DE19707956A1

DE19707956A1 - TN- und STN-Flüssigkristallanzeige

Info

Publication number: DE19707956A1
Application number: DE19707956A
Authority: DE
Inventors: Harald Dr Hirschmann; Volker Reiffenrath; Clarissa Weller
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 1998-09-03
Also published as: JPH10245560A; CN1205500C; US6056894A; KR100553789B1; TW505687B; GB9804136D0; JP4332235B2; GB2322631B; CN1192464A; KR19980071749A; GB2322631A

Description

Die Erfindung betrifft TN-Flüssigkristallanzeigen und Supertwist-Flüssig kristallanzeigen (SFA) mit sehr kurzen Schaltzeiten und guten Steilheiten und Winkelabhängigkeiten sowie die darin verwendeten neuen nema tischen Flüssigkristallmischungen.

SFA gemäß des Oberbegriffs sind bekannt, z. B. aus EP 0 131 216 B1; DE 34 23 993 A1; EP 0 098 070 A2; M. Schadt und F. Leenhouts, 17. Freiburger Arbeitstagung Flüssigkristalle (8.-10.04.87); k. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391(20.6); M. Schadt und F. Leenhouts, SID 87 Digest 372 (20.1); K. Katoh et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 26, No. 11, L 1784-L 1786(1987); F. Leenhouts et al., Appl. Phys. Lett. 50 (21), 1468 (1987); H.A. van Sprang und H.G. Koopman, J. Appl. Phys. 62 (5), 1734 (1987); T.J. Scheffer und J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (10), 1021(1984), M. Schadt und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (5), 236 (1987) und E.P. Raynes, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Letters Vol. 4 (1), pp. 1-8 (1986). Der Begriff SFA umfaßt hier jedes höher verdrillte Anzeigeelement mit einem Verdrillungswinkel dem Betrage nach zwischen 160° und 360°, wie beispielsweise die Anzeigeelemente nach Waters et al. (C.M. Waters et al., Proc. Soc. Inf. Disp. (New York) (1985) (3rd Intern. Display Confe rence, Kobe, Japan), die STN-LCD's (DE OS 35 03 259), SBE-LCD's (T.J. Scheffer und J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (1984)1021), OMI-LCD's (M. Schadt und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (1987), 236, DST-LCD's (EP OS 0 246 842) oder BW-STN-LCD's (K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391(20.6)).

Derartige SFA zeichnen sich im Vergleich zu Standard-TN-Anzeigen durch wesentlich bessere Steilheiten der elektrooptischen Kennlinie und damit verbundenen besseren Kontrastwerten sowie durch eine wesentlich gerin gere Winkelabhängigkeit des Kontrastes aus. Von besonderem Interesse sind SFA mit sehr kurzen Schaltzeiten insbesondere auch bei tieferen Temperaturen. Zur Erzielung von kurzen Schaltzeiten wurden bisher ins besondere die Viskositäten der Flüssigkristallmischungen optimiert unter Verwendung von meist monotropen Zusätzen mit relativ hohem Dampf druck. Die erzielten Schaltzeiten waren jedoch nicht für jede Anwendung ausreichend.

Zur Erzielung einer steilen elektrooptischen Kennlinie in SFA sollen die Flüssigkristallmischungen relativ große Werte für K₃/K₁ und relativ kleine Werte für Δε/ε_┴ aufweisen.

Über die Optimierung des Kontrastes und der Schaltzeiten hinaus werden an derartige Mischungen weitere wichtige Anforderungen gestellt:

1. Breites d/p-Fenster
2. Hohe chemische Dauerstabilität
3. Hoher elektrischer Widerstand
4. Geringe Frequenzabhängigkeit der Schwellenspannung.

Die erzielten Parameterkombinationen sind bei weitem noch nicht ausrei chend, insbesondere für Hochmultiplex-STN (1/400). Zum Teil ist dies darauf zurückzuführen, daß die verschiedenen Anförderungen durch Materialparameter gegenläufig beeinflußt werden.

Es besteht somit immer noch ein großer Bedarf nach TN- und STN-Displays, insbesondere für hochauflösende Anzeigen (XGA), mit sehr kurzen Schaltzeiten bei gleichzeitig großem Arbeitstemperaturbereich, hoher Kennliniensteilheit, guter Winkelabhängigkeit des Kontrastes und niedriger Schwellenspannung, die den oben angegebenen Anforderungen gerecht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Flüssigkristall-Displays bereitzustellen, die die oben angegebenen Nachteile nicht oder nur in geringerem Maße und gleichzeitig kurze Schaltzeiten und sehr gute Steilheiten aufweisen.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn man nematische Flüssigkristallmischungen verwendet, die Verbindungen der Formel IB

in Kombination mit Estern der Formeln IA

enthalten,
worin
R^a eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 C-Atomen ist, wobei auch ein oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- oder -COO- ersetzt sein können,
R^b und R^c jeweils unabhängig voneinander eine Alkenylgruppe mit 2 bis 7 c-Atomen
L H oder F, und
r 0 oder 1
bedeuten.

