ganz besonders bevorzugt 4 bis 20 Gew.-%.
Die in den erfindungsgemäßen Medien
enthaltenen Verbindungen der Formel II umfassen insbesondere Verbindungen
der Formeln II1 und II2:
wobei m und p jeweils
eine ganze Zahl von 0 bis 10 sind, m + p ≤ 10 ist und q eine ganze Zahl
von 1 bis 12 ist. Dabei ist es besonders bevorzugt, daß m 0 der
1 ist, p 0 ist und q 1, 2, 3, 4 oder 5 ist.
Sofern die endständig Alkenyl-substituierten
Verbindungen der Formeln II1 und II2 als E/Z-Isomeren vorliegen
können,
sind die E-konfigurierten Alkenyle bevorzugt.
Ganz besonders bevorzugte Verbindungen
der Formel II sind die Verbindungen der Formeln II1a, II2a und II2b:
wobei q eine ganze Zahl von
1 bis 12, insbesondere 1 bis 5 und ganz besonders bevorzugt 1 ist
(d.h. C
qH
2q+1 steht
für Methyl).
Die Verbindungen der Formel II sind
in den erfindungsgemäßen Mischungen üblicherweise
in einer Menge von 3-30 Gew.-% (bezogen auf die Gesamtmenge), bevorzugt
4-25 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 5-15 Gew.-% enthalten.
Weiterhin ist es bevorzugt, daß die Komponente
(β) des
erfindungsgemäßen flüssigkristallinen
Mediums wenigstens eine Verbindung der Formel III umfaßt:
wobei R
31 und
R
32 unabhängig voneinander Alkyl mit
1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Alkenyl mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen
bedeuten, wobei eine -CH
2-Gruppe durch Sauerstoff
ersetzt sein kann. Bei R
31 und R
32 handelt es sich insbesondere um unverzweigte
Alkylreste.
Bevorzugte Tolan-Verbindungen der
Formel III sind solche der Formeln T1a, T1b, T1c und T1d sowie der
Formel T1e:
wobei
x in den Formeln T1a, T1d und T1e eine ganze Zahl von 1 bis 12,
in Formel T1b eine ganze Zahl von 1 bis 11 und in Formel T1c eine
ganze Zahl von 1 bis 10 ist, z eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist,
in Formel T1c x + z ≤ 11
ist, y in den Formeln T1a-T1 c eine ganze Zahl von 1 bis 12 und
in der Formel T1d eine ganze Zahl von 1 bis 11 ist und r eine ganze
Zahl von 2 bis 12 ist. Besonders bevorzugt sind Verbindungen der
Formel T1a mit x 1, 2, 3, 4 oder 5 und y 1, 2, 3, 4 oder 5; unter
diesen Verbindungen sind solche mit x = 3 und y = 2 oder 4 am meisten
bevorzugt.
Verbindungen der Formel III sind
in den erfindungsgemäßen Mischungen üblicherweise
in eine Menge von 2-40 Gew.-%, bevorzugt 5-30 Gew.-% und insbesondere
bevorzugt 7,5-25 Gew.-% enthalten.
Ferner ist es bevorzugt, daß die Komponente
(β) des
erfindungsgemäßen flüssigkristallinen
Mediums wenigstens eine Verbindung der Formel IV umfaßt:
wobei L
41 und
L
42 unabhängig voneinander H oder F bedeuten;
R
41 Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen
oder Alkenyl mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet; R
42 Alkyl
mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, Alkenyl mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen
oder F bedeutet, wobei wenigstens einer der Reste R
41 und
R
42 Alkenyl bedeutet; und d 0 oder 1 ist.
Besonders bevorzugt unter diesen
Verbindungen der Formel IV sind Verbindungen der Formel IV1 bis IV11:
wobei
R
4a und R
4b jeweils
unabhängig
voneinander H, Methyl, Ethyl oder n-Propyl bedeuten, alkyl eine
geradkettige Alkylkette mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise
n-Propyl oder n-Pentyl, ist und alkyl eine geradkettige Alkylkette
mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Methyl, n-Propyl oder
n-Pentyl, ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, daß die Komponente
(α) des
erfindungsgemäßen energiesparenden
flüssigkristallinen
Mediums wenigstens eine Verbindung der Formel V umfaßt:
wobei L
51 und
L
52 unabhängig voneinander H oder F bedeuten;
und R
51 Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder
Alkenyl mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet. Vorzugsweise bedeuten
L
51 und L
52 zugleich
F und ist R
51 eine geradkettige Alkylkette
mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methyl, Ethyl, n-Propyl,
n-Butyl oder n-Pentyl.
