WO2014063780A1

WO2014063780A1 - Flüssigkristallines medium und elektrooptische flüssigkristallanzeige

Info

Publication number: WO2014063780A1
Application number: PCT/EP2013/002999
Authority: WO
Inventors: Markus Czanta; Harald Hirschmann; Izumi Saito; Volker Reiffenrath; Lars Lietzau
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2015-04-25
Also published as: JP2016502568A; DE102012020939A1; DE102012020939B4; KR102162142B1; JP6491098B2; CN104736671A; KR20150080543A; CN104736671B; US20150284635A1; US9611428B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Flüssigkristallanzeige mit einer Umorientierungsschicht zur Umorientierung der Flüssigkristalle, deren Feld eine für die Umorientierung ausschlaggebende Komponente parallel zur Flüssigkristallschicht aufweist, enthaltend ein flüssigkristallines Medium, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Verbindung der Formel (I), mindestens eine Verbindung der Formel (II), und mindestens eine Verbindung der Formel (III), enthält, worin die Parameter R¹¹ bis R³¹, X¹¹ und X²¹ die in Anspruch 1 angegebenen Bedeutungen haben.

Description

Flüssigkristallines Medium und elektrooptische

Flüssigkristallanzeige

Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Flüssigkristallanzeige mit einer Umorientierungsschicht zur Umorientierung der Flüssigkristalle, deren Feld eine für die Umorientierung ausschlaggebende Komponente parallel zur Flüssigkristallschicht aufweist, enthaltend ein flüssigkristallines Medium, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Verbindung der Formel I,

mindestens eine Verbindung der Formel II,

und mindestens eine Verbindung der Formel III,

enthält, worin die Parameter R¹¹ bis R³¹ , X¹¹ und X²¹ jeweils die in

Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben. In herkömmlichen Flüssigkristallanzeigen (TN, STN, OMI, AMD-TN) werden die elektrischen Felder zur Umorientierung im Wesentlichen senkrecht zur Flüssigkristallschicht erzeugt. 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).

Zum Beispiel in der EP 0 588 568 werden verschiedene Möglichkeiten der Gestaltung der Elektroden sowie zum Ansteuern solch einer Anzeige offenbart. DE 198 24 137 beschreibt ebenfalls verschiedene Ausführungsformen solcher IPS-Anzeigen.

Flüssigkristalline Materialien für derartige IPS-Anzeigen werden z. B. in DE 195 28 104 beschrieben.

Typische Anwendungen der In-Plane-Switching (IPS) und Fringe-Field- Switching (FFS)-Technologien sind Monitore, Notebooks, Fernseher, Mobiltelefone , Tablet-PCs, und viele weitere, dem Fachmann bekannte, Anwendungen, die hier nicht explizit aufgezählt werden.

Sowohl die IPS- als auch die FFS-Technologie weisen einen weiten Betrachtungswinkel im Vergleich zu anderen LCD-Technologien, wie beispielsweise der Vertical-Alignment (VA) Technologie, auf.

Allerdings weisen die bisher bekannten IPS- und FFS-Technologien den Nachteil eines begrenzten Schwarzzustands und einer begrenzte

Lichtdurchlässigkeit auf.

Daher ist die Bereitstellung weiterer flüssigkristalliner Medien und deren Anwendung in einem Display mit hoher Transmission, einem guten Schwarzzustand und einem hohen Kontrastverhältnis eine zentrale Herausforderung für moderne IPS- und FFS-Anwendungen. Darüber hinaus werden für moderne Anwendungen auch eine gute

Tieftemperaturbeständigkeit und schnelle Ansteuerungszeiten gefordert.

Momentan gibt es unterschiedliche technische Konzepte, um eine hohe Transmission, einen dunkle Schwarzzustand und / oder ein hohes

Kontrastverhältnis zu erzielen, die im Einzelnen aufgeführt werden.

Ein guter Schwarzzustand kann durch geringe Lichtstreuung des flüssigkristallinen Mediums erreicht werden. Daher müssen geeignete Medien relativ hohe elastische Konstanten und vorzugsweise ein geeignetes An unter Berücksichtigung der Schaltzeitanforderungen aufweisen.

Da diese Anforderungen an das flüssigkristalline Medium bisher mit einer Erhöhung der Rotationsviskosität und / oder eine stark verminderte Tieftemperaturstabilität einhergehen, sind weitere flüssigkristalline Medien erforderlich, welche ein geeignetes Δη und relativ hohe elastische

Konstanten bei gleichzeitig niedrigen Rotationsviskositäten und guten Tieftemperaturstabilitäten aufweisen.

Die Transmission eines IPS-Displays kann durch einen erweiterten Elektrodenabstand in Verbindung mit einer kleineren Elektrodenbreite positiv beeinfluss werden. Jedoch erfordert ein erhöhter

Elektrodenabstand eine höhere dielektrische Anisotropie des Mediums um die Betriebsspannung auf dem gleichen Niveau zu halten. Eine hohe dielektrische Anisotropie impliziert bisher aber auch eine hohes

Rotationsviskosität und / oder eine stark eingeschränkte

Tieftemperaturstabilität. Zusätzlich kann eine höhere dielektrische

Anisotropie zu niedrigen elastischen Konstanten führen, die den

Schwarzzustand und die Reaktionszeit vermindern. Ferner führt eine deutliche Erhöhung der elastischen Konstanten zu einer Verbesserung des Schwarzzustandes und zu einer Verringerung der

Tieftempe ratu rsta b i I ität .

