DE112018005653T5

DE112018005653T5 - Flüssigkristallmedium und Lichtmodulationselement

Info

Publication number: DE112018005653T5
Application number: DE112018005653.8T
Authority: DE
Inventors: Simon Siemianowski; Rachel Tuffin; Ian Sage
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2020-07-02
Also published as: US20200299579A1; CN111356751A; WO2019101661A1; TW201925429A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristallmedium enthaltend eine oder mehrere dielektrisch negative Verbindungen und eine oder mehrere dielektrisch positive Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium als Ganzes eine dielektrisch Anisotropie (Δε) im Bereich von - 0,25 bis + 0,25 aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Mediums und die Verwendung eines solchen Mediums in einem Lichtmodulationselement, das flexoelektrisches Schalten nutzt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Lichtmodulationselement, das flexoelektrisches Schalten nutzt und das beschriebene Medium enthält, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lichtmodulationselements, die Verwendung eines solchen Lichtmodulationselements in elektrooptischen Vorrichtungen und diese elektrooptischen Vorrichtungen selbst.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristallmedium enthaltend eine oder mehrere dielektrisch negative Verbindungen und eine oder mehrere dielektrisch positive Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium als Ganzes eine dielektrisch Anisotropie (Δε) im Bereich von - 0,25 bis + 0,25 aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Mediums und die Verwendung eines solchen Mediums in einem Lichtmodulationselement, das flexoelektrisches Schalten nutzt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Lichtmodulationselement, das flexoelektrisches Schalten nutzt und das beschriebene Medium enthält, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lichtmodulationselements, die Verwendung eines solchen Lichtmodulationselements in elektrooptischen Vorrichtungen und diese elektrooptischen Vorrichtungen selbst.
Stand der Technik
Flüssigkristallanzeigen (Liquid Crystal Displays - LCDs) werden im großen Maßstab zum Anzeigen von Informationen verwendet. LCDs werden sowohl für Direktsichtanzeigen als auch für Anzeigen des Projektionstyps verwendet. Der elektrooptische Modus, der bis jetzt noch für die meisten Anzeigen eingesetzt wird, ist der Twisted Nematic(TN)-Modus mit seinen verschiedenen Modifikationen. Neben diesem Modus werden zunehmend der Super Twisted Nematic(STN)-Modus, in jüngerer Zeit auch der Optically Compensated Bend(OCB)-Modus, Electrically Controlled Birefringence(ECB)-Modus mit ihren verschiedenen Modifikationen, wie z.B. dem Vertically Aligned Nematic(VAN)-, dem Patterned ITO Vertically Aligned Nematic(PVA)-, dem Polymer Stabilized Vertically Aligned Nematic(PSVA)-Modus, dem Multi Domain Vertically Aligned Nematic(MVA)-Modus sowie anderen, verwendet.
Im Allgemeinen werden nematische Flüssigkristallanzeigen (LCD) auf der Basis von dielektrischem Schalten, d.h. der Koppelung von dielektrischer Anisotropie (Δε) des Flüssigkristalls und einem angelegten elektrischen Feld, die eine elektrooptische Antwort ergibt, betrieben. Diese Antwort ist quadratisch zum angelegten Feld, d.h. sie ist unpolar und ergibt sich aus dem Schalten der Flüssigkristallmoleküle durch das Feld. In herkömmlichen nematischen LCDs erfolgt das Schalten der Flüssigkristallmoleküle in einer Ebene, die die Richtung des angelegten elektrischen Feldes enthält, was bedeutet, dass ein elektrisches Feld über eine Flüssigkristall-Sandwichzelle angelegt wird, die Moleküle aus der Ebene heraus schaltet, d.h. in einer Ebene senkrecht zu den Zellsubstraten. Diese Art des Schaltens liefert jedoch eine elektrooptische Antwort mit einem stark vom Betrachtungswinkel abhängigen Kontrast.
Neben den vorgenannten Modi gibt es auch elektrooptische Modi, die ein elektrisches Feld einsetzen, das im Wesentlichen parallel zu den Substraten beziehungsweise der Flüssigkristallschicht verläuft, wie z.B. der In-Plane-Switching-Modus (kurz IPS-Modus)(wie z.B. in DE 40 00 451 und EP 0 588 568 offenbart) und der Fringe Field Switching(FFS)-Modus. Speziell die letztgenannten elektrooptischen Modi, die gute Betrachtungswinkeleigenschaften und gute Schaltzeiten besitzen, werden zunehmend für LCDs in modernen Tischmonitoren und sogar für Anzeigen für Fernseher und für Multimedia-Anwendungen verwendet.
Zusätzlich zu den vorstehend genannten Anzeigemodi wurden neue Anzeigemodi vorgeschlagen, die vom sogenannten „flexoelektrischen“ Effekt Gebrauch machen.
Der flexoelektrische Effekt wurde erstmals in R.B. Meyer, Phys. Rev. Lett. 1969, 22, 918 - 921, als Flüssigkristallanalogon zum piezoelektrischen Effekt diskutiert.
Flexoelektrizität ist die Erzeugung einer spontanen Polarisation in einem Flüssigkristall aufgrund einer Deformation des Direktors, oder umgekehrt die Deformation des Direktors aufgrund eines angelegten elektrischen Feldes, was auch als flexoelektrisches Schalten bezeichnet wird.
Der flexoelektrische Effekt entsteht typischerweise durch Moleküle mit einer Formasymmetrie. Die ersten Fälle, die betrachtet wurden, waren keil- und bananenförmige Moleküle. Keilförmige Moleküle mit Längsdipolen zeigen spontane Polarisation, wenn sie gespreizt werden. In gleicher Weise zeigen bananenförmige Moleküle mit Querdipolen spontane Polarisation bei Deformation durch Biegen.
In den obigen Fällen ist die Polarisation an eine Deformation durch Spreizen und/oder Biegen gekoppelt. Aus Gründen der Symmetrie ist deutlich, dass die Deformation durch Verdrillen keine Polarisation ergeben kann. Eine phänomenologische Formel für die flexoelektrische Polarisation (Pf) lässt sich daher schreiben als $P_{f} = e_{1} n (div n) + e_{3} (rot n) \times n$
wobei e₁ und e₃ die Spreizungs-, Biege-flexoelektrischen Koeffizienten sind und n (div n) und (rot n) x n der Spreizungs- bzw. Biegevektor sind.
Beispielsweise beschreiben Takezoe et al. in Liquid Crystals, 36, 2009, 1119-1124 ein Versuchsverfahren zur Bestimmung der flexoelektrischen Koeffizienten. Zu diesem Zweck schlugen die Autoren die Verwendung einer gebogenen Verbindung der folgenden Formel vor
Diese Verbindung wurde in eine homöotrop ausgerichtete Zelle eingebracht, die zwei parallele 12µm dicke Streifen aus Aluminiumfolie enthielt, die als Abstandhalter und Elektroden mit einem Zwischenraum von 2 mm dienten.
Legt man ein Gleichstromfeld quer durch die homöotrope Zelle an, so ist eine Koppelung zwischen der induzierten flexoelektrischen Polarisation (Pf) und einem externen elektrischen Feld (E) zu beobachten, was zur Deformation des Direktors durch Biegen, dem sogenannten flexoelektrischen Effekt, führt.
Die Beziehung der an diesem Effekt beteiligten physikalischen Parameter kann ausgedrückt werden als $δ n = \frac{e_{3}^{2}}{K_{33}^{2}} E^{2} n_{o} (1 - \frac{n_{o}^{2}}{n_{a}^{2}}) \frac{d^{3}}{24},$
wobei δn die induzierte Doppelbrechung, K₃₃ die Elastizitätskonstante der Biegung, E die Stärke des angelegten Feldes, d die Schichtdicke des flüssigkristallinen Mediums und n_o, n_a der ordentliche bzw. außerordentliche Brechungsindex ist.
Ferner offenbart die WO 2005/071477 A1 eine Flüssigkristallvorrichtung enthaltend eine flexoelektrische Flüssigkristall-Volumenschicht, bei der durch eine ineinander verzahnte Elektrodenstruktur ein inhomogenes elektrisches Feld in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu den Substraten erzeugt wird. Es ist bevorzugt, dass die durchschnittliche Polarisationsrichtung in einer Richtung parallel zu den Substraten im Feld-aus-Zustand orthogonal zu der Richtung ist, in der ein elektrisches Feld erzeugt werden soll. In diesem Fall sind sowohl die Anstiegs- als auch die Abfallzeiten feldabhängig, und dadurch wird die Gesamtschaltzeit verringert.
Des Weiteren offenbart die WO 2008/104533 A1 einen hybrid ausgerichteten nematischen FK-Modus (hybrid aligned nematic - HAN). Die flüssigkristallinen Moleküle, die zwischen zwei Substraten angeordnet sind, richten sich senkrecht zur einen Substratoberfläche, aber parallel zur anderen Substratoberfläche aus. Diese Oberflächenorientierung ist fixierend. Die beiden Substrate erfordern unterschiedliche Ausrichtungsschichten. In der HAN-Anordnung wird eine solche Deformation induziert verursacht durch die unterschiedlichen Oberflächenorientierungen der flüssigkristallinen Moleküle an den beiden Substratoberflächen und durch die Elastizitätskräfte zwischen den einzelnen flüssigkristallinen Molekülen (aufgrund eines kontinuierlichen Übergangs von paralleler zu senkrechter Orientierung über die Dicke der flüssigkristallinen Molekülschicht), so dass eine flexoelektrische Polarisation erzeugt wird.
Wird ein Feld in der Ebene angelegt, so drehen sich die flüssigkristallinen Moleküle oder ihre Projektion in die Anzeigeebene. Aufgrund der flexoelektrischen Polarisation hängt die Drehrichtung der Moleküle dann vom Vorzeichen der Spannung ab.
Die WO 2008/104533 A1 beschreibt ferner Anordnungen, bei denen die Elektroden wie in einer IPS-Anzeige angeordnet sind, und Anordnungen, bei denen eine zusätzliche Basiselektrode auf demselben Substrat liegt, wie bei einer Fringe-Field-Switching(FFS)-Anzeige.
Des Weiteren offenbart sie Anordnungen, bei denen Elektroden in der Ebene oder FFS-Elektroden gegebenenfalls mit paralleler Orientierung der flüssigkristallinen Moleküle auf dem Substrat oder mit vertikaler Orientierung der flüssigkristallinen Moleküle auf dem Substrat liegen. Ersteres wird dort als die Ausführungsform für flüssigkristalline Medien mit positivem Δε, letzteres als die Ausführungsform für flüssigkristalline Medien mit negativem Δε beschrieben. „Reines“ flexoelektrisches Schalten lässt sich jedoch nicht erreichen, da aufgrund der dielektrischen Koppelung des angelegten elektrischen Feldes mit den genutzten Medien, die negative oder positive Werte für die dielektrisch Anisotropie Δε aufweisen, Verhältnisse des dielektrischen Schaltens nicht zu vermeiden sind, was im Gegensatz zu einem „reinen“ flexoelektrischen Schalten zu langsameren Umschaltzeiten führt.
Um „reines“ flexoelektrisches Schalten in einem Lichtmodulationselement zu nutzen, sollten die folgenden Anforderungen an ein flüssigkristallines Medium erfüllt werden, um eine gute Leistung des resultierenden Lichtmodulationselements sicher zu stellen:

- geeignete niedrige Werte für die dielektrische Anisotropie (Δε),
- geeignete hohe Werte für ε ∥ bzw. ε⊥,
- geeignete Werte für die Doppelbrechung, um die Verzögerung für eine gegebene Direktorabweichung zu erhöhen,
- geeignete Rotationsviskositäten, um die Umschaltgeschwindigkeit zu optimieren, und
- geeignete Elastizitätskonstanten.

