DE4112025A1 - Fluessigkristallines medium - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein flüssig­ kristallines Medium, dessen Verwendung für elektro­ optische Zwecke und dieses Medium enthaltende Anzei­ gen.

Flüssige Kristalle werden vor allem als Dielektrika in Anzeigevorrichtungen verwendet, da die optischen Eigenschaften solcher Substanzen durch eine ange­ legte Spannung beeinflußt werden können. Elektroopti­ sche Vorrichtungen auf der Basis von Flüssig­ kristallen sind dem Fachmann bestens bekannt und können auf verschiedenen Effekten beruhen. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise Zellen mit dynami­ scher Streuung, DAP-Zellen (Deformation aufgerichte­ ter Phasen), Gast/Wirt-Zellen, TN-Zellen mit ver­ drillt nematischer ("twisted nematic") Struktur, STN-Zellen ("super-twisted nematic"), SBE-Zellen ("super-birefringence effect") und OMI-Zellen ("optical mode interference"). Die gebräuchlichsten Anzeigevorrichtungen beruhen auf dem Schadt-Helfrich- Effekt und besitzen eine verdrillt nematische Struk­ tur.

Die Flüssigkristallmaterialien müssen eine gute chemische und thermische Stabilität und eine gute Stabilität gegenüber elektrischen Feldern und elek­ tromagnetischer Strahlung besitzen. Ferner sollten die Flüssigkristallmaterialien niedere Viskosität aufweisen und in den Zellen kurze Ansprechzeiten, tiefe Schwellenspannungen und einen hohen Kontrast ergeben. Weiterhin sollten sie bei üblichen Betriebstemperaturen, d. h. in einem möglichst brei­ ten Bereich unterhalb und oberhalb Raumtemperatur eine geeignete Mesophase besitzen, beispielsweise für die oben genannten Zellen eine nematische oder cholesterische Mesophase. Da Flüssigkristalle in der Regel als Mischungen mehrerer Komponenten zur Anwen­ dung gelangen, ist es wichtig, daß die Komponenten untereinander gut mischbar sind. Weitere Eigen­ schaften, wie die elektrische Leitfähigkeit, die dielektrische Anisotropie und die optische Anisotro­ pie, müssen je nach Zellentyp und Anwendungsgebiet unterschiedlichen Anforderungen genügen. Bei­ spielsweise sollten Materialien für Zellen mit ver­ drillt nematischer Struktur eine positive dielek­ trische Anisotropie und eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen.

Beispielsweise sind für Matrix-Flüssigkristall­ anzeigen mit integrierten nicht-linearen Elementen zur Schaltung einzelner Bildpunkte (MFK-Anzeigen) Medien mit großer positiver dielektrischer Anisotro­ pie, breiten nematischen Phasen, relativ niedriger Doppelbrechung, sehr hohem spezifischen Widerstand guter UV- und Temperaturstabilität des Widerstands und geringem Dampfdruck erwünscht.

Derartige Matrix-Flüssigkristallanzeigen sind bekannt. Als nichtlineare Elemente zur individuellen Schaltung der einzelnen Bildpunkte können beispiels­ weise aktive Elemente (d. h. Transistoren) verwendet werden. Man spricht dann von einer "aktiven Matrix", wobei man zwei Typen unterscheiden kann:

• 1. MOS (Metal Oxide Semiconductor)-Transistoren auf Silizium-Wafer als Substrat.
• 2. Dünnfilm-Transistoren (TFT) auf einer Glasplatte als Substrat.

Die Verwendung von einkristallinem Silizium als Substratmaterial beschränkt die Displaygröße, da auch die modulartige Zusammensetzung verschiedener Teildisplays an den Stößen zu Problemen führt.

Bei dem aussichtsreicheren Typ 2, welcher bevorzugt ist, wird als elektrooptischer Effekt üblicherweise der TN-Effekt verwendet. Man unterscheidet zwei Technologien: TFT's aus Verbindungshalbleitern wie z. B. CdSe oder TFT's auf der Basis von polykristal­ linem oder amorphem Silizium. An letzterer Technolo­ gie wird weltweit mit großer Intensität gearbeitet.

Die TFT-Matrix ist auf der Innenseite der einen Glasplatte der Anzeige aufgebracht, während die andere Glasplatte auf der Innenseite die transpa­ rente Gegenelektrode trägt. Im Vergleich zu der Größe der Bildpunkt-Elektrode ist der TFT sehr klein und stört das Bild praktisch nicht. Diese Technolo­ gie kann auch für voll farbtaugliche Bilddarstel­ lungen erweitert werden, wobei ein Mosaik von roten, grünen und blauen Filtern derart angeordnet ist, daß je ein Filterelement einem schaltbaren Bildelement gegenüberliegt.

