DE19720296A1 - Super:twist liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Supertwist- Flüssigkristallanzeigen (STN-Anzeigen) mit kurzen Schaltzeiten, guten Steilheiten und niedrigen Schwellenspannungen sowie die darin verwendeten neuen nematischen Flüssigkristallmischungen.The invention relates to supertwist Liquid crystal displays (STN displays) with short Switching times, good slopes and low Threshold voltages as well as the new ones used therein nematic liquid-crystal mixtures.
STN-Anzeigen gemäß des Oberbegriffs 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, Band 26, Nr. 11, L1784-L1786 (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, Band 4 (1), Seiten 1-8 (1986). Der Begriff STN umfaßt hier jedes relativ hoch verdrillte Anzeigeelement mit einem Verdrillungswinkel dem Betrag nach zwischen 160° und 720°, 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-LCDs (DE-OS 35 03 259), SBE-LCDs (T.J. Scheffer und J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (10), 1021 (1984)), OMI-LCDs (M. Schadt und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (5), 236 (1987)), DST-LCDs (EP-OS 0 246 842) oder BW-STN-LCDs (K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6)).STN displays according to the preamble are known, for. B. from EP 0 131 216 B1; DE 34 23 993 A1; EP 0 098 070 A2; M. Schadt and F. Leenhouts, 17th Freiburg Workshop Liquid crystals (8-10.04.87); K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6); M. Schadt and F. Leenhouts, SID 87 Digest 372 (20.1); K. Katoh et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 26, No. 11, L1784-L1786 (1987); F. Leenhouts et al., Appl. Phys. Lett. 50 (21), 1468 (1987); HA. van Sprang and H.G. Koopman, J. Appl. Phys. 62 (5), 1734 (1987); T.J. Scheffer and J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (10), 1021 (1984); M. Schadt and F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (5), 236 (1987) and E.P. Raynes, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Letters, Vol. 4 (1), pages 1-8 (1986). The term STN here includes any relatively high twist Display element with a twist angle in the amount between 160 ° and 720 °, such as the Display elements according to Waters et al. (C.M. Waters et al., Proc. Soc. Inf. Disp. (New York) (1985) (3rd Intern. Display Conference, Kobe, Japan), the STN-LCDs (DE-OS 35 03 259), SBE-LCDs (T.J. Scheffer and J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (10), 1021 (1984)), OMI LCDs (M. Schadt and F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (5), 236 (1987)), DST-LCDs (EP-OS 0 246 842) or BW-STN-LCDs (K.Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6)).
Derartige 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 STN-Anzeigen mit kurzen Schaltzeiten, insbesondere auch bei relativ tiefen Temperaturen. Zur Erzielung von kurzen Schaltzeiten wurden bisher insbesondere die Viskositäten der Flüssigkristallmischungen optimiert unter Verwendung von zumeist optimierten Kombinationen von Flüssigkristallkomponenten und gegebenenfalls auch monotropen Zusätzen mit relativ hohem Dampfdruck. Die erzielten Schaltzeiten waren jedoch nicht für jede Anwendung ausreichend.Such STN displays stand out in comparison to Standard TN displays with significantly better slopes the electro-optical characteristic and associated better contrast levels as well as through a significant lower angle dependence of the contrast. From Of particular interest are STN ads with short ones Switching times, especially at relatively low Temperatures. To achieve short switching times have been So far in particular the viscosities of Liquid crystal mixtures optimized using mostly optimized combinations of Liquid crystal components and optionally also monotropic additives with relatively high vapor pressure. The However, achieved switching times were not for each Application sufficient.
Kürzere Schaltzeiten lassen sich auch durch Verringerung der Schichtdicke der Flüssigkristallschicht der STN-Anzeige und durch Verwendung von Flüssigkristallmischungen mit höherer Doppelbrechung Δn erzielen.Shorter switching times can also be achieved Reduction of the layer thickness of the liquid crystal layer the STN display and by using Liquid crystal mixtures with higher birefringence Δn achieve.
In der Regel weisen Zusammensetzungen mit kurzen Schaltzeiten vergleichsweise hohe Schwellenspannungen auf.As a rule, compositions with short Switching times comparatively high threshold voltages.
All diese Ansätze zur Erzielung kürzerer Schaltzeiten führen letztlich jedoch immer noch zu Mischungen, die nicht für jede Anwendung geeignet waren, insbesondere zu solchen mit hohen Schwellenspannungen.All these approaches to achieve shorter switching times Ultimately, however, still lead to mixtures that are not were suitable for any application, especially those with high threshold voltages.
In der Internationalen Patentanmeldung WO 91/00898 sind STN-Anzeigen mit vergleichsweise kurzen Schaltzeiten, aber hohen Schwellenspannungen beschrieben, die auf Verbindungen mit einem terminalen ein- oder zweifach fluorierten Benzolring basieren.In International Patent Application WO 91/00898 are STN displays with comparatively short switching times, but high threshold voltages are described on Compounds with a terminal one or two times fluorinated benzene ring based.
Aus der Europäischen Patentanmeldung EP 0 681 022 sind flüssigkristalline Zusammensetzungen bekannt, die Verbindungen der FormelFrom European Patent Application EP 0 681 022 are liquid crystalline compositions are known, the Compounds of the formula
10% einer Verbindung der Formel10% of a compound of the formula
sowie andere Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von mehr als 1,5 enthalten.as well as other compounds with a dielectric Anisotropy of more than 1.5 included.
Diese Zusammensetzungen besitzen jedoch Schwellenspannungen von mehr als 1,3 V.However, these compositions have Threshold voltages of more than 1.3 V.