Gleichzeitig sollten die folgenden Anforderungen an das Lichtmodulationselement selber optimiert werden hinsichtlich

- der einheitlichen HAN-Ausrichtung über das gesamte flüssigkristalline Medium,
- der starken Verankerungsenergien des flüssigkristallinen Mediums zu den entsprechenden Ausrichtungsschichten,
- des angelegten elektrischen Feldes, das möglichst einheitlich sein sollte,
- des Abstandes der Elektroden und
- der Schichtdicke.

Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorstehenden Probleme abzumildern und eine Alternative für die allgemein bekannten Lichtmodulationselemente des Standes der Technik bereitzustellen oder vorzugsweise ein verbessertes Lichtmodulationselement bereitzustellen.
Ferner ist es eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Lichtmodulationselement bereitzustellen, das dazu fähig ist, Bilder mit hohem Kontrast und breiten Betrachtungswinkeln zu erzeugen, und schnelles Schalten in der Ebene zeigt, stärker bevorzugt die Gesamtumschaltzeit zu reduzieren, was eine zufriedenstellende Anzeige bewegender Bilder ermöglicht.
Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind die Verringerung der Ansteuerspannung des Lichtmodulationselements, die Erhöhung des optischen Öffnungsverhältnisses und die Erhöhung des Transmissionsgrades. Die Verbesserungen dieser Parameter sind besonders wichtig für tragbare Anwendungen, wie Mobiltelefone.
Kurzfassung der Erfindung
Angesichts der vorstehend zusammengefassten zahlreichen Anforderungen und Parameter haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung überraschend gefunden, dass ein Medium enthaltend eine oder mehrere dielektrisch negative Verbindungen und eine oder mehrere dielektrisch positive Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium als Ganzes eine dielektrisch Anisotropie (Δε) im Bereich von - 0,25 bis + 0,25, bestimmt bei einer Frequenz von 1 kHz und bei 20°C, aufweist, eine oder mehrere, vorzugsweise gleichzeitig alle der vorstehend beschriebenen Aufgaben erfüllt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Mediums, das eine dielektrisch Anisotropie (Δε) im Bereich von - 0,25 bis + 0,25 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass man eine oder mehrere dielektrisch negative flüssigkristalline Verbindungen mit einer oder mehreren dielektrisch positiven flüssigkristallinen Verbindungen mischt.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des Mediums wie vor- und nachstehend beschrieben in einen Lichtmodulationselement. Vorzugsweise enthält ein derartiges Lichtmodulationselement ein Substratpaar, eine Elektrodenstruktur, die das Anlegen eines elektrischen Feldes, das im Wesentlichen parallel zur Hauptebene des Substrats ist, ermöglichen kann, mindestens eine planare Ausrichtungsschicht, mindestens eine homöotrope Ausrichtungsschicht und ein Medium wie vor- und nachstehend beschrieben.
Die Lichtmodulationselemente wie vor- und nachstehend beschrieben sind nutzbringend durch allgemein bekannte Verfahren der Serienfertigung erhältlich.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtmodulationselements wie vor- und nachstehend beschrieben mit den Schritten

a. Bereitstellen einer Elektrodenstruktur auf mindestens einem der Substrate,
b. Bereitstellen mindestens einer planaren Ausrichtungsschicht auf einem der Substrate,
c. Bereitstellen mindestens einer homöotropen Ausrichtungsschicht auf dem anderen Substrat,
d. Bereitstellens einer Schicht eines Mediums wie vor- und nachstehend beschrieben auf einem der Substrate und

Montieren der Zelle.
Das Lichtmodulationselement wie vor- und nachstehend beschrieben eignen sich besonders für ihre Nutzung in elektrooptischen Vorrichtungen, da sie, neben anderen nützlichen Eigenschaften, vor allem die folgenden Eigenschaften besitzen:

- eine günstige kostengünstige Elektrodenstruktur,
- eine günstige optische Öffnungsweite,
- eine günstige niedrige Ansteuerspannung,
- eine günstige geringe Betrachtungswinkelabhängigkeit,
- eine günstige optische Extinktion und somit einen günstigen Kontrast,
- einen günstigen Grad an Selbstkompensation und
- günstige schnelle Umschaltzeiten.

