DE102006047128B4 - Liquid crystal medium and its use - Google Patents
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Abstract
Flüssigkristallmedium, dadurch gekennzeichnet, dass es a) eine oder mehrere dielektrisch positive Verbindungen der Formel I,worin R1 jeweils unabhängig voneinander H, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 12 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH2-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-,-CH=CH-, -C≡C-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, L1 bis L7 jeweils unabhängig voneinander H oder F, und n 0 oder 1 bedeuten und b) eine oder mehrere dielektrisch positive Verbindung der Formel II,worin R0 jeweils unabhängig voneinander H, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 12 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH2-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-,-CH=CH-, -C≡C-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, Ring A1, A2 and A3, unabhängig voneinander,Y F, Cl oder einen ein- oder mehrfach fluorierten 1-4 C Alkyl- oder Alkoxyrest, p und q unabhängig voneinander, 0 oder 1, und ...A liquid-crystal medium, characterized in that it comprises a) one or more dielectrically positive compounds of the formula I, wherein each R independently represents H, an unsubstituted alkyl or alkenyl radical of up to 12 which is monosubstituted by CN or CF 3 or at least monosubstituted by halogen C atoms, where in these radicals also one or more CH 2 groups are each independently of one another by -O-, -S-, - CH = CH-, -C≡C-, -CO-, -CO-O-, - O-CO- or -O-CO-O- can be replaced so that O atoms are not directly linked, L1 to L7 are each independently H or F, and n is 0 or 1, and b) one or more dielectrically A compound of formula II in which each R0 is independently H, an unsubstituted alkyl or alkenyl radical having up to 12 carbon atoms substituted by CN or CF3 or an alkyl group which is at least monosubstituted by halogen, one or more CH2 Each group independent ig each other by -O-, -S -, - CH = CH, -C≡C-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- or -O-CO-O- so may be replaced in that O atoms are not directly linked to each other, ring A1, A2 and A3, independently of one another, YF, Cl or a mono- or polyfluorinated 1-4C alkyl or alkoxy radical, p and q independently of one another, 0 or 1, and ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Flüssigkristallmedien und deren Verwendung in Flüssigkristallanzeigen, besonders in Flüssigkristallanzeigen, die den TN-Effekt ('twisted nematic', mit einer um ca. 90° verdrillten nematischen Struktur), den HTN-Effekt ('high performance twisted nematic', um ca. 100°–120° verdrillt) oder den STN-Effekt (supertwisted nematic) verwenden.The present invention relates to liquid-crystal media and their use in liquid-crystal displays, particularly in liquid-crystal displays which exhibit the TN effect ('twisted nematic', with a nematic structure twisted by about 90 °), the HTN effect ('high performance twisted nematic', twisted by about 100 ° -120 °) or use the STN effect (supertwisted nematic).
Anzeigen ohne Aktivmatrix, die den TN-, den HTN-Effekt oder den STN-Effekt verwenden, stellen immer noch den am weitesten verbreiteten Typ von Anzeigen dar. TN-Anzeigen sind bekannt, z. B. aus M. Schadt und W. Helfrich, Appl. Phys. Lett., 18, 127 (1971), STN-Anzeigen z. B. aus T. J. Scheffer und J. Nehring, Appl. Phys. Lett., 45, 1021 (1984). Bei diesen und ähnlichen elektro-optischen Effekten werden flüssigkristalline Medien mit positiver dielektrischer Anisotropie (Δε) verwendet.Non-active matrix displays that use the TN, HTN, or STN effect are still the most common types of displays. TN displays are well-known. From M. Schadt and W. Helfrich, Appl. Phys. Lett., 18, 127 (1971), STN ads z. From T.J. Scheffer and J. Nehring, Appl. Phys. Lett., 45, 1021 (1984). These and similar electro-optical effects use liquid-crystalline media with positive dielectric anisotropy (Δε).
In derartigen Flüssigkristallanzeigen werden die Flüssigkristalle als Dielektrika verwendet, deren optische Eigenschaften sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung reversibel ändern.In such liquid crystal displays, the liquid crystals are used as dielectrics whose optical properties reversibly change upon application of an electric voltage.
Da bei Anzeigen im allgemeinen, also auch bei Anzeigen nach diesen erwähnten Effekten, die Betriebsspannung möglichst gering sein soll, werden Flüssigkristallmedien eingesetzt, die in der Regel überwiegend aus Flüssigkristallverbindungen zusammengesetzt sind, die alle das gleiche Vorzeichen der dielektrischen Anisotropie aufweisen und eine möglichst große dielektrische Anisotropie haben. Es werden allenfalls geringere Anteile an dielektrisch neutralen Verbindungen eingesetzt. Bei den Flüssigkristallmedien mit großer positiver dielektrischer Anisotropie werden überwiegend Verbindungen mit dielektrisch positiver Anisotropie eingesetzt. Die eingesetzten Flüssigkristallmedien bestehen in der Regel überwiegend und meist sogar weitestgehend aus Flüssigkristallverbindungen mit positiver dielektrischer Anisotropie.Since in displays in general, that is to say also for displays according to these mentioned effects, the operating voltage should be as low as possible, liquid-crystal media are used, which are usually composed predominantly of liquid crystal compounds, which all have the same sign of the dielectric anisotropy and the largest possible dielectric Have anisotropy. At most smaller proportions of dielectrically neutral compounds are used. In liquid crystal media with high positive dielectric anisotropy, predominantly compounds with dielectrically positive anisotropy are used. As a rule, the liquid-crystal media used consist predominantly and mostly even of liquid-crystal compounds having a positive dielectric anisotropy.