Die Verwendung der Verbindungen der Formeln IA und IB in TN- und STN-Mischungen bewirkt

- niedrige Viskosität und geringe Temperaturabhängigkeit der Viskosität
- lange Lagerzeiten im Display bei tiefen Temperaturen
- sehr niedrige S→N-Übergänge und
- sehr schnelle Schaltzeiten, insbesondere bei tiefen Temperaturen.

Die Verbindungen der Formel IA und IB verkürzen deutlich die Schalt zeiten von TN- und STN-Mischungen ohne die Steilheiten zu ver schlechtern.

Insbesondere die Verbindungen der Formel IB bewirken

- eine deutliche Verkürzung der Schaltzeiten bei gleichzeitiger Erhöhung der Steilheit, und
- eine Erhöhung der Klärtemperaturen ohne Verschlechterung der Schaltzeiten

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Flüssigkristall-Display mit

- zwei Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver dielektrischer Anisotropie,
- Elektrodenschichten mit Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten,
- einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von 0 Grad bis 30 Grad, und
- einem Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht dem Betrag nach zwi schen 22,5° und 600°,
- einer nematischen Flüssigkristallmischung bestehend aus
- a) 20-90 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A, beste hend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektri schen Anisotropie von über +1,5;
- b) 10-65 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente B, beste hend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektri schen Anisotropie zwischen -1,5 und +1,5;
- c) 0-20 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente C, beste hend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektri schen Anisotropie von unter -1,5 und
- d) gegebenenfalls einer optisch aktiven Komponente D in einer Menge, daß das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der Trägerplatten) und natürlicher Ganghöhe der chiralen nemati schen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt,
  dadurch gekennzeichnet, daß Komponent A mindestens eine Verbindung der Formel IA,
  worin
  R^a eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 C-Atomen ist, wobei auch ein oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- oder -COO- ersetzt sein können,
  R^b H oder einen Alkylrest mit 1 bis C-Atomen,
  L H oder F, und
  r 0 oder 1
  bedeuten,
  enthält,
  und Komponente B mindestens eine Verbindung der Formel IB,
  worin
  R^b und R^c jeweils unabhängig voneinander eine Alkenylgruppe mit 2 bis 7 C-Atomen bedeuten,
  enthält.

Gegenstand der Erfindung sind auch entsprechende Flüssigkristall mischungen zur Verwendung in STN- und TN-Anzeigen, insbesondere in hochauflösenden STN-Anzeigen.

Bevorzugte Verbindungen der Formel IA sind insbesondere Verbindungen der Teilformeln IA1 bis IA3.

Bevorzugte Verbindungen der Formel IB sind Verbindungen, worin R^b und R^c 1E-Alkenyl oder 3 E-Alkenyl mit 2 bis 7 C-Atomen bedeutet, insbe sondere Verbindungen der Formeln IB1 bis IB3.

worin R^b1 und R^c1 jeweils unabhängig voneinander H, CH₃, C₂H₅ oder n-C₃H₇ bedeuten.

Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigen, worin Komponente B mindestens zwei Verbindungen ausgewählt aus den Formeln IB1 und/oder IB2 enthält, in welchem R^b1 und R^c1 jeweils dieselbe Bedeutung besitzen.

Die Komponente A enthält neben den Verbindungen der Formel IA vorzugsweise Verbindungen der Formeln II und/oder III,

worin
R eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 C-Atomen ist, wobei auch ein oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- oder -COO- ersetzt sein können, insbesondere eine trans-Alkenylgruppe mit 2 bis 7 C-Atomen,

jeweils unabhängig voneinander

L^1-6 jeweils unabhängig voneinander H oder F
Z¹ -COO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung,
Z² -CH₂CH₂-, -COO-, -C∼C- oder eine Einfachbindung,
Q -CF₂-, -CHF-, -OCF₂-, -OCHF- oder eine Einfachbindung
Y F oder Cl
a 1 oder 2, und
b 0 oder 1
bedeuten.

Bevorzugte Verbindungen der Formel II entsprechen den Unterformeln IIa bis IId:

wobei R, L¹, L² und L⁵ die oben angegebene Bedeutung haben.

