DE19528107B4

DE19528107B4 - Flüssigkristallines Medium und seine Verwendung in einer elektrooptischen Flüssigkristallanzeige

Info

Publication number: DE19528107B4
Application number: DE19528107A
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Dr. Tarumi; Anja Huth; Eike Dr. Poetsch; Andreas Dr. Wächtler
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-08-01
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2015-08-02
Also published as: DE19528107A1

Abstract

Flüssigkristallines Medium mit positiver dielektrischer Anisotropie,
dadurch gekennzeichnet, daß das Medium
– mindestens eine mesogene Verbindung der Formel Ia

worin
R¹ H, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF₃ oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-,

-CO-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- so ersetzt sein können, daß O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,

Z² -COO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung bedeutet, und
– mindestens eine mesogene Verbindung der Formel IIc

worin
R² die für R¹ angegebene Bedeutung aufweist,
enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein flüssigkristallines Medium mit positiver dielektrischer Anisotropie und seine Verwendung in einer elektrooptischen Flüssigkristallanzeige mit einer Umorientierungsschicht zur Umorientierung der Flüssigkristalle, deren Feld eine signifikante Komponente parallel zur Flüssigkristallschicht aufweist, enthaltend ein flüssigkristallines Medium mit positiver dielektrischer Anisotropie, wobei das Medium

– mindestens eine mesogene Verbindung der Formel Ia
worin R¹ H, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF₃ oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-,
-CO-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- so ersetzt sein können, daß O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,
Z² -COO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung bedeutet, und
– mindestens eine mesogene Verbindung der Formel IIc
worin R² die für R¹ angegebene Bedeutung aufweist,

In herkömmlichen Flüssigkristallanzeigen (TN, STN, OMI, AMD-TN) werden die elektrischen Felder zur Umorientierung im wesentlichen senkrecht zur Flüssigkristallschicht erzeugt.
DE 38 07 958 , EP 0 460 434 , WO 92/04 422 und WO 91/05 029 offenbaren Flüssigkristalle für derartige herkömmliche Flüssigkristallanzeigen.
In der internationalen Patentanmeldung WO 91/10936 wird eine Flüssigkristallanzeige offenbart, in der die elektrischen Signale so erzeugt werden, daß die elektrischen Felder eine signifikante Komponente parallel zur Flüssigkristallschicht aufweisen (IPS, In-Plane-Switching). Die Prinzipien, solch eine Anzeige zu betreiben, werden z. B. beschrieben von R. A. Soref in Journal of Applied Physics, Vol. 45, Nr. 12, S. 5466–5468 (1974).
In der EP 0 588 568 werden verschiedene Möglichkeiten zum Ansteuern solch einer Anzeige offenbart.
Diese IPS-Anzeigen können mit flüssigkristallinen Materialien entweder mit einer positiven oder mit einer negativen Dielektrizitätsanisotropie (Δε ≠ 0) betrieben werden. Mit den bisher bekannten Materialien werden in IPS-Anzeigen jedoch relativ hohe Schwellspannungen und lange Schaltzeiten erzielt. Es bestand daher die Aufgabe, flüssigkristalline Materialien aufzuzeigen die geeignet sind, bei IPS-Anzeigen relativ niedrige Schwellspannungen und kurze Schaltzeiten zu erzielen.
Diese Aufgabe wurde überraschenderweise gelöst durch Einsatz von flüssigkristallinen Materialien gemäß der vorliegenden Ansprüche.
Solche Verbindungen sind z. B. bekannt aus der US 4,332,354 , US 4,704,227 und der EP 0 090 183 .
Es gibt darin jedoch keinen Hinweis, daß man mit Hilfe dieser Substanzen die Schwellspannungen und die Schaltzeiten von IPS-Anzeigen verbessern kann.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der flüssigkristallinen Medien in einer elektrooptische Flüssigkristallanzeige mit einer Umorientierungsschicht zur Umorientierung der Flüssigkristalle, deren Feld eine signifikante Komponente parallel zur Flüssigkristallschicht aufweist, enthaltend ein flüssigkristallines Medium mit positiver dielektrischer Anisotropie. Bevorzugte Ausführungsformen sind IPS-Anzeigen wobei