Daher sind flüssigkristalline Medien mit hoher dielektrischer Anisotropie in Verbindung mit gleichzeitig hohen elastische Konstanten, niedriger Rotationsviskosität und guter Tieftemperaturstabilitäten erforderlich.

Ein hohes Kontrastverhältnis kann durch einen guten Schwarzzustand und / oder eine hohe Transmission erreicht werden. Darum sind für einen optimierten Kontrast der IPS-Anzeige beide vorgenannten Ansätze, einschließlich der entsprechenden der folgenden Anforderungen an das flüssigkristalline Medium wünschenswert:

• geeignete Werte für Δη und / oder

· hohe elastische Konstanten und / oder

• vergleichsweise hohe Werte für dielektrische Anisotropie,

• geringe Werte für die Rotationsviskosität im Hinblick auf die Erreichung schneller Ansprechzeiten, und

• gute Tieftemperaturstabilität

Für den Fall von FFS-Anzeigen ergeben sich die folgenden analogen Anforderungen:

• geeignete Werte für Δη und / oder

· hohe elastische Konstanten und / oder

• gute Tieftemperaturstabilität Auf vergleichsweise hohe Werte für dielektrische Anisotropie kann im Falle von FFS-Anzeigen oftmals verzichtet werden, da eine Vergrößerung des Elektrodenabstands hier nur begrenzt zu einer erhöhten Transmission führt. Generell gelten aber auch für FFS-Anzeigen die genannten ähnlichen Anforderungen an ein flüssigkristallines Medium.

Diese Anforderungen werden, bevorzugt gleichzeitig,

überraschenderweise durch Einsatz von eines flüssigkristallinen Mediums, welches mindestens eine Verbindung der Formel I, mindestens eine Verbindung der Formel II und mindestens eine Verbindung der Formel III enthält, erfüllt. Gegenstand der Erfindung ist daher ein flüssigkristallines Medium mit positiver dielektrischer Anisotropie, wobei das Medium dadurch

gekennzeichnet ist, dass es mindestens eine Verbindung der Formel

einen unsubstituierten Alkylrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesem Rest auch eine oder mehrere CH2- Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -C=C-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -(CO)O-, -O(CO)-, -(CO)- oder -O- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, bevorzugt einen geradkettigen Alkylrest mit 2 bis 7 C- Atomen, und

F, Cl, CN oder einen ein- oder mehrfach mit F substituierten Alkylrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesem Rest auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -C^C-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -(CO)O-, -O(CO)-, -(CO)- oder -O- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, mindestens eine Verbindung der Formel II,

worin R21 einen unsubstituierten, oder einfach durch CN oder CF₃ oder mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH2-Gruppen durch -O-, -S-, ^ -C=C-, -OC-O-, oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, und

X²¹ F, Cl, CN, einen halogenierten Alkyl-, oder Alkoxyrest mit

1 bis 6 C-Atomen oder einen halogenierten Alkenylrest mit 2 bis 6 C-Atomen, und mindestens eine Verbindung der Formel III,

worin

R einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder einen mindestens einfach durch Halogen

substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C- Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH2-Gruppen durch -O-, -S-, -C=C-, -CH=CH-, -OC-O- oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, bedeuten, enthält.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verbindungen der Formel I ausgewählt aus den Verbindungen der Formel la bis lo,



worin

R¹¹ eine der unter Formel I angegebenen Bedeutung hat, n 1 bis 5, und m 0 bis 5, bedeuten.

Besonders bevorzugt sind die Verbindungen ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln la bis Ic.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Verbindungen der Formel II ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln IIa bis Ile,

lld

worin R²¹ eine der unter Formel II angegebenen Bedeutung hat.

Insbesondere bevorzugt sind die Verbindungen der Formel II ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln IIa, llc und lld.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Medium mindestens eine Verbindung der Formel ,

einen unsubstituierten Alkylrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesem Rest auch eine oder mehrere CH₂- Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -CEC-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -(CO)O-, -O(CO)-, -(CO)- oder -O- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, bevorzugt einen geradkettigen Alkylrest mit 2 bis 7 C-Atomen, jeweils unabhängig voneinander

F, Cl, CN oder Alkyl, Alkenyl, Alkenyloxy, Alkylalkoxy oder Alkoxy mit 1 bis 3 C-Atomen, welches durch F ein- oder mehrfach substituiert ist, vorzugsweise F, Cl, CN, CF₃, CHF₂, OCF₃, , OCFHCF3, OCFHCHF2, OCF2CH3, OCF₂CHF₂₎ OCF₂CF₂CHF₂, OCFHCF₂CF₃, OCFHCF2CHF2, OCF₂CF₂CF₃, OCF2CF2CCIF2, OCCIFCF2CF3 oder CH=CF₂, ganz besonders bevorzugt F, CN, CF₃, OCHF₂ oder OCF_3, Besonders bevorzugt sind die Verbindungen der Formel I* ausgewählt aus den Unterformeln l^*a bis l^*d,

worin R¹¹ und X¹¹ jeweils eine der unter Formel angegebenen Bedeutung haben.