Bevorzugte Verbindungen der Formel III entsprechen den Unterformeln IIIa-IIIt:

Bevorzugte Mischungen enthalten neben ein oder mehreren Verbindun gen der Formeln IA und IB ein, zwei, drei oder mehrere Verbindungen der Formeln IIa, IIb, IIc, IId, IIIb, IIId, IIIf, IIIh, IIIi, IIIm oder IIIs, vorzugsweise ein oder mehrere Verbindungen der Formel IIIb, IIId oder IIIh und ein bis vier Verbindungender Formeln IA und IB und ein bis drei Verbindungen der Formeln IIa und/oder IIb.

Besonders bevorzugt sind Mischungen, die eine oder mehrere Verbindungen der Formeln IIIb1 enthalten

worin R^d die Bedeutung von R^b hat.

R^d in diesen Verbindungen ist besonders bevorzugt Vinyl, 1E-Propenyl, 1E-Butenyl, 3E-Butenyl, 3E-Pentenyl, insbesondere Vinyl.

Die einzelnen Verbindungen, z. B. der Formeln II und III bzw. deren Unter formeln oder auch andere Verbindungen, die in den erfindungsgemäßen TN-Flüssigkristallanzeigen und SFA verwendet werden können, sind entweder bekannt, oder sie können analog zu den bekannten Verbin dungen hergestellt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält Komponente A zusätzlich Verbindungen der Formeln AI bis AV:

L⁵ und L⁶ jeweils unabhängig voneinander H oder F,

-O-CO- oder eine Einfachbindung

bedeuten.

Vorzugsweise enthalten die Mischungen 5 bis 50% an Verbindungen der Formel AI. Bevorzugt werden diejenigen Verbindungen der Formel AI eingesetzt, worin Z¹ -CH₂CH₂-, -COO- oder eine Einfachbindung bedeutet, insbesondere Verbindungen der Formeln IIa1, IIb1 und IIb2.

Komponente A enthält vorzugsweise ein oder mehrere Verbindungen der Formeln IIb1.

Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Mischungen ein oder mehrere polare Verbindungen mit einem hohen Klärpunkt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Verbindungen IIe bis IIj:

In den Verbindungen IIe bis IIi können die 1,4-Phenylenringe auch lateral durch ein oder zwei Fluoratome substituiert sein. Bevorzugte Verbindun gen dieses Typs sind die Verbindungen der Formeln IIe1, IIe2, IIe3 und IIi1:

In den erfindungsgemäßen Mischungen liegt der Anteil der Verbindungen IIe bis IIi vorzugsweise bei ca. 2 bis 25%. Bevorzugte Flüssigkristall mischungen enthalten ein oder mehrere Verbindungen der Gruppe B, vorzugsweise 10 bis 40%. Die Verbindungen der Gruppe B zeichnen sich sowohl durch ihre niedrigen Werte für die Rotationsviskosität (γ₁) < 150 mPa.s als auch durch ihren hohen Klärpunkt (< 120°C) aus.

Die Komponente B enthält neben ein oder mehreren Verbindungen der Formel IB vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Verbindungen der Formeln IV1 bis IV9:

worin R¹ und R² die für R angegebene Bedeutung haben.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungs gemäße Mischung mindestens eine Verbindung der Formel IB und min destens eine Verbindung der Formel IV2.

Die Komponente B enthält zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Verbindungen der Formeln IV10 bis IV24,

worin R¹ und R² die für R angegebene Bedeutung haben und die 1,4-Phe nylengruppen in IV10 bis IV19, IV23 und IV24 jeweils unabhängig vonein ander auch durch Fluor ein- oder mehrfach substituiert sein können.

Besonders bevorzugt sind Mischungen enthallend eine oder mehrere Verbindungen der folgenden Formeln

worin R^e die für R^b angegebene Bedeutung besitzt und R^e1 gradkettiges Alkyl mit 1 bis 4 C-Atomen bedeutet.

R^e in diesen Verbindungen bedeutet besonders bevorzugt Vinyl, 1E-Propenyl, 1-Butenyl, 2E-Butenyl oder 2E-Pentenyl. R^e1 bedeutet besonders bevorzugt Methyl, Ethyl oder Propyl, insbesondere Methyl oder Ethyl.

Die Komponente B enthält neben der Komponente IB zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Verbindungen der Formeln IV25 bis IV30:

worin R¹ und R² die für R angegebene Bedeutung haben und die 1,4-Phenylengruppen in IV25 bis IV30 jeweils unabhängig voneinander auch durch Fluor ein- oder mehrfach substituiert sein können.

Der Ausdruck "Alkenyl" in der Bedeutung von R^b bis R^e umfaßt 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 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.

Die Komponente B enthält gegebenenfalls eine oder mehrere Verbin dungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Verbindungen der Formeln IV31 und IV32:

worin C_rH_2r+1 eine geradkettige Alkylgruppe mit bis zu 9 C-Atomen ist.