Ferner ist es bevorzugt, daß die Komponente
(α) des
erfindungsgemäßen energiesparenden
flüssigkristallinen
Mediums wenigstens eine Verbindung der Formel VI umfaßt:
wobei R
61 Alkyl
mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet. Vorzugsweise ist R
61 eine geradkettige Alkylkette mit 1 bis
7 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl
oder n-Pentyl.
Darüber hinaus kann die Komponente
(α) Verbindungen
der Formel VII1 enthalten:
worin n eine ganze Zahl von
1 bis 12 ist.
Im allgemeinen weisen die Verbindungen
der Komponente (α)
eine positive dielektrische Anisotropie Δε von > +1,5 auf und tragen bei der Anwendung
der erfindungsgemäßen Medien
in TN- und STN-Anzeigen insbesondere zur Verringerung der Schwellenspannung
V10 sowie zu niedrigen Werten der Rotationsviskosität γ1,
hoher Steilheit der elektrooptischen Kennlinie und schnellen Schaltzeiten
bei. Wenigstens eine der Verbindungen der Komponente (α) hat ein Δε von > +1,5, bevorzugt von > +3, insbesondere von > +8. Die Verbindungen
der Komponente (α)
sind in den erfindungsgemäßen Mischungen
in einer Menge von insgesamt 5 Gew.-% bis 75 Gew.-% , bevorzugt
von 9 Gew.-% bis 55 Gew.-% und insbesondere von 13 bis 40 Gew.-%
enthalten.
Weitere Verbindungen, die in der
Komponente (β)
der erfindungsgemäßen energiesparenden
Medien enthalten sein können,
sind solche der Formeln VIII bis XIII:
worin
L
111, L
121, L
122 und L
123 unabhängig voneinander
H oder F bedeuten;
R
81, R
91,
R
92, R
101, R
111 und R
121 unabhängig voneinander
Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeuten;
R
82 F
oder Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei eine -CH
2-Gruppe durch ein Sauerstoffatom ersetzt
sein kann;
R
102 Alkyl mit 1 bis 12
Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei eine -CH
2-Gruppe durch ein
Sauerstoffatom ersetzt sein kann;
R
122 F
oder Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet;
R
131 Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen
oder Alkenyl mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet;
R
132 Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen
oder Alkenyl mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei eine -CH
2-Gruppe durch ein Sauerstoffatom ersetzt
sein kann;
Y
111 F, Cl, CF
3,
OCF
3, OCHF
2 oder
-CH=CF
2 bedeutet;
Z
9 -COO-
oder -CH
2O- bedeutet;
k, l und t unabhängig voneinander
0 oder 1 bedeuten;
Formel VIII umfaßt insbesondere Verbindungen
der Formeln VIII1 bis VIII5:
wobei n eine ganze
Zahl von 1 bis 12 ist, m in den Formeln VIII1 und VIII3 eine ganze
Zahl von 1 bis 12 und in den Formeln VIII2 und VIII4 eine ganze
Zahl von 1 bis 11 ist. Vorzugsweise sind C
nH
2n+1 und C
mH
2m+1 jeweils unabhängig voneinander eine geradkettige
Alkylkette mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methyl, Ethyl,
n-Propyl, n-Butyl oder n-Pentyl.
Formel IX umfaßt insbesondere Verbindungen
der Formeln IX1 bis IX3:
wobei n und m unabhängig voneinander
jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 12 sind. Vorzugsweise sind C
nH
2n+1 und C
mH
2m+1 jeweils unabhängig voneinander
eine geradkettige Alkylkette mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen, insbesondere
Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl oder n-Pentyl.