Die TFT-Anzeigen arbeiten üblicherweise als TN-Zel­ len mit gekreuzten Polarisatoren in Transmission und sind von hinten beleuchtet.

Der Begriff MFK-Anzeigen umfaßt hier jedes Matrix- Display mit integrierten nichtlinearen Elementen, d. h. neben der aktiven Matrix auch Anzeigen mit passiven Elementen wie Varistoren oder Dioden (MIM = Metall-Isolator-Metall).

Derartige MFK-Anzeigen eignen sich insbesondere für TV-Anwendungen (z. B. Taschenfernseher) oder für hochinformative Displays für Rechneranwendungen (Laptop) und im Automobil- oder Flugzeugbau. Neben Problemen hinsichtlich der Winkelabhängigkeit des Kontrastes und der Schaltzeiten resultieren bei MFK-Anzeigen Schwierigkeiten bedingt durch nicht ausreichend hohen spezifischen Widerstand der Flüssigkristallmischungen Togashi, S.; Sekiguchi, K.; Tanabe, H.; Yamamoto, E.; Sorimachi, K.; Tajima, E.; Watanabe, H.; Shimizu, H.; Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: A 210-288 Matrix LCD Controlled by Double Stage Diode Rings, p. 141ff, Paris; Stromer, M.; Proc. Eurodisplay 84, Sept. 1984: Design of Thin Film Transistors for Matrix Adressing of Tele­ vision Liquid Crystal Displays, p. 145ff, Paris. Mit abnehmendem Widerstand verschlechtert sich der Kontrast einer MFK-Anzeige und es kann das Problem der "after image elimination" auftreten. Da der spezifische Widerstand der Flüssigkristallmischung durch Wechselwirkung mit den inneren Oberflächen der Anzeige im allgemeinen über die Lebenszeit einer MFK-Anzeige abnimmt, ist ein hoher (Anfangs)- Widerstand sehr wichtig, um akzeptable Standzeiten zu erhalten. Insbesondere bei low-volt-Mischungen war es bisher nicht möglich, sehr hohe spezifische Widerstände zu realisieren. Weiterhin ist es wich­ tig, daß der spezifische Widerstand eine möglichst geringe Zunahme bei steigender Temperatur sowie nach Temperatur- und/oder UV-Belastung zeigt. Die MFK- Anzeigen aus dem Stand der Technik genügen nicht den heutigen Anforderungen.

Bisher konnten flüssigkristalline Medien mit für die praktische Anwendung erforderlichen Werten für Doppelbrechung und Phasenbereich (z. B. Klärpunkt 70°) nur mit Schwellenspannungen von ca. 1,8 Volt hergestellt werden, sofern auf Werte um ca. 98% für die Holding ratio unter extremen Bedingungen (z. B. nach UV-Belastung) Wert gelegt wurde.

Es besteht somit immer noch ein großer Bedarf nach MFK-Anzeigen mit sehr hohem spezifischen Widerstand bei gleichzeitig großem Arbeitstemperaturbereich, kurzen Schaltzeiten und niedriger Schwellenspannung, die diese Nachteile nicht oder nur in geringerem Maße zeigen.

Bei TN-(Schadt-Helfrich)-Zellen sind Medien erwünscht, die folgende Vorteile in den Zellen ermöglichen:

• - erweiterter nematischer Phasenbereich (insbeson­ dere zu tiefen Temperaturen)
• - Schaltbarkeit bei extrem tiefen Temperaturen (out-door-use, Automobil, Avionik)
• - Erhöhte Beständigkeit gegenüber UV-Strahlung (längere Lebensdauer)

Mit den aus dem Stand der Technik zur Verfügung stehenden Medien ist es nicht möglich, diese Vor­ teile unter gleichzeitigem Erhalt der übrigen Para­ meter zu realisieren.

Bei höher verdrillten Zellen (STN) sind Medien erwünscht, die eine höhere Multiplexierbarkeit und/oder kleinere Schwellenspannungen und/oder brei­ tere nematische Phasenbereiche (insbesondere bei tiefen Temperaturen) ermöglichen. Hierzu ist eine weitere Ausdehnung des zur Verfügung stehenden Para­ meterraumes (Klärpunkt, Übergang smektisch-nematisch bzw. Schmelzpunkt, Viskosität, dielektrische Größen, elastische Größen) dringend erwünscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Medien insbesondere für derartige MFK-, TN- oder STN- Anzeigen bereitzustellen, die die oben angegebenen Nachteile nicht oder nur in geringerem Maße, und vorzugsweise gleichzeitig sehr hohe spezifische Widerstände und niedrige Schwellenspannungen aufwei­ sen.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man in Anzeigen erfindungsgemäße Medien verwendet.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein flüssig­ kristallines Medium auf der Basis eines Gemisches von polaren Verbindungen mit positiver dielek­ trischer Anisotropie, dadurch gekennzeichnet, daß es eine oder mehrere Verbindungen der allgemeinen Formel I

enthält, worin Y H oder F, X F, Cl, CF₃, OCF₃ oder OCHF₂, einer der Reste Q¹ und Q² -C₂H₄ und der andere Rest Q¹ oder Q² eine Einfachbindung und R Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 7 C-Atomen bedeutet.