Daher betrifft die Erfindung die Verwendung eines Lichtmodulationselements wie vor- und nachstehend beschrieben in elektrooptischen Vorrichtungen und elektrooptische Vorrichtungen, wie eine LCD, die mindestens ein Lichtmodulationselement wie vor- und nachstehend beschrieben enthalten.
Begriffe und Definition
Der Begriff „Lichtmodulationselement“ bezieht sich auf Vorrichtungen, die in der Lage sind, die Phase oder den Polarisierungszustand des Lichtes zu ändern. Vorrichtungen, die in Brechungsmodi betrieben werden, sind ausgenommen.
Der Begriff „Flüssigkristall (FK)“ bezieht sich auf Materialien mit flüssigkristallinen Mesophasen in bestimmten Temperaturbereichen (thermotrope FKs) oder in bestimmten Konzentrationsbereichen in Lösungen (lyotrope FKs). Sie enthalten zwingend mesogene Verbindungen.
Unter den Begriffen „mesogene Verbindung“ oder „Flüssigkristallverbindung“ ist eine Verbindung zu verstehen, die eine oder mehrere uniaxiale kalamitische (stäbchen-, ziegel- oder platten-/lattenförmige) oder uniaxiale diskotische (scheibenförmige) mesogene Gruppen enthält. Der Begriff „mesogene Gruppe“ bezeichnet eine Gruppe mit der Fähigkeit, flüssigkristallines (oder Meso-)Phasenverhalten zu induzieren. Die mesogene Gruppen enthaltenden Verbindungen brauchen nicht notwendigerweise selber eine flüssigkristalline Mesophase aufzuweisen. Es ist ebenso möglich, dass sie erst im Gemisch mit anderen Verbindungen flüssigkristalline Mesophasen zeigen.
Eine kalamitische mesogenen Gruppe enthält üblicherweise einen mesogenen Kern. Der mesogene Kern besteht aus einer oder mehreren aromatischen oder nichtaromatischen cyclischen Gruppen, die direkt oder über Verknüpfungsgruppen miteinander verbunden sind und gegebenenfalls an die Enden des mesogenen Kerns gebundene Endgruppen enthalten. Gegebenenfalls enthält die mesogene Gruppe eine oder mehrere Gruppen, die seitenständig an die lange Seite des mesogenen Kerns gebunden sind, bei denen diese endständigen und seitenständigen Gruppen üblicherweise z.B. aus Carbyl- oder Hydrocarbylgruppen, polaren Gruppen wie Halogen, Nitro, Hydroxy usw. ausgewählt sind.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff „flüssigkristallines Medium“ oder „Flüssigkristallmaterial“ ein Material zu verstehen, das unter bestimmten Bedingungen flüssigkristalline Eigenschaften aufweist. Insbesondere ist unter dem Begriff ein Material zu verstehen, das unter bestimmten Bedingungen eine flüssigkristalline Phase bildet. Ein flüssigkristallines Medium kann eine oder mehrere flüssigkristalline Verbindungen und zusätzlich weitere Substanzen enthalten.
Der Begriff „Direktor“ ist aus dem Stand der Technik bekannt und bezeichnet die bevorzugte Orientierungsrichtung der langen Molekülachsen (bei kalamitischen Verbindungen) oder kurzen Molekülachsen (bei diskotischen Verbindungen) der flüssigkristallinen Moleküle. Bei uniaxialer Anordnung derartiger anisotroper Moleküle ist der Direktor die Anisotropieachse. Der Begriff „Ausrichtung“ oder „Orientierung“ bezieht sich auf die Ausrichtung (Orientierungsanordnung) von anisotropen Materialeinheiten wie kleinen Molekülen oder Fragmenten von großen Molekülen in einer gemeinsamen Richtung, die „Ausrichtungsrichtung“ genannt wird. In einer ausgerichteten Schicht eines flüssigkristallinen Materials fällt der flüssigkristalline Direktor mit der Ausrichtungsrichtung zusammen, so dass die Ausrichtungsrichtung der Richtung der Anisotropieachse des Materials entspricht.
Der Begriff „planare Orientierung/Ausrichtung“, beispielsweise in einer Schicht eines flüssigkristallinen Materials, bedeutet, dass die langen Molekülachsen (bei kalamitischen Verbindungen) oder die kurzen Molekülachsen (bei diskotischen Verbindungen) eines Teils der flüssigkristallinen Moleküle im Wesentlichen parallel (ca. 180°) zur Ebene der Schicht orientiert sind.
Der Begriff „homöotrope Orientierung/Ausrichtung“, beispielsweise in einer Schicht eines flüssigkristallinen Materials, bedeutet, dass die langen Molekülachsen (bei kalamitischen Verbindungen) oder die kurzen Molekülachsen (bei diskotischen Verbindungen) eines Teils der flüssigkristallinen Moleküle unter einem Winkel θ („Tiltwinkel“) zwischen ca. 80° bis 90° relativ zur Ebene der Schicht orientiert sind.
Die Begriffe „einheitliche Orientierung“ oder „einheitliche Ausrichtung“ eines flüssigkristallinen Materials, beispielsweise in einer Schicht des Materials, bedeuten, dass die langen Molekülachsen (bei kalamitischen Verbindungen) oder die kurzen Molekülachsen (bei diskotischen Verbindungen) der flüssigkristallinen Moleküle im Wesentlichen in derselben Richtung orientiert sind. Mit anderen Worten verlaufen die Linien des flüssigkristallinen Direktors parallel.
Der Begriff „bearbeitete Ausrichtungsschicht“ umfasst Ausrichtungsschichten, die entweder mechanisch behandelt (Reiben) oder Licht ausgesetzt (vorzugsweise Photoausrichtung durch Einwirkung von polarisiertem UV) wurden, um eine bevorzugte Orientierungsrichtung für die Flüssigkristallmoleküle einzuführen.
Nach der Bearbeitung hat sich die ursprünglich physikalisch-chemische Energie (z.B. Oberflächenenergie) und/oder die geometrische Struktur (z.B. Rillen oder gerichtete Seitenketten von Polyimidmaterial durch Reiben) geändert. Zu Einzelheiten zu verschiedenen Behandlungen von Ausrichtungsschichten wie Reibtechniken usw. siehe T. Uchida und H. Seki, „Surface Alignment of Liquid Crystals,“ Kapitel 5 von Liquid Crystals: Applications and Uses, Bd. 3, Herausgeber B. Bahadur, World Scientific, 1995, oder von Jacques Cognard, „Alignment of Nematic Liquid Crystals and their Mixtures“, Supplement 1, Dez. 1982, Gordon and Breach Science Publishers, Inc., New York.
Der Begriff „unbearbeitete Ausrichtungsschicht“ umfasst Ausrichtungsschichten, die nur beschichtet und nicht weiter behandelt wurden, wodurch die ursprüngliche physikalisch-chemische Energie (z.B. Oberflächenenergie) und/oder die geometrische Struktur des Materials unverändert bleiben.
Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung ist unter dem Begriff Grenzzustand ein Zustand zu verstehen, in dem die Lichttransmission einen Maximal- oder Minimalwert erreicht, der vom angelegten elektrischen Feld abhängt.
Vorzugsweise weist ein Lichtmodulationselement gemäß der vorliegenden Erfindung zwei Grenzzustände auf, einen, einen Grenzzustand A mit einer entsprechenden Transmission T_A, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist, den sogenannten „Aus“-Zustand, und den anderen, einen Grenzzustand B mit einer entsprechenden Transmission T_B, wenn ein elektrisches Feld angelegt ist, den sogenannten „Ein“-Zustand, wobei: $T_{A} < T_{B}$
Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung ist unter dem Begriff Lichttransmission der Durchtritt von elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren (VIS), Nah-Infrarot(Nah-IR, NIR)- und UV-A-Bereich durch das Lichtmodulationselement zu verstehen.
Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung ist unter dem Begriff elektrisches Feld in der Ebene der Einsatz eines elektrischen Wechselstromfeldes im Wesentlichen parallel zu den Substraten bzw. der Flüssigkristallschicht zu verstehen.
Die optische Verzögerung (δ(λ)) eines flüssigkristallinen Mediums als Funktion der Wellenlänge des einfallenden Strahls (λ) ist durch die folgende Gleichung gegeben: $δ (λ) = (2 π Δ n \cdot d) / λ$
bei der (Δn) die Doppelbrechung des flüssigkristallinen Mediums ist, (d) die Dicke der Schicht des flüssigkristallinen Mediums ist und λ die Wellenlänge des Lichts ist. Die Wellenlänge des Lichts, auf die in dieser Anmeldung allgemein Bezug genommen wird, beträgt 550 nm, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben.
Die Doppelbrechung Δn ist hier definiert als $Δ n = n_{a} - n_{o}$
bei der n_a der außerordentliche Brechungsindex ist und n_o der ordentliche Brechungsindex ist und der effektive durchschnittliche Brechungsindex n_durchschn. durch $n_{durschn .} = {[(2 n_{o}^{2} + n_{a}^{2}) / 3]}^{1 / 2}$
gegeben ist.
Der außerordentliche Brechungsindex n_a und der ordentliche Brechungsindex n_o können mit einem Abbe-Refraktometer gemessen werden. Dann kann die Doppelbrechung (Δn) berechnet werden.
Die induzierte Verzögerung kann geschrieben werden als $δ n = n_{o} (1 - \frac{n_{o}^{2}}{n_{a}^{2}}) (\frac{e_{3}^{2} E^{2} d^{3}}{{24K}_{33}^{2}})$
bei der (n_a) der außerordentliche Brechungsindex ist, (n_o) der ordentliche Brechungsindex ist, (d) die Dicke der Schicht des flüssigkristallinen Mediums ist, e₃ der flexoelektrische Koeffizient der Biegung ist, K₃₃ die Elastizitätskonstante der Biegung ist.
In der vorliegenden Anmeldung wird der Begriff „dielektrisch positiv“ für Verbindungen oder Komponenten mit Δε > 3,0 und „dielektrisch negativ“ mit Δε < -1,5 verwendet. Δε wird bei einer Frequenz von 1 kHz und bei 20 °C bestimmt. Die dielektrische Anisotropie der jeweiligen Verbindung wird aus den Ergebnissen einer Lösung von 10 % der jeweiligen Einzelverbindung in einer nematischen Host-Mischung bestimmt. Wenn die Löslichkeit der jeweiligen Verbindung in dem Host-Medium weniger als 10 % beträgt, wird ihre Konzentration um den Faktor 2 verringert, bis das entstandene Medium stabil genug ist, um wenigstens die Bestimmung seiner Eigenschaften zuzulassen. Vorzugsweise wird die Konzentration jedoch bei mindestens 5 % gehalten, damit die Signifikanz der Ergebnisse möglichst hoch bleibt. Die Kapazität der Testmischungen werden sowohl in einer Zelle mit homöotroper als auch mit homogener Ausrichtung bestimmt. Die Schichtdicke beträgt bei beiden Zelltypen ungefähr 20 µm. Die angelegte Spannung ist eine Rechteckwelle mit einer Frequenz von 1 kHz und einem Effektivwert von typischerweise 0,5 V bis 1,0 V, wird jedoch stets so ausgewählt, dass sie unterhalb der kapazitiven Schwelle für die jeweilige Testmischung liegt.
Δε ist als (ε ∥ - ε⊥) definiert, während ε_durchschn. (ε ∥ + 2 ε⊥) / 3 ist. Die absolute Dielektrizitätskonstante der Verbindungen wird aus der Änderung der jeweiligen Werte eines Host-Mediums bei Zugabe der interessierenden Verbindungen bestimmt. Die Werte werden auf eine Konzentration der interessierenden Verbindungen von 100 % extrapoliert. Ein typisches Host-Medium ist ZLI-4792 oder BL-087, beide von Merck, Darmstadt, im Handel erhältlich.
Alle Temperaturen, wie zum Beispiel der Schmelzpunkt T(C,N) oder T(C,S), der Übergang von der smektischen (S) zur nematischen (N) Phase T(S,N) und der Klärpunkt T(N,I) der Flüssigkristalle sind, in Grad Celsius angegeben. Alle Temperaturunterschiede sind in Differenzgrad angegeben.
Der Begriff „Klärpunkt“ bezeichnet die Temperatur, bei der der Übergang zwischen der Mesophase mit dem höchsten Temperaturbereich und der isotropen Phase auftritt.
In der gesamten Anmeldung und wenn nicht ausdrücklich anders angegeben, sind alle Konzentrationen in Gewichtsprozent gegeben und beziehen sich auf das jeweilige vollständige Medium. Alle physikalischen Eigenschaften wurden und werden nach „Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals“, Stand Nov. 1997, Merck KGaA, Deutschland bestimmt und sind für eine Temperatur von 20°C gegeben, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben.
In Zweifelsfällen gelten die Definitionen, wie sie in C. Tschierske, G. Pelzl und S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368 gegeben sind.
Die in dieser Anmeldung angegebenen Parameterbereiche schließen sämtlich die Grenzwerte ein, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben.
In der gesamten Anmeldung sind die Substituenten an den gesättigten 1,4-substituierten Ringsystemen, wenn nicht anders angegeben, trans-konfiguriert. Die anderen Formeln stehen für beide Konfigurationen und vorzugsweise für die trans-Konfiguration.
Die unterschiedlichen für verschiedene Bereiche von Eigenschaften angegebenen oberen und unteren Grenzwerte ergeben in Kombination miteinander zusätzliche bevorzugte Bereiche.
In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen dieser Spezifikation haben die Wörter „umfassen“ und „enthalten“ und Variationen der Wörter, beispielsweise „enthaltend“ und „enthält“, die Bedeutung „beinhaltend, ohne hierauf beschränkt zu sein“ und sind nicht so zu verstehen, dass sie andere Komponenten ausschließen (und schließen diese auch nicht aus). Andererseits schließt das Wort „enthalten“ auch den Begriff „bestehen aus“ ein, ist aber nicht darauf beschränkt.
Für die vorliegende Erfindung bedeuten
1,4-Cyclohexylen und insbesondere
bedeuten trans-1,4-Cyclohexylen.
bedeuten 1,4-Phenylen.
Ausführliche Beschreibung
Ein geeignetes flüssigkristallines Medium gemäß der vorliegenden Erfindung enthält 2 oder mehr, vorzugsweise mindestens 3, besonders bevorzugt mindestens 4 und ganz besonders bevorzugt mindestens 5 verschiedene flüssigkristalline Verbindungen. Werden nur 2 flüssigkristalline Verbindungen eingesetzt, so liegt ihre typische Konzentration im Bereich von 70 Gew.-% bis 99 Gew.-% der Gesamtmischung.
Nachfolgend sind Bedingungen für die flüssigkristallinen Medien gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegeben. Diese bevorzugten Bedingungen können einzeln oder vorzugsweise in Kombinationen miteinander erfüllt sein. Binärkombinationen davon sind bevorzugt, während Ternär- oder höhere Kombinationen davon besonders bevorzugt sind.
Erfindungsgemäß weist das flüssigkristalline Medium vorzugsweise neutrale Werte für die dielektrische Anisotropie Δε auf. In diesem Fall besitzt Δε vorzugsweise einen Wert von im Bereich von ungefähr ≥ -0,25 bis ungefähr ≤ +0,25, stärker bevorzugt von ungefähr ≥ -0,10 bis ungefähr ≤ +0,10, noch stärker bevorzugt von ungefähr ≥ -0,05 bis ungefähr ≤ +0,05 auf, bestimmt bei einer Frequenz von 1 kHz und bei 20°C.
Erfindungsgemäß weist das flüssigkristalline Medium vorzugsweise hohe Werte für ε ∥ auf, während das flüssigkristalline Medium gleichzeitig vorzugsweise hohe Werte für ε⊥ aufweist.
Vorzugsweise besitzen ε ∥ und ε⊥ jeweils und unabhängig voneinander einen Wert von im Bereich von ungefähr ≥ 1 bis ungefähr ≤ 20, stärker bevorzugt von ungefähr ≥ 2 bis ungefähr ≤ 15, noch stärker bevorzugt von ungefähr ≥ 3 bis ungefähr ≤ 10.
Die Flüssigkristallmedien gemäß der vorliegenden Erfindung weisen vorzugsweise einen Klärpunkt von ungefähr 65°C oder mehr, stärker bevorzugt ungefähr 70°C oder mehr, noch stärker bevorzugt 80°C oder mehr, besonders bevorzugt ungefähr 85°C oder mehr und ganz besonders bevorzugt ungefähr 90°C oder mehr auf.
Die nematische Phase der erfindungsgemäßen Medien erstreckt sich vorzugsweise mindestens von ungefähr 0°C oder weniger bis ungefähr 65°C oder mehr, stärker bevorzugt mindestens von ungefähr 20°C oder weniger bis ungefähr 70°C oder mehr, ganz bevorzugt mindestens von ungefähr 30°C oder weniger bis ungefähr 70°C oder mehr und insbesondere mindestens von ungefähr 40°C oder weniger bis ungefähr 90°C oder mehr. In einzelnen bevorzugten Ausführungsformen kann es erforderlich sein, dass sich die nematische Phase der erfindungsgemäßen Medien bis zu einer Temperatur von ungefähr 100°C oder mehr und sogar bis ungefähr 110°C oder mehr erstreckt.
Der Δn eines geeigneten Flüssigkristallmedien ist vorzugsweise möglichst hoch. Typischerweise liegt der Δn der Flüssigkristallmedien gemäß der vorliegenden Erfindung, bei 589 nm (NaD) und 20°C, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,08 oder mehr bis ungefähr 0,35 oder mehr, stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 0,10 oder mehr bis ungefähr 0,30 oder mehr, noch stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 0,12 oder mehr bis ungefähr 0,25 oder mehr.
Die in dem Lichtmodulationselement gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Flüssigkristallmedien weisen vorzugsweise eine Elastizitätskonstante K₁₁ von ungefähr 10 pN oder mehr, stärker bevorzugt von ungefähr 12 pN oder mehr und noch stärker bevorzugt von ungefähr 15 pN oder mehr auf.
Die in dem Lichtmodulationselement gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Flüssigkristallmedien weisen vorzugsweise eine Elastizitätskonstante K₃₃ von ungefähr 35 pN oder weniger, stärker bevorzugt von ungefähr 30 pN oder weniger und noch stärker bevorzugt von ungefähr 25 pN oder weniger auf.
Die Rotationsviskosität eines geeigneten Flüssigkristallmedien ist vorzugsweise möglichst niedrig. Typischerweise zeigen die Medien gemäß der vorliegenden Erfindung eine Rotationsviskosität von ungefähr 300 mPas oder weniger, vorzugsweise von ungefähr 200 mPas oder weniger.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Medium gemäß der vorliegenden Erfindung eine oder mehrere dielektrisch negative Verbindungen, die ausgewählt sind aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln IA, IB und IC

worin

R^2A, R^2B und R^2C: jeweils unabhängig voneinander H, einen Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C-Atomen bedeuten, der unsubstituiert, einfach durch CN oder CF₃ substituiert oder mindestens einfach durch Halogen substituiert ist, wobei zusätzlich eine oder mehrere CH₂-Gruppen in diesen Resten so durch -O-, -S-,
-C=C-, -CF₂O-, -OCF₂-, -OC-O- oder -O-CO- ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind,
L^1-4: jeweils unabhängig voneinander F, Cl, CF₃ oder CHF₂ bedeuten,
Z² und Z^2': jeweils unabhängig voneinander eine Einfachbindung, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OCO-, -C₂F₄-, -CF=CF-, -CH=CHCH₂O- bedeuten,
p: 0, 1 oder 2 bedeutet,
q: 0 oder 1 bedeutet und
v: 1 bis 6 bedeutet.