Insbesondere bevorzugt sind hierbei die Verbindungen der Unterformeln l^*a bis l^*d mit X^{11 *} gleich F, CF₃ oder OCF₃.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Medium mindestens eine Verbindung der Formel IV,

worin einen unsubstituierten Alkylrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesem Rest auch eine oder mehrere CH₂- Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -CsC-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -(CO)O-, -O(CO)-, -(CO)- oder -O- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, bevorzugt einen geradkettigen Alkylrest mit 2 bis 7 C- Atomen, jeweils unabhängig voneinander

L⁴ und L⁴ jeweils unabhängig voneinander H oder F, bevorzugt beide F, und X⁴¹ F, Cl, CN, oder Alkyl, Alkenyl, Alkenyloxy, Alkylalkoxy oder Alkoxy mit 1 bis 3 C-Atomen, welches durch F ein- oder mehrfach substituiert ist, bevorzugt F, CF₃ oder OCF₃,

bedeuten Besonders bevorzugt sind die Verbindungen der Formel IV ausgewählt aus den Unterformeln IVa bis IVj,



worin R und X jeweils eine der unter Formel IV angegebenen Bedeutung haben.

Insbesondere bevorzugt sind die Verbindungen der Unterformeln IVa bis

IVj mit X⁴¹ gleich F.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Medium mindestens eine Verbindung der Formel V,

worin

R⁵ und R⁵² jeweils unabhängig voneinander, einen unsubstituierten,

Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 5 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch -O-, -S-, — < ^~_' -C=C-, -OC-O-, oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,

bedeuten.

Besonders bevorzugt sind die Verbindungen der Formel V ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln Va und Vb,

worin R und R jeweils unabhängig von einander eine der unter Formel V angegebenen Bedeutungen haben und k und I jeweils unabhängig von einander 0 bis 5 bedeuten.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Medium mindestens eine Verbindung der Formel VI,

R^ -^ -^A^ R¹ VI

R⁶¹ einen Alkyl-, oder Alkoxyrest mit 1 bis 10 C-Atomen oder einen Alkenylrest mit 2 bis 10 C-Atomen, R⁶² eine der Bedeutungen von R⁶ hat oder X⁶¹ ,

F, Cl, CN, einen halogenierten Alkyl-, oder Alkoxyrest mit 1 bis 6 C-Atomen oder einen halogenierten

Alkenylrest mit 2 bis 6 C-Atomen, vorzugsweise F, Cl, CN, CF₃, CHF₂, OCF₃, , OCFHCF3, OCFHCHF₂, OCF2CH3, OCF2CHF2, OCF₂CF₂CHF₂, OCFHCF₂CF₃₎ OCFHCF₂CHF₂, OCF₂CF₂CF₃, OCF₂CF₂CCIF₂,

OCCIFCF₂CF₃ oder CH=CF₂, ganz besonders bevorzugt F, CN, OCHF₂ oder OCF₃ , insbesondere

bevorzugt F, bedeutet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Verbindungen der Formel VI ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln Via bis Vic,

61 2

R O o 6

R VIc worin R und R jeweils unabhängig voneinander eine der unter Formel VI angegebenen Bedeutung haben.

Insbesondere bevorzugt sind hierbei Verbindungen der Formel Via mit R 6' 1 gleich Alkyl und R⁶² gleich Alkenyl.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Medium mindestens eine Verbindung der Formel VII,

worin

R ,71 und i r R>72 jeweils unabhängig voneinander, einen unsubstituierten,

Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch -O-, -S-, — Ό>— , -CsC-, -OC-O-, oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,

bedeuten. ln einer weiteren Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Medium mindestens eine der Verbindungen der Formel VIII,

worin

82

R⁸ und R jeweils unabhängig voneinander, einen unsubstituierten,

Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch -O-, -S-, — < >~. -C=C-, -OC-O-, oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,

81 H oder F, bedeuten.

Besonders bevorzugte Verbindungen der Formel VIII sind die

Verbindungen der folgenden Unterformeln VIII-1 und VIII-2,

C„ ηH' '2n+1 H O O ⁰ >^~C _mH_2m+1

VIII-2 worin n und m unabhängig von einander 1 bis 7 bedeutet.

Falls in den obenstehenden Formeln R^{1 1 "82} einen Alkylrest und/oder einen Alkoxyrest bedeutet, so kann dieser geradkettig oder verzweigt sein.

Vorzugsweise ist er geradkettig, hat 1 , 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 C-Atome und bedeutet demnach bevorzugt Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Pentoxy, Hexoxy oder Heptoxy, ferner Methyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Methoxy, Octoxy, Nonoxy, Decoxy, Undecoxy, Dodecoxy, Tridecoxy oder Tetradedoxy.