Somit besteht immer noch die Forderung nach einer Verbesserung der Schwellenspannungen von STN-Anzeigen.Thus, there is still the demand for one Improving the threshold voltages of STN displays.
Weitere Anforderungen an eine STN-Anzeige sind eine höhere Multiplexierbarkeit, niedrigere Schwellenspannungen und eine steile Kennlinie.Further requirements for an STN display are one higher multiplexability, lower threshold voltages and a steep characteristic.
Optimale Parameter lassen sich jedoch aufgrund der gegenläufigen Beeinflussung verschiedener Materialparameter wie dielektrische und elastische Eigenschaften nicht für alle der obengenannten Eigenschaften gleichzeitig erzielen.Optimal parameters can be, however, due to the counteracting different material parameters such as dielectric and elastic properties not for achieve all of the above properties simultaneously.
Es besteht somit immer noch ein großer Bedarf an verbesserten STN-Anzeigen mit kurzen Schaltzeiten bei gleichzeitig großem Arbeitstemperaturbereich, hoher Kennliniensteilheit, guter Winkelabhängigkeit des Kontrastes und niedriger Schwellenspannung.There is thus still a great need for improved STN displays with short switching times at the same time large working temperature range, high Slope slope, good angle dependence of Contrast and low threshold voltage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, STN-Anzeigen bereitzustellen, die die obengenannten Nachteile nicht oder nur in geringem Maße und gleichzeitig sehr nützliche Gesamteigenschaften aufweisen.The invention is based on the object, STN displays to provide that does not have the disadvantages mentioned above or only to a small extent and at the same time very useful Have overall properties.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man nematische Flüssigkristallmischungen verwendet, deren Komponente A im wesentlichen aus mindestens einer Verbindung mit einer terminalen 3,4,5-Trifluorphenylgruppe und mindestens einer Verbindung mit einem Strukturelement der Formel 1 besteht,It has now been found that this problem can be solved can, if you nematic liquid crystal mixtures used, whose component A consists essentially of at least one compound with a terminal 3,4,5-trifluorophenyl group and at least one compound with a structural element of formula 1,
worin L H oder F bedeutet.where L is H or F.
Vorzugsweise weist die nematische Flüssigkristallmischung einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60°C, eine Viskosität von nicht mehr als 35 mPa·s und eine dielektrische Anisotropie von mindestens +8 auf, wobei die dielektrischen Anisotropien der Verbindungen und die auf die nematische Flüssigkristallmischung bezogenen Parameter auf eine Temperatur von 20°C bezogen sind.Preferably, the nematic Liquid crystal mixture has a nematic phase range of at least 60 ° C, a viscosity of not more than 35 mPa · s and a dielectric anisotropy of at least +8 on, wherein the dielectric anisotropies of the compounds and those on the nematic liquid crystal mixture referenced parameters to a temperature of 20 ° C. are.
Die Erfindung betrifft somit eine STN-Anzeige mitThe invention thus relates to an STN display with
- - zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,- two plane-parallel support plates, with a Border form a cell,
- - einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver dielektrischer Anisotropie,- a nematic one in the cell Liquid crystal mixture with positive dielectric anisotropy
- - Elektrodenschichten mit überlagerten Orientierungsschichten auf der Innenseite der Trägerplatten,- Electrode layers with superimposed Orientation layers on the inside of the Carrier plates,
- - einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der auf der Oberfläche der Trägerplatten befindlichen Moleküle und den Trägerplatten von etwa 1 Grad bis 30 Grad sowie- An angle between the longitudinal axis of the on the surface of the carrier plates located molecules and the carrier plates of about 1 degree to 30 degrees such as
- - einem Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht dem Betrag nach zwischen 100° und 600°, wobei die nematische Flüssigkristallmischunga twist angle of the liquid-crystal mixture in the cell from orientation layer too Orientation layer in the amount between 100 ° and 600 °, wherein the nematic liquid crystal mixture
- a) 20-90 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A enthaltend eine oder mehrere Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von mehr als +1,5,a) 20-90 wt .-% of a liquid-crystalline component A. containing one or more compounds with a dielectric anisotropy greater than +1.5,
- b) 10-65 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente B enthaltend eine oder mehrere Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von -1,5 bis +1,5,b) 10-65% by weight of a liquid-crystalline component B containing one or more compounds with a dielectric anisotropy of -1.5 to +1.5,
- c) eine optisch aktive Komponente C in solch einer Menge enthält, daß das Verhältnis zwischen der Schichtdicke (Abstand der planparallelen Trägerplatten) und der natürlichen Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt, undc) an optically active component C in such an amount contains that the ratio between the layer thickness (Distance between the plane-parallel carrier plates) and the natural pitch of the chiral nematic Liquid crystal mixture is about 0.2 to 1.3, and
-
d) einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60°C,
eine Viskosität von nicht mehr als 35 mPa·s und eine
Schwellenspannung von weniger als 1,5 V aufweist,
wobei die dielektrischen Anisotropien der Verbindungen
und die auf die nematische Flüssigkristallmischung
bezogenen Parameter auf eine Temperatur von 20°C
bezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die
Komponente A im wesentlichen aus mindestens einer
mesogenen Verbindung mit einem Strukturelement der
Formel 1
insbesondere
worin R¹ Alkyl mit 1 bis 8 C-Atomen, m 0 oder 1 und L
H oder F bedeuten, und mindestens einer mesogenen
Verbindung mit einer terminalen
3,4,5-Trifluorphenylgruppe, insbesondere einer Verbindung
der Formel II besteht,
worin
R Alkyl, Alkoxy, Oxaalkyl, Alkenyl oder Alkenyloxy mit bis zu 12 C-Atomen, jeweils unabhängig voneinander L¹ und L² jeweils unabhängig voneinander H oder F,
Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander -COO-, -CH₂CH₂-, -C≡C- oder eine Einfachbindung und
○ 0 oder 1 bedeuten,
insbesondere solche ausgewählt aus den Formeln IIa bis IIh: worin R die angegebene Bedeutung besitzt.d) has a nematic phase range of at least 60 ° C, a viscosity of not more than 35 mPa · s, and a threshold voltage of less than 1.5V, the dielectric anisotropies of the compounds and the parameters related to the nematic liquid crystal mixture being at a temperature of 20 ° C, characterized in that component A consists essentially of at least one mesogenic compound with a structural element of formula 1 in particular wherein R¹ is alkyl having 1 to 8 C atoms, m is 0 or 1 and LH or F, and at least one mesogenic compound having a terminal 3,4,5-trifluorophenyl group, in particular a compound of formula II, wherein
R is alkyl, alkoxy, oxaalkyl, alkenyl or alkenyloxy having up to 12 C atoms, each independently L 1 and L 2 are each independently H or F,
Z¹ and Z² are each independently -COO-, -CH₂CH₂-, -C≡C- or a single bond and
○ 0 or 1,
in particular those selected from the formulas IIa to IIh: wherein R has the meaning given.