Derartige Flüssigkristallmedien sind beispielsweise in der
Die Flüssigkristallmedien des Standes der Technik mit entsprechend niedrigen Ansteuerspannungen haben relativ geringe Klärpunkte und führen leicht zum Ausfall der Anzeige bei erhöhten Temperaturen, z. B. durch Sonneneinwirkung.The liquid crystal media of the prior art with correspondingly low drive voltages have relatively low clearing points and easily lead to failure of the display at elevated temperatures, eg. B. by the sun.
Andererseits ist die Ansteuerspannung der Anzeigen des Standes der Technik oft unzureichend hoch, insbesondere für Anzeigen für tragbare Geräte (z. B. Spiele, Messgeräte) und Uhren. Der Stromverbrauch dieser batteriebetriebenen Geräte hängt maßgeblich vom Stromverbrauch der Anzeige und letztlich von deren Ansteuerspannung ab. Somit müssen die charakteristischen Spannungen der Flüssigkristallmedien in den Flüssigkristallzellen verbessert werden ohne deren Klärpunkte zu erhöhen.On the other hand, the driving voltage of the prior art displays is often insufficiently high, especially for displays for portable devices (eg, games, gauges) and watches. The power consumption of these battery-operated devices depends largely on the power consumption of the display and ultimately on their drive voltage. Thus, the characteristic voltages of the liquid crystal media in the liquid crystal cells must be improved without increasing their clearing points.
Außerdem müssen die elektrischen Wiederstände der Medien ausreichend hoch sein und die Viskositäten der Flüssigkristallmedien verbessert, also verringert, werden. Dies gilt besonders für die Rotationsviskosität und ganz besonders bei niedrigen Temperaturen.In addition, the electrical resistance of the media must be sufficiently high and the viscosities of the liquid-crystal media to be improved, so reduced. This is especially true for the rotational viscosity and especially at low temperatures.
Somit besteht ein großer Bedarf an Flüssigkristallmedien, welche die Nachteile der Medien aus dem Stand der Technik nicht, oder zumindest in deutlich vermindertem Umfang, aufweisen.Thus, there is a great need for liquid-crystal media which does not have the disadvantages of the prior art media, or at least to a much lesser extent.
Überraschend wurde gefunden, dass Flüssigkristallanzeigen realisiert werden können, welche die genannten Nachteile nicht aufweisen. Insbesondere weisen erfindungsgemäße Flüssigkristallmedien hohe Klärpunkte und besonders niedrige Schwellenspannungen auf.Surprisingly, it has been found that liquid crystal displays can be realized which do not have the mentioned disadvantages. In particular, liquid-crystal media according to the invention have high clearing points and particularly low threshold voltages.
In der vorliegenden Erfindung wird die geringe Schwellenspannung bei gleichzeitig hohem Klärpunkt dadurch realisiert, dass erfindungsgemäße Flüssigkristallmedien verwendet werden. Diese Medien enthalten
- a) eine oder mehrere dielektrisch positive Verbindungen der Formel I worin R1 jeweils unabhängig voneinander H, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 12 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH2-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-, -CH=CH-, -C≡C-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, L1 bis L7 jeweils unabhängig voneinander H oder F, und n 0 oder 1 bedeuten,
- b) eine oder mehrere dielektrisch positive Verbindungen der Formel II worin R0 jeweils unabhängig voneinander H, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 12 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH2-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-,-CH=CH-, -C≡C-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, Ring A1, A2 and A3, jeweils unabhängig voneinander, Y F, Cl oder einen ein- oder mehrfach fluorierten 1-4 C Alkyl- oder Alkoxyrest, p und q unabhängig voneinander, 0 oder 1, und L1 und L2 H oder F bedeuten,
- c) eine oder mehrere dielektrisch positive Verbindungen der Formel IIIA worin R3 jeweils unabhängig voneinander H, einen unsubstituierten, einen einfach durch CN oder CF3 oder einen mindestens einfach durch Halogen substituierten Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 12 C-Atomen, wobei in diesen Resten auch eine oder mehrere CH2-Gruppen jeweils unabhängig voneinander durch -O-, -S-,-CH=CH-, -C≡C-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- oder -O-CO-O- so ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, und L1 H oder F bedeuten, und
- d) eine oder mehrere Verbindungen der Formel IV-1b worin R4 Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen oder Alkenyl mit 2 bis 6 C-Atomen, und X1 F oder OCHF2, bedeuten.