Falls R^{11 "82} einen Alkenylrest bedeutet, so umfasst der Ausdruck "Alkenyl" geradkettige und verzweigte Alkenylgruppen mit 2-7 Kohlenstoffatomen, insbesondere die geradkettigen Gruppen. Bevorzugte Alkenylgruppen sind C₂-C₇-1 E-Alkenyl, C₄-C₇-3E-Alkenyl, C₅-C₇-4-Alkenyl, C₆-C₇-5-Alkenyl und C₇-6-Alkenyl, insbesondere C₂-C₇-1 E-Alkenyl, C₄-C₇-3E-Alkenyl und C₅-C₇- 4-Alkenyl. Beispiele besonders bevorzugter Alkenylgruppen sind Vinyl, 1 E-Propenyl, 1 E-Butenyl, 1 E-Pentenyl, E-Hexenyl, 1 E-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.

Falls R ^"82 einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest bedeutet, so ist dieser Rest vorzugsweise geradkettig und Halogen ist vorzugsweise F oder Cl. Bei Mehrfachsubstitution ist Halogen vorzugsweise F. Die resultierenden Reste schließen auch perfluorierte Reste ein. Bei Einfachsubstitution kann der Fluor- oder Chlorsubstituent in beliebiger Position sein, vorzugsweise jedoch in ω-Position. Die Verbindungen der Formel I bis VIII sind in reinem Zustand farblos und bilden flüssigkristalline Mesophasen in einem für die elektrooptische Verwendung günstig gelegenen Temperaturbereich. Chemisch, thermisch und gegen Licht sind sie stabil. Die einzelnen Verbindungen der oben genannten Formeln und deren

Unterformeln, die in den erfindungsgemäßen Medien verwendet werden können, sind entweder bekannt, oder Sie werden nach an sich bekannten Methoden dargestellt, wie sie in der Literatur (z.B. in den Standardwerken wie Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Georg-Thieme- Verlag, Stuttgart) beschrieben sind, und zwar unter Reaktionsbedingungen, die für die genannten Umsetzungen bekannt und geeignet sind. Dabei kann man auch von an sich bekannten, hier nicht näher erwähnten Varianten Gebrauch machen.

Das optimale Mengenverhältnis der Verbindungen der oben genannten Formeln hängt weitgehend von den gewünschten Eigenschaften, von der Wahl der Komponenten der oben genannten Formeln und 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 oben genannten Formeln 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 gewünschte Verbesserung der Eigenschaften der Mischung ist jedoch in der Regel umso größer je höher die Gesamtkonzentration an

Verbindungen der oben genannten Formeln ist. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind im Folgenden angegeben:

Das Medium enthält eine oder mehrere Verbindungen der Formel I mit einem Anteil an Verbindungen der Formel I, bevorzugt der Formel Ib, im Gesamtgemisch zwischen 1-40 Gew.%, bevorzugt 2-35 Gew.%, besonders bevorzugt 3-30 Gew.%, und mindestens eine Verbindung der Formel II, vorzugsweise der

Formel lld, mit einem Anteil an im Gesamtgemisch zwischen 1 -80 Gew.%, bevorzugt 2-70 Gew.%, besonders bevorzugt 3-60 Gew.%, und mindestens eine Verbindung der Formel III mit einem Anteil im

Gesamtgemisch zwischen 1 -40 Gew.%, bevorzugt 2-30 Gew.%, besonders bevorzugt 3-20 Gew.%, und das vorgenannte

Mischungskonzept enthält vorzugsweise, optional eine, zwei, drei oder mehrere Verbindungen der Formel , bevorzugt ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln l^*a, l^*b und l^*d, wobei der Anteil im Gesamtgemisch bis zu 75 Gew.%, bevorzugt bis zu 70 Gew.%, besonders bevorzugt bis zu 60 Gew.% ist, und/oder optional eine, zwei, drei oder mehrere Verbindungen der Formel IV, bevorzugt ausgewählt aus den Verbindungen der Formel IV, besonders bevorzugt worin X⁴¹ Fluor bedeutet, wobei der Anteil an Verbindungen der Formeln IV im

Gesamtgemisch bis zu 50 Gew.%, bevorzugt bis zu 40 Gew.% ist, und/oder optional eine, zwei, drei oder mehrere Verbindungen der Formel V, wobei der Anteil an Verbindungen der Formeln V im Gesamtgemisch bis zu 40 Gew.%, bevorzugt bis zu 35 Gew.%, besonders bevorzugt bis zu 30 Gew.% ist, und/oder optional eine, zwei, drei oder mehrere Verbindungen der Formel VI, mit einem Anteil an Verbindungen der Formeln VI im Gesamtgemisch bis zu 80 Gew.%, bis zu 75 Gew.%, besonders bevorzugt bis zu 70 Gew.%, und/oder optional eine, zwei, drei oder mehrere Verbindungen der Formel VII mit einem Anteil an Verbindungen der Formeln VII im Gesamtgemisch bis zu 50 Gew.%, bevorzugt bis zu 40 Gew.%, besonders bevorzugt bis zu 30 Gew.%, und/oder optional eine, zwei, drei oder mehrere Verbindungen der Formel VIII mit einem Anteil an Verbindungen der Formeln VIII im Gesamtgemisch bis zu 40 Gew.%, bevorzugt bis zu 30 Gew.%, besonders bevorzugt bis zu 20 Gew.%.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Medium neben mindestens einer Verbindungen der Formel I, mindestens einer Verbindung der Formel II sowie mindestens einer Verbindung der Formel III, ferner mindestens eine, bevorzugt zwei Verbindungen der Formel Via.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Medium neben mindestens einer Verbindungen der Formel I, mindestens einer