Vorzugsweise enthält die Komponente B eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Formeln III und IV:Preferably, component B contains one or several compounds selected from the group consisting from the formulas III and IV:
worin
R⁵ und R⁶ die für R angegebene Bedeutung besitzen,wherein
R⁵ and R⁶ have the meaning given for R,
und L¹ die bei Formel II angegebene
Bedeutung besitzen,
Z³ -COO-, -CH₂CH₂-, -CH=CH- oder eine Einfachbindung,
Z⁴ -COO- oder eine Einfachbindung und
r 1, 2 oder 3 bedeuten.and L¹ have the meaning given for formula II,
Z 3 is -COO-, -CH 2 CH 2 -, -CH = CH- or a single bond,
Z⁴ -COO- or a single bond and
r is 1, 2 or 3.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die Komponente B mindestens eine Verbindung der Formel III und mindestens eine Verbindung der Formel IV1,In a particularly preferred embodiment contains Component B at least one compound of formula III and at least one compound of the formula IV1,
worin
R5′ und R6′ jeweils unabhängig voneinander Alkyl mit 1
bis 8 C-Atomen,
L¹ H oder F und
k und l jeweils unabhängig voneinander 0 oder 1 bedeuten,
insbesondere solche,
worin
L¹ F,
k 1 und
l 0 bedeuten,
und/oder mindestens eine Verbindung der Formel IV1, worin
L¹ H,
k 0 und
l 0 oder 1
bedeuten.
wherein
R 5 ' and R 6' are each independently of the other alkyl of 1 to 8 carbon atoms,
L¹ H or F and
each k and l are independently 0 or 1,
especially those
wherein
L¹ F,
k 1 and
l 0 mean
and / or at least one compound of formula IV1, wherein
L 1 H,
k 0 and
l 0 or 1
mean.
Gegenstand der Erfindung sind auch entsprechende Flüssigkristallmischungen.The invention also relates Liquid crystal mixtures.
Die Einzelverbindungen der Formeln I, II, III und IV und auch andere in den erfindungsgemäßen STN-Anzeigen einsetzbare Verbindungen sind entweder bekannt oder können analog zu den bekannten Verbindungen hergestellt werden.The individual compounds of the formulas I, II, III and IV and others in the STN displays of the invention usable compounds are either known or can be prepared analogously to the known compounds.
Die Verbindungen der Formel I sind aus der EP 0 019 665, die Verbindungen der Formel II z. B. aus der DE 39 29 525 und die Verbindungen der Formel IV1 aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 29 33 563 und DE 32 11 306 bekannt, doch findet sich in diesen Veröffentlichungen kein Hinweis darauf, daß sich die Steilheit und die Schwellenspannungen von STN-Anzeigen mit Hilfe dieser Verbindungen verbessern lassen.The compounds of the formula I are known from EP 0 019 665, the compounds of formula II z. B. from DE 39 29 525 and the compounds of formula IV1 from the German DE-OS 29 33 563 and DE 32 11 306, but there is no indication in these publications that the slope and the threshold voltages improve STN ads using these connections to let.
Mit den erfindungsgemäßen Mischungen lassen sich STN-Anzeigen mit hohen Multiplexierverhältnissen, großem Arbeitstemperaturbereich, niedrigen Schwellenspannungen (unterhalb 1,5 Volt, vorzugsweise zwischen 1,00 und 1,40 Volt, insbesondere zwischen 1,05 und 1,30 Volt) und steilen Kennlinienkurven erzielen.STN displays can be used with the mixtures according to the invention with high multiplexing ratios, large Operating temperature range, low threshold voltages (below 1.5 volts, preferably between 1.00 and 1.40 Volts, in particular between 1.05 and 1.30 volts) and steep Achieve characteristic curves.
Die Verbindungen der Formeln I, II und III verleihen verbesserten STN-Zusammensetzungen insbesondere höhere Klärpunkte, wobei die Verbindungen der Formel II hohe Werte für das Verhältnis der elastischen Konstanten (K₃/K₁) aufweisen und daher hohe Steilheiten ergeben.The compounds of the formulas I, II and III confer improved STN compositions in particular higher Clarification points, wherein the compounds of the formula II are high values for the ratio of the elastic constants (K₃ / K₁) and therefore give high slopes.