Die Flüssigkristallmischung enthält neben den Komponenten A, B und C zusätzlich ein oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe

worin R¹ und R² die für R angegebene Bedeutung haben.

Bevorzugte Flüssigkristallmischungen enthalten mindestens eine Kompo nente, ausgewählt aus der Gruppe der folgenden Verbindungen:

worin Hal F oder Cl und L H oder F ist und R die oben angegebene Bedeutung besitzt.

Die flüssigkristallinen Mischungen enthalten gegebenenfalls eine optisch aktive Komponente C in einer Menge, daß das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der Trägerplatten) und natürlicher Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung größer 0,2 ist. Für die Komponente stehen dem Fachmann eine Vielzahl, zum Teil kommerziell erhältlicher chiraler Dotierstoffe zur Verfügung z. B. wie Cholesterylnona noat, S-811 der Merck KGaA, Darmstadt und CB15 (BDH, Poole, UK). Die Wahl der Dotierstoffe ist an sich nicht kritisch.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristallmischung enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Grunde B1 bestehend aus Verbindungen der Formeln B1I bis B1IV:

worin
R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander die Bedeutung von R besitzen,
Z -CH₂CH₂-, -CO-O-. -O-CO- oder eine Einfachbindung, und

bedeuten,
und/oder wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe B2 bestehend aus Verbindungen der Formeln B1V bis B1VII:

worin
R die oben angegebene Bedeutung besitzt,
Z° -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung,

X CN oder F,
L¹ H oder F
bedeuten,
und/oder wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe B3 bestehend aus Verbindungen der Formeln B1VIII, B1IX und B1X:

worin
R¹ und R² unabhängig voneinander die Bedeutung von R besitzen,
Y F oder Cl, und

bedeuten.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfin dungsgemäßen Mischungen ca. 5 bis 35%, insbesondere 10 bis 20% an flüssigkristallinen Tolan-Verbindungen. Hierdurch kann bei geringeren Schichtdicken (ca. 5-6 µm) gearbeitet werden, wodurch die Schaltzeiten deutlich kürzer werden. Besonders bevorzugt sind Mischungen enthaltend ein oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe T bestehend aus den Verbindungen der Formeln T1 bis T3:

worin

L¹, L², L⁵ und L⁶ jeweils unabhängig voneinander H oder F,
Q -CF₂-, -CHF-, -OCF₂-, -OCHF- oder eine Einfachbindung,
Y F oder Cl,
Z° -CO-O-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung bedeuten, und
R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander die für R angegebene Bedeutung

x eine ganze Zahl von 1-15, und
X' F, Cl oder OCF₃
besitzen.

Der Anteil der Verbindungen aus der Gruppe T ist vorzugsweise 5 bis 30%, insbesondere 5 bis 20%.

Vorzugsweise enthält Komponente B ein oder mehrere Verbindungen der Formeln X bis XIII:

worin
R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander die für R angegebene Bedeutung besitzen und R¹ vorzugsweise Alkyl mit 1 bis 4 C-Atomen, insbesondere 1 bis 2 C-Atomen und R² vor zugsweise Alkoxy mit 1 bis 4 C-Atomen, insbesondere 1 bis 2 C-Atomen,
bedeuten.

Der Anteil der Verbindungen aus der Gruppe B1 beträgt vorzugsweise 10 bis 50%, insbesondere 15 bis 40%. Verbindungen der Formel B1III und B1IV sind bevorzugt.

Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel B1III sind diejenigen der folgenden Teilformeln B1IIIa und B1IIIb,

worin
R^3' CH₃-(CH₂)_o-, CH₃-(CH₂)_o-O-, CH₃-(CH₂)_p-, trans-H-(CH₂)_q-CH=CH-(CH₂CH₂)_b-CH₂O oder trans-H-(CH₂)_q-CH=CH-(CH₂CH₂)_b-, CH₃-(CH₂)_o-O-CH₂-,
R^4' CH₃-(CH₂)_p-,
o 0, 1, 2, 3 oder 4
q 0, 1, 2 oder 3
b 0 oder 1, und
p 1, 2, 3 oder 4
ist.

Bevorzugt sind insbesondere Verbindungen der Formel B1IIIa, worin R^3' trans-H-(CH₂)q-CH=CH- bedeutet, und der Formel B1III, worin einer der Reste R^3' oder R^4'-O-(CH₂)_o-CH₃ oder -CH₂-O-(CH₂)_o-CH₃- bedeutet.

Ferner bevorzugt sind diejenigen Verbindungen der Teilformel,

worin R^3' und R^4' jeweils unabhängig voneinander die oben angegebene Bedeutung haben.