Verbindung der Formel II sowie mindestens einer Verbindung der Formel III, ferner mindestens eine, bevorzugt zwei Verbindungen der Formel I^* und mindestens eine, bevorzugt zwei Verbindungen der Formel Via. Es wurde gefunden, dass bereits ein relativ geringer Anteil an Verbindungen der Formeln l und III im Gemisch mit üblichen Flüssigkristallmaterialien zu einer beträchtlichen Erhöhung der elastischen Konstanten führt, wobei gleichzeitig, geringe Werte für die Rotationsviskosität im Hinblick auf die Erreichung schneller Ansprechzeiten, und relativ hohe Werte für dielektrische Anisotropie beobachtet werden. Gleichzeitig zeigen die Mischungen sehr gute Tieftemperaturstabilität.

Gegenstand der Erfindung sind auch elektrooptische Anzeigen, wie z. B. STN- oder MFK-Anzeigen mit zwei planparallelen Trägerplatten, die mit einer Umrandung eine Zelle bilden, integrierten nicht-linearen Elementen zur Schaltung einzelner Bildpunkte auf den Trägerplatten und einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver dielektrischer Anisotropie und hohem spezifischem Widerstand), die derartige Medien enthalten sowie die Verwendung dieser Medien für elektrooptische Zwecke.

Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ermöglichen eine bedeutende Erweiterung des zur Verfügung stehenden Parameterraumes. Die erzielbaren Kombinationen aus hohen elastischen Konstanten, niedriger Rotationsviskosität und relativ hoher dielektrischer Anisotropie übertreffen bei weitem bisherige Materialien aus dem Stand der Technik.

Die erfindungsgemäßen Mischungen sind insbesondere für mobile

Anwendungen und low-An-TFT-Anwendungen, wie z. B. Mobiltelefone und PDAs geeignet. Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ermöglichen es, bei Beibehaltung der nematischen Phase bis -20 °C und bevorzugt bis -30 °C, besonders bevorzugt bis -40 °C, und des Klärpunkts > 80 °C,

vorzugsweise > 90 °C, besonders bevorzugt > 100 °C, gleichzeitig dielektrische Anisotropiewerte Δε > +3, vorzugsweise > +7, besonders bevorzugt > +10 und einen hohen Wert für den spezifischen Widerstand zu erreichen, wodurch hervorragende MFK-Anzeigen erzielt werden können. Insbesondere sind die Mischungen durch kleine

Operationsspannungen gekennzeichnet.

Die Schwellenspannung der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ist vorzugsweise < 2.0 V, besonders bevorzugt < 1.5 V.

Die Doppelbrechung Δη der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ist vorzugsweise < 0,14, besonders bevorzugt e 0, 13, insbesondere bevorzugt e 0,12.

Die Rotationsviskosität γι der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen bei 20 °C ist vorzugsweise < 180 mPa-s, bevorzugt

< 150 mPa-s, besonders bevorzugt < 125 mPa-s.

Der nematische Phasenbereich der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen ist vorzugsweise mindestens 90°, insbesondere mindestens 100° breit. Vorzugsweise erstreckt sich dieser Bereich mindestens von -40° bis +1 10°C.

Im Hinblick auf die vorteilhaften, hohen elastischen Konstanten des erfindungsgemäßen Mediums, ist die entsprechende Kennzahl durch die Werte von K_ave bestimmt.

K_ave wird durch

Kave = ( n + K₂₂ + K₃₃) / 3 berechnet wobei K₂2 durch

angenähert werden kann. Die Werte von K_ave der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen sind vorzugsweise .; 10 pN, besonders bevorzugt e 12 pN, insbesondere > 13 pN.

Es versteht sich, dass durch geeignete Wahl der Komponenten der erfindungsgemäßen Mischungen auch höhere Klärpunkte (z.B. oberhalb 100 °C) bei höheren Schwellenspannungen oder niedrigere Klärpunkte bei niedrigeren Schwellenspannungen unter Erhalt der anderen vorteilhaften Eigenschaften realisiert werden können. Ebenso können bei entsprechend wenig erhöhten Viskositäten Mischungen mit größerem Δε und somit geringen Schwellen erhalten werden. Die erfindungsgemäßen MFK-