Die Mischungen gemäß der vorliegenden Erfindung besitzen eine optische Anisotropie (Δn) von mehr als 0,100, vorzugsweise von 0,100-0,140.The mixtures according to the present invention have an optical anisotropy (Δn) of more than 0.100, preferably from 0.100-0.140.
Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Mischungen eine oder mehrere Verbindungen der Formel II mit drei Ringen ausgewählt aus der folgenden Gruppe:Preferably, the inventive Mixtures one or more compounds of formula II three rings selected from the following group:
worin Alkyl eine Alkylgruppe mit bis zu 12 C-Atomen bedeutet.wherein alkyl is an alkyl group having up to 12 carbon atoms means.
Bevorzugte Mischungen enthalten zwei, drei oder mehr Verbindungen der Formeln I, IIc, III und IV.Preferred mixtures contain two, three or more Compounds of the formulas I, IIc, III and IV.
Bevorzugte Flüssigkristallmischungen, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, enthalten eine oder mehrere Verbindungen aus Gruppe A, vorzugsweise in einem Anteil von 20% bis 90%, insbesondere 35% bis 80%. Diese Verbindung bzw. Verbindungen aus Gruppe A besitzen eine dielektrische Anisotropie von mehr als +8 (vorzugsweise von mehr als +12) und stellen die Komponente A der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen dar.Preferred liquid-crystal mixtures which can be used according to the invention, contain a or more compounds from group A, preferably in a share of 20% to 90%, in particular 35% to 80%. This compound or compounds of group A have a dielectric anisotropy greater than +8 (preferably greater than +12) and represent the component A of the liquid crystal mixtures according to the invention.
Bevorzugte Flüssigkristallmischungen enthalten zwei oder mehr Verbindungen aus Gruppe B, vorzugsweise in einem Anteil von 10% bis 40%. Diese Verbindung bzw. Verbindungen aus Gruppe B besitzen entweder niedrige Werte für die Rotationsviskosität (γ₁) < 150 mPa·s oder einen Klärpunkt von mehr als 120°C und sind dielektrisch neutral ((Δε) < 2) oder von mittlerer Polarität (Δε im Bereich von +2 bis +10, vorzugsweise +4 bis +8) und stellen die Komponente B der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen dar.Preferred liquid crystal mixtures contain two or more compounds from group B, preferably in one Share from 10% to 40%. This connection or connections from group B have either low values for the Rotational viscosity (γ₁) <150 mPa · s or a clearing point greater than 120 ° C and are dielectrically neutral ((Δε) <2) or of medium polarity (Δε in the range of +2 to +10, preferably +4 to +8) and provide component B of Liquid crystal mixtures according to the invention.
Vorzugsweise enthält Gruppe B neben den Verbindungen der Formeln I und II eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus III1 bis III8 mit zwei Ringen:Preferably, group B contains besides the compounds of the formulas I and II one or more compounds selected from the group consisting of III1 to III8 with two rings:
worin R⁵ und R⁶ die für R angegebene Bedeutung besitzen, und/oder eine oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus III9 bis III25 mit drei Ringen:wherein R⁵ and R⁶ have the meaning given for R, and / or one or more compounds selected from Group consisting of III9 to III25 with three rings:
worin R⁵ und R⁶ die für R angegebene Bedeutung besitzen und die 1,4-Phenylengruppen in den Formeln III9 bis III18 und III22 und III23 jeweils unabhängig voneinander auch durch Fluor einfach oder mehrfach substituiert sein können, und/oder eine oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus III26 bis III31:wherein R⁵ and R⁶ have the meaning given for R, and the 1,4-phenylene groups in the formulas III9 to III18 and III22 and III23 each independently also by Fluorine can be monosubstituted or polysubstituted, and / or one or more compounds selected from Group consisting of III26 to III31:
worin R⁵ und R⁶ die für R angegebene Bedeutung besitzen und die 1,4-Phenylengruppen in III26 bis III31 jeweils unabhängig voneinander auch durch Fluor einfach oder mehrfach substituiert sein können.wherein R⁵ and R⁶ have the meaning given for R, and the 1,4-phenylene groups in III26 to III31, respectively independently also by fluorine simple or can be substituted several times.
Die Flüssigkristallmischungen enthalten auch eine optisch aktive Komponente C, und zwar in solch einer Menge, daß das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der planparallelen Trägerplatten) und natürlicher Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung bei Anpassung an den gewünschten Verdrillungswinkel mehr als 0,2 beträgt.The liquid crystal mixtures also contain a optically active component C, in such an amount, that the ratio between layer thickness (distance of the plane parallel support plates) and natural pitch of the chiral nematic liquid-crystal mixture in adaptation at the desired twist angle is more than 0.2.