a) das Medium mindestens eine Verbindung der Formel I enthält;
worin R¹ H, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF₃ oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-,
-CO-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- so ersetzt sein können, daß O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, Q einen Rest der Formel -(O)_q-(CH₂)_r-(CF₂)_s- worin q 0 oder 1 ist r 0, oder eine ganze Zahl zwischen 1 und 6 ist und s eine ganze Zahl zwischen 0 und 6 ist, X F oder Cl, im Falle s = 1 – 6 auch H, A¹ und A² jeweils unabhängig voneinander einen (a) 1,4-Cyclohexenylen- oder trans-1,4-Cyclohexylenrest, worin auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O- und/oder -S- ersetzt sein können, (b) 1,4-Phenylenrest, worin auch eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können, (c) Rest aus der Gruppe 1,4-Bicyclo(2,2,2)-octylen, Piperidin-1,4-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Decahydronaphthalin-2,6-diyl und 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin-2,6-diyl, wobei die Reste (a) und (b) durch ein oder zwei Fluor substituiert sein können, L³ und L⁴ H oder F, Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander -CO-O-, -O-CO-, -CH₂O-, -OCH₂-, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -C≡C- oder eine Einfachbindung, einer der Reste Z¹ und Z² auch -(CH₂)₄- oder -CH=CH-CH₂CH₂-, und m 0,1 oder 2 bedeutet;
b) das Medium mindestens eine Verbindung der Formel II enthält
worin L¹ und L² die angegebene Bedeutung aufweisen, R² die für R¹ angegebene Bedeutung aufweist, A³ und A⁴ jeweils unabhängig die für A¹ und A² angegebene Bedeutung besitzen, Z³ und Z⁴ jeweils unabhängig voneinander die für Z¹ und Z² angegebene Bedeutung aufweisen, und n 0,1 oder 2 ist;
c) das Medium eine dielektrische Anisotropie Δε > 8,5 aufweist, vorzugsweise zwischen 8, 6 und 14, insbesondere zwischen 8,7 und 13,5;
d) das Medium mindestens eine Verbindung der Formel III enthält, R³-(A⁵-Z⁵)_o-A⁶-R⁴ IIIworin R³ und R⁴ jeweils unabhängig voneinander die für R¹ angegebene Bedeutung besitzen, A⁵ und A⁶ jeweils unabhängig die für A¹ und A² angegebene Bedeutung besitzen, Z⁵ jeweils unabhängig voneinander die für Z¹ und Z² angegebene Bedeutung aufweist, und o 1, 2 oder 3 ist;
e) das Medium mindestens eine Verbindung der Formel IV enthält
worin R⁵ die für R¹ angegebene Bedeutung aufweist,
Z für eine Einfachbindung oder -COO- steht, und L⁵ und L⁶ jeweils F oder H bedeuten.

Weiterhin bevorzugt ist die Verwendung der Medien in einer IPS-Anzeige, wobei die Bildelemente mittels Aktivmatrix angesteuert werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein flüssigkristallines Medium mit positiver dielektrischer Anisotropie nach Anspruch 1, welches mindestens eine Verbindung der Formel I und mindestens eine Verbindung mit einer Gruppe der Formel II enthält, insbesondere welches

– 60 bis 95, vorzugsweise 75 bis 90 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel I,
– 5 bis 25, vorzugsweise 7 bis 20 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel II,
– 0 bis 10, vorzugsweise 25 bis 50 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel III, und
– 1 bis 10, vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-% einer Verbindung der Formel IV, enthält.

Vorzugsweise enthält das Medium zusätzlich

– mindestens eine Verbindung ausgewählt aus den Formeln Ib und Ic
– mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus den Formeln IIa und IIb
– gegebenenfalls mindestens eine Verbindung ausgewählt aus den Formeln IIIa, IIIb und IIIc enthält,
sowie
– mindestens eine Verbindung ausgewählt aus den Formeln IVa bis IVd

worin
Z² -COO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung bedeuten, und R¹, R², R³, R⁴, R⁵, L¹ bis L⁶ die jeweils angegebene Bedeutung besitzen.