Anzeigen arbeiten vorzugsweise im ersten Transmissionsminimum nach Gooch und Tarry [C.H. Gooch und H.A. Tarry, Electron. Lett. 10, 2-4, 1974; C.H. Gooch und H.A. Tarry, Appl. Phys., Vol. 8, 1575-1584, 1975], wobei hier neben besonders günstigen elektrooptischen Eigenschaften, wie z.B. hohe Steilheit der Kennlinie und geringe Winkelabhängigkeit des Kontrastes (DE-PS 30 22 818) bei gleicher Schwellenspannung wie in einer analogen Anzeige im zweiten Minimum, eine kleinere dielektrische Anisotropie ausreichend ist. Hierdurch lassen sich unter Verwendung der erfindungsgemäßen Mischungen im ersten Minimum deutlich höhere spezifische Widerstände verwirklichen als bei Mischungen mit Cyan- verbindungen. Der Fachmann kann durch geeignete Wahl der einzelnen Komponenten und deren Gewichtsanteilen mit einfachen Routinemethoden die für eine vorgegebene Schichtdicke der MFK-Anzeige erforderliche Doppelbrechung einstellen.

Erfindungsgemäß ist auch eine elektrooptische Anzeige mit einer

Umorientierungsschicht zur Umorientierung der Flüssigkristalle, deren Feld eine für die Umorientierung ausschlaggebende Komponente parallel zur Flüssigkristallschicht aufweist, welche als Dielektrikum ein

erfindungsgemäßes flüssigkristallines Medium enthält. Der Aufbau der erfindungsgemäßen MFK-Anzeige aus Polarisatoren, Elektrodengrundplatten und Elektroden mit Oberflächenbehandlung entspricht der für derartige Anzeigen üblichen Bauweise. Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise hier weit gefasst und umfasst auch alle Abwand- lungen und Modifikationen der MFK-Anzeige, insbesondere auch Matrix- Anzeigeelemente auf Basis poly-Si TFT oder MIM.

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

Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristallmischungen erfolgt in an sich üblicher weise, beispielsweise indem man jeweils eine oder mehrere Verbindungen der Formel I bis III mit einer oder mehreren Verbindungen der Formeln IV bis VIII oder mit weiteren flüssigkristallinen Verbindungen und/oder Additiven mischt. 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 Lösungsmittel, z.B. in Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach Durchmischung wieder zu entfernen, beispielsweise durch

Destillation. In der vorliegenden Anmeldung und in den folgenden Beispielen sind die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch Acronyme angegeben, wobei die Transformation in chemische Formeln gemäß Tabelle A erfolgt. Alle Reste C_nH2n+i und C_mH_2m+i sind geradkettige Alkylreste mit n bzw. m C-Atomen; n, m und k sind ganze Zahlen und bedeuten vorzugsweise 0, 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 1 1 oder 12. Die Codierung gemäß Tabelle B versteht sich von selbst. In Tabelle A ist nur das Acronym für den

Grundkörper angegeben. Im Einzelfall folgt getrennt von Acronym für den Grundkörper mit einem Strick ein Code für die Substituenten R^{1 *}, R^2*, L und L^2*: Code für R^1*, R R^2* L^r L² R^2*, L , L^2*, L^3* nm C_nH2n+1 mH_2m+i H H

nO.m OC_nH_2n+l CmH_2m+i H H

nOF OC_nH_2n+i F H H nF.F C_nH_2n+i F F H nF.F.F C_nH_2n+i F F F nOCF₃ C_nH_2n+i OCF₃ H H

Zusätzliche und bevorzugte Mischungskomponenten finden sich in den Tabellen A und B.

PYRP



F

FET-nF

Tabelle B

Besonders bevorzugt sind flüssigkristalüne Mischungen, die neben den Verbindungen der Formeln I bis III, mindestens ein, zwei, drei, vier oder mehr Verbindungen aus der Tabelle B enthalten.

(n = 1- 5; (0)Ο_ηΗ_2η+ι bedeutet C_nH_2n+i oder OC_nH_2n+i)

APU-n-OXF

F

ACQU-n-F

BCH-n.Fm

ECCP-nm

F

CCZU-n-F

CPU-n-VT

CPU-n-AT

C-n-V C-n-XF

C-n-m CC-n-Vm

F

CPU-n-OXF

CUP-nF.F

CLUQU-n-F

CPPC-nV-Vm TEP2013/002999

-32-

C CU-n-F

PQU-n-F

CUQU-n-F

CCCQU-n-F

CGUQU-n-F

CCGU-n-F

CPGU-n-OT

PYP-nF

CPGU-n-F

CVCP-1V-OT GGP-n-CI

CWCQU-n-F

PPGU-n-F

PGUQU-n-F

NUQU-n-F

PGP-n-kVm

PCH-nCI GP-n-CI

PGU-n-OXF

Die Dielektrika können auch weitere, dem Fachmann bekannte und in der Literatur beschriebene Zusätze, wie z. B. UV-Stabilisatoren wie Tinuvin^® der Fa. Ciba, Antioxidantien, Radikalfänger, Nanopartikel, etc. enthalten. Beispielsweise können 0-15 % pleochroitische Farbstoffe, chirale

Dotierstoffe und polymerisierbare Dotierstoffe zugesetzt werden.