Gegenstand der Erfindung sind auch elektrooptische Anzeigen (insbesondere STN- oder MFK-Anzeigen mit zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden, integrierten nicht­ linearen Elementen zur Schaltung einzelner Bild­ punkte auf den Trägerplatten und einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver dielektrischer Anisotropie und hohem spe­ zifischem Widerstand), die derartige Medien enthal­ ten sowie die Verwendung dieser Medien für elektro­ optische Zwecke.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ermöglichen eine bedeutende Erweiterung des zur Verfügung stehenden Parameterraumes.

Die erzielbaren Kombinationen aus Klärpunkt, Visko­ sität bei tiefer Temperatur, thermischer und UV- Stabilität und dielektrischer Anisotropie bzw. Schwellenspannung übertreffen bei weitem bisherige Materialien aus dem Stand der Technik.

Die Forderung nach hohem Klärpunkt, nematischer Phase bei -40°C sowie einem hohen Δε konnte bislang nur unzureichend erfüllt werden. Systeme wie z. B. ZLI-3119 weisen zwar vergleichbaren Klärpunkt und vergleichbar günstige Viskositäten auf, besitzen jedoch ein Δε von nur +3.

Andere Mischungs-Systeme besitzen vergleichbare Viskositäten und Werte von Δε, weisen jedoch nur Klärpunkte in der Gegend von 60°C auf.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ermöglichen es bei niedrigen Viskositäten bei tiefen Temperaturen (bei -30°C 600, vorzugsweise 550 mPa·s; bei -40°C 1800, vorzugsweise 1700 mPa·s) gleichzeitig dielektrische Anisotro­ piewerte Δε 3,5, vorzugsweise 4,0, Klärpunkte oberhalb 65°, vorzugsweise oberhalb 70° und einen hohen Wert für den spezifischen Widerstand zu errei­ chen, wodurch hervorragende STN- und MFK-Anzeigen erzielt werden können.

Es versteht sich, daß durch geeignete Wahl der Kom­ ponenten der erfindungsgemäßen Mischungen auch höhere Klärpunkte (z. B. oberhalb 90°) bei höheren Schwellenspannungen oder niedrigere Klärpunkte bei niedrigeren Schwellenspannungen unter Erhalt der anderen vorteilhaften Eigenschaften realisiert wer­ den können. Die erfindungsgemäßen MFK-Anzeigen arbeiten vorzugsweise im ersten Transmissionsminimum nach Gooch und Tarry [C. H. Gooch und H. A. Tarry, Electron. Lett. 10, 2-4, 1974; C. H. Gooch und H. A. Tarry, Appl. Phys., Vol. 8, 1575-1584, 1975], wobei hier neben besonders günstigen elektrooptischen Eigenschaften wie z. B. hohe Steilheit der Kennlinie und geringe Winkelabhängigkeit des Kontrastes (DE-PS 30 22 818) bei gleicher Schwellenspannung wie in einer analogen Anzeige im zweiten Minimum eine klei­ nere dielektrische Anisotropie ausreichend ist. Hierdurch lassen sich unter Verwendung der erfin­ dungsgemäßen Mischungen im ersten Minimum deutlich höhere spezifische Widerstände verwirklichen als bei Mischungen mit Cyanverbindungen. Der Fachmann kann durch geeignete Wahl der einzelnen Komponenten und deren Gewichtsanteilen mit einfachen Routinemethoden die für eine vorgegebene Schichtdicke der MFK- Anzeige erforderliche Doppelbrechung einstellen.

Die Viskosität bei 20°C ist vorzugsweise 25 mPa·s. Der nematische Phasenbereich ist vorzugsweise minde­ stens 70°, insbesondere mindestens 80°. Vorzugsweise erstreckt sich dieser Bereich mindestens von -30° bis +70°.

Messungen des "Capacity Holding-ration" (HR) [S. Matsumoto et al., Liquid Crystals 5, 1320 (1989); K. Niwa et al., Proc. SID Conference, San Francisco, June 1984, p. 304 (1984); G. Weber et al., Liquid Crystals 5, 1381 (1989)] haben ergeben, daß erfindungsgemäße Mischungen enthaltend Verbin­ dungen der Formel I eine deutlich kleinere Abnahme des HR mit steigender Temperatur aufweisen als ana­ loge Mischungen enthaltend anstelle den Verbindungen der Formel I Cyanophenylcyclohexane der Formel

Auch die UV-Stabilität der erfindungsgemäßen Mischungen ist erheblich besser, d. h. sie zeigen eine deutlich kleinere Abnahme des HR unter UV- Belastung.