- a) one or more dielectrically positive compounds of the formula I. wherein each R 1 is independently H, an unsubstituted, an alkyl or alkenyl radical having up to 12 C atoms, which is monosubstituted by CN or CF 3 or at least monosubstituted by halogen, and one or more CH 2 groups in each of these radicals independently of each other by -O-, -S-, -CH = CH-, -C≡C-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- or -O-CO-O- may be replaced so that O atoms are not directly linked to one another, L 1 to L 7 are each independently H or F, and n is 0 or 1,
- b) one or more dielectrically positive compounds of the formula II wherein each R 0 is independently H, an unsubstituted, an alkyl or alkenyl radical having up to 12 C atoms, which is monosubstituted by CN or CF 3 or at least monosubstituted by halogen, and one or more CH 2 groups in each of these radicals independently of each other by -O-, -S-, -CH = CH-, -C≡C-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- or -O-CO-O- may be replaced so that O atoms are not directly linked to one another, Ring A 1 , A 2 and A 3 , each independently of one another, YF, Cl or a mono- or polyfluorinated 1-4C alkyl or alkoxy radical, p and q independently of one another, 0 or 1, and L 1 and L 2 denote H or F,
- c) one or more dielectrically positive compounds of formula IIIA wherein each R 3 is independently H, an unsubstituted, an alkyl or alkenyl radical having up to 12 C atoms, which is monosubstituted by CN or CF 3 or at least monosubstituted by halogen, and one or more CH 2 groups in each of these radicals independently of each other by -O-, -S-, -CH = CH-, -C≡C-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- or -O-CO-O- may be replaced so that O atoms are not directly linked to one another, and L 1 is H or F, and
- d) one or more compounds of the formula IV-1b wherein R 4 is alkyl having 1 to 7 carbon atoms or alkenyl having 2 to 6 carbon atoms, and X 1 is F or OCHF 2 .
Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Medium für eine Flüssigkristallanzeige zusätzlich
- e) eine oder mehrere dielektrisch positive Verbindungen der Formel IIIB wobei R3 und L1 die für IIIA angegebene Bedeutung haben, und
- f) eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln IV-1 bis IV-5 (allgemein IV) worin R4 Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen, Alkoxy mit 1 bis 7 C-Atomen, oder Alkoxyalkyl, Alkenyl oder Alkenyloxy mit 2 bis 7 C-Atomen, X1 F, Cl oder einen ein- oder mehrfach fluorierten 1-4 C Alkyl- oder Alkoxyrest, Y1 H oder F, und Z11 und Z12, jeweils unabhängig voneinander, -CH2-CH2-, -CH=CH-, -CH2-CF2-, -CF2-CH2-, -CF2-CF2-, -OCH2-, -CH2O- oder eine Einfachbindung bedeuten, wobei die Verbindungen der Formel IV-1b ausgeschlossen sind.
- e) one or more dielectrically positive compounds of formula IIIB wherein R 3 and L 1 have the meaning given for IIIA, and
- f) one or more compounds selected from the group of the compounds of the formulas IV-1 to IV-5 (general IV) where R 4 is alkyl having 1 to 7 C atoms, alkoxy having 1 to 7 C atoms, or alkoxyalkyl, alkenyl or alkenyloxy having 2 to 7 C atoms, X 1 F, Cl or a mono- or polyfluorinated 1-4 C is alkyl or alkoxy, Y 1 is H or F, and Z 11 and Z 12 are each independently, -CH 2 -CH 2 -, -CH = CH-, -CH 2 -CF 2 -, -CF 2 -CH 2 -, -CF 2 -CF 2 -, -OCH 2 -, -CH 2 O- or a single bond, which compounds of formula are excluded IV-1b.
Besonders bevorzugt enthält das Medium zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen der Formel IV-1, wobei die Verbindungen der Formel IV-1b ausgeschlossen sind.Particularly preferably, the medium additionally contains one or more compounds of the formula IV-1, the compounds of the formula IV-1b being excluded.