In den Verbindungen der Formeln IA und IB kann Z² gleiche oder verschiedene Bedeutungen besitzen. In den Verbindungen der Formel IB können Z² und Z^2' gleiche oder verschiedene Bedeutungen besitzen.
In den Verbindungen der Formeln IA, IB und IC bedeuten R^2A, R^2B und R^2C vorzugsweise jeweils Alkyl mit 1-6 C-Atomen, insbesondere CH₃, C₂H₅, n-C₃H₇, n-C₄H₉, n-C₅H₁₁.
In den Verbindungen der Formeln IA und IB bedeuten L¹, L², L³ und L⁴ vorzugsweise L¹ = L² = F und L³ = L⁴ = F, ferner L¹ = F und L² = Cl, L¹ = Cl und L² = F, L³ = F und L⁴ = Cl, L³ = Cl und L⁴ = F. Z² und Z^2' in den Formeln IA und IB bedeuten vorzugsweise jeweils unabhängig voneinander eine Einfachbindung, ferner eine -C₂H₄-Brücke.
Wenn in Formel IB Z² = -C₂H₄- oder -CH₂O-, so ist Z^2' vorzugsweise eine Einfachbindung, oder, wenn Z^2' = -C₂H₄- oder -CH₂O-, so ist Z² vorzugsweise eine Einfachbindung. In den Verbindungen der Formeln IA und IB bedeutet (O)C_vH_2v+1 vorzugsweise OC_vH_2v+1, ferner C_vH_2v+1. In den Verbindungen der Formel IC bedeutet (O)C_vH_2v+1 vorzugsweise C_vH_2v+1. In den Verbindungen der Formel IC bedeuten L³ und L⁴ vorzugsweise jeweils F.
Bevorzugte Verbindungen der Formeln IA, IB und IC sind nachstehend angegeben:

worin alkyl und alkyl* jeweils unabhängig voneinander einen geradkettigen Alkylrest mit 1-6 C-Atomen bedeuten.
Besonders bevorzugte erfindungsgemäße Mischungen enthalten eine oder mehrere Verbindungen der Formeln IA-2, IA-8, IA-14, IA-26, I-28, IA-33, IA-39, IA-45, IA-46, IA-47, IA-50, IB-2, IB-11, IB-16 und IC-1.
Wenn vorhanden, beträgt der Anteil der Verbindungen der Formeln IA und/ oder IB und/oder IC oder ihrer Unterformeln an der Mischung als Ganzes vorzugsweise mindestens 10 Gew.-%, stärker bevorzugt mindestens 12 Gew.-%, speziell mindestens 15 Gew.-%.
Wenn vorhanden, beträgt der Anteil der Verbindungen der Formeln IA und/ oder IB und/oder IC oder ihrer Unterformeln an der Mischung als Ganzes vorzugsweise höchstens 50 Gew.-%, stärker bevorzugt höchstens 45 Gew.-%, speziell höchstens 40 Gew.-%.
Weitere bevorzugte flüssigkristalline Medien enthalten eine oder mehrere dielektrisch negative tetracyclische Verbindungen der Formeln

worin

R^7-10 jeweils unabhängig voneinander eine der für R^2A angegebenen Bedeutungen wie vorstehend gegeben besitzen und
w und x jeweils unabhängig voneinander 1 bis 6 bedeuten.

Besonders bevorzugt sind Mischungen, die mindestens eine Verbindung der Formel V-9 enthalten.
Ferner ist ein flüssigkristallines Medium bevorzugt, das eine oder mehrere dielektrisch negative Verbindungen der Formeln Y-1 bis Y-6

enthält, worin R¹⁴-R¹⁹ jeweils unabhängig voneinander einen Alkyl- oder Alkoxyrest mit 1-6 C-Atomen bedeuten; z und m jeweils unabhängig voneinander 1-6 bedeuten; x 0, 1, 2 oder 3 bedeutet.
Wenn vorhanden, enthält das erfindungsgemäße Medium besonders bevorzugt eine oder mehrere Verbindungen der Formeln Y-1 bis Y-6, vorzugsweise in Mengen von ≥ 2,5 Gew.-%.
Ferner ist ein flüssigkristallines Medium bevorzugt, das ein oder mehrere dielektrisch negative fluorierte Terphenyle der Formeln T-1 bis T-19

enthält, worin

R einen geradkettigen Alkyl- oder Alkoxyrest mit 1-7 C-Atomen bedeutet und m = 0, 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 und n 0, 1, 2, 3 oder 4 bedeutet.
R bedeutet vorzugsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Pentoxy.

Wenn vorhanden, enthält das erfindungsgemäße Medium die Terphenyle der Formeln T-1 bis T-19 vorzugsweise in Mengen von 2-30 Gew.-%, insbesondere 5-10 Gew.-%.
Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formeln T-1, T-2 und T-4. In diesen Verbindungen bedeutet R vorzugsweise Alkyl, ferner Alkoxy, jeweils mit 1-5 C-Atomen.
Die Terphenyle werden vorzugsweise in den erfindungsgemäßen Mischungen eingesetzt, wenn der Δn-Wert der Mischung ≥ 0,1 sein soll. Bevorzugte Mischungen enthalten 1-10 Gew.-% einer oder mehrerer Terphenylverbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen T-1 bis T-19 ausgewählt sind.
Ferner ist ein flüssigkristallines Medium bevorzugt, das eine oder mehrere dielektrisch negative Verbindungen der Formeln Z-1 bis Z-7

enthält, worin R und alkyl die vorstehend angegebenen Bedeutungen besitzen.
Bevorzugte erfindungsgemäße flüssigkristalline Medien enthalten eine oder mehrere dielektrisch negative Substanzen, die eine Tetrahydronaphthyl- oder Naphthyleinheit enthalten, wie zum Beispiel die Verbindungen der Formeln N-1 bis N-5

worin R^1N und R^2N jeweils unabhängig voneinander die für R^2A angegebenen Bedeutungen besitzen, vorzugsweise geradkettiges Alkyl, geradkettiges Alkoxy oder geradkettiges Alkenyl bedeuten und

Z¹ und Z²: jeweils unabhängig voneinander -C₂H₄-, -CH=CH-, -(CH₂)₄-, -(CH₂)₃O-, -O(CH₂)₃-, -CH=CH CH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH=CH-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OCO-, -C₂F₄-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂- oder eine Einfachbindung bedeuten.

Bevorzugte Mischungen enthalten eine oder mehrere Verbindungen, die ausgewählt sind aus der Gruppe der dielektrisch negativen Difluordibenzochroman-Verbindungen der Formel BC, Chromane der Formel CR, fluorierten Phenanthrene der Formeln PH-1 und PH-2, fluorierten Dibenzofurane der Formel BF-1 und BF-2

worin

R^B1, R^B2, R^CR1, R^CR2, R^1, R² jeweils unabhängig voneinander die Bedeutung von R^2A besitzen. c ist 0, 1 oder 2. R¹ und R² bedeuten vorzugsweise unabhängig voneinander Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 6 C-Atomen.

Wenn vorhanden, enthalten die erfindungsgemäßen Mischungen die Verbindungen der Formeln BC, CR, PH-1, PH-2 und/oder BF vorzugsweise in Mengen von 1 bis 10 Gew.-%, insbesondere in Mengen von 2 bis 8 Gew.-%.
Besonders bevorzugte Verbindungen der Formeln BC und CR sind die Verbindungen BC-1 bis BC-7 und CR-1 bis CR-5

worin

alkyl und alkyl* jeweils unabhängig voneinander einen geradkettigen Alkylrest mit 1-6 C-Atomen bedeuten und
alkenyl und alkenyl* jeweils unabhängig voneinander einen geradkettigen Alkenylrest mit 2-6 C-Atomen bedeuten.

Ganz besonders bevorzugt sind Mischungen, die eine, zwei oder drei Verbindungen der Formel BC-2, BF-1 und/oder BF-2 enthalten.
Bevorzugte Mischungen enthalten eine oder mehrere dielektrisch negative Indanverbindungen der Formel In
worin

R¹¹, R¹², R¹³ jeweils unabhängig voneinander einen geradkettigen Alkyl-, Alkoxy-, Alkoxyalkyl- oder Alkenylrest mit 1-6 C-Atomen bedeuten,
R¹² und R¹³ zusätzlich Halogen, vorzugsweise F bedeuten,

bedeutet,
i 0, 1 oder 2 bedeutet.