Die erzielten Schwellenspannungen V_10/0/20 sind im allgemeinen 1,6 Volt und vorzugsweise im Bereich 1,4 bis 1,6 Volt.

Die erfindungsgemäßen Medien zeichnen sich neben ungewöhnlich weitem nematischen Phasenbereich auch durch außerordentlich hohe elastische Konstanten bei sehr günstigen Viskositätswerten aus, wodurch insbe­ sondere bei Verwendung in STN-Anzeigen deutlich Vorteile gegenüber Medien aus dem Stand der Tech­ nik resultieren.

Vorzugsweise basieren die erfindungsgemäßen Medien auf mehreren (vorzugsweise zwei oder mehr) Verbin­ dungen der Formel I, d. h. der Anteil dieser Verbin­ dungen ist 25%, vorzugsweise 40%.

Die einzelnen Verbindungen der Formeln I bis XII und deren Unterformeln, die in den erfindungsgemäßen Medien verwendet werden können, sind entweder bekannt, oder sie können analog zu den bekannten Verbindungen hergestellt werden.

Bevorzugte Ausführungsformen sind im folgenden ange­ geben:

• - Medium enthält zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln II, III und IV: worin die einzelnen Reste die folgenden Bedeutungen haben:R: Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 7 C-Atomen
  X: F, Cl, CF₃, OCF₃ oder OCHF₂
  Y¹ und Y²: jeweils H oder F
  r: 0 oder 1.
• - Medium enthält zusätzlich eine oder mehrere Ver­ bindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln V bis VIII: worin R, r, X, Y¹ und Y² jeweils unabhängig von­ einander eine der in Anspruch 2 angegebene Bedeutung haben.
• - Medium enthält zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln IX bis XII: worin R, X, Y¹ und Y² jeweils unabhängig vonein­ ander eine der in Anspruch 2 angegebene Bedeu­ tung haben.
• - Der Anteil an Verbindungen der Formeln I bis IV zusammen beträgt im Gesamtgemisch mindestens 50 Gew.-%
• - der Anteil an Verbindungen der Formel I beträgt im Gesamtgemisch 10 bis 50 Gew.-%
• - der Anteil an Verbindungen der Formeln II bis IV im Gesamtgemisch beträgt 30 bis 70 Gew.-%
• - das Medium enthält Verbindungen der Formeln II und III oder IV.
• - R ist geradkettiges Alkyl oder Alkenyl mit 2 bis 7 C-Atomen
• - das Medium besteht im wesentlichen aus Verbin­ dungen der Formeln I bis IV
• - das Medium enthält weitere Verbindungen, vor­ zugsweise ausgewählt aus der folgenden Gruppe:
• - Das Gewichtsverhältnis I: (II+III+IV) ist vorzugsweise 1 : 4 bis 1 : 1.
• - Medium besteht im wesentlichen aus aus Verbin­ dungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln I bis XII.

Es wurde gefunden, daß bereits ein relativ geringer Anteil an Verbindungen der Formel I im Gemisch mit üblichen Flüssigkristallmaterialien, insbesondere jedoch mit einer oder mehreren Verbindungen der Formel II, III und/oder IV zu einer beträchtlichen Verbesserung der Ansprech­ zeiten und zu niedrigen Schwellenspannungen führt, wobei gleichzeitig breite nematische Phasen mit tiefen Übergangstemperaturen smektisch-nematisch beobachtet werden. Die Ver­ bindungen der Formeln I bis IV sind farblos, stabil und untereinander und mit anderen Flüssigkristallmaterialien gut mischbar.

Der Ausdruck "Alkyl" umfaßt geradkettige und verzweigte Alkylgruppen mit 1-7 Kohlenstoffato­ men, insbesondere die geradkettigen Gruppen Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl und Heptyl. Gruppe mit 2-5 Kohlenstoffatomen sind im allgemeinen bevorzugt.

Der Ausdruck "Alkenyl" umfaßt geradkettige und verzweigte Alkenylgruppen mit 2-7 Kohlenstoff­ atomen, insbesondere die geradkettigen Gruppen. Besonders Alkenylgruppen sind C₂-C₇-1E-Alkenyl, C₄-C₇-3E-Alkenyl, C₅-C₇-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 Kohlen­ stoffatomen sind im allgemeinen bevorzugt.