Die erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Medien weisen in der Regel eine Doppelbrechung (Δn) < 0,12 auf, vorzugsweise ist Δn zwischen 0,07 und 0,1, insbesondere zwischen 0,075 und 0,09.
Die Fließviskosität (bei 20°C) der erfindungsgemäßen Materialien ist in der Regel kleiner als 30 mm²s^–1, insbesondere zwischen 15 und 25 mm²s^–1. Die Rotationsviskosität der erfindungsgemäßen Medien ist in der Regel keiner al 200 mPa·s, vorzugsweise kleiner als 150 mPa·s, insbesondere zwischen 80 und 120 mPa·s. Der spezifische Widerstand der erfindungsgemäßen Materialien ist in der Regel bei 20°C zwischen 5 × 10¹⁰und 5 × 10¹³ Ω·cm.
Es wurde gefunden, daß bereits ein relativ geringer Anteil an Verbindungen der Dioxan-Derivate im Gemisch mit üblichen Flüssigkristallmaterialien, insbesondere jedoch mit einer oder mehreren Verbindungen der Formel I, III und/oder IV zu einer beträchtlichen Erniedrigung der Schwellspannung und zu schnellen Schaltzeiten führt, wobei gleichzeitig breite nematische Phasen mit tiefen Übergangstemperaturen smektisch-nematisch beobachtet werden. Die Verbindungen 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 Kohlenstoffatomen, 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 Kohlenstoffatomen, insbesondere die geradkettigen Gruppen. Besonders Alkenylgruppen sind C₂-C₇-1E-Alkenyl, C₄-C₇-3E-Alkenyl, C₅-C₇-4-Alkenyl, C₆-C₇-5-Alkenyl und C₇-6-Alkenyl, insbesondere C₂-C₇-1E-Alkenyl, C₄-C₇-3E-Alkenyl und C₅-C₇-4-Alkenyl. Beispiele bevorzugter Alkenylgruppen sind Vinyl, 1E-Propenyl, 1E-Butenyl, 1E-Pentenyl, 1E-Hexenyl, 1E-Heptenyl, 3-Butenyl, 3E-Pentenyl, 3E-Hexenyl, 3E-Heptenyl, 4-Pentenyl, 4Z-Hexenyl, 4E-Hexenyl, 4Z-Heptenyl, 5-Hexenyl, 6-Heptenyl und dergleichen. Gruppen mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen sind im allgemeinen bevorzugt.
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 R¹ und R⁵ können die Ansprechzeiten, die Schwellenspannung, die Steilheit der Transmissionskennlinien etc. in gewünschter Weise modifiziert werden. Beispielsweise führen 1E-Alkenylreste, 3E-Alkenylreste, 2E-Alkenyloxyreste und dergleichen 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 allgemeinen 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 Werte von k₃₃/k₁₁ im Vergleich zu einer einfachen Kovalenzbindung. Höhere Werte von k₃₃/k₁₁ ermöglichen z. B. flachere 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 Mengenverhältnisse innerhalb des oben angegebenen Bereichs können von Fall zu Fall leicht ermittelt werden.
Die Gesamtmenge an Verbindungen der Formeln I bis IV 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 Gesamtkonzentration an Verbindungen der Formeln I und II ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Medien Verbindungen der Formel IV (vorzugsweise II und/oder III), worin Q-X OCF₃ oder OCHF₂ bedeutet. Eine günstige synergistische Wirkung mit den Verbindungen der Formel I führt zu besonders vorteilhaften Eigenschaften.
Die erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Medien enthalten vorzugsweise neben einer oder mehreren Verbindungen der Formeln I, II, II und IV als weitere Bestandteile 2 bis 40, insbesondere 4 bis 30 Komponenten. Ganz besonders bevorzugt enthalten diese Medien neben einer oder mehreren erfindungsgemäßen Verbindungen 7 bis 25 Komponenten. Diese weiteren Bestandteile werden vorzugsweise ausgewählt aus nematischen oder nematogenen (monotropen oder isotropen) Substanzen, insbesondere Substanzen aus den Klassen der Azoxybenzole, Benzylidenaniline, Biphenyle, Terphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylbenzoate, Cyclohexancarbonsäurephenyl- oder cyclohexyl-ester, Phenyl- oder Cyclohexyl-ester der Cyclohexylbenzoesäure, Phenyl- oder Cyclohexyl-ester der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Cyclohexyl-phenylester der Benzoesäure, der Cyclohexancarbonsäure, bzw. der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Phenylcyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexane, Cyclohexylcyclohexylcyclohexene, 1,4-Bis-cyclohexylbenzole, 4,4'-Bis-cyclo-hexylbiphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylpyrimidine, Phenyl-oder Cyclohexylpyridine, Phenyl- oder Cyclohexyldioxane, Phenyl- oder Cyclohexyl-1,3-dithiane, 1,2-Diphenylethane, 1,2-Dicyclohexylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexylethane, 1-Cyclohexyl-2-(4-phenyl-cyclohexyl)-ethane, 1-Cyclohexyl-2-biphenylylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexyl-phenylethane, gegebenenfalls halogenierten Stilbene, Benzylphenylether, Tolane und substituierten Zimtsäuren. Die 1,4-Phenylengruppen in diesen Verbindungen können auch fluoriert sein.