Der Anteil der Verbindungen der Formel B1III der oben angegebenen Teilformeln ist vorzugsweise ca. 5 bis 45%, insbesondere bevorzugt ca. 10% bis 35%. Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel B1IV sind diejenigen der folgenden Teilformel,

worin
R* CH₃-(CH₂)_o-O- oder trans-H-(CH₂)_q-CH=CH-(CH₂CH₂)_b CH₂O- und
R^2' CH₃-(CH₂)_p ist, wobei
o 0, 1, 2, 3 oder 4,
q 0, 1, 2 oder 3,
b 0 oder 1, und
p 1, 2, 3 oder 4
ist.

Der Anteil dieser Verbindungen, bzw. der Verbindungen der Formel BIV, ist vorzugsweise ca. 5 bis 40%, insbesondere bevorzugt ca. 10 bis 35%.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mischun gen gleichzeitig Verbindungen der Formeln B1III und B1IV, wobei der Gesamtanteil für Komponenten der Gruppe B1 gewahrt bleibt.

Falls Verbindungen der Formeln B1I und/oder B1III vorhanden sind, be deuten R¹ und R² vorzugsweise jeweils unabhängig voneinander n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen oder (trans)-n-Alkenyl mit 3 bis 7 C-Atomen. Z ist vorzugsweise eine Einfachbindung.

Ferner bevorzugt sind erfindungsgemäße Mischungen, die eine oder mehrere Verbindungen der Formel B1IV enthalten, worin

bedeutet, R¹ und R² eine der oben an gebenen bevorzugten Bedeutungen haben, insbesondere bevorzugt n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen bedeuten.

In jedem Fall bleibt der Gesamtanteil für Komponenten der Gruppe B1 gewahrt.

Der Anteil der Verbindungen der Gruppe B2 beträgt vorzugsweise ca. 5 bis 45%, insbesondere 5 bis 20%. Der Anteil (bevorzugte Bereiche) für B1V bis B1VII ist wie folgt:
B1V: ca. 5 bis 30%, vorzugsweise ca. 5 bis 15%
Summe B1VI und B1VII: ca. 5 bis 25%, vorzugsweise ca. 10 bis 20%.

Bevorzugte Verbindungen der Gruppe B2 sind im folgenden angegeben:

R¹ ist vorzugsweise n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen oder (trans)-n-Alkenyl mit 3 bis 7 C-Atomen. Z° ist vorzugsweise eine Einfachbindung. R¹ hat vor zugsweise die oben für R angegebene bevorzugte Bedeutung oder be deutet Fluor. L¹ ist vorzugsweise Fluor. x ist 1-15.

Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Mischungen eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus B1V3, B1VI1 und B1VII1 in einem Gesamtanteil von ca. 5 bis 35%.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfin dungsgemäßen Mischungen neben B1V3, B1VI1, B1VII1 (L¹ = F) weitere terminal fluorierte Verbindungen zum Beispiel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus,

und/oder polare Heterocyclen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus

worin R¹ vorzugsweise n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen oder (trans)-n-Alkenyl mit 3 bis 7 C-Atomen, a 1 oder 2, b 0 oder 1, X° F, Cl, CF₃, -OCF₃ oder -OCHF₂, und L und L¹ H oder F bedeuten.

Der Gesamtanteil aller terminal fluorierter Verbindungen beträgt vorzugs weise ca. 5 bis 65%, insbesondere ca. 15 bis 40%.

Der Anteil der Verbindungen aus Gruppe B3 beträgt vorzugsweise ca. 5 bis 30%, insbesondere bevorzugt ca. 10 bis 20%. R¹ ist vorzugsweise n-Alkyl oder n-Alkoxy mit jeweils 1 bis 9 C-Atomen.

Es können jedoch auch analoge Verbindungen mit Alkenyl- bzw. Alkenyl oxy-Gruppen eingesetzt werden. Verbindungen der Formel B1VIII sind bevorzugt.

Die erfindungsgemäßen Mischungen enthalten Verbindungen der Formeln IA und IB und vorzugsweise Verbindungen aus mindestens einer der Gruppen B1, B2 und B3. Vorzugsweise enthalten sie eine oder mehrere Verbindungen aus der Gruppe B1 und eine oder mehrere Verbindungen aus Gruppe B2 und/oder B3.

Der Anteil der Verbindungen der Komponente C beträgt vorzugsweise 0 bis 20%, insbesondere 0 bis 10%.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfin dungsgemäßen Mischungen vorzugsweise ca. 5 bis 20% einer oder mehrerer Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von unter -2 (Komponente C). Derartige Verbindungen sind bekannt, z. B. Derivate der 2,3-Dicyanhydrochinone oder Cyclohexanderivate mit dem Strukturelement

gemäß DE-OS 32 32 707 bzw. DE-OS 34 07 013.

