In derartigen Flüssigkristallanzeigen werden
die Flüssigkristalle
als Dielektrika verwendet, deren optische Eigenschaften sich bei
Anlegen einer elektrischen Spannung reversibel ändern. Elektrooptische Anzeigen,
die Flüssigkristalle
als Medien verwenden sind dem Fachmann bekannt. Diese Flüssigkristallanzeigen verwenden
verschiedene elektrooptische Effekte. Die gebräuchlichsten hiervon sind der
TN-Effekt (Englisch „twisted
nematic", mit einer
homogenen, nahezu planaren Ausgangsorientierung der Flüssigkristalle
und einer um ca. 90° verdrillten
nematischen Struktur), der STN-Effekt (Englisch „supertwisted nematic") und der SBE-Effekt
(Englisch „supertwisted
birefringence effect").
Bei diesen und ähnlichen
elektrooptischen Effekten werden flüssigkristalline Medien mit
positiver dielektrischer Anisotropie (Δε) verwendet.
Neben den genannten elektrooptischen
Effekten, welche Flüssigkristallmedien
mit positiver dielektrischer Anisotropie benötigen, gibt es andere elektrooptische
Effekte welche Flüssigkristallmedien
mit negativer dielektrischer Anisotropie verwenden, wie z.B. der
ECB-Effekt (Englisch „electrically
controlled birefringence") und
seine Unterformen DAP (Englisch „deformation of aligned phases"), VAN (Englisch „vertically
aligned nematics")
und CSH (Englisch „color
super homeotropic).
Ein elektrooptischer Effekt mit hervorragender,
kleiner Blickwinkelabhängigkeit
des Kontrasts verwendet axial symmetrische Micropixel (ASM von Englisch „axially
symmetric micro pixel").
Bei diesem Effekt ist der Flüssigkristall
jedes Pixels zylinderförmig
von einem Polymermaterial umgeben. Dieser Mode eignet sich besonders
zur Kombination mit der Adressierung durch Plasmakanäle. So lassen
sich insbesondere großflächige PA
LCDs (Englisch „plasma
addressed) mit guter Blickwinkelabhängigkeit des Kontrasts realisieren.
Der in letzter Zeit verstärkt eingesetzte
IPS-Effekt (Englisch „in
plane switching) kann sowohl dielektrisch positive wie auch dielektrisch
negative Flüssigkristallmedien
verwenden, ähnlich
wie auch „guest/host"-Anzeigen also Gast/Wirt-Anzeigen,
die Farbstoffe je nach verwandtem Anzeigemodus entweder in dielektrisch
positiven oder in dielektrisch negativen Medien einsetzen können.
Da bei Anzeigen im allgemeinen, also
auch bei Anzeigen nach diesen Effekten, die Betriebsspannung möglichst
gering sein soll, werden Flüssigkristallmedien
mit relativ großer
dielektrischer Anisotropie eingesetzt, die in der Regel überwiegend
und meist sogar weitestgehend aus Flüssigkristallverbindungen mit
der entsprechenden dielektrischen Anisotropie bestehen. Also, bei
dielektrisch positiven Medien aus Verbindungen mit positiver dielektrischer
Anisotropie und bei dielektrisch negativen Medien aus Verbindungen
mit negativer dielektrischer Anisotropie. Bei den jeweiligen Arten
von Medien (dielektrisch positiv bzw. dielektrisch negativ) werden typischer
Weise kaum oder gar keine Verbindungen mit einer dielektrischen
Anisotropie mit zum Vorzeichen der dielektrischen Anisotropie des
Medium entgegengesetzten Vorzeichen eingesetzt.
Die Medien gemäß der vorliegenden Erfindung
enthalten jedoch bevorzugt Verbindungen mit nur gemäßigt positiver
dielektrischer Anisotropie und, in der Regel, nennenswerte Mengen
an dielektrisch neutralen Flüssigkristallverbindungen.
Diese erlauben die Realisierung niedriger Viskositäten (η) und insbesondere
niedriger Rotationsviskositäten
(γ1), die für
die resultierenden Schaltzeiten ausschlaggebend sind. Um möglichst niedrige
Viskositäten
zu realisieren werden die Verbindungen mit einer relativ großen dielektrischen
Anisotropie (positiv oder negativ) in möglichst geringen Konzentrationen
eingesetzt, die gerade noch zur Erreichung der gewünschten
Betriebsspannung ausreichen.