Die wichtigsten als weitere Bestandteile erfindungsgemäßer Medien in Frage kommenden Verbidnungen lassen sich durch die Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 charakterisieren: R'-L-E-R'' 1 R'-L-COO-E-R'' 2 R'-L-OOC-E-R'' 3 R'-L-CH₂CH₂-E-R'' 4 R'-L-C≡C-E-R'' 5
In den Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 bedeuten L und E, die gleich oder verschieden sein können, jeweils unabhängig voneinander einen bivalenten Rest aus der aus -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -G-Phe- und -G-Cyc- sowie deren Spiegelbilder gebildeten Gruppe, wobei Phe unsubstituiertes oder durch Fluor substituiertes 1,4-Phenylen, Cyc trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Cyclohexylen, Pyr Pyrimidin-2,5-diyl oder Pyridin-2,5-diyl, Dio 1,3-Dioxan-2,5-diyl und G2-(trans-1,4-Cyclohexyl)-ethyl, Pyrimidin-2,5-diyl, Pyridin-2,5-diyl oder 1,3-Dioxan-2,5-diyl bedeuten.
Vorzugsweise ist einer der Reste L und E Cyc, Phe oder Pyr. E ist vorzugsweise Cyc, Phe oder Phe-Cyc. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin L und E ausgewählt sind aus der Gruppe Cyc, Phe und Pyr und gleichzeitig eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin einer der Reste L und E ausgewählt ist aus der Gruppe Cyc, Phe und Pyr und der andere Rest ausgewählt ist aus der Gruppe -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-, und gegebenenfalls eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin die Reste L und E ausgewählt sind aus der Gruppe -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-.
R' und R'' bedeuten in einer kleineren Untergruppe der Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 jeweils unabhängig voneinander Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, Alkoxyalkyl, Alkenyloxy oder Alkanoyloxy mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen. Im folgenden wird diese kleinere Untergruppe Gruppe A genannt und die Verbindungen werden mit den Teilformeln 1a, 2a, 3a, 4a und 5a bezeichnet. Bei den meisten dieser Verbindungen sind R' und R'' voneinander verschieden, wobei einer dieser Reste meist Alkyl, Alkenyl, Alkoxy oder Alkoxyalkyl ist.
In einer anderen als Gruppe B bezeichneten kleineren Untergruppe der Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 bedeutet R'' -F, -Cl, -NCS oder -(I)_iCH_3-(k+1)F_kCl₁, wobei i 0 oder 1 und k + 1 1, 2 oder 3 sind; die Verbindungen, in denen R'' diese Bedeutung hat, werden mit den Teilformeln 1b, 2b, 3b, 4b und 5b bezeichnet. Besonders bevorzugt sind solche Verbindungen der Teilformeln 1b, 2b, 3b, 4b und 5b, in denen R'' die Bedeutung -F, -Cl, -NCS, -CF₃, -OCHF₂ oder -OCF₃ hat.
In den Verbindungen der Teilformeln 1b, 2b, 3b, 4b und 5b hat R' die bei den Verbindungen der Teilformeln 1a–5a angegebene Bedeutung und ist vorzugsweise Alkyl, Alkenyl, Alkoxy oder Alkoxyalkyl.
In einer weiteren kleineren Untergruppe der Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 bedeutet R'' -CN; diese Untergruppe wird im folgenden als Gruppe C bezeichnet und die Verbindungen dieser Untergruppe werden entsprechend mit Teilformeln 1c, 2c, 3c, 4c und 5c beschrieben. In den Verbindungen der Teilformeln 1c, 2c, 3c, 4c und 5c hat R' die bei den Verbindungen der Teilformeln 1a–5a angegebene Bedeutung und ist vorzugsweise Alkyl, Alkoxy oder Alkenyl.
Neben den bevorzugten Verbindungen der Gruppen A, B und C sind auch andere Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 mit anderen Varianten der vorgesehenen Substituenten gebräuchlich. All diese Substanzen sind nach literaturbekannten Methoden oder in Analogie dazu erhältlich.