Die Substituenten Y und X1 bedeuten unter den oben angegebenen Bedeutungen bevorzugt Cl, F, -CF3, -OCF3, -OCHF2, -OCHFCF3 oder -OCF2CHFCF3, insbesondere F und -OCF3 und ganz besonders bevorzugt F.The substituents Y and X 1, under the meanings given above, are preferably Cl, F, -CF 3 , -OCF 3 , -OCHF 2 , -OCHFCF 3 or -OCF 2 CHFCF 3 , in particular F and -OCF 3 and very particularly preferably F ,
Die erfindungsgemäße Verwendung der Flüssigkristallmedien erfolgt bevorzugt in passiv angesteuerten Flüssigkristallanzeigen mit einer Verdrillung der Vorzugsrichtung der Flüssigkristallschicht zwischen den Deckschichten zwischen 80 und 120°.The use according to the invention of the liquid-crystal media is preferably carried out in passively controlled liquid-crystal displays with a twist of the preferred direction of the liquid-crystal layer between the cover layers between 80 and 120 °.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Flüssigkristallmedium eine oder mehrere Verbindungen der Formel I ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln I-1 bis I-5, ganz besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln I-1, I-2 und I-3, worin R1, L1 und L2 die jeweilige oben bei Formel I angegebene Bedeutung haben und bevorzugt
L1 H
bedeutet.In a particularly preferred embodiment, the liquid-crystal medium contains one or more compounds of the formula I selected from the group of the compounds of the formulas I-1 to I-5, very particularly preferably selected from the group of the compounds of the formulas I-1, I-2 and I-3, wherein R 1 , L 1 and L 2 have the respective meaning given above for formula I and preferred
L 1 H
means.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Medium eine oder mehrere Verbindungen der Formel II ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln II-1 bis II-32, ganz besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln II-8, II-9, II-19, II-20, II-26 und II-29, worin
R0 wie oben für Formel I definiert ist und insbesondere
R0 einen n-Alkylrest mit 1-7 C-Atomen oder einen Alkenylrest mit 2-7 C-Atomen bedeutet.In a particularly preferred embodiment, the medium contains one or more compounds of the formula II selected from the group of the compounds of the formulas II-1 to II-32, very particularly preferably selected from the group of the compounds of the formulas II-8, II-9, II-19, II-20, II-26 and II-29, wherein
R 0 is as defined above for formula I and in particular
R 0 is an n-alkyl radical having 1-7 C atoms or an alkenyl radical having 2-7 C atoms.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Medium eine oder mehrere Verbindungen der Formel IIIA-1 worin R3 die oben bei Formel IIIA angegebene Bedeutung hat und bevorzugt
R3 einen n-Alkylrest mit 1-7 C-Atomen bedeutet.In a further particularly preferred embodiment, the medium contains one or more compounds of the formula IIIA-1 wherein R 3 has the meaning given above in formula IIIA and preferred
R 3 is an n-alkyl radical having 1-7 C atoms.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Medium eine oder mehrere Verbindungen der Formel IV ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln: worin
R4 einen geradkettigen Alkylrest mit 1-7 C-Atomen oder einen geradkettigen Alkenylrest mit 2-6 C-Atomen, und
X F oder OCF3 bedeutet.In a further particularly preferred embodiment, the medium contains one or more compounds of the formula IV selected from the compounds of the formulas: wherein
R 4 is a straight-chain alkyl radical having 1-7 C atoms or a straight-chain alkenyl radical having 2-6 C atoms, and
XF or OCF 3 means.
Ganz besonders bevorzugt sind darunter Verbindungen der Formeln IV-1a. Die Verbindungen der Formeln IV erweitern beispielsweise den nematischen Phasenbereich der Medien.Among these, very particular preference is given to compounds of the formulas IV-1a. For example, the compounds of formulas IV extend the nematic phase range of the media.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Medium eine oder mehrere Verbindungen der Formel V: worin
R51 und R52, jeweils unabhängig voneinander, Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen, Alkoxy mit 1 bis 7 C-Atomen, oder Alkoxyalkyl, Alkenyl oder Alkenyloxy mit 2 bis 7 C-Atomen,
Z51, Z52 und Z53, jeweils unabhängig voneinander, -CH2CH2-, -CH=CH-, -COO- oder eine Einfachbindung, jeweils unabhängig voneinander, p 0 oder 1
bedeutet,
und insbesondere enthält das Medium eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln V-1 bis V-6: In a further particularly preferred embodiment, the medium contains one or more compounds of the formula V: wherein
R 51 and R 52 , each independently of one another, are alkyl having 1 to 7 C atoms, alkoxy having 1 to 7 C atoms, or alkoxyalkyl, alkenyl or alkenyloxy having 2 to 7 C atoms,
Z 51 , Z 52 and Z 53 , each independently of one another, -CH 2 CH 2 -, -CH = CH-, -COO- or a single bond, each independently p 0 or 1
means
and in particular the medium contains one or more compounds selected from the compounds of the formulas V-1 to V-6:
Alkyl and Alkyl* bedeuten hier je unabhängig bevorzugt einen geradkettigen Alkylrest mit 1-7 C-Atomen. Das Medium enthält vorzugsweise 5–15 Gew.-% an Verbindungen der Formel V. Die Verbindungen der Formeln V erhöhen beispielsweise den Klärpunkt der Medien.Alkyl and alkyl * here each independently preferably denote a straight-chain alkyl radical having 1-7 C atoms. The medium preferably contains 5-15% by weight of compounds of the formula V. The compounds of the formulas V, for example, increase the clearing point of the media.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Medium eine oder mehrere Verbindungen der Formel VI, bevorzugt der Formel VI-1: worin R6 wie R1 oben definiert ist, und