Vorzugsweise werden jedoch Verbindungen mit dem Strukturelement 2,3-Difluor-1,4-phenylen gewählt, z. B. Verbindungen gemäß DE-OS 38 07 801, 38 07 861, 38 07 863, 38 07 864 oder 38 07 908. Besonders bevorzugt sind Tolane mit diesem Strukturelement gemäß der Internationalen Patentanmeldung PCT/DE 88/00133, insbesondere solche der Formeln,

worin R⁵ und R⁶ jeweils unabhängig voneinander vorzugsweise n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen oder n-Alkenyl mit 3 bis 7 C-Atomen bedeuten und Z°-COO-CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung ist.

Besonders bevorzugt sind Phenylcyclohexylcarboxylate der Formeln

Die Komponente C enthält eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus V bis IX:

worin R¹ und R² die für R angegebene Bedeutung haben und b 0 oder 1 ist.

Insbesondere Komponente C führt zu einer erhöhten Steilheit der Kennlinie.

Die Komponente B enthält eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Xa bis XIIa,

worin Alkyl und Alkoxy einen geradkettigen Alkyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 7 C-Atomen bedeuten.

Im folgenden werden weitere besonders bevorzugte Ausführungsformen genannt:

- Die Komponente C enthält ein oder mehrere Verbindungen mit einer 1-Cyano-trans-1,4-cyclohexylgruppe oder einer 2,3-Difluor- 1,4-phenylengruppe
- mindestens zwei Verbindungen der Formeln AIII oder AV
- Verbindungen der Formeln AIII und AV
- mindestens eine Verbindung aus der Gruppe:
worin Alkyl ein geradkettiger Alkyl- oder Alkenylrest mit 2 bis 7 C-Atomen und L H oder F bedeutet;
- ein oder mehrere Verbindungen, worin R eine trans-Alkenylgruppe oder ein trans-Alkenyloxygruppe ist;
- ein oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der folgenden Gruppe:
worin R¹ und R² die bevorzugten Bedeutungen, die unter Verbindun gen der Komponente B genannt sind, besitzen. Die 1,4-Phenylen gruppe in den oben genannten Verbindungen kann auch durch Fluor substituiert sein. Der Anteil dieser Verbindungen in den Flüssig kristallmischungen liegt bei 0 bis 25%, vorzugsweise 5 bis 15%.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mischungen

- ein oder mehrere, insbesondere 1, 2, 3 oder 4 Verbindungen ausge wählt aus den Verbindungen der Formeln IIIb, IIId, IIIf, IIIh und IIIi;
- wenigstens zwei Verbindungen ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln IIa1, IIb1 und IIb2;
- ein oder mehrere Verbindungen der Formel B1IV;
- ein oder mehrere Verbindungen der Formel T1 oder T2;
- ein oder mehrere Verbindungen der Formeln
worin R die bei Formel III angegebene Bedeutung hat.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen flüssigkristallinen Medien 3, 4, 5 oder 5 Verbindungen der Formeln IA und/oder IB; der Gehalt an diesen Verbindungen beträgt in der Regel 10 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 50 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmischung.

Medien enthaltend Verbindungen der Formel IB, worin R^b H bedeutet, sind besonders bevorzugt.

Die erfindungsgemäßen Mischungen zeichnen sich insbesondere beim Einsatz in SFAs und TN-Displays mit hohen Schichtdicken durch sehr niedrige Summenschaltzeiten aus (= t_on + t_off).

Niedrige Summenschaltzeiten sind insbesondere ein wichtiges Kriterium für SFAs beim Einsatz als Anzeigen von Laptops, um Cursorbewegungen störungsfrei darstellen zu können.