Die erfindungsgemäßen Medien enthalten neben erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel I vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen, welche ausgewählt werden aus der Gruppe A und/oder Gruppe B und/oder Gruppe C. Die Massenanteile der Verbindungen aus diesen Gruppen an den erfindungsgemäßen Medien sind vorzugsweise

Gruppe A:	0 bis 90%, vorzugsweise 20 bis 90%,
	insbesondere 30 bis 90%
Gruppe B:	0 bis 80%, vorzugsweise 10 bis 80%,
	insbesondere 10 bis 65%
Gruppe C:	0 bis 80%, vorzugsweise 5 bis 80%,
	insbesondere 5 bis 50%

wobei die Summe der Massenanteile der in den jeweiligen erfindungsgemäßen Medien enthaltenen Verbindungen aus den Gruppen A und/oder B und/oder C vorzugsweise 5% bis 90% und insbesondere 10% bis 90% beträgt.

Die erfindungsgemäßen Medien enthalten vorzugsweise 1 bis 40%, insbesondere vorzugsweise 5 bis 30% an erfindungsgemäßen Verbindungen. Weiterhin bevorzugt sind Medien, enthaltend mehr als 40%, insbesondere 45 bis 90% an erfindungsgemäßen Verbindungen. Die Medien enthalten vorzugsweise drei, vier oder fünf erfindungsgemäße Verbindungen.
Der Aufbau der IPS-Anzeige entspricht der für derartige Anzeigen üblichen Bauweise, wie z. B. beschrieben in der WO 91/10936 oder der EP 0 588 568 . Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise hier weit gefaßt und amfaßt auch alle Abwandlungen und Modifikationen der IPS-Anzeige, insbesondere z. B. auch Matrix-Anzeigeelemente auf Basis poly-Si TFT oder MIM.
Ein wesentlicher Unterschied der Anzeigen zu den bisher üblichen 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 Komponenten in der den Hauptbestandteil ausmachenden Komponenten gelöst, zweckmäßig bei erhöhter Temperatur. Es ist auch möglich, Lösungen der Komponenten in einem organischen Losungsmittel, z. B. in Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach Durchmischung wieder zu entfernen, beispielsweise durch Destillation.
Die Dielektrika können auch weitere, dem Fachmann bekannte und in der Literatur beschriebene Zusätze enthalten. Beispielsweise können 0–15% pleochroitische Farbstoffe oder chirale Dotierstoffe 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% Transmission (Blickrichtung senkrecht zur Plattenoberfläche). 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 (jeweils bei 589 nm). Δε bezeichnet die dielektrische Anisotropie (Δε = ε_∥⁣ – ε_⊥, wobei ε_∥⁣ die Dielektrizitätskonstante parallel zu den Moleküllängsachsen und ε_⊥ die Dielektrizitätskonstante senkrecht dazu bedeutet. Die elektrooptischen Daten wurden in einer IPS-Zelle bei 20°C gemessen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben wird. Die optischen Daten wurden bei 20°C gemessen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben wird.
Es wurde eine IPS-Testzelle gemäß WO 91/10936 mit einer Kammstruktur eingesetzt, wobei die Elektroden und die Elektrodenzwischenräume eine Dicke von 20 μm aufweisen.
Die Schichtdicke d des Flüssigkristallmaterials beträgt 5 μm. Die Zelle weist ferner auf:

Ausgangsverdrillungswinkel: 0°

Ausrichtungswinkel: 5°

Tilt-Anstellwinkel 3°
Die Zellen sind im ”Aus” Zustand dunkel.

In der vorliegenden Anmeldung und in den folgenden Beispielen sind die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch Acronyme angegeben, wobei die Transformation in chemische Formeln gemäß folgender Tabellen A und B erfolgt. Alle Reste 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:

Code für R¹, R², L¹, L²	R¹	R²	L¹	L²
nm	C_nH_2n+1	C_mH_2m+1	H	H
nOm	C_nH_2n+1	OC_mH_2n+1	H	H
nO.m	OC_nH_2n+1	C_mH_2m+1	H	H
n	C_nH_2n+1	CN	H	H
nN.F	C_nH_2n+1	CN	F	H
nF	C_nH_2n+1	F	H	H
nOF	OC_nH_2n+1	F	H	H
nCl	C_nH_2n+1	Cl	H	H
nF.F	C_nH_2n+1	F	F	H
nCF₃	C_nH_2n+1	CF₃	H	H
nOCF₃	C_nH_2n+1	OCF₃	H	H
nOCF₃	C_nH_2n+1	OCF₃	H	H
nOCF₂	C_nH_2n+1	OCHF₂	H	H
nS	C_nH_2n+1	NCS	H	H
rVsN	C_rH_2r+1-CH=CH-C_s-H_2s-	CN	H	H
rEsN	C_rH_2n+1-O-C₂H₂s-	CN	H	H
nAm	C_nH_2n+1	COOC_mH_2m+1	H	H
nF.F.F	C_nH_2n+1	F	F	F
nCl.F.F	C_nH_2n+1	Cl	F	F
nCF₃.F.F	C_nH_2n+1	CF₃	F	F
nOCF₃.F.F	C_nH_2n+1	OCF₃	F	F
nOCF₂.F.F	C_nH_2n+1	OCHF₂	F	F
nOCF₃.F	C_nH_2n+1	OCF₃	F	H
nCN.F.F	C_nH_2n+1	CN	F	F
nCN.F	C_nH_2n+1	CN	F	H

Tabelle A:

Tabelle B:

Beispiel 1
Eine IPS-Anzeige enthält eine nematische Mischung mit

Klärpunkt +68°C

Δn 0,0789

n_o 1,4725

Δε 12,7

ε_⊥ 5,1

Viskosität (20°C) 18 mm²s^–1

K₁[10^–12N](20°C) 7,4

K₃[10^–12N](20°C) 15,6

bestehend aus

PCH-3 6,00

CCP-2OCF₂.F.F 12,00

CCP-2F.F.F 17,00

CCP-3F.F.F 14,00

CCP-5F.F.F 13,00

CCP-2OCF₃ 15,00

CCP-3OCF₃ 13,00

PDX-3N.F.F 5,00

PDX-5N.F.F 5,00

und weist einen hohen Kontrast und niedrige Schaltzeiten auf.
Vergleichsbeispiel 1
Eine IPS-Anzeige enthält eine nematische Mischung mit

Klärpunkt 75

Δn 0,0800

n_o 1,4735

Δε 11,7

ε_⊥ 4,8

Viskosität (20°C) 24 mm²s^–1

bestehend aus

PCH-3 6,00

CCP-2OCF₂.F.F 12,00

CCP-2F.F.F 17,00

CCP-3F.F.F 14,00

CCP-5F.F.F 13,00

CCP-2OCF₃ 15,00

CCP-3OCF₃ 13,00

PDX-3N.F 5,00

PDX-5N.F 5,00

und weist einen hohen Kontrast und niedrige Schaltzeiten auf.
Beispiel 2
Eine IPS-Anzeige enthält eine nematische Mischung bestehend aus

PCH-3 10,00

PDX-3N.F 14,00

PDX-3N.F.F 9,00

CCP-3OCF2.F.F 11,00

CCP-5OCF2.F.F 10,00

CCP-3F.F.F 11,00

CCP-5F.F.F 11,00

CH-33 4,00

CH-35 3,00

CCH-501 7,00

und weist einen hohen Kontrast und niedrige Schaltzeiten auf.
Vergleichsbeispiel 2

Eine IPS-Anzeige enthält eine nematische Mischung mit

PCH-3	7,00	Klärpunkt	+60°C
PCH-7F	2,00	Δn	0,0798
CCP-2F.F.F	16,00	Δε	+12,6
CCP-3F.F.F	10,00	ε_⊥	5,6
CCP-5F.F.F	9,00	E_\|	18,2
CCP-2OCF₃	16,00	Rotationsviskosität (20°C)	97 mPa·S
CCP-3OCF₃	15,00	V₁₀	0.77 V
CCP-4OCF₃	5,00	Spez. Widerstand	4,9·10¹⁰ Ω·cm
PDX-2N.F	5,00	K₁	6,6·10^–12 N
PDX-3N.F	5,00	K₃	14,7·10^–12 N
PDX-5N.F	4,00
PDX-3	6,00

und weist einen hohen Kontrast und niedrige Schaltzeiten auf.

Vergleichsbeispiel 3

Eine IPS-Anzeige enthält eine nematische Mischung mit

PCH-3	11,00	Klärpunkt	+83°C
CCP-2F.F.F	16,00	Δn	0,0809
CCP-3F.F.F	10,00	Δε	+10,3
CCP-5F.F.F	7,00	ε_⊥	+4,0
CCP-2OCF₃	16,00	Rotationsviskosität (20°C)	105 mPa·S
CCP-3OCF₃	15,00	V₁₀	1,05 V
CCP-5OCF₃	11,00	Spez. Widerstand	3,4·10¹¹ Ω·cm
PDX-2N.F	5,00
CCH-34	6,00

und weist einen hohen Kontrast und niedrige Schaltzeiten auf.