Y1, Y2 H oder F bedeuten.In a further preferred embodiment, the medium contains one or more compounds of the formula VI, preferably of the formula VI-1: wherein R 6 is defined as R 1 above, and
Y 1 , Y 2 signify H or F.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen enthalten die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien insgesamt bezogen auf die Gesamtmischung in Gewichtsprozenten:
10% oder mehr an Verbindungen der Formel I, bevorzugt 10% oder mehr bis 40% oder weniger und besonders bevorzugt 15% oder mehr bis 30% oder weniger und ganz besonders bevorzugt 20% oder mehr bis 25% oder weniger an Verbindungen der Formel I,
1% oder mehr bis 40% oder weniger, bevorzugt 2% oder mehr bis 25% oder weniger, besonders bevorzugt 3% oder mehr bis 15% oder weniger und ganz besonders bevorzugt 4% oder mehr bis 10% oder weniger an Verbindungen der Formel II,
5% oder mehr bis 50% oder weniger, bevorzugt 10% oder mehr bis 40% oder weniger, besonders bevorzugt 15% oder mehr bis 25% oder weniger und ganz besonders bevorzugt 18% oder mehr bis 22% oder weniger an Verbindungen der Formel III,
5% oder mehr bis 60% oder weniger, bevorzugt 15% oder mehr bis 50% oder weniger, besonders bevorzugt 20% oder mehr bis 40% oder weniger und ganz besonders bevorzugt 25% oder mehr bis 35% oder weniger an Verbindungen der Formel IV,
1% oder mehr bis 40% oder weniger, bevorzugt 3% oder mehr bis 30% oder weniger, besonders bevorzugt 5% oder mehr bis 25% oder weniger und ganz besonders bevorzugt 10% oder mehr bis 20% oder weniger an Verbindungen der Formel V, und
0% oder mehr bis 40% oder weniger, bevorzugt 0% oder mehr bis 30% oder weniger, besonders bevorzugt 0% oder mehr bis 20% oder weniger und ganz besonders bevorzugt 5% oder mehr bis 15% oder weniger an Verbindungen der Formel VI,
wobei die Konzentrationsangaben der Verbindungen III die Summe der Konzentrationen der Verbindungen IIIA und IIIB und die Konzentrationsangaben der Verbindungen IV die Summe der Konzentrationen der Verbindungen IV-1b und IV-1 bis IV-5 bedeuten.In particularly preferred embodiments, the liquid-crystal media according to the invention contain in total, based on the total mixture in percent by weight:
10% or more of compounds of the formula I, preferably 1 From 0% or more to 40% or less, and more preferably from 15% or more to 30% or less and most preferably from 20% or more to 25% or less of compounds of formula I,
1% or more to 40% or less, preferably 2% or more to 25% or less, more preferably 3% or more to 15% or less and most preferably 4% or more to 10% or less of compounds of formula II .
5% or more to 50% or less, preferably 10% or more to 40% or less, more preferably 15% or more to 25% or less and most preferably 18% or more to 22% or less of compounds of formula III .
5% or more to 60% or less, preferably 15% or more to 50% or less, more preferably 20% or more to 40% or less and most preferably 25% or more to 35% or less of compounds of formula IV .
1% or more to 40% or less, preferably 3% or more to 30% or less, more preferably 5% or more to 25% or less and most preferably 10% or more to 20% or less of compounds of formula V , and
0% or more to 40% or less, preferably 0% or more to 30% or less, more preferably 0% or more to 20% or less and most preferably 5% or more to 15% or less of compounds of formula VI .
wherein the concentration data of the compounds III mean the sum of the concentrations of the compounds IIIA and IIIB and the concentration data of the compounds IV the sum of the concentrations of the compounds IV-1b and IV-1 to IV-5.
Hier, wie in der gesamten vorliegenden Anmeldung, bedeutet der Begriff Verbindungen auch geschrieben als Verbindung(en), sofern nicht explizit anders angegeben, sowohl eine als auch mehrere Verbindungen.As used throughout the present application, the term compounds also written as compound (s) means, unless explicitly stated otherwise, both one and more compounds.
Hierbei werden die einzelnen Verbindungen in Konzentrationen jeweils von 1% oder mehr bis 30% oder weniger bevorzugt von 2% oder mehr bis 30% oder weniger und besonders bevorzugt von 3% oder mehr bis 16% oder weniger eingesetzt. Unter Einsatz mehrerer homologer Verbindungen werden auch höhere Konzentrationen von Verbindungen einer allgemeinen gemeinsamen Struktur in Lösung gebracht.In this case, the individual compounds are used in concentrations of from 1% or more to 30% or less, preferably from 2% or more to 30% or less, and more preferably from 3% or more to 16% or less. Using multiple homologous compounds, higher concentrations of compounds of a general common structure are also solubilized.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Flüssigkristallmedien insbesondere bevorzugt insgesamt
10% bis 40% an Verbindungen der Formel I,
2% bis 25% an Verbindungen der Formeln II,
10% bis 40% an Verbindungen der Formel III und
15% bis 50% an Verbindungen der Formel IV.In a preferred embodiment, the liquid-crystal media particularly preferably contain a total
10% to 40% of compounds of the formula I,
2% to 25% of compounds of the formulas II,
10% to 40% of compounds of formula III and
15% to 50% of compounds of formula IV.
Ganz besonders bevorzugt enthalten die Flüssigkristallmedien in dieser Ausführungsform insgesamt
15% bis 30% an Verbindungen der Formel I,
3% bis 15% an Verbindungen der Formel II,
15% bis 25% an Verbindungen der Formel III und
20% bis 40% an Verbindungen der Formel IV.Most preferably, the liquid-crystal media in this embodiment contain a total of
15% to 30% of compounds of the formula I,
3% to 15% of compounds of the formula II,
15% to 25% of compounds of formula III and
20% to 40% of compounds of formula IV.