Die in den erfindungsgemäßen STN- und TN-Zellen verwendeten Flüssigkristallmischungen sind dielektrisch positiv mit Δε ≧ 1. Besonders bevorzugt sind Flüssigkristallmischungen mit Δε ≧ 3 und ganz besonders solche mit Δε ≧ 5.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen weisen günstige Werte für die Schwellenspannung V_10/0/20 und für die Rotationsviskosität γ₁ auf. Ist der Wert für den optischen Wegunterschied d . Δn vorgegeben, wird der Wert für die Schichtdicke d durch die optische Anisotropie Δn bestimmt. Insbesondere bei relativ hohen Werten für d . Δ n ist i.a. die Verwendung erfindungsgemäßer Flüssigkristallmischungen mit einem relativ hohen Wert für die optische Anisotropie bevorzugt, da dann der Wert für d relativ klein gewählt werden kann, was zu günstigeren Werten für die Schaltzeiten führt. Aber auch solche erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigen, die erfindungsgemäße Flüssigkristallmischungen mit kleineren Werten für Δn enthalten, sind durch vorteilhafte Werte für die Schaltzeiten gekennzeichnet. Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen sind weiter durch vorteilhafte Werte für die Steilheit der elektrooptischen Kennlinie gekennzeichnet und können mit hohen Multiplexraten betrieben werden. Darüber hinaus weisen die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen eine hohe Stabilität und günstige Werte für den elektrischen Widerstand und die Frequenzabhängigkeit der Schwellenspannung auf. Die erfindungs gemäßen Flüssigkristallanzeigen weisen einen großen Arbeitstemperatur bereich und eine gute Winkelabhängigkeit des Kontrastes auf.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigeelemente aus Polarisatoren, Elektrodengrundplatten und Elektroden mit einer solchen Oberflächenbehandlung, daß die Vorzugsorientierung (Direktor) der je weils daran angrenzenden Flüssigkristall-Moleküle von der einen zur anderen Elektrode gewöhnlich um betragsmäßig 160° bis 720° gegen einander verdreht ist, entspricht der für derartige Anzeigeelemente üblichen Bauweise. Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise hier weit gefaßt und umfaßt auch alle Abwandlungen und Modifikationen der TN- und STN-Zelle, insbesondere auch Matrix-Anzeigeelemente sowie die zusätzliche Magnete enthaltenden Anzeigeelemente. Der Oberflächentilt winkel an den beiden Trägerplatten kann gleich oder verschieden sein. Gleiche Tiltwinkel sind bevorzugt. Bevorzugte TN-Displays weisen Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von 0° bis 7°, vorzugsweise 0,01° bis 5°, insbesondere 0,1 bis 2° auf. In den STN-Displays ist der Anstell winkel bei 1° bis 30°, vorzugsweise bei 1° bis 12° und insbesondere bei 3° bis 8°.

Der Verdrillungswinkel der TN-Mischung in der Zelle liegt dem Betrag nach zwischen 22,5° und 170°, vorzugsweise zwischen 45° und 130° und insbesondere zwischen 80° und 115°. Im Display ist der Verdrillungswinkel der STN-Mischung von Orientierungsschicht zu Orientierungschicht dem Betrag nach zwischen 100° und 600°, vorzugsweise zwischen 170° und 300° und insbesondere zwischen 180° und 270°.

Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristall mischungen erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die ge wünschte Menge der in geringerer Menge verwendeten Komponenten in der den Hauptbestandteil ausmachenden Komponenten gelöst, zweck mäßig bei erhöht er Temperatur. Es ist auch möglich, Lösungen der Komponenten in einem organischen Lösungsmittel, z. B. in Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach Durchmischung wieder zu entfernen, beispielsweise durch Destillation.

Die Dielektrika können auch weitere, dem Fachmann bekannte und in der Literatur beschriebene Zusätze enthalten. Beispielsweise können 0-15% pleochroitische Farbstoffe zugesetzt werden.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen.

Es bedeutet:
S-N Phasenübergangs-Temperatur smektisch-nematisch,
N-I Phasenübergangs-Temperatur nematisch-isotrop,
Klp. Klärpunkt,
Visk. Rotationsviskosität (m Pa.s),
t_on Zeit vom Einschalten bis zur Erreichung von 90% des maximalen Kontrastes
t_off Zeit vom Ausschalten bis zur Erreichung von 10% des maximalen Kontrastes
V₉₀/V₁₀ Steilheit

Die SFA wird im Multiplexbetrieb angesteuert (Multiplexverhältnis) 1 : 240, Bias 1 : 16, Betriebsspannung zwischen 20 und 30 Volt, so daß t_on = t_off).

Vor- und nachstehend sind alle Temperaturen in °C angegeben. Die Pro zentzahlen sind Gewichtsprozente. Die Werte für die Schaltzeiten und Viskositäten beziehen sich auf 20°C.

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 Tabel len 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 Alkenylreste weisen die trans- Konfiguration auf. 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, L² und L³:

Die TN- und STN-Displays enthalten vorzugsweise flüssigkristalline Mischungen, die sich aus ein oder mehreren Verbindungen aus den Tabellen A und B zusammensetzen.

Tabelle A

(L¹, L², L³; H oder F)

Tabelle B

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie zu be grenzen. Vor- und nachstehend bedeuten Prozentangaben Gewichts prozent. Alle Temperaturen sind in Grad Celsius angegeben. Fp. bedeutet Schmelzpunkt Kp. = Klärpunkt. Ferner bedeuten K = kristalliner Zustand, N = nematische Phase, S = smektische Phase und I = isotrope Phase. Die Angaben zwischen diesen Symbolen stellen die Übergangstemperaturen dar. Δn bedeutet optische Anisotropie (589 nm, 20°C), V₁₀ die Schwellspannung und V₉₀/V₁₀ die Steilheit der Kennlinie der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeige. Die Schaltzeit ist, soweit nicht anders angegeben, der Mittelwert aus Ein- und Ausschaltzeit.