Der Ausdruck "Fluoralkyl" umfaßt vorzugsweise geradkettige Gruppen mit endständigen Fluor, d. h. Fluormethyl, 2-Fluorethyl, 3-Fluorpropyl, 4-Fluorbutyl, 5-Fluorpentyl, 6-Fluorhexyl und 7-Fluorheptyl. Andere Positionen des Fluors sind jedoch nicht ausgeschlossen.

Der Ausdruck "Oxaalkyl" umfaßt vorzugsweise geradkettige Reste der Formel

C_nH_2n+1-O-(CH₂)_m,

worin n und m jeweils unabhängig voneinander 1 bis 6 bedeuten. Vorzugsweise ist n=1 und m 1 bis 6.

Durch geeignete Wahl der Bedeutungen von R, X und Y können die Ansprechzeiten, die Schwellen­ spannung, die Steilheit der Transmissionskennli­ nien etc. in gewünschter Weise modifiziert wer­ den. Beispielsweise führen 1E-Alkenylreste, 3E-Alkenylreste, 2E-Alkenyloxyreste und derglei­ chen in der Regel zu kürzeren Ansprechzeiten, verbesserten nematischen Tendenzen und einem höheren Verhältnis der elastischen Konstanten k₃₃ (bend) und k₁₁ (splay) im Vergleich zu Alkyl- bzw. Alkoxyresten. 4-Alkenylreste, 3-Alkenylreste und dergleichen ergeben im allge­ meinen tiefere Schwellenspannungen und kleinere Werte von k₃₃/k₁₁ im Vergleich zu Alkyl- und Alkoxyresten. Eine Gruppe -CH₂CH₂- in Z¹ bzw. Z² führt im allgemeinen zu höheren Werten von k₃₃/k₁₁ im Vergleich zu einer einfachen Konvalenzbindung. Höhere Werte von k₃₃/k₁₁ ermöglichen z. B. fla­ chere Transmissionskennlinien in TN-Zellen mit 90° Verdrillung (zur Erzielung von Grautönen) und steilere Transmissionskennlinien in STN-, SBE- und OMI-Zellen (höhere Multiplexierbarkeit) und umgekehrt.

Das optimale Mengenverhältnis der Verbindungen der Formeln I und II+III+IV hängt weitgehend von den gewünschten Eigenschaften, von der Wahl der Komponenten der Formeln I, II, III und/oder IV und von der Wahl weiterer gegebenenfalls vorhandener Komponenten ab. Geeignete Mengen­ verhältnisse innerhalb des oben angegebenen Bereiches können von Fall zu Fall leicht ermit­ telt werden.

Die Gesamtmenge an Verbindungen der Formeln I bis XII in den erfindungsgemäßen Gemischen ist nicht kritisch. Die Gemische können daher eine oder mehrere weitere Komponenten enthalten zwecks Optimierung verschiedener Eigenschaften. Der beobachtete Effekt auf die Ansprechzeiten und die Schwellenspannung ist jedoch in der Regel umso größer je höher die Gesamtkonzentra­ tion an Verbindungen der Formeln I bis XII ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Medien Verbin­ dungen der Formel II, III, V und/oder VII (vorzugsweise II und/oder III), worin X CF₃, OCF₃ oder OCHF₂ bedeutet. Eine günstige synergi­ stische Wirkung mit den Verbindungen der Formel I führt zu besonders vorteilhaften Eigenschaf­ ten.

Für STN-Anwendungen enthalten die Medien vor­ zugsweise Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Formeln V bis VIII, worin X vorzugsweise OCHF₂ bedeutet.

Die erfindungsgemäßen Medien können ferner eine Komponente A enthalten, bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von -1,5 bis +1,5 der allgemeinen Formel I′

worin
R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander n-Alkyl, n-Alkoxy, ω-Fluoralkyl oder n-Alkenyl mit bis zu 9 C-Atomen,
die Ringe A¹, A² und A³ jeweils unabhängig voneinander 1,4- Phenylen, 2- oder 3-Fluor-1,4- phenylen, trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Cyclohexenylen,
Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander -CH₂CH₂-, C≡C-, -CO-O-, -O-CO-, oder eine Einfachbindung, und
m 0, 1 oder 2
bedeutet.

Komponente A enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus II1 bis II7:

worin R¹ und R² die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben.

Vorzugsweise enthält Komponente A zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus II8 bis II20:

worin R¹ und R² die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben und die 1,4-Phenylengruppen in II8 bis II17 jeweils unabhängig voneinander auch durch Fluor ein- oder mehrfach substituiert sein können.

Ferner enthält Komponente A vorzugsweise zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen aus­ gewählt aus der Gruppe bestehend aus II21 bis II25 enthält:

worin R¹ und R² die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben und die 1,4-Phenylengruppen in II21 bis II25 jeweils unabhängig voneinander auch durch Fluor ein- oder mehrfach substituiert sein können.