Bevorzugte Verbindungen der Formel In sind die nachstehend angegebenen Verbindungen der Formeln In-1 bis In-16:
Besonders bevorzugt sind die Verbindungen der Formeln In-1, In-2, In-3 und In-4.
Wenn vorhanden, werden die Verbindungen der Formel In und der Unterformeln In-1 bis In-16 in den erfindungsgemäßen Mischungen vorzugsweise in Konzentrationen ≥ 2 Gew.-%, insbesondere 3 - 15 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 5 - 10 Gew.-% eingesetzt.
Ferner ist ein flüssigkristallines Medium bevorzugt, das eine oder mehrere dielektrisch negative Verbindungen der Formeln L-1 bis L-11

enthält, worin
R, R¹ und R² jeweils unabhängig voneinander die für R^2A in Anspruch 5 angegebenen Bedeutungen besitzen und alkyl einen Alkylrest mit 1-6 C-Atomen bedeutet. s bedeutet 1 oder 2.
Besonders bevorzugt sind die Verbindungen der Formeln L-1 und L-4, insbesondere L-4.
Wenn vorhanden, werden die Verbindungen der Formeln L-1 bis L-11 vorzugsweise in Konzentrationen von 2 - 25 Gew.-%, insbesondere 2 - 20 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 5 - 15 Gew.-% eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das flüssigkristalline Medium eine oder mehrere dielektrisch positive Verbindungen, die ausgewählt sind aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln II und III

worin

R²¹: Alkyl, Alkoxy, fluoriertes Alkyl oder fluoriertes Alkoxy mit 1 bis 7 C-Atomen, Alkenyl, Alkenyloxy, Alkoxyalkyl oder fluoriertes Alkenyl mit 2 bis 7 C-Atomen und vorzugsweise Alkyl oder Alkenyl bedeutet,
bei jedem Auftreten unabhängig voneinander

vorzugsweise

oder
bedeuten,
L²¹ und L²²: H oder F bedeuten, vorzugsweise bedeutet L²¹ F,
X³: Halogen, halogeniertes Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 3 C-Atomen oder halogeniertes Alkenyl oder Alkenyloxy mit 2 oder 3 C-Atomen, vorzugsweise F, Cl, -OCF₃, -O-CH₂CF₃, -O-CH=CH₂, -O-CH=CF₂ oder -CF₃, sehr bevorzugt F, Cl, -O-CH=CF₂ oder -OCF₃ bedeutet,
m: 0, 1, 2 oder 3, vorzugsweise 1 oder 2 und besonders bevorzugt 1 bedeutet,
R³¹: Alkyl, Alkoxy, fluoriertes Alkyl oder fluoriertes Alkoxy mit 1 bis 7 C-Atomen, Alkenyl, Alkenyloxy, Alkoxyalkyl oder fluoriertes Alkenyl mit 2 bis 7 C-Atomen und vorzugsweise Alkyl oder Alkenyl bedeutet,
bei jedem Auftreten unabhängig voneinander

vorzugsweise

oder
sind,
L³¹ und L¹²: unabhängig voneinander H oder F bedeuten, vorzugsweise bedeutet L³¹ F,
X³¹: Halogen, halogeniertes Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 3 C-Atomen oder halogeniertes Alkenyl oder Alkenyloxy mit 2 oder 3 C-Atomen, F, Cl, -OCF₃, -O-CH₂CF₃, -O-CH=CF₂, -O-CH=CH₂ oder -CF₃, sehr bevorzugt F, Cl, -O-CH=CF₂ oder -OCF₃ bedeutet,
Z³¹: -CH₂CH₂-, -CF₂CF₂-, -COO-, trans-CH=CH-, trans-CF=CF-, -CH₂O- oder eine Einfachbindung, vorzugsweise -CH₂CH₂-, -COO-, trans-CH=CH- oder eine Einfachbindung und sehr bevorzugt -COO-, trans-CH=CH- oder eine Einfachbindung bedeutet und
n: 0, 1, 2 oder 3, vorzugsweise 1 oder 3 und besonders bevorzugt 1 bedeutet.

Bevorzugte Verbindungen der Formel II sind ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Unterformeln II-1 und II-2:

worin die Parameter die jeweiligen vorstehend unter Formel II angegebenen Bedeutungen besitzen und L²³ und L²⁴ unabhängig voneinander H oder F bedeuten, L²³ vorzugsweise F bedeutet und Ring A²¹ und Ring A²² eine der vorstehend gegebenen Bedeutungen besitzen
und im Falle der Formeln II-1 und II-2 X²¹ vorzugsweise F oder OCF₃, besonders bevorzugt F bedeutet und im Falle der Formel II-2

und/oder

unabhängig voneinander vorzugsweise
oder
bedeuten.
Bevorzugte Verbindungen der Formel III sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln III-1 und III-2:

worin die Parameter die jeweiligen unter Formel III gegebenen Bedeutungen besitzen.
Die Medien gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten vorzugsweise, alternativ oder zusätzlich zu den Verbindungen der Formeln 111-1 und/oder III-2, eine oder mehrere Verbindungen der Formel III-3
worin die Parameter die jeweiligen vorstehend angegebenen Bedeutungen besitzen und die Parameter L³³ und L³⁴ unabhängig voneinander und von den anderen Parametern H oder F bedeuten.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln II-1 bis II-4 ausgewählt sind, worin L²¹ und L²² und/oder L²³ und L²⁴ beide F bedeuten.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Flüssigkristallmedium Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln II-2 und II-3 ausgewählt sind, worin L²¹, L²², L²³ und L²⁴ alle F bedeuten.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formel 11-1. Die Verbindungen der Formel II-1 sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln II-1a bis II-1e, vorzugsweise der Formel II-1d:

worin die Parameter die jeweiligen vorstehend angegebenen Bedeutungen besitzen und L²⁵ und L²⁶ unabhängig voneinander und von den anderen Parametern H oder F bedeuten und vorzugsweise in den Formeln II-1a und II-1b L²¹ und L²² beide F bedeuten, in den Formeln II-1c und II-1d L²¹ und L²² beide F bedeuten und/oder L²³ und L²⁴ beide F bedeuten und in Formel II-1e L²¹, L²² und L²⁵ F bedeuten.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln II-1a bis II-1e ausgewählt sind, worin L²¹ und L²² beide F bedeuten und/oder L²³ und L²⁴ beide F bedeuten.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Flüssigkristallmedium Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln 11-1a bis II-1d ausgewählt sind, worin L²¹, L²², L²³ und L²⁴ alle F bedeuten.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formel II-2, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln II-2a bis II-2j, vorzugsweise der Formel II-2j:

worin die Parameter die jeweiligen vorstehend angegebenen Bedeutungen besitzen und L²⁵ bis L²⁸ unabhängig voneinander H oder F bedeuten, vorzugsweise L²⁷ und L²⁸ beide H bedeuten, besonders bevorzugt L²⁶ H bedeutet.
Insbesondere bevorzugte Verbindungen der Formel II-2 sind die Verbindungen der folgenden Formeln:

worin R²¹ und X²¹ die vorstehend angegebenen Bedeutungen besitzen und X²¹ vorzugsweise F bedeutet.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formel III-1. Geeignete Verbindungen der Formel III-1 sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln III-1a bis III-1j, vorzugsweise aus den Formeln III-1c, III-1f, III-1g und III-1j:

worin die Parameter die vorstehend gegebenen Bedeutungen besitzen und vorzugsweise worin die Parameter die jeweiligen vorstehend angegebenen Bedeutungen besitzen und die Parameter L³⁵ und L³⁶ unabhängig voneinander und von den anderen Parametern H oder F bedeuten.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formel III-1c, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln III-1c-1 bis III-1 c-5, vorzugsweise den Formeln III-1c-3 und III-1c-4:

worin R³¹ die vorstehend angegebene Bedeutung besitzt.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formel III-1f, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln III-1f-1 bis III-1f-5, vorzugsweise der Formeln III-1f-1, III-1f-2, III-1f-4 und III-1f-5, stärker bevorzugt der Formeln III-1f-1, III-1f-4 und III-1f-5, stärker bevorzugt:

worin R³¹ die vorstehend angegebene Bedeutung besitzt.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formel III-1g, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln III-1g-1 bis III-1g-5, vorzugsweise der Formel III-1g-3:

worin R³¹ die vorstehend angegebene Bedeutung besitzt.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formel III-1 h, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln III-1 h-1 bis 111-1 h-3, vorzugsweise de Formel III-1h-3:

worin die Parameter die vorstehend gegebenen Bedeutungen besitzen und X³¹ vorzugsweise F bedeutet.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formel 111-1i, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln 111-1i-1 und III-1i-2, vorzugsweise der Formel III-1 i-2:

worin die Parameter die vorstehend gegebenen Bedeutungen besitzen und X³¹ vorzugsweise F bedeutet.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formel III-1j, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln III-1j-1 und III-1j-2, vorzugsweise de Formel III-1j-1:

worin die Parameter die vorstehend gegebenen Bedeutungen besitzen.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formel III-2. Die Verbindungen der Formel III-2 sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln III-2a und III-2b:

worin die Parameter die jeweiligen vorstehend angegebenen Bedeutungen besitzen und die Parameter L³³ und L³⁴ unabhängig voneinander und von den anderen Parametern H oder F bedeuten.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formel III-2a, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln III-2a-1 bis III-2a-6:

worin R³¹ die vorstehend angegebene Bedeutung besitzt.
Das Flüssigkristallmedium enthält vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formel III-2b, die vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln III-2b-1 bis III-2b-4, vorzugsweise III-2b-4:

worin R³¹ die vorstehend angegebene Bedeutung besitzt.
Alternativ oder zusätzlich zu den Verbindungen der Formeln III-1 und/oder III-2 enthalten die Medien gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen der Formel III-3
worin die Parameter die jeweiligen vorstehend unter Formel III angegebenen Bedeutungen besitzen.
Diese Verbindungen sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe der Formeln III-3a und III-3b:

worin R³¹ die vorstehend angegebene Bedeutung besitzt.
Die Verbindungen der Formeln II und/oder III werden vorzugsweise in Konzentrationen von 1 - 10 Gew.-%, insbesondere 1,5 - 5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 1,5 - 3 Gew.-% eingesetzt.
Ferner ist ein flüssigkristallines Medium bevorzugt, das zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen dielektrisch positiven oder negativen Verbindungen eine oder mehrere Verbindungen der Formel Z
enthält, worin

R³¹ und R³²: jeweils unabhängig voneinander einen geradkettigen Alkyl-, Alkoxy-, Alkenyl-, Alkoxyalkyl- oder Alkoxyrest mit bis zu 12 C-Atomen bedeuten und

bedeutet,
Z³: eine Einfachbindung, CH₂CH₂, CH=CH, CF₂O, OCF₂, CH₂O, OCH₂, COO, OCO, C₂F₄, C₄H₈ oder CF=CF bedeutet.

Bevorzugte Verbindungen der Formel Z sind nachstehend angegeben:

worin
alkyl und
alkyl* jeweils unabhängig voneinander einen geradkettigen Alkylrest mit 1-6 C-Atomen bedeuten.
Das erfindungsgemäße Medium enthält vorzugsweise mindestens eine Verbindung der Formel Za und/oder Formel Zb.
Wenn vorhanden, beträgt der Anteil der Verbindungen der Formel Z an der Mischung als Ganzes vorzugsweise mindestens 5 Gew.-%.
Ferner ist ein flüssigkristallines Medium bevorzugt, das zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen dielektrisch positiven oder negativen Verbindungen eine oder mehrere Verbindungen der Formel
und / oder

und / oder

enthält,
und wenn vorhanden, vorzugsweise in Gesamtmengen von ≥ 5 Gew.-%, insbesondere ≥ 10 Gew.-%.
Vorzug genießen weiterhin erfindungsgemäße Mischungen enthaltend die Verbindung (Akronym: CC-3-V1)
und wenn vorhanden, vorzugsweise in Mengen von 1-20 Gew.-%.
Bevorzugte Mischungen enthalten 1-30 Gew.-%, vorzugsweise 5-25 Gew.-%, insbesondere 10-20 Gew.-% der Verbindung der Formel (Akronym: CC-3-V)
Vorzug genießen weiterhin Mischungen, die eine Verbindung der Formel (Akronym: CC-3-V)
und/oder eine Verbindung der Formel (Akronym: CC-5-V)

und/oder eine Verbindung der Formel (Akronym: CC-3-V1)

enthalten.
Ferner ist ein flüssigkristallines Medium bevorzugt, das zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen dielektrisch positiven oder negativen Verbindungen ein oder mehrere Biphenyle der Formeln B-1 bis B-3