Beispiel 1

Eine STN-Mischung bestehend aus

Beispiel 2

Eine STN-Mischung bestehend aus

Beispiel 3

Eine STN-Mischung bestehend aus

Beispiel 4

Eine STN-Mischung bestehend aus

Beispiel 5

Eine STN-Mischung bestehend aus

Beispiel 6

Eine STN-Mischung bestehend aus

Beispiel 7

Eine STN-Mischung bestehend aus

Beispiel 8

Eine STN-Mischung bestehend aus

Beispiel 9

Eine STN-Mischung bestehend aus

Beispiel 10

Eine STN-Mischung bestehend aus

Beispiel 11

Eine STN-Mischung bestehend aus

Beispiel 12

Eine STN-Mischung bestehend aus

Beispiel 13

Eine STN-Mischung bestehend aus

Beispiel 14

Eine STN-Mischung bestehend aus

Claims

1. Flüssigkristall-Display mit

- zwei Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristall mischung mit positiver dielektrischer Anisotropie,
- Elektrodenschichten mit Orientierungsschichten auf den Innenseiten der Trägerplatten,
- einem Anstellwinkel zwischen der Längsachse der Moleküle an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von 0 Grad bis 30 Grad, und
- einem Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht dem Betrag nach zwischen 22,5° und 600°,
- einer nematischen Flüssigkristallmischung bestehend aus
- a) 20-90 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A, beste hend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektri schen Anisotropie von über +1,5;
- b) 10-65 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente B, beste hend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektri schen Anisotropie zwischen -1,5 und +1,5;
- c) 0-20 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente C, beste hend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektri schen Anisotropie von unter -1,5 und
- d) einer optisch aktiven Komponente D in einer Menge, daß das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der Trägerplatten) und natürlicher Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt
  dadurch gekennzeichnet, daß Komponent A mindestens eine Verbindung der Formel IA,
  worin
  R^a eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 C-Atomen ist, wobei auch ein oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- oder -COO- ersetzt sein können,
  R^b H oder einen Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen,
  L H oder F, und
  r 0 oder 1
  bedeuten,
  enthält,
  und Komponente B mindestens eine Verbindung der Formel IB,
  worin
  R^b und R^c jeweils unabhängig voneinander eine Alkenylgruppe mit 2 bis 7 C-Atomen bedeuten.

2. Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente A zusätzlich Verbindungen der Formeln II und/oder III,
worin
R eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 C-Atomen ist, wobei auch ein oder zwei nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- oder -COO- ersetzt sein können, insbesondere eine trans-Alkenylgruppe mit 2 bis 7 C-Atomen,
jeweils unabhängig voneinander
L^1-6 jeweils unabhängig voneinander H oder F
Z¹ -COO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung,
Z² -CH₂CH₂-, -COO-, -C∼C- oder eine Einfachbindung,
Q -CF₂-, -CHF- -OCF₂-, -OCHF- oder eine Einfachbindung
Y F oder Cl
a 1 oder 2, und
b 0 oder 1
bedeuten.

3. Display nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente A wenigstens eine Verbindung der Formeln IIa bis IId,
wobei R, L¹, L² und L⁵ die oben angegebene Bedeutung haben.

4. Display nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente B zusätzlich ein oder mehrere Verbindungen der Formeln IV1 bis IV24:
worin
R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander die für R angegebene Bedeutung haben,
enthalten.

5. Display nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente B eine oder mehrere Verbindungen der folgenden Formeln enthält:
worin
R^e die für R^b angegebene Bedeutung besitzt und
R^e1 geradkettiges Alkyl mit 1 bis 4 C-Atomen bedeutet.

6. Display nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente C eine oder mehrere Ver bindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus V bis IX enthält,
worin R¹ und R² die für R angegebene Bedeutung haben und b 0 oder 1 ist.

7. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B eine oder mehrere Verbin dungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Xa bis XIIIa enthält,
worin Alkyl und Alkoxy einen geradkettigen Alkyl- oder Alkoxyrest mit 1 bis 7 C-Atomen bedeuten.

8. Display nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente A eine oder mehrere Verbin dungen der Formel T3 enthält,
worin
x eine ganze Zahl von 1-15,
L¹, L², L⁵ und L⁶ jeweils unabhängig voneinander H oder F, und
X' F, Cl oder OCF₃
bedeuten.

9. Flüssigkristallmischung der in einem der Ansprüche 1 bis 8 definier ten Zusammensetzung.