Geeignete Dotierstoffe lassen sich aus einer großen Vielfalt bekannter chiraler Stoffe und im Handel erhältlicher Dotierstoffe wie Cholesteryl-nonanoat, S-811 (E. Merck, Darmstadt, BRD) und CB 15 (BDH, Poole, Großbritannien) auswählen. Deren Wahl ist an sich nicht kritisch.Suitable dopants can be made of a large Diversity of known chiral substances and in commerce available dopants such as cholesteryl nonanoate, S-811 (E. Merck, Darmstadt, FRG) and CB 15 (BDH, Poole, United Kingdom). Their choice is not in itself critical.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die Flüssigkristallmischungen eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus Gruppe T bestehend aus den Verbindungen der Formeln T1 und T2:In a further preferred embodiment contain the liquid crystal mixtures one or more Compounds selected from group T consisting of the Compounds of formulas T1 and T2:
worin Q³wherein Q³
vorzugsweisepreferably
L³ bis L⁶ jeweils unabhängig voneinander H oder F,
R⁹ und R¹⁰ jeweils unabhängig voneinander R,
X F, Cl oder OCF₃ und
Z⁰ -COO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung bedeuten.L³ to L⁶ are each independently H or F,
R⁹ and R¹⁰ are each independently of one another R,
XF, Cl or OCF₃ and
Z⁰ is -COO-, -CH₂CH₂- or a single bond.
Der Anteil der Komponente(n) aus Gruppe T beträgt vorzugsweise 5% bis 30%, insbesondere 5% bis 20%.The proportion of component (s) in Group T is preferably 5% to 30%, in particular 5% to 20%.
Vorzugsweise enthält Gruppe T eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus X bis XII:Preferably, group T contains one or more Compounds selected from the group consisting of X to XII:
worin R⁹ und R¹⁰ die angegebene Bedeutung besitzen, insbesondere solche, worin R⁹ Alkyl mit 1 bis 4, ganz besonders bevorzugt 1 oder 2 C-Atomen, und R¹⁰ Alkoxy mit 1 bis 4, ganz besonders bevorzugt 1 oder 2 C-Atomen bedeuten.wherein R⁹ and R¹⁰ have the meaning given, especially those in which R⁹ is alkyl of 1 to 4, completely particularly preferably 1 or 2 C atoms, and R¹⁰ alkoxy with 1 to 4, very particularly preferably 1 or 2 C atoms.
Besonders bevorzugte Verbindungen der Formeln III2 und III4 sind solche der folgenden Teilformel:Particularly preferred compounds of the formulas III2 and III4 are those of the following sub-formula:
worin
Ring A 1,4-Phenylen oder trans-1,4-Cyclohexylen,
R¹³ CH₃-(CH₂)n-O- oder trans-H- (CH₂)r-CH=CH-(CH₂-
CH₂)s-CH₂-O- und
R¹⁴ CH₃-(CH₂)t- bedeuten, wobei
n 1, 2, 3 oder 4,
r 0, 1, 2 oder 3,
s 0 oder 1 und
t 1, 2, 3 oder 4 bedeuten.wherein
Ring A is 1,4-phenylene or trans-1,4-cyclohexylene,
R¹³ CH₃- (CH₂) n -O- or trans-H- (CH₂) r -CH = CH- (CH₂-CH₂) s -CH₂-O- and
R¹⁴ is CH₃- (CH₂) t -, where
n 1, 2, 3 or 4,
r 0, 1, 2 or 3,
s 0 or 1 and
t is 1, 2, 3 or 4.
Der Anteil dieser Verbindungen oder der Verbindungen der Formel III2 und/oder III4 beträgt vorzugsweise ca. 2% bis 15%, insbesondere bevorzugt ca. 4% bis 10%.The proportion of these compounds or compounds of formula III2 and / or III4 is preferably about 2% to 15%, more preferably about 4% to 10%.
Erfindungsgemäße Mischungen, die mindestens eine Verbindung der Formel II und mindestens zwei Verbindungen der Formel I enthalten, sind besonders bevorzugt.Inventive mixtures containing at least one Compound of formula II and at least two compounds of the formula I are particularly preferred.
Der Anteil der Verbindungen der Formeln I und II beträgt vorzugsweise ca. 20% bis 75%, insbesondere 40% bis 70%.The proportion of the compounds of the formulas I and II is preferably about 20% to 75%, especially 40% to 70%.
Der Anteil der Verbindungen der Formel I mit m gleich 0 beträgt vorzugsweise 10 bis 35%, insbesondere 15 bis 30%. Der Anteil der Verbindungen der Formel II beträgt vorzugsweise 10% bis 30%, insbesondere 15 bis 25%.The proportion of the compounds of the formula I with m is the same 0 is preferably 10 to 35%, in particular 15 to 30%. The proportion of the compounds of formula II is preferably 10% to 30%, in particular 15 to 25%.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mischungen ca. 5% bis 35%, insbesondere bevorzugt ca. 10% bis 20% an flüssigkristallinen Tolanverbindungen. Hierdurch kann bei geringeren Schichtdicken (etwa 5-6 µm) gearbeitet werden, wodurch die Schaltzeiten deutlich kürzer werden. Besonders bevorzugte Tolane sind nachstehend angegeben:In a particularly preferred embodiment the mixtures contain about 5% to 35%, in particular preferably about 10% to 20% of liquid-crystalline Tolan compounds. This can at lower Layer thicknesses (about 5-6 microns) are worked, whereby the Switching times are significantly shorter. Especially preferred Tolans are given below:
R⁹ ist vorzugsweise n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen,
Z⁰ ist vorzugsweise -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung,R⁹ is preferably n-alkyl having 1 to 7 carbon atoms,
Z⁰ is preferably -CH₂CH₂- or a single bond,
vorzugsweisepreferably
Q³ ist vorzugsweiseQ3 is preferred
wobei
R¹⁰ vorzugsweise n-Alkyl oder n-Alkoxy mit jeweils 1 bis
7 C-Atomen oder n-Alkenyl oder n-Alkenyloxy mit
jeweils 3 bis 7 C-Atomen bedeutet.in which
R¹⁰ is preferably n-alkyl or n-alkoxy each having 1 to 7 carbon atoms or n-alkenyl or n-alkenyloxy each having 3 to 7 carbon atoms.