Eine Ausnahme bilden hier flüssigkristalline
Medien für
MIM-Anzeigen (Englisch „metal
insultator metal")
[J.G. Simmons, Phys. Rev. Vol 155 No. 3, pp. 657–660; K. Niwa et al., SID 84
Digest, pp. 304–307,
June (1984)] bei denen die Flüssigkristallmedien
mit einer aktiven Matrix aus Dünnfilmtransistoren
angesteuert werden. Bei dieser Art von Ansteuerung, die die nicht
lineare Kennlinie der Diodenschaltung ausnutzt, kann im Gegensatz
zu TFT-Anzeigen kein Speicherkondensator gemeinsam mit den Elektroden
der Flüssigkristallanzeigeelemente
(Pixeln) aufgeladen werden. Somit ist zur Verminderung des Effekts
des Spannungsabfalls während
des Ansteuerzyklus ein möglichst
großer
Grundwert der Dielektrizitätskonstante
erforderlich. Bei dielektrisch positiven Medien wie sie z.B. bei
MIM-TN-Anzeigen eingesetzt werden, muß also die Dielektrizitätskonstante
senkrecht zur Molekülachse
(ε
⊥)
möglichst
groß sein,
da sie die Grundkapazität
des Pixels bestimmt. Hierzu werden wie in WO 93/01253
EP 0 663 502 und
DE 195 21 483 in den dielektrisch
positiven Flüssigkristallmedien,
neben dielektrisch positiven Verbindungen, Verbindungen mit negativer
dielektrischer Anisotropie eingesetzt.
Eine weitere Ausnahme bilden STN-Anzeigen
in denen z.B. nach
DE 41 00 287 ,
in der dielektrisch positive Flüssigkristallmedien
mit dielektrisch negativen Flüssigkristallverbindungen
eingesetzt werden um die Steilheit der elektrooptischen Kennlinie
zu erhöhen.
Die Bildpunkte der Flüssigkristallanzeigen
können
direkt angesteuert werden, zeitsequentiell, also im Zeitmultiplexverfahren
oder mittels einer Matrix von aktiven, elektrisch nichtlinearen
Elementen angesteuert werden.
Die bislang gebräuchlichsten AMDs verwenden
diskrete aktive elektronische Schaltelemente, wie z. B. dreipolige
Schaltelemente wie MOS (Metal Oxide Silicon) Transistoren oder Dünnfilmtransistoren
(TFTs von Englisch Thin Film Transistors) oder Varistoren oder zweipolige
Schaltelemente wie z.B. MIM (Metall Insulator Metal) Dioden, Ringdioden
oder "Back to back"-Dioden. Bei den
TFTs werden verschiedene Halbleitermaterialien, überwiegend Silizium oder auch
Cadmiumselenid, verwendet. Insbesondere wird amorphes Silizium oder
polykristallines Silizium verwendet.
Derartige Anzeigen müssen kleine
bis sehr kleine Schaltzeiten aufweisen, insbesondere, wenn sie zur Wiedergabe
von bewegten Bildern, wie z.B. von Videosignalen verwendet werden
sollen. Gleichzeitig sollen sie eine ausreichend niedrige Betriebsspannung
und einen ausreichend großen
Arbeitstemperaturbereich aufweisen, sowie über eine gute Zuverlässigkeit
(Englisch „reliability") verfügen, also
eine lange Lebensdauer der Anzeigen und deren sicheren Betrieb unter
anspruchsvollen Umweltbedingungen erlauben. Hierzu werden insbesondere
flüssigkristalline
Medien benötigt,
die möglichst
wenige ionische Verunreinigungen enthalten und die ionische Verunreinigungen
nicht gut lösen,
bzw. in denen diese Verunreinigungen nicht dissoziieren. Außerdem sollte
die Wechselwirkung mit dem Kleber, der die Substrate der Anzeige
zusammenhält,
bzw. das Fülloch
verschließt
möglichst
gering sein. Hierzu sind insbesondere relativ unpolare Verbindungen
geeignet. Also sind Verbindungen mit terminalen -CN- oder -NCS-Gruppen
möglicht
sparsam einzusetzen und bevorzugt ganz zu vermeiden. Des weitern
sind Ester und Ether allgemein nicht bevorzugt. Insbesondere phenolische Ester
und Ether.
Für
eine ausreichend niedrige Betriebsspannung werden Materialien mit
entsprechender dielektrischer Anisotropie Δε benötigt. Derartige Medien haben
aber meist große
Viskositäten
und führen
somit eher zu schlechten Schaltzeiten. Zur Verringerung der Schaltzeiten
der Anzeigen werden jedoch dielektrisch neutrale Verbindungen eingesetzt.
Diese müssen
extrem niedrigen Rotationsviskositäten aufweisen, damit sie in relativ
geringen Mengen eingesetzt die Viskositäten der Medien effektiv erniedrigen.
Auch die Forderung nach einem breiten
Arbeitstemperaturbereich steht im Widerspruch zur Forderung nach
kleinen Schaltzeiten, da die obere Grenze des Arbeitstemperaturbereichs
durch den Klärpunkt
des Flüssigkristallmediums
bestimmt wird und dieser bei Medien besonders dann hoch ist, wenn
die Medien Verbindungen enthalten, die mehrere, meist drei oder
vier, meist sechsgliedrige, Ringe, enthalten, die in der Regel selbst
eine große
Viskosität
haben und in den Medien eher zu großen Viskositäten führen.
Somit ist ersichtlich, dass ein Bedarf
an Flüssigkristallmedien
insbesondere mit positiver dielektrischer Anisotropie und sehr geringer
Rotationsviskosität
besteht.