enthält, worin
alkyl und alkyl* jeweils unabhängig voneinander einen geradkettigen Alkylrest mit 1-6 C-Atomen bedeuten und
alkenyl und alkenyl* jeweils unabhängig voneinander einen geradkettigen Alkenylrest mit 2-6 C-Atomen bedeuten.
Der Anteil der Biphenyle der Formeln B-1 bis B-3 an der Mischung als Ganzes beträgt vorzugsweise mindestens 3 Gew.-%, insbesondere ≥ 5 Gew.-%.
Von den Verbindungen der Formeln B-1 bis B-3 sind die Verbindungen der Formel B-2 besonders bevorzugt.
Besonders bevorzugte Biphenyle sind

worin alkyl* einen Alkylrest mit 1-6 C-Atomen bedeutet. Das erfindungsgemäße Medium enthält besonders bevorzugt eine oder mehrere Verbindungen der Formeln B-1a und/oder B-2c.
Ferner ist ein flüssigkristallines Medium bevorzugt, das zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen dielektrisch positiven oder negativen Verbindungen eine oder mehrere Verbindungen der Formeln O-1 bis 0-19

enthält, worin R¹ und R² die für R^2A angegebenen Bedeutungen besitzen. R¹ und R² bedeuten vorzugsweise jeweils unabhängig voneinander geradkettiges Alkyl oder Alkenyl.
Bevorzugte Medien enthalten eine oder mehrere Verbindungen der Formeln O-1, O-3, O-4, O-6, O-7, O-10, 0-11, 0-12, 0-14, 0-15, 0-16, 0-17 und/oder 0-18.
Erfindungsgemäße Mischungen enthalten ganz besonders bevorzugt die Verbindungen der Formel O-10, 0-12, 0-16, 0-17 und/oder 0-18, und wenn vorhanden, in Mengen von 2-15%.
Bevorzugte Verbindungen der Formeln O-10 und 0-18 sind nachstehend angegeben:
Ganz besonders bevorzugte Mischungen enthalten die Verbindungen O-10a und O-17a:
Ganz besonders bevorzugte Mischungen enthalten die Verbindungen O-10b und O-17a:
Bevorzugte Mischungen enthalten mindestens eine Verbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe der Verbindungen

worin R¹ und R² die vorstehend angegebenen Bedeutungen besitzen. Vorzugsweise bedeutet in den Verbindungen O-6, O-7 und O-17 R¹ Alkyl oder Alkenyl mit 1-6 bzw. 2-6 C-Atomen und R² bedeutet Alkenyl mit 2-6 C-Atomen.
Bevorzugte Mischungen enthalten mindestens eine Verbindung der Formeln O-6a, O-6b, O-7a, O-7b, O-17e, O-17f, O-17g und O-17h:

worin alkyl einen Alkylrest mit 1-6 C-Atomen bedeutet.
Die flüssigkristallinen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln IA, IB und/oder IC ausgewählt sind, und eine oder mehrere Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln II und/oder III ausgewählt sind.
Neben den Verbindungen der Formel IA, IB und/oder IC enthalten die Flüssigkristallmischungen gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Verbindungen der Formeln II und/oder III, vorzugsweise der Formel II.
Weitere bevorzugte flüssigkristalline Medien gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln IA ausgewählt sind, eine oder mehrere Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formel IB ausgewählt sind, eine oder mehrere Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln IC ausgewählt sind, und eine oder mehrere Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formel II ausgewählt sind.
Die Flüssigkristallmischungen gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten besonders bevorzugt zusätzlich eine oder mehrere Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln B-2c, Zb, O-16, T-20 und/oder T-21 ausgewählt sind.
Weitere bevorzugte flüssigkristalline Medien gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten vorzugsweise

- eine, zwei, drei, vier, fünf oder mehr Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln IA ausgewählt sind, vorzugsweise aus den Formeln IA-2 und/oder IA-8 ausgewählt sind,
- eine, zwei, drei, vier, fünf oder mehr Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formel IB ausgewählt sind, vorzugsweise aus den Formeln IB-2 ausgewählt sind,
- eine oder mehrere Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln IC ausgewählt sind, vorzugsweise aus der Formel IC-1 ausgewählt sind,
- eine, zwei, drei, vier, fünf oder mehr Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formel II ausgewählt sind, vorzugsweise aus der Gruppe der Verbindungen der Formel II-1 ausgewählt sind, stärker bevorzugt aus der Gruppe der Verbindungen der Formel II-1d ausgewählt sind,
- gegebenenfalls eine, zwei, drei, vier, fünf oder mehr Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formel B-2 ausgewählt sind, vorzugsweise aus der Gruppe der Verbindungen der Formel B-2c ausgewählt sind,
- gegebenenfalls eine, zwei, drei, vier, fünf oder mehr Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formel Zb ausgewählt sind,
- gegebenenfalls eine, zwei, drei, vier, fünf oder mehr Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln G-20 und/oder G-21 ausgewählt sind,
- gegebenenfalls eine, zwei, drei, vier, fünf oder mehr Verbindungen, die aus der Gruppe der Verbindungen der Formel 0-16 ausgewählt sind, und
- gegebenenfalls eine oder mehrere Verbindungen, die aus CC-3-V und/oder CC-5-V ausgewählt sind,