Geeignete Stabilisatoren und Dotierstoffe werden nachfolgend in den Tabellen C, D und E genannt. Tabelle C

In der Tabelle C, D und E werden mögliche Dotierstoffe angegeben, die in der Regel den erfindungsgemäßen Mischungen zugesetzt werden.

Vorzugsweise enthalten die Mischungen 0-10 Gew.%, insbesondere 0,01-5 Gew.% und besonders bevorzugt 0,01-3 Gew.% an Dotierstoffen der Tabelle C.

CB 15

R/S-1011

Tabelle D

Stabilisatoren, die beispielsweise den erfindungsgemäßen Mischungen in Mengen von 0-10 Gew.% zugesetzt werden können, werden nachfolgend genannt.





Tabelle E

Polymerisierbare Verbindungen , die beispielsweise den

erfindungsgemäßen Mischungen in Mengen von 0-10 Gew.% zugesetzt werden können, werden nachfolgend genannt.

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

Vor- und nachstehend bedeuten Prozentangaben Gewichtsprozent. Alle 5 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. Weiterhin bedeutet

^•10 - Δη die optische Anisotropie bei 589 nm und 20 °C),

γι die Rotationsviskosität (mPa-s) bei 20 °C,

V10 die Spannung (V) für 10 % Transmission (Blickrichtung senkrecht zur Plattenoberfläche), (Schwellenspannung),

Vgo die Spannung (V) für 90 % Transmission (Blickrichtung senkrecht 15 zur Plattenoberfläche),

Δε die dielektrische Anisotropie bei 20°C und 1 kHz (Δε = z\\ - ε_±, wobei S|! die Dielektrizitätskonstante parallel zu den Moleküllängsachsen und εχ die Dielektrizitätskonstante senkrecht dazu bedeutet).

20 Die elektro-optischen Daten werden in einer TN-Zelle im 1 . Minimum (d.h. bei einem d · Δη-Wert von 0,5 pm) bei 20 °C gemessen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben wird. Die optischen Daten werden bei 20 °C gemessen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben wird. Alle physikalischen Eigenschaften werden nach "Merck Liquid

25 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.

30

35 Beispiel 1

Eine nematische Mischung M1 mit folgenden physikalischen

Eigenschaften und folgender Zusammensetzung wird hergestellt.

CC-3-V 27,00 % T(N,I) [°C]: 96,0

CC-3-V1 12,00 %

CCP-30CF3 7,00 % An [589 nm, 20 °C] 0,109

CCQU-3-F 6,00 % Δε [kHz, 20 °C]: + 19,0

APUQU-2-F 10,00 % γι [mPa-s, 20 °CJ: 1 17

APUQU-3-F 10,00 % K₁ [20 °C]: 14,2

PGUQU-3-F 3,00 % K₃ [20 °C]: 16,5

PGUQU-4-F 7,00 % V₀ [V]: 0,91

CDUQU-5-F 1 ,00 %

DPGU-4-F 7,00 %

Eine IPS-Anzeige enthaltend die Mischung M1 weist einen ausreichenden Kontrast auf.

Beispiel 2 Eine nematische Mischung M2 mit folgenden physikalischen

Eigenschaften und folgender Zusammensetzung wird hergestellt.

CC-3-V 26,00 % T(N,I) [°C]: 98,0

CC-3-V1 1 ,00 %

CCP-30CF3 9,00 % An [589 nm, 20 °C] 0, 109

CCQU-3-F 7,00 % Δε [kHz, 20 °CJ: + 19,0

APUQU-2-F 10,00 % γι [mPa-s, 20 °C]: 121

APUQU-3-F 10,00 % Ki [20 °C]: 14,5

PGUQU-3-F 3,00 % K₃ [20 °C]: 16,6

PGUQU-4-F 6,00 % V₀ [V]: 0,92

CDUQU-5-F 1 1 ,00 %

DPGU-4-F 7,00 %

Eine IPS-Anzeige enthaltend die Mischung M2 weist einen ausreichenden Kontrast auf. Beispiel 3

Eine nematische Mischung M3 mit folgenden physikalischen

Eigenschaften und folgender Zusammensetzung wird hergestellt.

CC-3-V 35,00 % T(N,I) [°C]: 90,0

CC-3-V1 10,00 % Δη [589 nm, 20 °C] 0,106

CCP-30CF3 2,00 % Δε [kHz, 20 °C]: + 7,4

CCP-V-1 1 1 ,00 % 7_! [mPa-s, 20 °C]: 71

CCP-V2-1 6,00 % Ki [20 °C]: 14,6

CPGP-5-2 1 ,00 % K₃ [20 °C]: 15,8

DPGU-4-F 8,00 % Vo [V]: 1 ,48

PGP-2-2V 7,00 %

PUQU-3-F 12,00 %

CDUQU-3-F 8,00 %

Eine IPS-Anzeige enthaltend die Mischung M3 weist einen ausreichenden Kontrast auf.

Beispiel 4

Eine nematische Mischung M4 mit folgenden physikalisch

Eigenschaften und folgender Zusammensetzung wird hergestellt.