Durch die vorliegende Erfindung werden
Flüssigkristallmedien
mit besonders guten Eigenschaften realisiert. Diese enthalten flüssigkristalline
Medien mit einer nematischen Phase charakterisiert dadurch, dass die
Medien einen Klärpunkt
von 70°C
oder mehr, eine Doppelbrechung bei 20°C und 599 nm von 0,15 oder weniger
eine dielektrische Anisotropie im Bereich von jeweils einschließlich 0,5
bis 8,0 und eine Rotationsviskosität von 70 mPa·s oder
weniger aufweisen.
Bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien
in einer TN-Anzeige bei 20°C
und einer optischen Verzögerung
im Bereich von 0,25 μm
bis 0,50 μm
eine Schwellenspannung von 2,0 V oder weniger, besonders bevorzugt
von 1.80 V oder weniger auf und sind somit besonders geeignet für Treiber
mit 5 V bez. mit 4 V Betriebsspannung.
Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien
- a) 30% oder mehr einer Komponente A bestehend
aus Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von mehr als
10,5,
- b) 20% oder weniger einer Komponente B bestehend aus Verbindungen
mit einer dielektrischen Anisotropie im Bereich von mehr als 2,0
bis 10,5 und
- c) 35% oder mehr einer Komponente C bestehend aus Verbindungen
mit einer dielektrischen Anisotropie im Bereich von –1 bis 2,0.
Besonders bevorzugt enthalten die
erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien
- a) 35% oder mehr einer Komponente A bestehend
aus Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von mehr als
10,5,
- b) 15% oder weniger einer Komponente B bestehend aus Verbindungen
mit einer dielektrischen Anisotropie im Bereich von mehr als 2,0
bis 10,5 und
- c) 40% oder mehr einer Komponente C bestehend aus Verbindungen
mit einer dielektrischen Anisotropie im Bereich von –1 bis 2,0.
Bevorzugt beträgt der gesamte Anteil an Verbindungen
mit einem Dioxanring und der Verbindungen mit einem terminal Cyano-substituierten
aromatischen Ring in den erfindungsgemäßen Medien jeweils 10 % oder
weniger und besonders bevorzugt 5 % oder weniger. Ganz besonders
bevorzugt ist der gesamte Anteil der beiden Verbindungstypen zusammen
10 % oder weniger und bevorzugt 5 % oder weniger.
Bevorzugt sind Flüssigkristallmedien, bei denen
Komponente A eine oder mehrere Verbindungen der Formel I
enthält, worin
R
1 Wasserstoff, Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis
7, bevorzugt 1 bis 5 C-Atomen, Alkenyl, Alkenyloxy, Alkinyl oder Alkinyloxy
mit 2 bis 7, bevorzugt 2 bis 5 C-Atomen, wobei bei allen sechs Arten
von Gruppen jeweils eine, zwei oder mehr der vorhandenen -CH
2-Gruppen
durch -O-, -C=O- oder -S- ersetzt sein können, wobei jedoch keine zwei
O-Atome direkt miteinander verbunden sind und alle sechs Arten von
Gruppen optional durch Halogen, bevorzugt durch Fluor substituiert
sein können,
bevorzugt Alkyl, oder Alkenyl,
Z
1 -CH
2-CH
2-, -CH
2-O-, -CF
2-O-, -CO-.
-OCO- oder eine Einfachbindung, bevorzugt -CF
2-O-,
COO- oder eine Einfachbindung, besonders bevorzugt -CF
2-O- oder eine Einfachbindung,
X
1 Halogen, fluoriertes Alkyl oder fluoriertes
Alkoxy mit 1 bis 5, bevorzugt 1 bis 2 C-Atomen oder fluoriertes Alkenyl,
Alkenyloxy, oder Oxaalkyl mit 2 bis 4, bevorzugt 2 bis 3 C-Atomen,
bevorzugt F, Cl oder OCF
3, besonders bevorzugt
F und
Y
11 bis Y
14,
jeweils unabhängig
voneinander, H, F oder Cl, bevorzugt H oder F, besonders bevorzugt
Y
11 bis Y
13 F und
Y
14 H
bedeuten.
Die Verbindungen der Formel I werden
bevorzugt ausgewählt
aus der Gruppe der Formeln I-1 bis I-4
worin
die Parameter die oben unter Formel I gegebene Bedeutung haben und
bevorzugt
R
1 Alkyl oder Alkoxy mit
1 bis 7 C-Atomen oder Alkenyl mit 2 bis 7 C-Atomen und
X
1 F, -CF
3 oder -OCF
3, bevorzugt F oder -OCF
3,
bei Formel I-4 bevorzugt F
bedeuten.
Bevorzugt sind ferner Flüssigkristallmedien,
bei denen Komponente A zusätzlich
oder alternativ, bevorzugt zusätzlich
zu Verbindungen der Formel I eine oder mehrere Verbindungen der
Formeln II
enthält, worin
bedeutet und
R
2, Y
21 bis Y
24 und X
2, jeweils
die oben bei Formel I für
die entsprechenden Parameter R
1, Y
11 bis Y
14 und X
1 gegebene Bedeutung haben, bevorzugt Y
21 bis Y
23 H, und
Y
24 F und X
2 OCF
3 oder F, bevorzugt OCF
3 und
Z
2 eine Einfachbindung, -COO-, -CF
2-CF
2-, -CF
2-CH
2-, – CH
2-CF
2-, -CH
2-CH
2-, -CH
2-O-, -O-CH
2-, -CF
2-O- oder -O-CF
2-,
bevorzugt eine Einfachbindung, -CF
2-O- oder
-COO
bedeuten.