Vergleichsbeispiel 4

Eine IPS-Anzeige enthält eine nematische Mischung mit

CCP-2F.F.F	16,00	Klärpunkt	+60°C
CCP-3F.F.F	14,00	Δn	0,0756
CCP-5F.F.F	11,00	Δε	+13,7
CCP-2OCF₃	17,00	ε_⊥	+6,1
CCP-3OCF₃	14,00	Rotationsviskosität (20°C)	109 mPa·s
PDX-2N.F	3,00	V₁₀	0,70 V
PDX-3N.F	6,00	K₁	6,0·10^–12 N
PDX-5N.F	11,00	K₃	14,5·10^–12 N
CDU-3-F	8,00

und weist einen hohen Kontrast und niedrige Schaltzeiten auf.

Vergleichsbeispiel 5

Eine IPS-Anzeige enthält eine nematische Mischung mit

PCH-3	7,00	Klärpunkt	+71°C
CCP-2F.F.F	16,00	Δn	0,0777
CCP-3F.F.F	7,00	Δε	+10,6
CCP-5F.F.F	9,00	ε_⊥	4,7
CCP-2OCF₃	16,00	Rotationsviskosität (20°C)	88 mPa·s
CCP-3OCF₃	15,00	V₁₀	0,94 V
CCP-5OCF₃	4,00	K₁	8,5·10^–12 N
PDX-2N.F	5,00	K₃	15,2·10^–12 N
PDX-3N.F	5,00
PDX-5N.F	3,00
CCH-34	8,00
CCH-35	5,00

und weist einen hohen Kontrast und niedrige Schaltzeiten auf.

Vergleichsbeispiel 6

Eine IPS-Anzeige enthält eine nematiche Mischung mit

CCP-2F.F.F	16,00	Klärpunkt	+76°C
CCP-3F.F.F	13,00	Δε	+9,0
CCP-5F.F.F	9,00	ε_⊥	+3,9
CCP-2OCF₃	16,00	Δn	0,0768
CCP-3OCF₃	15,00	V₁₀	1,16 V
CCP-5OCF₃	5,00	Rotationsviskosität (20°C)	93 mPa·s
PDX-3	11,00	Spez. Widerstand	2,3·10¹² Ω·cm
CCH-34	10,00
PCH-7F	5,00

Die IPS-Anzeigen der Beispiele 1 und 2 zeichnen sich durch eine geringe Ansteuerspannung aus und führen in Zellen nach Embodient 1 der EP 0 58 568 zu guten ”Voltage Holding Ratio” Werten.
Vergleichsbeispiel 7

Eine IPS-Anzeige enthält eine nematische Mischung mit

Klärpunkt	64°C
Δn	0,0813
Δε	+12,0

bestehend aus

ME2N.F	4,00
ME3N.F	4,00
ME5N.F	10,00
ME7N.F	6,00
CCH-2	12,00
CCH-3	12,00
CCH-4	12,00
CCP-3OCF₃	6,00
CCP-5OCF₃	6,00
CH-33	3,00
CH-35	3,00
CCH-34	10,00
CCH-35	4,00
CCH-303	4,00
CCH-501	4,00

und weist einen geringeren Kontrast und eine höhere Schaltzeit als die Anzeige von Beispiel 1 auf.