Der Klärpunkt der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien liegt bevorzugt bei mindestens 85°C und besonders bevorzugt bei mindestens 90°C oder darüber.The clearing point of the liquid-crystal media of the invention is preferably at least 85 ° C and more preferably at least 90 ° C or above.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien weisen bevorzugt eine nematische Phase von –20°C oder weniger bis 75°C oder mehr, besonders bevorzugt von –30°C oder weniger bis 85°C oder mehr und ganz besonders bevorzugt von –40°C oder weniger bis 90°C oder mehr auf.The liquid-crystal media according to the invention preferably have a nematic phase of -20 ° C or less to 75 ° C or more, more preferably from -30 ° C or less to 85 ° C or more, and most preferably from -40 ° C or less to 90 ° C or more.
Hierbei bedeutet der Begriff eine nematische Phase aufweisen einerseits, dass bei tiefen Temperaturen bei der entsprechenden Temperatur keine smektische Phase und keine Kristallisation beobachtet wird und andererseits, dass beim Aufheizen aus der nematischen Phase noch keine Klärung auftritt. Die Untersuchung bei tiefen Temperaturen wird in einem Fließviskosimeter bei der entsprechenden Temperatur durchgeführt sowie durch Lagerung in Testzellen mit einer der elektrooptischen Anwendung entsprechenden Schichtdicke für mindestens 100 Stunden überprüft. Wenn die Lagerstabilität bei einer Temperatur von –20°C (tstore) in einer entsprechenden Testzelle 1000 h oder mehr beträgt, wird das Medium als bei dieser Temperatur stabil bezeichnet. Bei hohen Temperaturen wird der Klärpunkt nach üblichen Methoden in Kapillaren gemessen.In this case, the term "nematic phase" means, on the one hand, that no smectic phase and no crystallization are observed at low temperatures at the corresponding temperature and, on the other hand, that clarification does not yet occur on heating from the nematic phase. The investigation at low temperatures is carried out in a flow viscometer at the appropriate temperature and checked by storage in test cells with a corresponding layer thickness for electro-optical application for at least 100 hours. When the storage stability at a temperature of -20 ° C. (t store ) in a corresponding test cell is 1,000 hours or more, the medium is said to be stable at this temperature. At high temperatures, the clearing point is measured in capillaries by conventional methods.
Ferner sind die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien durch Werte der optischen Anisotropie (Δn) im unteren mittleren Bereich gekennzeichnet. Die Δn-Werte liegen bevorzugt im Bereich von 0,075 bis 0,130, besonders bevorzugt im Bereich von 0,080 bis 0,120 und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0,090 bis 0,110. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien liegt darin, dass sich geringere Δn-Werte unter Beibehaltung der niedrigen Schwellenspannung und des hohen Klärpunkts realisieren lassen. Die Δn-Werte liegen daher bevorzugt ≤ 0,11, besonders bevorzugt ≤ 0,105.Furthermore, the liquid-crystal media according to the invention are characterized by values of the optical anisotropy (Δn) in the lower central region. The Δn values are preferably in the range of 0.075 to 0.130, more preferably in the range of 0.080 to 0.120, and most preferably in the range of 0.090 to 0.110. The advantage of the liquid-crystal media according to the invention is that lower Δn values can be achieved while maintaining the low threshold voltage and the high clearing point. The Δn values are therefore preferably ≦ 0.11, particularly preferably ≦ 0.105.
Außerdem weisen die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien besonders kleine Werte für die Schwellenspannung (V10) von kleiner oder gleich 0,75 V, bevorzugt kleiner oder gleich 0,70 V und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,65 V auf.In addition, the liquid-crystal media according to the invention have particularly small values for the threshold voltage (V 10 ) of less than or equal to 0.75 V, preferably less than or equal to 0.70 V and particularly preferably less than or equal to 0.65 V.
Diese bevorzugten Werte für die einzelnen physikalischen Eigenschaften werden von den erfindungsgemäßen Medien bevorzugt auch jeweils miteinander kombiniert eingehalten.These preferred values for the individual physical properties are preferably also kept in combination with one another by the media according to the invention.
In der vorliegenden Anmeldung bedeutet der Begriff Halogen allgemein Fluor, Chlor, Brom oder Iod, insbesondere Fluor und Chlor.In the present application, the term halogen generally means fluorine, chlorine, bromine or iodine, in particular fluorine and chlorine.
In der vorliegenden Anmeldung bedeutet ”≤” kleiner oder gleich, bevorzugt kleiner und ”≥” größer oder gleich, bevorzugt größer. In the present application, "≤" means less than or equal to, preferably less than and "≥" greater than or equal to, preferably greater.
In der vorliegenden Anmeldung bedeuten trans-1,4-Cyclohexylen. 2,5-substituerte Pyran- und 1,3-Dioxanringe sind bevorzugt trans-substituiert.In the present application mean trans-1,4-cyclohexylene. 2,5-substituted pyran and 1,3-dioxane rings are preferably trans-substituted.