Die Verbindungen der Formel II werden
bevorzugt ausgewählt
aus der Gruppe der Formeln II-1 und II-2
worin
R
2, Y
21 bis Y
24 und X
2, die oben
bei Formel II gegebene Bedeutung haben, bevorzugt
R
2 Alkyl mit 1 bis 5 C-Atomen,
X
2 OCF
3 oder F,
Y
21 bis Y
24 H oder
F, bevorzugt mindestens einer von Y
21 bis
Y
24 F, bevorzugt Y
21 F,
im
Falle X
2 gleich F bevorzugt zwei oder mehr,
besonders bevorzugt mindestens Y
21 und Y
22, F,
im Falle X
2 gleich
-OCF
3 bevorzugt einer oder mehr, besonders
bevorzugt mindestens Y
21, F und
Z
2 eine Einfachbindung, -COO-, -CF
2-CF
2-, -CF
2-CH
2-, -CH
2-CF
2-, -CH
2-CH
2-, -CH
2-O-, -O-CH
2-, -COO-, -CF
2-O- oder -O-CF
2-,
bevorzugt eine Einfachbindung, -CO-, oder -CF
2-O-,
besonders bevorzugt -COObedeuten.
Die Verbindungen der Formel II-1
werden bevorzugt ausgewählt
aus der Gruppe der Formeln II-1a bis II-1d
worin
die Parameter die oben unter Formel II gegebene Bedeutung haben,
und X
2 bevorzugt F und insbesondere bei
Formel II-1b X
2 bevorzugt -OCF
3 bedeutet.
Die Verbindungen der Formel II-2
werden bevorzugt ausgewählt
aus der Gruppe der Formeln II-2a bis II-2c
worin
die Parameter die oben unter Formel II gegebene Bedeutung haben,
bevorzugt X
2 F bedeutet.
Bevorzugt sind Flüssigkristallmedien, bei denen
Komponente B eine oder mehrere Verbindungen der Formel III
enthält, worin
und
n
0 oder 1
bedeutet und
R
3, Y
31, Y
24 und X
3, jeweils die oben bei Formel I für die entsprechenden
Parameter R
1, Y
11,
Y
12 und X
1 gegebene
Bedeutung haben, bevorzugt
R
3 Alkyl
oder Alkenyl,
Z
31 und Z
32 ,
jeweils voneinander unabhängig,
eine Einfachbindung, -COO-, -CF
2-CF
2-, -CF
2-CH
2-, -CH
2-CF
2-, -CH
2-CH
2-, -CH
2-O-, -O-CH
2-, -CF
2-O- oder
-O-CF
2-, bevorzugt eine Einfachbindung,
-CF
2-O- oder -COO-, bevorzugt mindestens
eine von Z
31 und Z
32,
bevorzugt Z
32, eine Einfachbindung
X
3 F, -CF
3 oder -OCF
3 und
Y
31 und
Y
32, jeweils unabhängig voneinenander, H oder
F bedeuten und
im Fall X
3 F bevorzugt
mindestens einer von Z
31 und Z
32,
bevorzugt Z
31 F bedeutet und
im Fall
X
3 F Z
31 und Z
32 bevorzugt Z
31 H
bedeuten und
Verbindungen der Formel II ausgeschlossen sind.
Die Verbindungen der Formel III werden
bevorzugt ausgewählt
aus der Gruppe der Formeln III-1 bis III-3
worin
die Parameter die oben bei Formel III gegebene Bedeutung haben und
bevorzugt
R
3 Alky oder Alkoxy mit 1
bis 5 C-Atomen oder Alkenyl mit 2 bis 5 C-Atomen,
Z
31 -CF
2-CF
2- oder eine Einfachbindung,
X
3 F, -CF
3, -OCF
3 und
Y
31 F
oder H
in Formel II-2 und III-3 im Falle X
3 gleich
F Y
31 bevorzugt F
und insbesondere
bevorzugt
R
3 Alkyl oder Alkenyl und
bei
Formel III-1
Z
31 eine Einfachbindung
und
X
3 -CF
3,
bei
Formeln III-2
X
3 F und Y
31 F
oder H und R
3 H oder Alkenyl oder
X
3 -OCF
3, und Y
31 H
bei Formel III-3
X
3 und Y
31 beide F
bedeuten.