Claims

Flüssigkristallines Medium mit positiver dielektrischer Anisotropie, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium – mindestens eine mesogene Verbindung der Formel Ia
worin R¹ H, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF₃ oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-,
-CO-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- so ersetzt sein können, daß O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,
Z² -COO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung bedeutet, und – mindestens eine mesogene Verbindung der Formel IIc
worin R² die für R¹ angegebene Bedeutung aufweist, enthält.
Medium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine dielektrische Anisotropie Δε > 8,5 aufweist.
Medium nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine Verbindung der Formel III enthält, R³-(A⁵-Z⁵)_o-A⁶-R⁴ IIIworin R³ und R⁴ jeweils unabhängig voneinander die in Anspruch 1 für R¹ angegebene Bedeutung besitzen, A⁵ und A⁶ jeweils unabhängig voneinander einen (a) 1,4-Cyclohexenylen- oder trans-1,4-Cyclohexylenrest, worin auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O- und/oder -S- ersetzt sein können, (b) 1,4-Phenylenrest, worin auch eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können, (c) Rest aus der Gruppe 1,4-Bicyclo(2,2,2)-octylen, Piperidin-1,4-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Decahydronaphthalin-2,6-diyl und 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin-2,6-diyl, wobei die Reste (a) und (b) durch ein oder zwei Fluor substituiert sein können, und Z⁵ -CO-O-, -O-CO-, -CH₂O-, -OCH₂-, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, eine Einfachbindung, -(CH₂)₄- oder -CH=CH-CH₂CH₂- bedeuten, und o 1, 2 oder 3 ist.
Medium nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine Verbindung der Formel IV enthält
worin R⁵ die in Anspruch 1 für R¹ angegebene Bedeutung aufweist,
Z für eine Einfachbindung oder -COO- steht, und L⁵ und L⁶ jeweils F oder H bedeuten.
Medium nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es: – mindestens eine Verbindung ausgewählt aus den Formeln Ib und Ic enthält
worin
bedeutet, und R¹ und Z² jeweils die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung besitzen.
Medium nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es: – mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln IIa und IIb enthält,
worin R² die in Anspruch 1 gegebene Bedeutung besitzt.
Medium nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es: – mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln IIIa, IIIb und IIIc enthält,
worin
bedeutet, und R³ und R⁴ die in Anspruch 3 angegebene Bedeutung besitzen.
Medium nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es: – mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln IVa und IVb enthält,
worin
R⁵, L⁵ und L⁶ jeweils die in Anspruch 4 angegebene Bedeutung besitzen.
Medium nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es – 60 bis 95, Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel I
worin R¹ H, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF₃ oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-,
-CO-, -CO-C-, -O-CO- oder -O-CO-O- so ersetzt sein können, daß O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, Q einen Rest der Formel -(O)_q-(CH₂)_r-(CF₂)_s- worin q 0 oder 1 ist r 0, oder eine ganze Zahl zwischen 1 und 6 ist und s eine ganze Zahl zwischen 0 und 6 ist, X F oder Cl, im Falle s = 1 – 6 auch H, A¹ und A² jeweils unabhängig voneinander einen (a) 1,4-Cyclohexenylen- oder trans-1,4-Cyclohexylenrest, worin auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O- und/oder -S- ersetzt sein können, (b) 1,4-Phenylenrest, worin auch eine oder zwei CH-Gruppen durch N ersetzt sein können, (c) Rest aus der Gruppe 1,4-Bicyclo(2,2,2)-octylen, Piperidin-1,4-diyl, Naphthalin-2,6-diyl, Deca hydronaphthalin-2,6-diyl und 1,2,3,4-Tetrahydronaphthalin-2,6-diyl, wobei die Reste (a) und (b) durch ein oder zwei Fluor substituiert sein können, L³ und L⁴ H oder F, Z¹ und Z² jeweils unabhängig voneinander -CO-O-, -O-CO-, -CH₂O-, -OCH₂-, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -C≡C- oder eine Einfachbindung, einer der Reste Z¹ und Z² auch -(CH₂)₄- oder -CH=CH-CH₂CH₂-, und m 0, 1 oder 2 bedeutet; – 5 bis 25 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel II
worin L¹ und 12 die angegebene Bedeutung aufweisen, R² die für R¹ angegebene Bedeutung aufweist, A³ und A⁴ jeweils unabhängig die für A¹ und A² angegebene Bedeutung besitzen, Z³ und Z⁴ jeweils unabhängig voneinander die für Z¹ und Z² angegebenen Bedeutungen aufweisen, und n 0, 1 oder 2 ist; – 0 bis 10 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel III und – 1 bis 10 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel IV enthält.
Medium nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es – 75 bis 90 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel I, – 7 bis 20 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formeln II, – 25 bis 50 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel III und – 2 bis 8 Gew.-% mndstens einer Verbindung der Formel IV enthält.
Verwendung eines Mediums nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer elektrooptischen Anzeige, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptische Anzeige – eine Umorientierungsschicht zur Umorientierung der Flüssigkristalle, deren Feld eine signifikante Komponente parallel zur Flüssigkristallschicht aufweist, umfaßt.
Verwendung eines Mediums nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß – die Bildelemente der elektrooptischen Anzeige mittels Aktivmatrix angesteuert werden.