In der vorliegenden Anmeldung bedeuten die Begriffe ”dielektrisch positive” Verbindungen solche Verbindungen mit einem Δε > 1,5, ”dielektrisch neutrale” Verbindungen solche mit –1,5 ≤ Δε ≤ 1,5 und ”dielektrisch negative” Verbindungen solche mit Δε < –1,5. Hierbei wird die dielektrische Anisotropie der Verbindungen bestimmt, indem 10% der Verbindungen in einem flüssigkristallinen Host gelöst werden und von dieser Mischung die Kapazität in mindestens jeweils einer Testzelle mit 20 μm Schichtdicke mit homöotroper und mit homogener Oberflächenorientierung bei 1 kHz bestimmt wird. Die Messspannung beträgt typischerweise 0,5 V bis 1,0 V, jedoch stets weniger als die kapazitive Schwelle der jeweiligen Flüssigkristallmischung.In the present application, the terms "dielectrically positive" compounds mean those compounds with a Δε> 1.5, "dielectrically neutral" compounds those with -1.5 ≦ Δε ≦ 1.5 and "dielectrically negative" compounds those with Δε <- 1.5. Here, the dielectric anisotropy of the compounds is determined by 10% of the compounds are dissolved in a liquid-crystalline host and the capacity of at least one test cell in each case with 20 micron layer thickness is determined with homeotropic and homogeneous surface orientation at 1 kHz. The measuring voltage is typically 0.5 V to 1.0 V, but always less than the capacitive threshold of the respective liquid-crystal mixture.
Als Hostmischung für dielektrisch positive und dielektrisch neutrale Verbindungen wird ZLI-4792 und für dielektrisch negative Verbindungen ZLI-2857, beide von Merck KGaA, Deutschland, verwendet. Aus der Änderung der Dielektrizitätskonstante der Hostmischung nach Zugabe der zu untersuchenden Verbindung und Extrapolation auf 100% der eingesetzten Verbindung werden die Werte für die jeweiligen zu untersuchenden Verbindungen erhalten. Die zu untersuchende Verbindung wird zu 10% in der Hostmischung gelöst. Wenn die Löslichkeit der Substanz hierzu zu gering ist wird die Konzentration schrittweise solange halbiert, bis die Untersuchung bei der gewünschten Temperatur erfolgen kann.The host mixture used for dielectrically positive and dielectrically neutral compounds is ZLI-4792 and for dielectrically negative compounds ZLI-2857, both from Merck KGaA, Germany. From the change in the dielectric constant of the host mixture after addition of the test compound and extrapolation to 100% of the compound used, the values for the respective compounds to be investigated are obtained. The compound to be tested is dissolved to 10% in the host mixture. If the solubility of the substance is too low for this purpose, the concentration is halved stepwise until the investigation can be carried out at the desired temperature.
Alle angegebenen Werte für Temperaturen in dieser Anmeldung sind °C und alle Temperaturdifferenzen entsprechend Differenzgrad, sofern nicht explizit anders angegeben.All values given for temperatures in this application are ° C and all temperature differences are differential degrees unless explicitly stated otherwise.
Der Begriff Schwellenspannung bezieht sich in der vorliegenden Anmeldung, wie allgemein üblich, auf die optische Schwelle für 10% relativen Kontrast (V10), sofern nicht explizit anders angegeben.The term threshold voltage in the present application, as is common practice, refers to the optical threshold for 10% relative contrast (V 10 ), unless explicitly stated otherwise.
Alle Konzentrationen für Verbindungen in Mischungen in dieser Anmeldung sind in Massenprozent (= Gewichtsprozent; Einheit [%] oder [Gew.-%]) angegeben und beziehen sich auf die entsprechende Mischung oder Mischungskomponente. Alle physikalischen Eigenschaften werden gemäß der Broschüre ”Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals”, (Nov. 1997, Merck KGaA, Deutschland) bestimmt und gelten für eine Temperatur von 20°C, sofern nicht explizit anders angegeben. Δn wird bei 589 nm und Δε bei 1 kHz bestimmt.All concentrations for compounds in blends in this application are given in weight percent (= weight percent, unit [%] or [weight%]) and refer to the corresponding blend or blend component. All physical properties are determined according to the brochure "Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", (Nov. 1997, Merck KGaA, Germany) and are valid for a temperature of 20 ° C, unless explicitly stated otherwise. Δn is determined at 589 nm and Δε at 1 kHz.
Die Steilheit (S) der Mischungen in einer bestimmten Testzelle wird aus der charakteristischen Kennliniensteilheit V90/V10 ermittelt nach der Formel:
Dabei bedeutet:
- V10
- Schwellenspannung = charakteristische Spannung bei einem relativen Kontrast von 10%,
- V90
- Sättigungsspannung = charakteristische Spannung bei einem relativen Kontrast von 90%.
- ton
- Zeit vom Einschalten bis zur Erreichung von 90% des maximalen Kontrastes,
- toff
- Zeit vom Ausschalten bis zur Erreichung von 10% des maximalen Kontrastes,
- tsum
- ton + toff (bei 80 Hz Wiederholungsrate),
- tstore
- Tieftemperatur-Lagerstabilität in Stunden (–20°C, –30°C, –40°C),
- d
- Schichtdicke des Flüssigkristallmediums,
- duty
- Multiplexrate, und
- d/P
- Schichtdicke dividiert durch Pitch.