Vorzugsweise enthält die Komponente A eine oder mehrere Verbindungen der Formel T1bPreferably, component A contains one or several compounds of formula T1b
worinwherein
n eine ganze Zahl von 1 bis 15 und
L⁵ und L⁶ jeweils unabhängig voneinander H oder F bedeuten.n is an integer from 1 to 15 and
Each of L⁵ and L⁶ independently represents H or F.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die
nematische Mischung
20-65% an einer oder mehreren Verbindungen der
Formel I,
10-30% an zwei oder mehr Verbindungen ausgewählt
aus der Formel II,
20-40% an einer oder mehreren Verbindungen der
Formel III und
5-20% an zwei oder mehr Verbindungen der Formel
IV.In a preferred embodiment, the nematic mixture contains
20-65% of one or more compounds of the formula I,
10-30% of two or more compounds selected from the formula II,
20-40% of one or more compounds of the formula III and
5-20% of two or more compounds of formula IV.
Diese Mischungen zeigen sehr kurze Schaltzeiten von weniger als 450 ms, eine Steilheit von 1,05 bis 1,20, eine Doppelbrechung zwischen 0,10 und 0,14 und eine Schwellenspannung zwischen 1,0 und 1,4 Volt.These mixtures show very short switching times of less than 450 ms, a slope of 1.05 to 1.20, a Birefringence between 0.10 and 0.14 and one Threshold voltage between 1.0 and 1.4 volts.
In weiteren besonders bevorzugten Ausführungsformen
enthalten die Mischungen
10-35% an einer oder mehreren Verbindungen der
Formel I mit m gleich 0,
8-30% an zwei oder mehr Verbindungen ausgewählt
aus der Formel I mit m gleich 1,
10-30% an einer oder mehreren Verbindungen der
Formel II,
20-40% an zwei oder mehr Verbindungen der Formel
III und
5-20% an einer oder mehreren Verbindungen der
Formel IV,
mindestens eine Verbindung aus der folgenden Gruppe:In further particularly preferred embodiments, the mixtures contain
10-35% of one or more compounds of the formula I where m is 0,
8-30% of two or more compounds selected from the formula I with m equal to 1,
10-30% of one or more compounds of the formula II,
20-40% of two or more compounds of formula III and
5-20% of one or more compounds of formula IV,
at least one connection from the following group:
worin Alkyla eine geradkettige Alkylgruppe mit 2-7 C-Atomen
ist,
eine oder mehrere Verbindungen, worin R eine trans-Alkenylgruppe
oder eine trans-Alkenyloxygruppe ist,
eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der
folgenden Gruppe:wherein alkyl is a straight-chain alkyl group having 2-7 C atoms,
one or more compounds in which R is a trans-alkenyl group or a trans-alkenyloxy group,
one or more compounds selected from the following group:
worin R⁵ und R⁶ die für die Komponente B angegebenen bevorzugten Bedeutungen besitzen, wobei der Anteil dieser Verbindungen 0% bis 50%, vorzugsweise ca. 20% bis 40% beträgt.wherein R⁵ and R⁶ are those given for component B. have preferred meanings, wherein the proportion of these compounds 0% to 50%, preferably about 20% up to 40%.
In der Regel besteht die Komponente B aus 3 bis 10, vorzugsweise aus 4 bis 9 verschiedenen Verbindungen.In general, component B consists of 3 to 10, preferably from 4 to 9 different compounds.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die
Komponente B im wesentlichen aus:
mindestens einer Verbindung ausgewählt aus den
folgenden Formeln:In a preferred embodiment, component B consists essentially of:
at least one compound selected from the following formulas:
In diesen Formeln bedeuten CnH2n+1 und CmH2m+1 jeweils unabhängig voneinander Alkyl mit bis zu 12 C-Atomen.In these formulas, C n H 2n + 1 and C m H 2m + 1 each independently represent alkyl having up to 12 C atoms.
In der Regel besteht die Komponente A aus 2 bis 9, vorzugsweise 4 bis 7 Verbindungen. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Komponente A im wesentlichen aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus den Formeln I und II, insbesondere ausgewählt aus den folgenden Formeln:As a rule, component A consists of 2 to 9, preferably 4 to 7 compounds. In a preferred Embodiment, the component A consists essentially from at least one compound selected from the formulas I and II, in particular selected from the following formulas:
In diesen Formeln bedeutet CnH2n+1 Alkyl mit der bei den Formeln I und II angegebenen Bedeutung.In these formulas, C n H 2n + 1 means alkyl having the meaning given in formulas I and II.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigeelemente aus Polarisatoren, Elektrodengrundplatten und Elektroden mit solch einer 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. Anzeigen mit einem Verdrillungswinkel zwischen 220° und 270° sind bevorzugt. Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise hier weit gefaßt und umfaßt auch alle Abwandlungen und Modifikationen der Supertwistzelle, insbesondere auch Matrixanzeigeelemente. Der Oberflächentiltwinkel an den beiden Trägerplatten kann gleich oder verschieden sein. Gleiche Tiltwinkel sind bevorzugt.The structure of the liquid crystal display elements according to the invention from polarizers, electrode base plates and electrodes having such a surface treatment that the preference orientation (director) of each adjacent liquid crystal molecules from one to the other other electrode usually by amount 160 ° to 720 ° rotated against each other, corresponds to that for such Display elements usual construction. Ads with one Twist angles between 220 ° and 270 ° are preferred. The term of the usual construction is here far and includes all modifications and modifications the supertwist cell, especially Matrix display elements. The surface angle at the both carrier plates may be the same or different. Same tilt angles are preferred.
Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Anzeigeelemente zu den bisher üblichen auf der Basis der verdrillten nematischen Zelle besteht jedoch in der Wahl der Flüssigkristallkomponenten der Flüssigkristallschicht.An essential difference of the invention Display elements to the usual on the basis of However, twisted nematic cell exists in the choice the liquid crystal components of the liquid crystal layer.
Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristallmischungen erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die gewünschte Menge der in verhältnismäßig geringer 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.The preparation of the invention used Liquid crystal mixtures are carried out in a conventional manner Wise. In general, the desired amount of in relatively small amount of components used in solved the components constituting the main component, expedient at elevated temperature. It is also possible, Solutions of components in an organic Solvent, for. In acetone, chloroform or methanol mix and the solvent after mixing again remove, for example by distillation.
Die Dielektrika können auch weitere, dem Fachmann bekannte und in der Literatur beschriebene Zusätze enthalten. Beispielsweise können 0-15% pleochroitische Farbstoffe zugesetzt werden.The dielectrics can also be further, the expert known additives described in the literature contain. For example, 0-15% pleochroic Dyes are added.
Auch ohne weitere Erläuterungen wird angenommen, daß der Fachmann anhand der vorhergehenden Beschreibung die vorliegende Erfindung maximal nutzen kann. Die bevorzugten spezifischen Ausführungsformen sind daher lediglich als Veranschaulichung und in keiner Weise als Beschränkung aufzufassen.Even without further explanation, it is assumed that the expert with reference to the preceding description the maximum advantage of the present invention. The preferred ones specific embodiments are therefore only as Illustrative and in no way as a limitation specific.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen.The following examples are intended to illustrate the invention explain without limiting it.
Die Abkürzungen haben folgende Bedeutungen:The abbreviations have the following meanings:
Kp.: KlärpunktKp .: clearing point
Ton: Zeit vom Einschalten bis zum Erreichen von 90%
des maximalen Kontrastes,
Toff: Zeit vom Ausschalten bis zum Erreichen von 10%
des maximalen Kontrastes,
V₁₀: Schwellenspannung (Volt)
V₉₀: Sättigungsspannung (Volt)
V₉₀/V₁₀: Steilheit.T on : time from switching on until reaching 90% of maximum contrast,
T off : time from switching off to reaching 10% of maximum contrast,
V₁₀: threshold voltage (volts)
V₉₀: saturation voltage (volts)
V₉₀ / V₁₀: slope.
Die STN-Anzeige wird im Multiplexierbetrieb adressiert (Multiplexierverhältnis 1 : 240, Bias 1 : 15).The STN display is addressed in multiplexing mode (Multiplexing ratio 1: 240, bias 1:15).
Vor- und nachstehend sind alle Temperaturen in °C angegeben. Prozentangaben bedeuten Gewichtsprozent. Die Werte für die Schaltzeiten und Viskositäten sind auf 20°C bezogen. Above and below are all temperatures in ° C specified. Percentages mean weight percent. The Values for the switching times and viscosities are at 20 ° C based.
In der vorliegenden Patentanmeldung und in den folgenden Beispielen sind alle chemischen Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch Acronyme angegeben, wobei die Transformation in chemische Formeln wie nachstehend gezeigt erfolgt. Alle Reste CnH2n+1 und CmH2m+1 sind geradkettige Alkylgruppen mit n bzw. m Kohlenstoffatomen. Die Codierung gemäß Tabelle B versteht sich von selbst. In Tabelle A ist nur das Acronym für den Grundkörper angege ben. Im Einzelfall folgt getrennt vom Acronym für den Grundkörper mit einem Strich ein Code für die Substituenten R¹, R², L¹, L² und L³:In the present patent application and in the following examples, all chemical structures of the liquid crystal compounds are indicated by acronyms, wherein the transformation into chemical formulas is carried out as shown below. All radicals C n H 2n + 1 and C m H 2m + 1 are straight-chain alkyl groups with n or m carbon atoms. The coding according to Table B is self-evident. In Table A, only the acronym for the main body is indicated. In individual cases, followed by the acronym for the main body with a dash followed by a code for the substituents R¹, R², L¹, L² and L³:
Eine STN-Anzeige mit den folgenden Parametern:An STN ad with the following parameters:
Verdrillungswinkel: 240°
Bias: 1 : 16
Multiplexierverhältnis: 1 : 240
Bildfrequenz: 80 Hz
Tiltwinkel: 5°
d: 7 µmTwist angle: 240 °
Bias: 1:16
Multiplexing ratio: 1: 240
Frame rate: 80 Hz
Tilt angle: 5 °
d: 7 μm
und einem flüssigkristallinen Medium mit den folgenden Eigenschaften:and a liquid crystalline medium having the following Properties:
Klärpunkt: +89°C
Δn: 0,1101Clarification point: + 89 ° C
Δn: 0.1101
und bestehend aus einer achiralen Basismischung:and consisting of an achiral base mixture:
und dotiert mit 0,7%and doped with 0.7%
zeigt folgende Schalteigenschaften:shows the following switching properties:
V₁₀: 1,1 V
V₉₀/V₁₀: 1,10V₁₀: 1.1V
V₉₀ / V₁₀: 1.10
Eine STN-Anzeige mit den folgenden Parametern:An STN ad with the following parameters:
Verdrillungswinkel: 220°
d: 8 µmTwist angle: 220 °
d: 8 μm
und einem flüssigkristallinen Medium mit den folgenden Eigenschaften:and a liquid crystalline medium having the following Properties:
Klärpunkt: 100°C
Δn: 0,1142Clarification point: 100 ° C
Δn: 0.1142