Schließlich sind derartige Mischungen bevorzugt, deren Komponente A eine oder mehrere Verbindun­ gen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus II26 und II27 enthält:

worin C_rH_2r+1 eine geradkettige Alkylgruppe mit bis zu 7 C-Atomen ist.

In einigen Fällen erweist sich der Zusatz von Verbindungen der Formel

worin
R¹ und R² die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben und
Z⁰ eine Einfachbindung

bedeutet,
zur Unterdrückung smektischer Phasen als vor­ teilhaft, obwohl hierdurch der spezifische Widerstand erniedrigt werden kann. Zur Erzielung von für die Anwendung optimaler Parameterkombi­ nationen kann der Fachmann leicht feststellen, ob und falls ja in welcher Menge diese Ver­ bindungen zugesetzt sein können. Normalerweise werden weniger als 15%, insbesondere 5-10% verwendet.

Ferner bevorzugt sind Flüssigkristallmischungen, die eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus III′ und IV′ ent­ halten:

worin R¹ und R² die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben.

Die Art und Menge der polaren Verbindungen mit positiver dielektrischer Anisotropie ist an sich nicht kritisch. Der Fachmann kann unter einer großen Palette bekannter und in vielen Fällen auch kommerziell verfügbarer Komponenten und Basisgemische in einfachen Routineversuchen geeignete Materialien auswählen. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere Verbindungen der Formel I′′

worin Z¹, Z² und m die bei Formel I′ angegebene Bedeutung haben, Q¹ und Q² jeweils unabhängig voneinander 1,4-Phenylen, trans-1,4-Cyclohexylen oder 3-Fluor-1,4-phenylen- oder einer der Reste Q¹ und Q² auch trans-1,3-Dioxan-2,5-diyl, Pyrimidin-2,5-diyl, Pyridin-2,5-diyl oder 1,4- Cyclohexenylen bedeutet,
R⁰ n-Alkyl, n-Alkenyl, n-Alkoxy oder n-Oxaalkyl mit jeweils bis zu 9 C-Atomen, Y H oder F und X′ CN, Halogen, CF₃, OCF₃ oder OCHF₂ ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform basieren die erfindungsgemäßen Medien für STN- oder TN- Anwendungen auf Verbindungen der Formel I′′, worin X′ CN bedeutet. Es versteht sich, daß auch klei­ nere oder größere Anteile von anderen Verbindun­ gen der Formel I′′ (X′≠CN) in Frage kommen. Für MFK-Anwendungen enthalten die erfindungsgemäßen Medien vorzugsweise nur bis zu ca. 10% an Nitrilen der Formel I′′ (vorzugsweise jedoch keine Nitrile der Formel I′′, sondern Verbindun­ gen der Formel I′ mit X′ = Halogen, CF₂, OCF₃ oder OCHF₂). Diese Medien basieren vorzugsweise auf den Verbindungen der Formeln II bis XII.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen STN- bzw. MFK- Anzeige aus Polarisatoren, Elektrodengrundplat­ ten und Elektroden mit Oberflächenbehandlung entspricht der für derartige Anzeigen üblichen Bauweise. Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise hier weit gefaßt und umfaßt auch alle Abwandlungen und Modifikationen der MFK-Anzeige, insbesondere auch Matrix-Anzeigeelemente auf Basis poly-Si TFT oder MIM.

Ein wesentlicher Unterschied der erfindungs­ gemäßen Anzeigen zu den bisher üblichen auf der Basis der verdrillten nematischen Zelle besteht jedoch in der Wahl der Flüssigkristallparameter der Flüssigkristallschicht.

Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristallmischungen erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die gewünschte Menge der in geringerer Menge verwendeten Kompo­ nenten 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 Fach­ mann bekannte und in der Literatur beschriebene Zusätze enthalten. Beispielsweise können 0-15% pleochroitische Farbstoffe oder chirale Dotier­ stoffe zugesetzt werden.

C bedeutet eine kristalline, S eine smektische, S_B eine smektisch B, N eine nematische und I die isotrope Phase.

V₁₀ bezeichnet die Spannung für 10% Transmis­ sion (Blickrichtung senkrecht zur Plattenober­ fläche). t_on bezeichnet die Einschaltzeit und t_off die Ausschaltzeit bei einer Betriebsspannung entsprechend dem 2,5fachen Wert von V₁₀.

Δn bezeichnet die optische Anisotropie und n₀ den Brechungsindex. Δε bezeichnet die dielektri­ sche Anisotropie (Δε=ε_∥-ε_⟂, wobei ε_∥ die Dielektrizitätskonstante parallel zu den Moleküllängsachsen und ε_⟂ die Dielektri­ zitätskonstante senkrecht dazu bedeutet. Die elektrooptischen Daten wurden in einer TN-Zelle im 1. Minimum (d. h. bei einem d·Δn-Wert von 0,5) bei 20°C gemessen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben wird. Die optischen Daten wurden bei 20°C gemessen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angege­ ben wird.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen. Vor- und nach­ stehend sind alle Temperaturen in °C angegeben. Die Prozentzahlen sind Gewichtsprozente.