Bevorzugt sind Flüssigkristallmedien, bei denen
Komponente C eine oder mehrere Verbindungen der
enthält, worin
R
4
1 und R
42,
jeweils unabhängig
voneinander, die oben bei Formel I für R
1 gegebene
Bedeutung haben und
R
41 bevorzugt Alkenyl,
Z
4 eine Einfachbindung, -CH=CH-, -CH
2-CH
2- oder -CF
2-CF
2-, bevorzugt
eine Einfachbindung
bedeuten, wobei Verbindungen der Formel
III ausgeschlossen sind
Die Verbindungen der Formel IV werden
bevorzugt ausgewählt
aus der Gruppe der Formeln IV-1 und IV-2
worin
die Parameter die oben bei Formel IV gegebene Bedeutung haben und
bevorzugt
R
41 Alkyl oder Alkenyl,
R
42 Alkyl, Alkenyl, bei Formel IV-2 auch F,
Z
4 -CH
2-CH
2-, -CF
2-CF
2-, -CF
2-O- oder
eine Einfachbindung, bevorzugt -CF
2-CF
2- oder eine Einfachbindung,
bedeuten.
Bevorzugt sind ferner Flüssigkristallmedien,
bei denen Komponente C zusätzlich
oder alternativ zu den Verbindungen der Formel IV eine oder mehrere
Verbindungen der Formel V
enthält, worin
R
51, R
52 und Y
5, jeweils unabhängig voneinander, die oben
bei Formel I für
R
1 bzw. Y
11 gegebene
Bedeutung haben und
R
5
1 bevorzugt
Alkyl oder Alkenyl,
bevorzugt
Z
5 eine
Einfachbindung, -CH=CH-, -CH
2-CH
2-, -CF
2-CF
2- oder -CF
2-O-,
bevorzugt eine Einfachbindung und
Y
5 H
oder F, bevorzugt H,
bedeuten.
Die Verbindungen der Formel V werden
bevorzugt ausgewählt
aus der Gruppe der Formeln V-1 bis V-5
worin
die Parameter die oben bei Formel V gegbene Bedeutung haben und
bevorzugt
R
51 und R
52,
jeweils voneinander unabhäng,
Alkyl mit 1 bis 5C-Atomen
oder Alkenyl mit 2 bis 5 C-Atomen, R
52 bevorzugt
Alkyl
bedeuten.
Gegenstand der vorliegenden Anmeldung
ist auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Flüssigkristallmediums in einer
elektrooptischen Anzeige, ebenso wie eine Elektrooptische Anzeige
enthaltend ein erfindungsgemäßes Flüssigkristallmedium,
insbesonders eine Elektrooptische Anzeige, die durch eine Matrix von
aktiven Schaltelementen angesteuert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform
enthalten die Flüssigkristallmedien
gemäß der vorliegenden
Erfindung
- a) eine oder mehrere dielektrisch
positive Verbindungen der Formel I
- b) eine oder mehrere dielektrisch positive Verbindungen der
Formel II und optional
- c) eine oder mehrere dielektrisch neutrale Verbindung der Formel
IV.
Besonders bevorzugt enthält das Flüssigkristallmedium
eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen
der Formeln I-1a und I-1b und/oder I-2a und I-2b und/oder I-3a und
I-3b
worin
R
1 die oben unter Formel I gegebene Bedeutung
hat und bevorzugt Alkyl oder Alkenyl bedeutet.
Besonders bevorzugt enthält das Flüssigkristallmedium
eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen
der Formeln I-1a, I-1b, I-2b, I-3a und I-3b, besonders bevorzugt
der Gruppe der Berbindungen der Formeln I-1a, I-1b und I-3a.
Besonders bevorzugt enthält das Flüssigkristallmedium
eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen
der Formeln IV-1a bis IV-1f und/oder IV-2a bis IV-2c
worin
Alkyl
Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen, bevorzugt mit 1 bis 5 C-Atomen, bevorzugt
mit 1 bis 3 C-Atomen, bevorzugt n-Alkyl,
Alkoxy Alkoxy mit
1 bis 7 C-Atomen, bevorzugt mit geradkettiger Alkylkette, bevorzugt
mit 1 bis 3 C-Atomen und
Alkenyl Alkenyl, mit 2 bis 7 C-Atomen,
bevorzugt mit 2 bis 5, besonders bevorzugt mit 2 oder 3 C-Atomen,
besonders bevorzugt 1-E-Alkenyl, besonders bevorzugt Vinyl
bedeuten.
In einer bevorzugten Ausführungsform
enthalten die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien
insgesamt bezogen auf die Gesamtmischung
10 % bis 35 % an Verbindungen
der Formel I,
5% bis 25 % an Verbindungen der Formel II,
0
% bis 15 % an Verbindungen der Formel III,
30 % bis 60 % an
Verbindungen der Formel IV,
0 % bis 15 % an Verbindungen der
Formel V und bevorzugt insgesamt mehr als 80 %, bevorzugt
80
% bis 100 %, bevorzugt 90 % bis 100 % an Verbindungen der Formeln
I bis V.
Hier, wie in der gesamten vorliegenden
Anmeldung, bedeutet, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben, der
Begriff Verbindungen sowohl eine Verbindung, als auch mehrere Verbindungen.