und bestehend aus:and consisting of:
und dotiert mit S-811, zeigt folgende Schalteigenschaften:and doped with S-811, shows the following switching properties:
V₁₀: 1,20 V
V₉₀/V₁₀: 1,067V₁₀: 1.20 V
V₉₀ / V₁₀: 1.067
Claims (8)
- - zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- - einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver dielektrischer Anisotropie,
- - Elektrodenschichten mit überlagerten Orientierungsschichten auf der Innenseite der Trägerplatten,
- - einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der auf der Oberfläche der Trägerplatten befindlichen Moleküle und den Trägerplatten von etwa 1 Grad bis 30 Grad sowie
- - einem Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht dem Betrag nach zwischen 100° und 600°, wobei die nematische Flüssigkristallmischung
- a) 20-90 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A, enthaltend eine oder mehrere Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von mehr als +1,5,
- b) 10-65 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente B, enthaltend eine oder mehrere Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von -1,5 bis +1,5,
- c) eine optisch aktive Komponente C in solch einer Menge enthält, daß das Verhältnis zwischen der Schichtdicke (Abstand der planparallelen Trägerplatten) und der natürlichen Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt, und
- d) einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60°C, eine Viskosität von nicht mehr als 35 mPa·s und eine Schwellenspannung von weniger als 1,5 V aufweist, wobei die dielektrischen Anisotropien der Verbindungen und die auf die nematische Flüssigkristallmischung bezogenen Parameter auf eine Temperatur von 20°C bezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A im wesentlichen aus mindestens einer mesogenen Verbindung mit einem Strukturelement der Formel 1, worin L H oder F bedeutet, und mindestens einer mesogenen Verbindung mit einer terminalen 3,4,5-Trifluorphenylgruppe besteht.
- two plane-parallel carrier plates, which form a cell with a border,
- an in-cell nematic liquid-crystal mixture having positive dielectric anisotropy,
- Electrode layers with superimposed orientation layers on the inside of the carrier plates,
- - An angle between the longitudinal axis of the molecules located on the surface of the carrier plates and the carrier plates of about 1 degree to 30 degrees and
- a twist angle of the liquid crystal mixture in the cell from orientation layer to orientation layer in the amount between 100 ° and 600 °, the nematic liquid crystal mixture
- a) 20-90 wt .-% of a liquid-crystalline component A, containing one or more compounds having a dielectric anisotropy of more than +1.5,
- b) 10-65% by weight of a liquid-crystalline component B containing one or more compounds having a dielectric anisotropy of from -1.5 to +1.5,
- c) contains an optically active component C in such an amount that the ratio between the layer thickness (distance of the plane-parallel support plates) and the natural pitch of the chiral nematic liquid-crystal mixture is about 0.2 to 1.3, and
- d) has a nematic phase range of at least 60 ° C, a viscosity of not more than 35 mPa · s, and a threshold voltage of less than 1.5V, the dielectric anisotropies of the compounds and the parameters related to the nematic liquid crystal mixture being at a temperature of 20 ° C, characterized in that component A consists essentially of at least one mesogenic compound having a structural element of formula 1, wherein L is H or F, and at least one mesogenic compound having a terminal 3,4,5-trifluorophenyl group.
R Alkyl, Alkoxy, Oxaalkyl, Alkenyl oder Alkenyloxy mit bis zu 12 C-Atomen, jeweils unabhängig voneinander L¹ und L² jeweils unabhängig voneinander H oder F,
Z¹ und
Z² jeweils unabhängig voneinander -COO-, -CH₂CH₂-, -C≡C- oder eine Einfachbindung und
○ 0 oder 1 bedeuten.3. A display according to claim 1 or 2, characterized in that component A contains at least one compound of formula I and at least one compound of formula II, wherein
R is alkyl, alkoxy, oxaalkyl, alkenyl or alkenyloxy having up to 12 C atoms, each independently L 1 and L 2 are each independently H or F,
Z¹ and
Each Z² is independently -COO-, -CH₂CH₂-, -C≡C- or a single bond and
○ 0 or 1 mean.
Z³ -COO-, -CH₂CH₂-, -CH=CH- oder eine Einfachbindung,
Z⁴ -COO- oder eine Einfachbindung und
r 1, 2 oder 3 bedeuten.5. A display according to claims 1 to 4, characterized in that component B contains one or more compounds selected from the group consisting of compounds of formulas III and IV: wherein R⁵ and R⁶ have the meaning given for R, and L¹ have the meaning given for formula II,
Z 3 is -COO-, -CH 2 CH 2 -, -CH = CH- or a single bond,
Z⁴ -COO- or a single bond and
r is 1, 2 or 3.
10-35% an einer oder mehreren Verbindungen der Formel I mit m gleich 0,
8-30% an zwei oder mehr Verbindungen ausgewählt aus der Formel I mit m gleich 1,
10-30% an einer oder mehreren Verbindungen der Formel II,
20-40% an zwei oder mehr Verbindungen der Formel III und
5-20% an einer oder mehreren Verbindungen der Formel IV enthält.7. Display according to claims 1 to 6, characterized in that the nematic mixture
10-35% of one or more compounds of the formula I where m is 0,
8-30% of two or more compounds selected from the formula I with m equal to 1,
10-30% of one or more compounds of the formula II,
20-40% of two or more compounds of formula III and
Contains 5-20% of one or more compounds of formula IV.
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