In der vorliegenden Anmeldung und in den folgen­ den Beispielen sind die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch Acronyme ange­ geben, wobei die Transformation in chemische Formeln gemäß folgender Tabellen A und B erfolgt. Alle Reste C_nH_2n+1 sind geradkettige Alkylreste mit n bzw. m C-Atomen. Die Codierung gemäß Tabelle B versteht sich von selbst.

In Tabelle A ist nur das Acronym für den Grundkörper angegeben. Im Einzelfall folgt getrennt vom Acronym für den Grundkörper mit einem Strich ein Code für die Substituenten R¹, R², L¹ und L²:

Tabelle A

Tabelle B

Beispiel 1
PCH-3
8%
PCH-3Cl	11%
PCH-5Cl	10%
ECCP-3Cl · F	13%
ECCP-5Cl · F	9%
ECCP-33	10%
BCH-32	13%
BCH-52	12%
CCPC-33	2%
CCPC-34	3%
CCPC-35	2%
CCP-3F · F	7%

Beispiel 2
PCH-5Cl
12%
PCH-3Cl	10%
PCH-3Cl · F	10%
CCP-3Cl · F	13%
ECCP-3F · F	13%
CBC-53F	4%
CBC-33F	3%
CBC-55F	3%
CCP-50CF₃	12%
ECCP-30CF₃	11%
ECCP-50CF₃	9%
Tc = 91°C @	Δn = 0,09 @	Δε = +5 @	Vth = 2,2 V

Beispiel 3
B-3F · F
8%
B-5F · F	8%
PCH-3Cl	10%
PCH-5Cl	8%
CCP-2F · F	10%
CCP-3F · F	12%
ECCP-2F · F	10%
ECCP-3F · F	5%
CECP-2F · F	8%
BCP-3F · F	12%
CBC-33F	3%
CBC-53F	3%
CBC-55F	3%

Beispiel 4
B-3Cl · F
8%
B-5Cl-F	10%
PCH-5F	10%
PCH-7F	10%
CCP-20CF₃	12%
CECP-30CF₃	8%
ECCP-2F · F	8%
ECCP-3F · F	12%
BCH-3 · FCl	10%
BCH-5 · FCl	10%
CBC-33F	2%

Beispiel 5
Substance
mass-%
PCH-5F
8.00
PCH-6F	6.00
PCH-7F	8.00
CCP-2F · F	11.00
CCP-3F · F	12.00
CCP-5F · F	12.00
CECP-3F · F	11.00
CECP-5F · F	9.00
ECCP.3F · F	12.00
ECCP-5F · F	11.00
T(N, I)=75°C. @	η20=14 cST @	V10=1,4 V(1st) @	Δn=0,073

Beispiel 6
Substance
mass-%
EPCH-5F · F
8.00
EPCH-7F · F	8.00
CCP-20CF3	8.00
CCP-30F3	12.00
CCP-40CF3	6.00
CCP-50CF3	12.00
CCP-2F · F · F	5.00
CCP-3F · F · F	9.00
CCP-4F · F · F	5.00
CCP-5F · F · F	7.00
ECCP-3F · F	11.00
ECCP-5F · F	9.00
T(N, I)=81°C. @	η10=18 cST @	Δn=0,079 @	V10=1,5 V

Beispiel 7
Substance
mass-%
PCH-5F · F
8.00
PCH-7F · F	8.00
CCP-2F · F	8.00
CCP-3F · F	12.00
CCP-5F · F	12.00
CECP-3F · F	10.00
CECP-5F · F	9.00
ECCP-2F · F	12.00
ECCP-3F · F	12.00
ECCP-5F · F	9.00
T(NI) = 80°C @	η₁₀ = 19 cST @	Δn = 0,078 @	V₁₀ = 1,55 V

Beispiel 8
Substance
mass-%
PECH-5F · F
7.00
PECH-7F · F	6.00
CCP-2F · F	10.00
CCP-3F · F	10.00
CCP-4F · F	8.00
CCP-5F · F	10.00
CECP-2F · F	9.00
CECP-3F · F	8.00
CECP-5F · F	6.00
BCH-3F · F · F	12.00
BCH-4F · F · F	9.00
BCH-5F · F · F	5.00
T(NI) = 72°C @	η₂₀ = 18 cST @	Δn = 0,088 @	V₁₀(1st) = 1,60 V