Hierbei werden die einzelnen Verbindungen,
in der Regel, in Konzentrationen von 1 % bis 30 % bevorzugt von
2 % bis 20 % und besonders bevorzugt von 4 % bis 16 % angesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform
enthalten die Flüssigkristallmedien
insbesondere bevorzugt insgesamt
15 % bis 25 % an Verbindungen
der Formel I,
5 % bis 15 % an Verbindungen der Formel II,
0
% bis 10 % an Verbindungen der Formel III,
40 % bis 60 % an
Verbindungen der Formel IV und
0 % bis 10 %, bevorzugt 0 %
bis 5 % an Verbindungen der Formel V.
Ganz besonders bevorzugt enthalten
die Flüssigkristallmedien
in dieser Ausführungsform
insgesamt 90 % bis 100 % an Verbindungen der Formeln I bis V, bevorzugt
der Formeln I, II und IV.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform,
die mit den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen identisch sein
kann und bevorzugt identisch ist, enthalten die Flüssigkristallmedien
eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen
der Formeln I, II und III-1. Ganz besonders bevorzugt enthalten
die Medien jeweils eine oder mehrere Verbindungen von zwei von drei
dieser Formeln, bevorzugt von allen drei dieser Formeln.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform,
die ebenfalls mit den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
identisch sein kann und bevorzugt identisch ist, enthalten die Flüssigkristallmedien eine
oder mehrere Verbindungen ausgewählt
aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln
I-1, worin bevorzugt
X1 F bedeutet, I-4, worin X1 F
bedeutet,
II-1, worin bevorzugt Z2 -COO-,
Y21 bis Y23 H, Y24 Fund X2 -OCF3
bedeutet,
II-2, worin bevorzugt Z2 -COO-
und Y21 bis Y23 und
X2 F bedeuten,
II-2b, worin bevorzugt
X2 F bedeutet;
IV-1, worin bevorzugt
Z4 eine Einfachbindung, und R4
1 n-Alkyl und R42 n-Alkyl Alkoxy oder
Alkenyl bedeutet.
Ganz besonders bevorzugt enthalten
die Medien jeweils eine oder mehrere Verbindungen von zwei von drei
dieser Formeln, bevorzugt von allen drei dieser Formeln. Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien
weisen bevorzugt nematische Phasen von jeweils mindestens von –20°C bis 80°C, bevorzugt
von –30°C bis 80°C und ganz
besonders bevorzugt von –40°C bis 90°C auf. Hierbei
bedeutet der Begriff eine nematische Phase aufweisen einerseits,
dass bei tiefen Temperaturen bei der entsprechenden Temperatur keine
smektische Phase und keine Kristallisation beobachtet wird und andererseits,
dass beim Aufheizen aus der nematischen Phase noch keine Klärung auftritt.
Die Untersuchung bei tiefen Temperaturen wird durch Lagerung in Testzellen,
einer der elektrooptischen Anwendung entsprechenden Schichtdicke,
bei der entsprechenden Temperatur durchgeführt. Dabei werden die Zellen
mindestens 500 h gelagert. Der Klärpunkt wird nach üblichen
Methoden in Kapillaren gemessen.
Ferner sind die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien
durch niedrige optische Anisotropien gekennzeichnet. Die Doppelbrechungswerte
sind kleiner oder gleich 0,150, bevorzugt kleiner oder gleich 0,120 und
ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,110.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien haben sehr
niedrige Rotationsviskositäten.
Diese sind kleiner oder gleich 90 V, bevorzugt kleiner oder gleich
80 mPa·s,
bevorzugt kleiner oder gleich 70 mPa·s; besonders bevorzugt kleiner
oder gleich 65 mPa·s
und ganz besonders bevorzugt kleiner oder gleich 60 mPa·s.
Außerdem weisen die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien
Werte für
die Schwellenspannung (V10) von kleiner
oder gleich 2,5 V, bevorzugt kleiner oder gleich 2,0 V, besonders
bevorzugt kleiner oder gleich 1,8 V und ganz besonders bevorzugt
kleiner oder gleich 1,6 V auf und sind somit besonders gut geeignet
für 5 V-Treiber
und bevorzugt für
4 V-Treiber.
Diese bevorzugten Werte für die einzelnen
physikalischen Eigenschaften werden auch jeweils miteinander kombiniert
eingehalten. So weisen erfindungsgemäße Medien insbesondere die
folgenden Eigenschaftskombinationen auf:
wobei
hier, wie in der gesamten Anmeldung, "≤" kleiner oder gleich
sowie "≥" größer oder
gleich bedeuten.