Formel X umfaßt insbesondere Verbindungen
der Formeln X1 bis X3:
wobei n eine ganze Zahl von
1 bis 12 ist, m in den Formeln X1 und X3 eine ganze Zahl von 1 bis
12 und in Formel X2 eine ganze Zahl von 1 bis 11 ist. Vorzugsweise
sind C
nH
2n+1 und
C
mH
2m+1 jeweils
unabhängig
voneinander eine geradkettige Alkylkette mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen,
insbesondere Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl oder n-Pentyl.
Formel XI umfaßt insbesondere Verbindungen
der Formeln XI1 bis XI12:
wobei
n eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist. Vorzugsweise ist C
nH
2n+1 eine geradkettige Alkylkette mit 1 bis
7 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl
oder n-Pentyl. Am meisten bevorzugt sind dabei Verbindungen der
Formeln XI2, XI5 und XI6.
Formel XII umfaßt insbesondere Verbindungen
der Formeln XII1 bis XII7:
wobei
n und m unabhängig
voneinander jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 12 sind. Vorzugsweise
sind C
nH
2n+1 und
C
mH
2m+1 jeweils
unabhängig
voneinander eine geradkettige Alkylkette mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen,
insbesondere Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl oder n-Pentyl.
Formel XIII umfaßt insbesondere Tolan-Verbindungen
der Formeln XIII1 bis XIII8:
wobei
n eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, m in den Formeln XIII1, XIII3
und XIII5 eine ganze Zahl von 1 bis 12 und in den Formeln XIII2,
XIII4, XIII6 und XIII8 eine ganze Zahl von 1 bis 11 ist und p eine
ganze Zahl von 2 bis 12 ist. Vorzugsweise sind C
nH
2n+1 und C
mH
2m+1 jeweils unabhängig voneinander eine geradkettige
Alkylkette mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methyl, Ethyl,
n-Propyl, n-Butyl oder n-Pentyl, während C
pH
2p–1 vorzugsweise
eine Alkenylkette mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen ist, insbesondere
CH
2=CH- und CH
2=CH-CH
2-CH
2-.
Ferner kann die Komponente (β) der erfindungsgemäßen flüssigkristallinen
Medien Verbindungen der Formeln XIV1 bis XIV3 enthalten:
wobei n und m unabhängig voneinander
jeweils eine ganze Zahl von 1 bis 12 sind. Vorzugsweise sind C
nH
2n+1 und C
mH
2m+1 jeweils unabhängig voneinander
eine geradkettige Alkylkette mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen, insbesondere
Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl oder n-Pentyl.
Verbindungen der Komponente (β) weisen überwiegend
niedrige Rotationsviskositätswerte
und zumeist Werte für
die dielektrische Anisotropie Δε zwischen
+1,5 bis –1,5
auf (ohne daß dies
für alle
Verbindungen dieser Komponente zwingend erforderlich wäre). Ihr
Anteil an den erfindungsgemäßen energiesparenden Medien
beträgt
25 – 85
Gew.-%, insbesondere 35 – 80
Gew.-% und besonders bevorzugt 40 – 75 Gew.-%. Bei der individuellen
Auswahl und Menge der Verbindungen der Komponente (β) ist stets
darauf zu achten, daß die
dielektrische Anisotropie Δεkorr der
Gesamtmischung der oben angegebenen Gleichung (1) gehorcht.
Die erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Medien enthalten
gegebenenfalls auch eine optisch aktive Komponente (χ) 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
wie z.B. Cholesterylnonanoat (CN), R-811, S-811, R-1011, S-1011,
R-2011, S-2011,
R-3011, S-3011 und CB15 (Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland) (siehe
auch Tabelle C). Die Dotierstoffe können auch in Kombination miteinander
eingesetzt werden. Die Wahl der Dotierstoffe ist an sich nicht kritisch.
sofern die Einhaltung der durch Gleichung (1) für die dielektrische Anisotropie Δεkorr der
Gesamtmischung definierten Grenze gewährleistet ist.
Der Anteil der Verbindungen der Komponente
(χ) beträgt vorzugsweise
0 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt
0 bis 3 Gew.-% (wobei die Mengenangaben der Komponente (χ) bei der
Berechnung der Gesamtmenge der erfindungsgemäßen Mischungen nicht berücksichtigt
werden).