CC-3-V 32,00 % T(N,I) [°C]: 93,5

CC-3-V1 12,00 % Δη [589 nm, 20 °C] 0,085

CCP-V-1 6,50 % Δε [kHz, 20 °C]: + 10, 1

PP-1-2V1 2,50 % y^ [mPa-s, 20 °C]: 96

CCP-30CF3 6,00 % K-i [20 °C]: 14,2

APUQU-2-F 7,50 % K₃ [20 °C]: 17, 1

APUQU-3-F 8,00 % Vo [V]: 1 ,25

PGUQU-3-F 3,00 %

PGUQU-4-F 8,50 %

DPGU-4-F 6,00 %

CDUQU-5-F 8,00 %

Eine IPS-Anzeige enthaltend die Mischung M4 weist einen ausreichenden Kontrast auf.

Claims

Patentansprüche

1 . Medium, enthaliend mindestens eine Verbindung der Formel I,

worin

R¹¹ einen unsubstituierten Alkylrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesem Rest auch eine oder mehrere CH₂- ,| 5 Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -C=C-,

-CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -(CO)O-, -O(CO)-, -(CO)- oder -O- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,

X¹¹ F, Cl, CN oder einen ein- oder mehrfach mit F

20

substituierten Alkylrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesem Rest auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -C=o, -CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -(CO)O-, -O(CO)-, -(CO)- 2₅ oder -O- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, mindestens eine Verbindung der Formel II,

worin

R²¹ einen unsubstituierten, oder einfach durch CN oder CF₃ oder mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 5 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch -O-, -S-, ^v -CsC-, -OC-0-, oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, und

X²¹ F, Cl, CN, einen halogenierten Alkyl-, oder Alkoxyrest mit 1 bis 6 C-Atomen oder einen halogenierten Alkenylrest mit 2 bis 6 C-Atomen, und mindestens eine Verbindung der Formel III,

worin

R einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder

CF3 oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C- Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH2-Gruppen durch -O-, -S-, -CsC-, -CH=CH-, -OC-O- oder -O-CO- so ersetzt sein können, dass O- Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,

bedeuten.

2. Medium nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen der Formel II ausgewählt sind aus den Verbindungen der Formeln IIa bis lle,

R²¹— ( H )— ( H )— ( O >-OCHF₂ worin R² eine der unter Anspruch 1 angegebenen Bedeutung hat.

3. Medium nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend mindestens eine oder mehrere der Verbindungen der Formel ,

worin

R^{1 *} einen unsubstituierten Alkylrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesem Rest auch eine oder mehrere CH₂- Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -CsC-,

-CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -(CO)O-, -O(CO)-, -(CO)- oder -O- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, bevorzugt einen geradkettigen Alkylrest mit 2 bis 7 C- Atomen,

A^11*, A^12* jeweils unabhängig voneinander

F, Cl, CN oder Alkyl, Alkenyl, Alkenyloxy, Alkylalkoxy oder Alkoxy mit 1 bis 3 C-Atomen, welches durch F ein- oder mehrfach substituiert ist,

Medium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis enthaltend mindestens eine oder mehrere der Verbindungen Formeln IV,

worin

R 41 einen unsubstituierten Alkylrest mit 1 bis 15 C-Atomen, wobei in diesem Rest auch eine oder mehrere CH₂- Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -C=C-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -(CO)O-, -O(CO)-, -(CO)- oder -O- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, bevorzugt einen geradkettigen Alkylrest mit 2 bis 7 C- Atomen, jeweils unabhängig voneinander

L und L jeweils unabhängig voneinander H oder F, und

X⁴¹ F, Cl, CN, oder Alkyl, Alkenyl, Alkenyloxy, Alkylalkoxy oder Alkoxy mit 1 bis 3 C-Atomen, welches durch F ein- oder mehrfach substituiert ist, bedeuten.

Medium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, enthaltend mindestens eine oder mehrere Verbindungen der Forme! V,

worin

R⁵¹ und R⁵² jeweils unabhängig voneinander, einen unsubstituierten,

Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch -O-, -S-, , -CsC-, -OC-O-,

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

bedeuten. 6. Medium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, enthaltend mindestens eine oder mehrere Verbindungen der Formel VI,

VI

worin einen Alkyl-, oder Alkoxyrest mit 1 bis 0 C-Atomen oder einen Alkenylrest mit 2 bis 10 C-Atomen, eine der Bedeutungen von R hat oder X

Alkenylrest mit 2 bis 6 C-Atomen, bedeutet.

Verfahren zur Herstellung eines Mediums nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Verbindungen der Formel I, II und III, wie in Anspruch 1 angegeben, mit einer oder mehreren der in einem oder mehreren der Ansprüchen 3 bis 6 genannten Verbindungen und/oder einer oder mehreren weiteren mesogenen Verbindungen und/oder einem oder mehreren Additiven gemischt wird.

Verwendung eines flüssigkristallinen Mediums nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 in einer elektrooptischen Anzeige.

Elektrooptische Anzeige mit einer Umorientierungsschicht zur

Umorientierung der Flüssigkristalle, deren Feld eine für die

Umorientierung ausschlaggebende Komponente parallel zur