Besonders bevorzugt gelten die oben
genannten bevorzugten Konzentrationsbereiche auch für diese bevorzugte
Kombination von Verbindungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
das flüssigkristalline
Medium
- – eine
oder mehrerer Verbindungen der Formel I, bevorzugt der Formel I-3
und/oder I-4, bevorzugt I-4, worin besonders bevorzugt
X1 F bedeutet und/oder
- – eine
oder mehrerer Verbindungen der Formel II, bevorzugt der Formel II-2,
bevorzugt der Formel II-2c, worin besonders bevorzugt X2 F
bedeutet und/oder
- – eine
oder mehrerer Verbindungen der Formel IV, bevorzugt der Formel IV-1,
bevorzugt der Formel IV-1b, worin besonders bevorzugt Alkyl eine
Gruppe ausgewählt
aus der Gruppe der Reste Ethyl, n-Propyl, n.Butyl und n.Pentyl und
Alkenyl eine Gruppe ausgewählt
aus der Gruppe der Reste Vinyl und 1-E-Propenyl, besonders bevorzugt eine oder
mehteree Verbindungen ausgewählt
aus der Gruppe der Verbindungen der Formel 1 worin die Paare (Alkyl,
Alkenyl) ausgewählt
sind aus (n-Propyl, Vinyl), (n-Propyl,
1-E-Propenyl), (n-Butyl, Vinyl) und (n-Pentyl, Vinyl) hierbei gilt:
- – besonders
bevorzugt enthält
das Medium einer Verbindung der Formel IV1b worin das Paar (Alkyl,
Alkenyl) (n-Butyl, Vinyl) bedeutet,
- – Ganz
besonders bevorzugt enthält
das Medium zwei oder mehr, bevorzugt drei oder mehr, Verbindungen der
Formel IV-1b.
Der Ausdruck "Alkyl" umfaßt vorzugsweise geradkettige
und verzweigte Alkylgruppen mit 1–7 Kohlenstoffatomen, insbesondere
die geradkettigen Gruppen Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl,
Hexyl und Heptyl. Gruppen mit 2–5
Kohlenstoffatomen sind im allgemeinen bevorzugt.
Der Ausdruck "Alkenyl" umfaßt vorzugsweise geradkettige
und verzweigte Alkenylgruppen mit 2–7 Kohlenstoffatomen, insbesondere
die geradkettigen Gruppen. Besonders bevorzugte Alkenylgruppen sind C2-C7-1E-Alkenyl, C4-C7-3E-Alkenyl,
C5-C7-4-Alkenyl,
C6-C7-5-Alkenyl
und C7-6-Alkenyl,
insbesondere C2-C7-1E-Alkenyl,
C4-C7-3E-Alkenyl
und C5-C7-4-Alkenyl. Beispiele
weiterer 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 der gleichen. Gruppen
mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen sind im allgemeinen bevorzugt.
Der Ausdruck "Fluoralkyl" umfaßt vorzugsweise geradkettige
Gruppen mit endständigem
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", bzw. Alkoxyalkyl umfaßt vorzugsweise
geradkettige Reste der Formel CnH2n+1-O-(CH2)m, worin n und m jeweils unabhängig voneinander
1 bis 6 bedeuten. Vorzugsweise ist n = 1 und m 1 bis 6.
In der vorliegenden Anmeldung bedeuten
die Begriffe dielektrisch positive Verbindungen solche Verbindungen
mit einem Δε > 1,5, dielektrisch
neutrale Verbindungen solche mit –1,5 ≤ Δε ≤ 1,5 und dielektrisch negative
Verbindungen solche mit Δε < –1,5. Hierbei
wird die dielektrische Anisotropie der Verbindungen bestimmt indem
10 % der Verbindungen in einem flüssigkristallinen Host gelöst werden
und von dieser Mischung die Kapazität in mindestens jeweils einer
Testzelle mit 10 μm
Dichte mit homeotroper und mit homogener Oberflächenorientierung bei 1 kHz
bestimmt wird. Die Meßspannung
beträgt
typischerweise 0,5 V bis 1,0 V, jedoch stets weniger als die kapazitive
Schwelle der jeweiligen Flüssigkristallmischung.
Als Hostmischung wird für dielektrisch
positive Verbindungen ZLI-4792 und für dielektrisch neutrale sowie
dielektrisch negative Verbindungen ZLI-3086, beide von Merck KGaA,
Deutschland, verwendet. Aus der Änderung
der Dielektrizitätskonstanten
der Hostmischung nach Zugabe der zu untersuchenden Verbindung und
Extrapolation auf 100 % der eingesetzten Verbindung werden die Werte
für die
jeweilige zu untersuchende Verbindung erhalten.
Der Begriff Schwellenspannung bezieht
sich üblicherweise
auf die optische Schwelle für
10 % relativen Kontrast (V10).
Für
die kapazitive Schwellenspannung (V0) wird
in der vorliegenden Anmeldung der Begriff Freedericksz-Schwelle
verwendet, sofern nicht explizit anders angegeben.
Alle Konzentrationen in dieser Anmeldung,
soweit nicht explizit anders vermerkt, sind in Massenprozent angegeben
und beziehen sich auf die entsprechende Gesamtmischung. Alle physikalischen
Eigenschaften werden und wurden nach „Merck Liquid Crystals, Physical
Properties of Liquid Crystals",
Status Nov. 1997, Merck KGaA, Deutschland bestimmt und gelten für eine Temperatur
von 20 °C,
sofern nicht explizit anders angegeben. Δn wird bei 589 nm und Δε bei 1 kHz
bestimmt. Die Schwellenspannungen sowie die anderen elektrooptischen
Eigenschaften wurden in bei Merck KGaA, Deutschland, hergestellten
Testzellen unter Verwendung von weißem Licht mit einem kommerziellen
Meßgerät der Fa.