Darüber hinaus können die
erfindungsgemäßen flüssigkristallinen
Mischungen auch gegebenenfalls bis zu 20 Gew.-%, insbesondere 0
bis 15 Gew.-% der Komponente (δ)
enthalten; diese Komponente (δ)
umfaßt Verbindungen,
die gegebenenfalls für
die Feineinstellung von Mischungseigenschaften für spezifische Anwendungen genutzt
werden können.
So können
einige dieser Verbindungen die Steilheit der elektrooptischen Kennlinie
erhöhen
bzw. die Temperaturabhängigkeit
wesentlicher Mischungsparameter vermindern. Dabei ist zu beachten,
daß sie
die Eigenschaften der erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Medien derart
beeinflussen können,
daß die
dielektrische Anisotropie Δεkorr der
Gesamtmischung deutlich ansteigt. Die eingesetzte Menge der Verbindungen
der Komponente (δ)
ist daher auf max. 20 Gew.-% beschränkt.
Verbindungen der Komponente (δ) sind u.a.
Verbindungen der Formeln XV bis XIX:
wobei
L
171 und
L
172 unabhängig voneinander H oder F bedeuten;
R
151 Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen
oder Alkenyl mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet;
R
161, R
162, R
171, R
181, R
182 und R
191 unabhängig voneinander
Alkyl mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeuten;
R
172 Alkyl
mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder F bedeutet;
Y
191 F
oder Cl bedeutet;
Z
17 -COO- oder -(CH
2)
2- bedeutet; und
s
0 oder 1 ist.
Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigen
keine Verbindungen der Komponente (δ).
Weitere bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf erfindungsgemäße energiesparende
flüssigkristalline
Medien, die neben den Verbindungen der Komponenten (α) und (β) sowie gegebenenfalls
(δ) und
(χ) flüssigkristalline
Verbindungen der Formeln XX1 bis XX40 enthalten:
wobei
n und q jeweils
unabhängig
voneinander eine ganze Zahl zwischen 1 und 12 bedeuten;
m und
p jeweils eine ganze Zahl von 0 bis 10 bedeuten und m + p ≤ 10 ist;
L*
und L** unabhängig
voneinander H oder F bedeuten;
R* und R** unabhängig voneinander
einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF
3 oder
mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest
mit bis zu 15 Kohlenstoffatomen bedeuten, wobei in diesen Resten
auch eine oder mehrere CH
2-Gruppen durch
-O-, -S-, -C≡C-,
-CO-O- oder -O-CO- so ersetzt sein können, daß O-Atome nicht direkt miteinander
verknüpft
sind; und
Y* F, Cl, halogenierter Alkyl-, Alkenyl- oder Alkoxyrest
mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet.
Der Anteil dieser Verbindungen in
den erfindungsgemäßen Mischungen
hängt jeweils
davon ab, daß die
in Gleichung (1) angegebene Bedingung für die dielektrische Anisotropie Δεkorr des
flüssigkristallinen
Mediums eingehalten wird. Üblicherweise
beträgt
ihr Anteil nicht mehr als 20 Gew.-%.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
bedeutet der Ausdruck "Alkyl" einen gesättigten
unverzweigten oder verzweigten (aliphatischen) Kohlenwasserstoffrest
mit vorzugsweise 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 Kohlenstoffatomen.
Bevorzugt ist der Kohlenwasserstoffrest unverzweigt und weist 1
bis 7 Kohlenstoffatome auf. Besonders bevorzugte Beispiele sind
Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl und n-Heptyl.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
bedeutet der Ausdruck "Alkenyl" einen unverzweigten
oder verzweigten acyclischen (aliphatischen) Kohlenwasserstoffrest
mit wenigstens einer C=C-Doppelbindung und vorzugsweise 2, 3, 4,
5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 Kohlenstoffatomen. Bevorzugt ist der
Kohlenwasserstoffrest unverzweigt und weist 1 bis 7 Kohlenstoffatome
auf. Sofern der Alkenylrest E- und Z-Konfiguration aufweisen kann,
d.h. an beiden Kohlenstoffatomen der C=C-Doppelbindung wenigstens einen Substituenten
trägt,
ist er vorzugsweise E-konfiguriert. Besonders bevorzugte Beispiele
für Alkenyl
sind Vinyl und 1E- und 3-E-Alkenyl mit bis zu 7 Kohlenstoffatomen,
insbesondere 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 und 6-Heptenyl.