Die erfindungsgemäßen Medien können gegebenenfalls weitere Flüssigkristallverbindungen zur Einstellung der physikalischen Eigenschaften enthalten. Derartige Verbindungen sind dem Fachmann bekannt. Ihre Konzentration in den Medien gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt vorzugsweise 0 % bis ungefähr 30 %, stärker bevorzugt ungefähr 0,1 % bis ungefähr 20 % und sehr bevorzugt ungefähr 1 % bis ungefähr 15 %.
Das flüssigkristalline Medium gemäß der vorliegenden Erfindung enthält gegebenenfalls weitere Verbindungen, zum Beispiel Stabilisatoren und oder Antioxidantien. Sie werden vorzugsweise in einer Konzentration von 0% bis ungefähr 30%, besonders bevorzugt 0 % bis ungefähr 15 % und ganz besonders bevorzugt 0 % bis ungefähr 5% eingesetzt.
Die Flüssigkristallmedien gemäß der vorliegenden Erfindung werden auf an sich übliche Weise hergestellt. Im Allgemeinen wird die gewünschte Menge der in einer geringeren Menge verwendeten Komponenten in den Komponenten gelöst, die den Hauptbestandteil bilden, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur. Es ist auch möglich, Lösungen der Komponenten in einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise in Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach gründlichem Mischen wieder zu entfernen, beispielsweise durch Destillation. Ferner ist es möglich, die Mischungen auf anderen üblichen Wegen, beispielsweise unter Verwendung von Vormischungen, z.B. Homologmischungen, oder unter Verwendung von sogenannten „Multi-Bottle“-Systemen herzustellen.
Ein typisches Verfahren zur Herstellung eines Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung enthält den Schritt des Mischens einer oder mehrerer dielektrisch negativer flüssigkristalliner Verbindungen mit einer oder mehreren dielektrisch positiven flüssigkristallinen Verbindungen.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des Mediums wie vor- und nachstehend beschrieben in einen Lichtmodulationselement. Vorzugsweise enthält ein derartiges Lichtmodulationselement ein Substratpaar, eine Elektrodenstruktur, die das Anlegen eines elektrischen Feldes, das im Wesentlichen parallel zur Hauptebene des Substrats ist, ermöglichen kann, mindestens eine planare Ausrichtungsschicht, mindestens eine homöotrope Ausrichtungsschicht und ein Medium wie vor- und nachstehend beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schicht des flüssigkristallinen Mediums zwischen zwei Substratschichten angeordnet.
Erfindungsgemäß ist das Substratmaterial vorzugsweise jeweils und unabhängig voneinander aus polymeren Materialien, Glas- oder Quarzplatten ausgewählt.
Geeignete und bevorzugte polymere Substratmaterialien sind beispielsweise Folien aus Cycloolefinpolymer (COP), cyclischem Olefincopolymer (COC), Polyester wie Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyethylennaphthalat (PEN), Polyvinylalkohol (PVA), Polycarbonat (PC) oder Triacetylcellulose (TAC), sehr bevorzugt PET- oder TAC-Folien. PET-Folien sind beispielsweise von DuPont Teijin Films unter dem Handelsnamen Melinex® im Handel erhältlich.
COP-Folien sind beispielsweise von ZEON Chemicals L.P. unter dem Handelsnamen Zeonor ® oder Zeonex ® im Handel erhältlich. COC-Folien sind beispielsweise von TOPAS Advanced Polymers Inc. unter dem Handelsnamen Topas® im Handel erhältlich.
Vorzugsweise sind beide Substrate Glasplatten.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Substrate mit einem Abstand im Bereich von ungefähr 1 µm bis ungefähr 50 µm voneinander, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 2 µm bis ungefähr 40 µm voneinander und stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 3 µm bis ungefähr 30 µm voneinander angeordnet. Die Schicht des flüssigkristallinen Mediums befindet sich dabei im Zwischenraum.
Die Substratschichten können beispielsweise durch Abstandhalter oder Elektroden, die sich durch die gesamte Zelldicke erstrecken, oder hervorspringende Strukturen in der Schicht in einem festgelegten Abstand voneinander gehalten werden. Typische Materialien für Abstandhalter sind dem Fachmann allgemein bekannt, wie z.B. Abstandhalter aus Kunststoff, Siliciumdioxid, Epoxidharzen usw.
Das Lichtmodulationselement gemäß der vorliegenden Erfindung wie vor- und nachstehend beschrieben enthält eine planare Ausrichtungsschicht und eine homöotrope Ausrichtungsschicht.
Typische Materialien für homöotrope Ausrichtungsschichten sind dem Fachmann allgemein bekannt, wie z.B. Schichten aus Alkoxysilanen, Alkyltrichlorsilanen, CTAB, Lecithin oder Polyimiden, vorzugsweise Polyimiden, wie z.B. JALS-2096-R1.
Geeignete planare Polyimide sind dem Fachmann allgemein bekannt, wie z.B. AL-3046 oderr AL-1254, beide im Handel von JSR erhältlich.
Typischerweise können die Materialien der Ausrichtungsschichten durch herkömmliche Beschichtungstechniken, wie Schleuderbeschichtung, Walzenbeschichtung, Tauchbeschichtung oder Aufrakeln, durch Aufdampfen oder herkömmliche, dem Fachmann bekannte Drucktechniken, wie beispielsweise Siebdruck, Offsetdruck, Rollendruck, Hochdruck, Tiefdruck, Rotationstiefdruck, Flexodruck, Intagliodruck, Tampondruck, Heißsiegeldruck, Tintenstrahldruck oder Drucken mittels eines Stempels oder einer Druckplatte, auf die Substrate oder Elektrodenstrukturen aufgebracht werden.
Die planare Ausrichtungsschicht wird vorzugsweise durch dem Fachmann bekannte Reib- oder Photoausrichtungstechniken bearbeitet, um eine einheitliche bevorzugte Richtung der ULH-Textur zu erzielen, vorzugsweise durch Reibtechniken. Dementsprechend lässt sich eine einheitliche bevorzugte Richtung der ULH-Textur ohne irgendeine physikalische Behandlung der Zelle wie Scheren der Zelle (mechanische Behandlung in einer Richtung) usw. erreichen. Die Reibrichtung ist nicht kritisch und beeinflusst hauptsächlich nur die Orientierung von Polarisatoren wird angelegt. Typischerweise liegt die Reibrichtung im Bereich von +/- 45°, stärker bevorzugt im Bereich von +/- 20°, noch stärker bevorzugt, im Bereich von +/-10 und insbesondere im Bereich von der Richtung +/- 5° bezüglich der Hauptebene der Substrate.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Elektrodenstruktur, die das Anlegen eines elektrischen Feldes ermöglichen kann, das im Wesentlichen parallel zur Hauptebene des Substrats oder zur Schicht des FK-Mediums ist oder zumindest eine wesentliche Komponente in dieser Richtung besitzt.
Wenn nicht die ganze Anzeige-Baugruppe flexibel sein soll, können die Elektroden vorzugsweise auf einem kostengünstigen steifen Substrat gebildet werden, was die Haltbarkeit der Vorrichtung weiter erhöht. In einer bevorzugten Ausführungsform trägt das Substrat Strukturen aus parallelen Elektroden, zum Beispiel in einer kammartigen Elektrodenanordnung.
Andere geeignete Elektrodenstrukturen sind dem Fachmann allgemein bekannt und beispielsweise in der WO 2004/029697 A1 offenbart.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst eines der Substrate eine Pixelelektrode und eine gemeinsame Elektrode zur Erzeugung eines elektrischen Feldes im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des ersten Substrats im Pixelbereich.
Verschiedene Arten von Vorrichtungen mit mindestens zwei Elektroden auf einem Substrat sind dem Fachmann bekannt, wobei der wichtigste Unterschied darin besteht, dass entweder sowohl die Pixelelektrode als auch die gewöhnliche Elektrode strukturiert sind, wie es bei IPS-Anzeigen typisch ist, oder nur die Pixelelektrode strukturiert ist und die gewöhnliche Elektrode unstrukturiert ist, was bei FFS-Anzeigen der Fall ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Elektrodenstruktur in der Ebene aus ineinander verzahnten Elektroden, IPS-Elektroden, FFS-Elektroden oder kammartigen Elektroden, vorzugsweise ineinander verzahnten Elektroden oder kammartigen Elektroden, ausgewählt. In diesem Zusammenhang beschreibt das Dokument WO 2008/104533 A1 Anordnungen, bei denen die Elektroden als IPS-Elektrode angeordnet sind, und Anordnungen, bei denen eine zusätzliche Basiselektrode auf demselben Substrat liegt, als Fringe-Field-Switching(FFS)-Anzeige.
Geeignete Elektrodenmaterialien sind dem Fachmann allgemein bekannt, wie beispielsweise Elektroden aus leitfähigen Polymeren, Metall oder Metalloxiden, wie z.B. transparentes Indium-Zinnoxid (ITO), das gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die Elektroden einen kreisförmigen Querschnitt, in Form eines massiven Drahtes oder eines Zylinders, aufweisen, oder die Elektroden können einen rechteckigen oder nahezu rechteckigen Querschnitt aufweisen. Besonders bevorzugt ist ein rechteckiger oder nahezu rechteckiger Querschnitt der Elektroden.
Der Zwischenraum zwischen den Elektroden liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 1 µm bis ungefähr 50 µm, stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 5 µm bis ungefähr 25 µm und noch stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 7 µm zu ungefähr 12 µm.
Die Breite der Elektroden liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 1 µm bis ungefähr 50 µm, stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 5 µm bis ungefähr 25 µm und noch stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 7 µm bis ungefähr 12 µm.
Wie allgemein bekannt, kann die Elektrodenstruktur auf dem Substrat typischerweise durch gängige Lithographietechniken bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Elektroden des Lichtmodulationselements mit einem elektrischen Schaltelement, wie einem Dünnschichttransistor (TFT) oder einer Dünnschichtdiode (TFD), verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform steht die Elektrodenstruktur in direktem Kontakt mit dem flüssigkristallinen Medium.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat und/oder die Elektrodenstruktur mit einer dünnen homöotropen Ausrichtungsschicht bedeckt, um die Ausrichtung des Flüssigkristallmaterials zu steuern.
Vorzugsweise sind die Elektroden des Lichtmodulationselements einem Schaltelement, wie einem Dünnschichttransistor (TFT) oder einer Dünnschichtdiode (TFD), zugeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Lichtmodulationselement zwei oder mehr Polarisatoren, von denen mindestens einer auf einer Seite der Schicht des flüssigkristallinen Mediums angeordnet ist und von denen mindestens einer auf der entgegengesetzten Seite der Schicht des flüssigkristallinen Mediums angeordnet ist. Dabei sind die Schicht des flüssigkristallinen Mediums und die Polarisatoren vorzugsweise parallel zueinander angeordnet.
Bei den Polarisatoren kann es sich um Linearpolarisatoren handeln. Vorzugsweise sind genau zwei Polarisatoren in dem Lichtmodulationselement vorhanden. In diesem Fall ist es ferner bevorzugt, dass die Polarisatoren entweder beide Linearpolarisatoren sind. Sind in dem Lichtmodulationselement zwei Linearpolarisatoren vorhanden, so ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass sich die Polarisationsrichtungen der beiden Polarisatoren kreuzen.
Weiterhin ist es für den Fall, dass zwei Zirkularpolarisatoren in dem Lichtmodulationselement vorhanden sind, bevorzugt, dass diese die gleiche Polarisationsrichtung aufweisen, das heißt, dass entweder beide rechts zirkular polarisiert oder beide links zirkular polarisiert sind.
Bei den Polarisatoren kann es sich um reflektive oder absorptive Polarisatoren handeln. Ein reflektiver Polarisator im Sinne der vorliegenden Anmeldung reflektiert Licht einer Polarisationsrichtung bzw. einer Art von zirkular polarisiertem Licht, während er für Licht der anderen Polarisationsrichtung bzw. der anderen Art von zirkular polarisiertem Licht durchlässig ist. Entsprechend absorbiert ein absorptiver Polarisator Licht einer Polarisationsrichtung bzw. einer Art von zirkular polarisiertem Licht, während er für Licht der anderen Polarisationsrichtung bzw. der anderen Art von zirkular polarisiertem Licht durchlässig ist. Die Reflexion bzw. Absorption ist üblicherweise nicht quantitativ, so dass keine vollständige Polarisation des Lichts, das durch den Polarisator hindurchtritt, erfolgt.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung können sowohl absorptive als auch reflektive Polarisatoren eingesetzt werden. Bevorzugt werden Polarisatoren verwendet, die als dünne optische Filme vorliegen. Beispiele für reflektive Polarisatoren, die in dem erfindungsgemäßen Lichtmodulationselement verwendet werden können, sind DRPF(diffusive reflective polariser film)-Filme (3M), DBEF(dual brightness enhanced film)-Filme (3M), DBR(layered-polymer distributed Bragg reflector)-Filme (wie in US 7 038 745 und US 6 099 758 beschrieben) und APF(advanced polariser film)-Filme (3M).
Beispiele für absorptive Polarisatoren, die in den erfindungsgemäßen Lichtmodulationselementen eingesetzt werden können, sind der Itos XP38-Polarisatorfilm und der Nitto Denko GU-1220DUN-Polarisatorfilm. Ein Beispiel für einen erfindungsgemäß verwendbaren Zirkularpolarisator ist der Polarisator APNCP37-035-STD (American Polarizers). Ein weiteres Beispiel ist der Polarisator CP42 (ITOS).
Dementsprechend enthält ein weiteres bevorzugtes Lichtmodulationselement gemäß der vorliegenden Erfindung den folgenden Schichtstapel und besteht vorzugsweise daraus:

- Polarisator,
- Substrat,
- bearbeitete planare Ausrichtungsschicht,
- flüssigkristallines Medium,
- homöotrope Ausrichtungsschicht,
- Elektrodenstruktur,
- Substrat und
- Polarisator.

Das Lichtmodulationselement kann weiterhin Filter enthalten, die Licht bestimmter Wellenlängen blockieren, z.B. UV-Filter. Erfindungsgemäß können auch weitere, dem Fachmann allgemein bekannte Funktionsschichten, wie beispielsweise Schutzfilme und/oder Kompensationsfilme, vorhanden sein.
Die Lichtmodulationselemente wie vor- und nachstehend beschrieben sind nutzbringend durch allgemein bekannte Verfahren der Massenproduktion erhältlich.
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtmodulationselements wie vor- und nachstehend beschrieben mit den Schritten