- V 10
- Threshold voltage = characteristic voltage at a relative contrast of 10%,
- V 90
- Saturation voltage = characteristic voltage at a relative contrast of 90%.
- t on
- Time from power up to 90% of maximum contrast,
- t off
- Time from switching off to reaching 10% of the maximum contrast,
- t sum
- t on + t off (at 80 Hz repetition rate),
- t store
- Cryogenic storage stability in hours (-20 ° C, -30 ° C, -40 ° C),
- d
- Layer thickness of the liquid-crystal medium,
- duty
- Multiplex rate, and
- d / P
- Layer thickness divided by pitch.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallmedien können bei Bedarf auch weitere Zusatzstoffe wie z. B. und chirale Dotierstoffe (als Komponente D) oder Nanopatikel enthalten. Die eingesetzte Menge dieser Zusatzstoffe beträgt insgesamt 0% oder mehr bis 10% oder weniger bezogen auf die Menge der gesamten Mischung, bevorzugt 0,1% oder mehr bis 6% oder weniger. Die Konzentration der einzelnen eingesetzten Verbindungen beträgt bevorzugt 0,1% oder mehr bis 3% oder weniger. Die Konzentration dieser und ähnlicher Zusatzstoffe wird bei der Angabe der Konzentrationen sowie der Konzentrationsbereiche der Flüssigkristallverbindungen in den Flüssigkristallmedien nicht berücksichtigt.If necessary, the liquid-crystal media according to the invention can also contain further additives, such as, for example, And chiral dopants (as component D) or nanoparticles. The amount of these additives used is a total of 0% or more to 10% or less based on the amount of the entire mixture, preferably 0.1% or more to 6% or less. The concentration of the individual compounds used is preferably 0.1% or more to 3% or less. The concentration of these and similar additives is not taken into account in the indication of the concentrations and the concentration ranges of the liquid crystal compounds in the liquid-crystal media.
Die Zusammensetzungen bestehen aus mehreren Verbindungen, bevorzugt aus 3 oder mehr bis 30 oder weniger, besonders bevorzugt aus 6 oder mehr bis 20 oder weniger und ganz besonders bevorzugt aus 10 oder mehr bis 16 oder weniger Verbindungen, die auf herkömmliche Weise gemischt werden. In der Regel wird die gewünschte Menge der in geringerer Menge verwendeten Komponenten in den Komponenten gelöst, die den Hauptbestandteil der Mischung ausmachenden. Dies erfolgt zweckmäßigerweise bei erhöhter Temperatur. Liegt die gewählte Temperatur über dem Klärpunkt des Hauptbestandteils, so ist die Vervollständigung des Lösungsvorgangs besonders leicht zu beobachten. Es ist jedoch auch möglich, die Flüssigkristallmischungen auf anderen üblichen Wegen, z. B. unter Verwendung von Vormischungen oder aus einem sogenannten ”Multi Bottle System” herzustellen.The compositions consist of several compounds, preferably from 3 or more to 30 or less, more preferably from 6 or more to 20 or less and most preferably from 10 or more to 16 or fewer compounds that are mixed in a conventional manner. In general, the desired amount of the minor components is dissolved in the components that make up the main ingredient of the mixture. This is conveniently carried out at elevated temperature. If the selected temperature is above the clearing point of the main constituent, the completion of the dissolution process is particularly easy to observe. However, it is also possible, the liquid crystal mixtures in other conventional ways, for. B. using premixes or from a so-called "multi-bottle system" produce.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkristallmediums wie oben allgemein oder im speziellen angegeben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Verbindungen der angegebenen Formeln mit weiteren flüssigkristallinen Co-Komponenten mischt und gegebenenfalls Additive zugibt.A further aspect of the invention is therefore also a process for the preparation of a liquid-crystal medium as indicated above in general or in particular, which comprises mixing the compounds of the stated formulas with further liquid-crystalline cocomponents and optionally adding additives.
In der vorliegenden Anmeldung und in den folgenden Beispielen sind die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch Akronyme angegeben, wobei die Transformation in chemische Formeln gemäß folgender Tabellen A und B erfolgt. Alle Reste CnH2n+1 und CmH2m+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 Akronym für den Grundkörper angegeben. Im Einzelfall folgt, mit einem Strich vom Akronym für den Grundkörper getrennt, ein Code für die Substituenten R1, R2, L1, L2 und L3:
Tabelle CTable C
Stabilisatoren, die beispielsweise den erfindungsgemäßen Mischungen zugesetzt werden können, werden nachfolgend genannt.Stabilizers which can be added, for example, to the mixtures according to the invention are mentioned below.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Tabelle C.In a preferred embodiment of the present invention, the media according to the invention comprise one or more compounds selected from the group of compounds of Table C.
Tabelle D Table D
In der Tabelle D werden chirale Dotierstoffe genannt, die bevorzugt in den erfindungsgemäßen Mischungen eingesetzt werden.Table D lists chiral dopants which are preferably used in the mixtures according to the invention.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie begrenzen zu sollen. Sie illustrieren jedoch den Bereich an Eigenschaften der bevorzugt realisiert werden kann ebenso wie die bevorzugt einzusetzenden Verbindungen. Beispiele Beispiel 1
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