Ist in den Alkyl- und Alkenylresten
eine -CH2-Gruppe durch Sauerstoff (O) ersetzt,
so kann diese Ersetzung grundsätzlich
an jeder Stelle der Alkyl- bzw.
Alkenylkette erfolgen. Bevorzugt sind dabei O-Alkyl, O-Alkenyl und
-CH2-CH2-O-Alkyl-Reste.
Wie sich gezeigt hat, wird durch
Einstellen der dielektrischen Anisotropie Δε
korr der
erfindungsgemäßen flüssigkristallinen
Mischungen gemäß Gleichung
(1)
der gewünschte energiesparende Effekt
erzielt. Bevorzugt sind Mischungen, für die gilt:
insbesondere bevorzugt sind
Mischungen, für
die gilt:
Die in den erfindungsgemäßen TN-
und STN-Zellen verwendeten Flüssigkristallmischungen
sind – unter
Einhaltung der in Gleichung (1) angegebenen Grenze – dielektrisch
positiv mit Δε ≥ 1; besonders
bevorzugt sind dabei Flüssigkristallmischungen
mit Δε ≥ 3, insbesondere
mit Δε ≥ 5.
Die erfindungsgemäßen energiesparenden flüssigkristallinen
Medien zeichnen sich insbesondere beim Einsatz in TN- und STN-Anzeigen
mit hohen Schichtdicken durch sehr niedrige Summenschaltzeiten aus (tges = ton + toff).
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen weisen
günstige
Werte für
die Schwellenspannung V10 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 Δn ist im allgemeinen die Verwendung
erfindungsgemäßer Flüssigkristallmischungen
bevorzugt, da dann der Wert für
d relativ klein gewählt
werden kann, was zu besonders günstigen
Werten für
die Schaltzeiten führt.
Aber auch solche erfindungsgemäßen 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 erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigen
weisen einen großen
Arbeitstemperaturbereich und eine gute Winkelabhängigkeit des Kontrastes auf.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen 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 den 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 Gew.-% pleochroitische Farbstoffe zugesetzt werden.
Die in den erfindungsgemäßen flüssigkristallinen
Medien eingesetzten Verbindungen sind als solche literaturbekannt
und können – sofern
sie nicht kommerziell erhältlich
sind – nach
im Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung wird durch
die nachfolgenden Beispiele weiter erläutert und veranschaulicht,
nicht aber beschränkt.
In diesen Beispielen sind die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch Akronyme
angegeben, wobei die Transformation in chemische Formeln gemäß folgender
Tabellen A und B erfolgt. Alle Reste C
nH
2n+1 und C
mH
2m+1 in diesen Formeln sind geradkettige
Alkylreste mit n bzw. m Kohlenstoffatomen. Die Alkenylreste weisen
in diesen Beispielen die trans-Konfiguration
auf. Die Codierung gemäß Tabelle
B versteht sich von selbst. In Tabelle A ist nur das Akronym für den Grundkörper angegeben.
Im Einzelfall folgt getrennt vom Akronym für den Grundkörper mit
einem Strich der in der untenstehenden Tabelle angegebene Code für die Substituenten
R
1, R
2, L
1, L
2 und L
3. In Klammern gesetzte Buchstaben kennzeichnen
einen optional vorhandenen Rest bzw. ein optional vorhandenes Atom;
so umfaßt
beispielsweise PCH-n(O)m sowohl PCH-nm als auch PCH-nOm.
Tabelle
A: (L
1, L
2, L
3 = H oder F)
Tabelle
B:
Tabelle C:
In der Tabelle C werden mögliche Dotierstoffe
angegeben, die den erfindungsgemäßen Mischungen zugesetzt
werden können
(Komponente (χ)).