Beispiel 9
Substance
mass-%
PCH-4F · F
7.00
PCH-5F · F	6.00
CCP-20CF3 · F	11.00
CCP-30CF3 · F	12.00
CCP-40CF3 · F	9.00
CCP-50CF3 · F	11.00
ECCP-2F · F	9.00
ECCP-3F · F	8.00
ECCP-5F · F	6.00
BCH-3CF3 · F · F	12.00
BCH-5CF3 · F · F	9.00
T(NI) = 82°C @	η₂₀ = 17 cST @	Δn = 0,093 @	V₁₀(1st) = 1,6 V

Beispiel 10
Substance
mass-%
PCH-5F
7.00
PCH-7F	6.00
CECP-2F · F	9.00
CECP-3F · F.	12.00
CECP-4F · F	8.00
CECP-5F · F	12.00
CUP-30CF3	10.00
CUP-50CF3	12.00
BCH-30CF3 · F	14.00
BCH-50CF3 · F	10.00
T(N, I) = 83°C @	η₁₀ = 16 cST @	Δn = 0,093 @	V₁₀(1st) = 1,65 V

Beispiel 11
Substance
mass-%
PCH-5F
6.00
PCH-7F	6.00
CECP-20CF3	9.00
CECP-30CF3	12.00
CECP-50CF3	11.00
CUP-30CF3	12.00
CUP-50CF3	12.00
BCH-30CF3 · F	11.00
BCH-50CF3 · F	12.00
CCUP-30CF3	4.00
CCUP-50CF3	5.00
T(NI) = 105°C @	η₂₀ = 18 cST @	V₁₀(1st) = 2,2 V @	Δn = 0,094

Beispiel 12
Substance
mass-%
PCH-5F
10.00
PCH-6F	8.00
PCH-7F	6.00
CCP-30CF3	10.00
CCP-50CF3	9.00
BCH-3F · F	12.00
BCH-5F · F	10.00
ECCP-3CF3	10.00
ECCP-5CF3	9.00
ECCP-30CF3	5.00
ECCP-50CF3	5.00
CBC-33F	2.00
CBC-53F	2.00
CBC-55F	2.00
T(N, I) = 93°C @	η = 16 cST @	Δn = 0,097 @	V₁₀(1st) = 1,9 V

Beispiel 13
Substance
mass-%
PCH-5F
10.00
PCH-6F	8.00
PCH-7F	6.00
CCP-30CF3	10.00
CCP-50CF3	9.00
ECCP-30CF3 · F	10.00
ECCP-50CF3 · F	9.00
BCH-3F · F	12.00
BCH-5F · F	10.00
CECP-30CF3 · F	5.00
CECP-50CF3 · F	5.00
CBC-33F	2.00
CBC-53F	2.00
CBC-55F	2.00
T(N, I) = 89°C @	η = 15 cST @	Δn = 0,094 @	V₁₀ = 1,9 V

Claims (10)

1. Flüssigkristallines Medium auf der Basis eines Gemisches von polaren Verbindungen mit positiver dielektrischer Anisotropie, dadurch gekennzeichnet, daß es eine oder mehrere Verbindungen der allgemeinen Formel I enthält, worin Y H oder F, X F, Cl, CF₃, OCF₃ oder OCHF₂, einer der Reste Q¹ und Q² -C₂H₄ und der andere Rest Q¹ oder Q² eine Einfachbindung und R Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 7 C-Atomen bedeutet.

2. Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln II, III und IV enthält: worin die einzelnen Reste die folgenden Bedeutungen haben:
R: Alkyl, Oxaalkyl, Fluoralkyl oder Alkenyl mit jeweils bis zu 7 C-Atomen
X: F, Cl, CF₃, OCF₃ oder OCHF₂
Y¹ und Y²: jeweils H oder F
r: 0 oder 1.

3. Medium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln V bis VIII enthält: worin R, r, X, Y¹ und Y² jeweils unabhängig voneinander eine der in Anspruch 2 angegebene Bedeutung haben.

4. Medium nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus der allgemeinen Formel IX bis XII enthält: worin R, X, Y¹ und Y² jeweils unabhängig voneinander eine der in Anspruch 2 angegebene Bedeutung haben.

5. Medium nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Verbindungen der Formeln I bis IV zusammen im Gesamtgemisch mindestens 50 Gew.-% beträgt.

6. Medium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Verbindungen der Formel I im Gesamtgemisch 10 bis 50 Gew.-% beträgt.

7. Medium nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Verbindungen der Formeln II bis IV im Gesamtgemisch 30 bis 70 Gew.-% beträgt.

8. Medium nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den allgemeinen Formeln I bis XII besteht.

9. Verwendung des flüssigkristallinen Mediums nach Anspruch 1 für elektrooptische Zwecke.

10. Elektrooptische Flüssigkristallanzeige enthaltend ein flüssigkristallines Medium nach Anspruch 1.