Otsuka, Japan, bestimmt. Hierzu wurden Zellen je nach Δn der Flüssigkristalle
mit einer Dicke entsprechend einer optischen Verzögerung d·Δn der Zellen
von ca. 0,50 μm
gewählt.
Die Zellen wurden im sogenannten normal hellen Modus (Englisch "normally white mode") mit zu parallelen
Polarisatoren betrieben. Die charakteristischen Spannungen wurden
alle bei senkrechter Beobachtung bestimmt. Die Schwellenspannung
wurde als V10 für 10 % relativen Kontrast angegeben,
die Mittgrauspannung V50 für 50 % relativen
Kontrast und die Sättigungsspannung
V90 für
90 % relativen Kontrast.
Bei den Flüssigkristallmedien mit negativer
dielektrischer Anisotropie wurde die Schwellenspannung als kapazitive
Schwellung V0 (auch Freedericksz-Schwelle
genannt) in Zellen mit durch Lecithin homeotrop orientierter Flüssigkristallschicht
bestimmt.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien können bei
Bedarf auch weitere Zusatzstoffe und gegebenenfalls auch chirale
Dotierstoffe in den üblichen
Mengen enthalten. Die eingesetzte Menge dieser Zusatzstoffe beträgt insgesamt
0 % bis 10 % bezogen auf die Menge der gesamten Mischung bevorzugt
0,1 % bis 6 %. Die Konzentrationen der einzelnen eingesetzten Verbindungen
betragen bevorzugt 0,1 bis 3 %. Die Konzentration dieser und ähnlicher
Zusatzstoffe wird bei der Angabe der Konzentrationen sowie der Konzentrationsbereiche
der Flüssigkristallverbindungen
in den Flüssigkristallmedien
nicht berücksichtigt.
Die Zusammensetzungen bestehen aus
mehreren Verbindungen, bevorzugt aus 3 bis 30, besonders bevorzugt
aus 6 bis 20 und ganz besonders bevorzugt aus 10 bis 16 Verbindungen,
die auf herkömmliche
Weise gemischt werden. In der Regel wird die gewünschte Menge der in geringerer
Menge verwendeten Komponenten in den, den Hauptbestandteil ausmachenden
Komponenten gelöst,
zweckmäßigerweise
bei erhöhter Temperatur.
Liegt die gewählte
Temperatur über
dem Klärpunkt
des Hauptbestandteils, so ist die Vervollständigung des Lösungsvorgangs
besonders leicht zu beobachten. Es ist jedoch auch möglich, die
Flüssigkristallmischungen
auf anderen üblichen
Wegen, z.B. unter Verwendung von Vormischungen oder aus einem sogenannten "Multi Bottle" Systemen herzustellen.
Mittels geeigneter Zusatzstoffe können die
erfindungsgemäßen Flüssigkristallphasen
derart modifiziert werden, dass sie in jeder bisher bekannt gewordenen
Art von TN-Anzeige und insbesonders von AMD LCDs einsetzbar sind.
Die nachstehenden Beispiele dienen
zur Veranschaulichung der Erfindung, ohne sie zu beschränken. In
den Beispielen sind der Schmelzpunkt T(C,N), der Übergang
von der smektischen (S) zur nematischen (N) Phase T(S,N) und Klärpunkt T(N,I)
einer Flüssigkristallsubstanz
in Grad Celsius angegeben. Die Prozentangaben sind, soweit nicht
explizit anders gekennzeichnet, vor- und nachstehend Massenprozente
und die physikalischen Eigenschaften sind die Werte bei 20 °C, sofern
nicht explizit anders angegeben.
Alle angegebenen Werte für Temperaturen
in dieser Anmeldung sind °C
und alle Temperaturdifferenzen entsprechend Differenzgrad, sofern
nicht explizit anders angegeben.
Die Rotationsviskosität wurde
mittels eines um eine Flüssigkristallprobe
in einem NMR-Röhrchen
rotiernden Pmenentmagneten bei einer Temperatur von 20°C bestimmt.
Als Referenz dienten die Werte der beiden kommerziellen, nematischen
Mischungen ZLI-4792 und MLC-6848-000, beide von der Merck KGaA, Darmstadt.
Die Werte dieser beiden Mischungen betragen bei 20°C 133 mPa·s, bzw.
178 mPa·s.
In der vorliegenden Anmeldung und
in den folgenden Beispielen sind die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen
durch Abkürzungen,
auch „Acronyme" genannt, 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 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 R
1, R
2,
L
1 und L
2:
Die mesogenen Medien gemäß der vorliegenden
Anmeldung enthalten bevorzugt
- – vier oder
mehr, bevorzugt sechs oder mehr, Verbindungen ausgewählt aus
der Gruppe der Verbindungen der Tabellen A und B und/oder
- – fünf oder
mehr Verbindungen ausgewählt
aus der Gruppe der Verbindungen der Tabelle B und/oder
- – zwei
oder mehr Verbindungen ausgewählt
aus der Gruppe der Verbindungen der Tabelle A.