a. Bereitstellen einer Elektrodenstruktur auf mindestens einem der Substrate,
b. Bereitstellen mindestens einer planaren Ausrichtungsschicht auf einem der Substrate,
c. Bereitstellen mindestens einer homöotropen Ausrichtungsschicht auf dem anderen Substrat,
d. Bereitstellens einer Schicht eines Mediums wie vor- und nachstehend beschrieben auf einem der Substrate und
e. Montieren der Zelle.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Flüssigkristallzusammensetzung zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat eingefügt sein, indem man das zweite Substrat mit dem ersten Substrat zusammenbringt, nachdem das erste Substrat mit der Flüssigkristallzusammensetzung versehen wurde.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Flüssigkristall in einem als ODF(One Drop Filling)-Verfahren bekannten Verfahren, wie beispielsweise in den JPS63-179323 und JPH10-239694 offenbart, oder unter Verwendung der Tintenstrahldruckmethode (Ink Jet Printing - IJP) tropfenweise auf einem ersten Substrat verteilt.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Flüssigkristallzusammensetzung zwischen das erste und das zweite Substrat injiziert oder wird durch Kapillarkräfte in die montierte Zelle gefüllt, nachdem das erste und das zweite Substrat zusammengebracht wurden.
Die Schritte d) und e) können daher in Abhängigkeit vom Füllverfahren angepasst werden.
Das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Lichtmodulationselements wird nachstehend kurz erläutert. Es wird angemerkt, dass aus den Ausführungen zur vermuteten Funktionsweise keine Beschränkung des Umfangs der beanspruchten Erfindung abgeleitet werden soll, welche nicht in den Ansprüchen enthalten ist.
Die Lichttransmission der erfindungsgemäßen Vorrichtung hängt vom angelegten elektrischen Feld ab. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichttransmission hoch, wenn ein elektrisches Feld angelegt ist, und niedrig im Ausgangszustand, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Grenzzustand A und einen Grenzzustand B auf. Unter dem Begriff Grenzzustand wird für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung ein Zustand verstanden, in dem die Transmission einen Maximal- bzw. Minimalwert erreicht und sich bei weiterer Reduzierung bzw. Erhöhung in dem des angelegten elektrischen Feldes nicht mehr oder kaum mehr ändert.
Vorzugsweise weist das Lichtmodulationselement den Grenzzustand A mit einer Transmission T_A auf, wenn kein elektrisches Feld angelegt ist, den sogenannten „Aus“-Zustand, in dem sich das Flüssigkristallmedium im Wesentlichen im HAN-Ausrichtungszustand befindet.
Das Lichtmodulationselement weist vorzugsweise einen anderen Grenzzustand B auf, wenn ein elektrisches Feld angelegt ist, den sogenannten „Ein“-Zustand, wobei
T_A < T_B.
Das Lichtmodulationselement weist vorzugsweise eine induzierte Verzögerung im „Ein“-Zustand im Bereich von ungefähr 1 nm bis ungefähr 500 nm, stärker bevorzugt von ungefähr 1 nm bis ungefähr 400 nm, noch stärker bevorzugt von ungefähr 1 nm bis ungefähr 300 nm auf.
Die zum Schalten der Lichtmodulationselemente gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlichen niedrigen angelegten elektrischen Felder haben mehrere Vorteile. Der Abstand zwischen den Elektroden ist erheblich größer als der in gängigen IPS-Vorrichtungen übliche Abstand zwischen den Elektroden. Daher sind kostengünstigere Strukturierung der Elektroden, verbesserte Ausbeuten, erhöhte optische Öffnungsweiten und niedrigere Ansteuerspannungen einige der Vorteile des Lichtmodulationselements gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der HAN-ausgerichtete „Aus-Zustand“ der Vorrichtung bietet ausgezeichnete optische Extinktion und somit einen günstigen Kontrast.
Durch die Orientierungen der Ausrichtungsschichten nimmt das flüssigkristalline Medium eine hybride Ausrichtung (HAN) an, d.h. auf dem Substrat, das eine planare Ausrichtungsschicht trägt, ist die Ausrichtung der benachbarten Flüssigkristallmoleküle planar, während auf dem anderen Substrat, das die homöotrope Ausrichtungsschicht trägt, die Ausrichtung der benachbarten Flüssigkristallmoleküle homöotrop ist. Eine solche elastische Verformung der nematischen Volumenschicht ergibt eine flexoelektrische Polarisation (Pf), da an der homöotropen Oberfläche e₃ dominant ist und an der planaren Oberfläche e₁ dominiert: $P_{f} = e_{1} n (div n) + e_{3} (rot n) \times n$
wobei e₁ der flexoelektrischen Koeffizient der Spreizung ist, e₃ der flexoelektrische Koeffizient der Biegung ist und n (div n) und (rot n) x n der Spreizungs- bzw. Biegevektor sind.
Vorzugsweise liegen die elastische Verformung und die flexoelektrische Polarisation in der gleichen Ebene parallel zur Elektrodenstruktur und senkrecht zu den Zellsubstraten.
Bei Anlegen eines Gleichstromfeldes koppelt die flexoelektrische Polarisation linear an das angelegte elektrische Feld (E), was schnelles Schalten der Flüssigkristalle bietet, wodurch die flexoelektrische Antwort polaritätsabhängiges Schalten bietet, was die Möglichkeit eines aktiven An- und Abschaltens eröffnet, was zu erheblich verbesserten Schaltgeschwindigkeiten führt.
Das Lichtmodulationselement gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit einer herkömmlichen, dem Fachmann allgemein bekannten Treiberwellenform betrieben werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch eine alternative Treiberwellenform verwendet werden. Daher kann ein kurzzeitiger „Kick-“ oder Vorimpuls verwendet werden, der mehrere Male größer ist als die Amplitude des Gleichstromimpulses, der zum Erhalt der gewünschten Schaltamplitude erforderlich ist, um das Vorhandensein einer höheren Spannung zu simulieren, was den Erhalt einer schnelleren Umschaltgeschwindigkeit ermöglicht.
Die Gesamtumschaltzeit (t_ein + t_aus) eines Lichtmodulationselements liegt typischerweise im Bereich von 1 bis 20 ms, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 ms, stärker bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 ms.
Die erforderliche angelegte elektrische Feldstärke hängt hauptsächlich vom Elektrodenzwischenraum ab. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die angelegten elektrischen Feldstärken vorzugsweise niedriger als ungefähr 0,5 V/µm^-1, vorzugsweise niedriger als ungefähr 0,2 V/µm^-1 und stärker bevorzugt niedriger als ungefähr 0,1 V/µm^-1.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die angelegte Ansteuerspannung im Bereich von 0 V bis ungefähr 10 V, stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 1 V bis ungefähr 7 V und noch stärker bevorzugt im Bereich von ungefähr 1,5 V bis ungefähr 4 V.
Das Lichtmodulationselement der vorliegenden Erfindung kann in verschiedenen Arten von optischen und elektrooptischen Vorrichtungen verwendet werden.
Daher betrifft die Erfindung die Verwendung eines Lichtmodulationselements wie vor- und nachstehend beschrieben in elektrooptischen Vorrichtungen und elektrooptische Vorrichtungen, wie eine LCD, die mindestens ein Lichtmodulationselement wie vor- und nachstehend beschrieben enthalten.
Diese optischen und elektrooptischen Vorrichtungen beinhalten, ohne Einschränkung, elektrooptische Anzeigen, Flüssigkristallanzeigen (LCDs), Vorrichtungen der nichtlinearen Optik (NLO), optische Datenspeichervorrichtungen, Lichtverschlüsse und intelligente Fenster, Sichtschutzfenster, Virtual-Reality-Vorrichtungen und Augmented-Reality-Vorrichtungen.
Es versteht sich, dass viele der vorstehend beschriebenen Merkmale, insbesondere der bevorzugten Ausführungsformen, für sich selber und nicht nur als Teil einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfinderisch sind. Für diese Merkmale kann zusätzlich oder alternativ zu einer hier beanspruchten Erfindung unabhängiger Schutz angefragt werden.
Es versteht sich, dass Variationen der vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung durchgeführt werden können, die weiterhin unter den Schutzumfang der Erfindung fallen. Alternative Merkmale, die einem gleichen, gleichwertigen oder ähnlichen Zweck dienen, können, wenn nicht anders angegeben, jedes in dieser Spezifikation offenbarte Merkmal ersetzen. Wenn nicht anders angegeben, ist jedes offenbarte Merkmal daher nur ein Beispiel einer gattungsmäßigen Reihe von gleichwertigen oder ähnlichen Merkmalen.
Alle der in dieser Spezifikation offenbarten Merkmale können in jeder beliebigen Kombination kombiniert werden, mit Ausnahme von Kombinationen, bei denen wenigstens einige dieser Merkmale und/oder Schritte einander ausschließen. Insbesondere sind die bevorzugten Merkmale der Erfindung auf alle Aspekte der Erfindung anwendbar und können in beliebiger Kombination verwendet werden. Ebenso können in nicht wesentlichen Kombinationen beschriebene Merkmale getrennt (nicht in Kombination) verwendet werden.
Ohne weitere Ausführungen wird davon ausgegangen, dass ein Fachmann die vorliegende Erfindung auf der Grundlage der obigen Beschreibung in ihrem weitesten Umfang nutzen kann. Die folgenden Beispiele sind deswegen lediglich als beschreibend und keineswegs als den Rest der Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkend aufzufassen.
Die in dieser Anmeldung angegebenen Parameterbereiche schließen sämtlich die Grenzwerte ein, einschließlich der dem Fachmann bekannten maximal zulässigen Fehler. Die unterschiedlichen für verschiedene Bereiche von Eigenschaften angegebenen oberen und unteren Grenzwerte ergeben in Kombination miteinander zusätzliche bevorzugte Bereiche.

In der vorliegenden Anmeldung und speziell in den folgenden Beispielen sind die Strukturen der Flüssigkristallverbindungen durch Abkürzungen, die auch als „Akronyme“ bezeichnet werden, dargestellt. Die Umwandlung der Abkürzungen in die entsprechenden Strukturen ist gemäß den folgenden drei Tabellen A bis C einfach. In Tabelle A sind die für die Ringelemente verwendeten Symbole aufgeführt, in Tabelle B diejenigen für die Verknüpfungsgruppen und in Tabelle C diejenigen Symbole für die linken und die rechten Endgruppen der Moleküle. Tabelle A: Ringelemente

C		P
D		DI
A		Al
G		Gl
U		Ul
Y
M		MI
N		NI
np
n3f		n3fl
th		thl
th2f		th2fl
o2f		o2fl
dh
K		KI
L		LI
F		FI

Tabelle B: Verknüpfungsgruppen

E	-CH2-CH2-
V	-CH=CH-
T	-C=C-
W	-CF₂-CF₂-
B	-CF=CF-
Z	-CO-O-	ZI	-O-CO-
X	-CF=CH-	XI	-CH=CF-
O	-CH₂-O-	OI	-O-CH₂-
Q	-CF₂-O-	QI	-O-CF₂-

Tabelle C: Endgruppen

Linke Seite, allein oder in Kombination mit anderen verwendet		Rechte Seite, allein oder in Kombination mit anderen verwendet
-n-	CnH_2n+1-	-n	-C_nH_2n+1
-nO-	C_nH_2n+1-O-	-nO	-O-C_nH_2n+1
-V-	CH₂=CH-	-V	-CH=CH₂
-nV-	C_nH_2n+1-CH=CH-	-nV	-CnH2n-CH=CH2
-Vn-	CH₂=CH- C_nH_2n-	-Vn	-CH=CH-C_nH_2n+1
-nVm-	C_nH_2n+1-CH=CH-C_mH_2m-	-nVm	-C_nH_2n-CH=CH-C_mH_2m+1
-N-	N≡C-	-N	-C=N
-S-	S=C=N-	-S	-N=C=S
-F-	F-	-F	-F
-CL-	Cl-	-CL	-CI
-M-	CFH₂-	-M	-CFH₂
-D-	CF₂H-	-D	-CF₂H
-T-	CF3-	-T	-CF₃
-MO-	CFH₂O-	-OM	-OCFH₂
-DO-	CF₂HO-	-OD	-OCF₂H
-TO-	CF₃O-	-OT	-OCF₃
-A-	H-C≡C-	-A	-C≡C-H
-nA-	C_nH_2n+1-C≡C-	-An	-C≡C-C_nH_2n+1
-NA-	N≡C-C≡C-	-AN	-C=C-C=N

Linke Seite, nur in Kombination mit anderen verwendet		Rechte Seite, nur in Kombination mit anderen verwendet
-...n...-	-C_nH2_n-	-...n...	-CnH2n-
-...M...-	-CFH-	-...M...	-CFH-
-...D...-	-CF₂-	-...D...	-CF₂-
-...V...-	-CH=CH-	-...V...	-CH=CH-
-...Z...-	-CO-O-	-...Z...	-CO-O-
...ZI...-	-O-CO-	-...ZI...	-O-CO-
-...K...-	-CO-	-...K...	-CO-
-...W...-	-CF=CF-	...W...	-CF=CF-

bei denen n und m jeweils ganze Zahlen zwischen 1 und 12 sind und drei Punkte „...“ Raum für andere Symbole dieser Tabelle angeben.

Beispiele
Testzelle
Es wird eine Testzelle mit den folgenden Parametern vorbereitet:

Substrat: AF-Glas
IPS-Elektrodenstruktur: 4µm Elektrodenbreite und 8µm Elektrodenabstand
Ausrichtungsschicht, mit der Elektrodenstruktur versehenes unteres Substrat: homogenes PI, AL-3046 (im Handel erhältlich von JSR, Japan)
Ausrichtungsschicht, oberes Substrat: Homöotropes PI, AL-60702 (im Handel erhältlich von JSR, Japan).

Mischung M1

Die folgende Mischung M-1 wird hergestellt

Zusammensetzung			Physikalische Eigenschaften
Verbindung			T(N,I)	=	79	°C
Nr.	Abkürzung	Konz. /%
1	CY-3-O2	16,0	n_a (20 °C, 589,3 nm)	=	1,621
2	CY-5-O2	13,0	n_o (20 °C, 589,3 nm)	=	1,487
3	CCY-3-O3	12,0	Δn (20 °C, 589,3 nm)	=	0,134
4	CCY-4-O2	8,0
5	CPY-2-O2	12,0	e\|\|(20 °C, 1 kHz)	=	7,8
6	CPY-3-O2	12,0	ε⊥ (20 °C, 1 kHz)	=	10,3
7	CC-5-V	3,0	Δε (20 °C, 1 kHz)	=	-2,5
8	PYP-2-4	12,0
9	PUQU-3-F	6,00
10	PUQU-2-F	6,00
Σ		100,0

Mischung M-2

Die folgende Mischung M-2 wird hergestellt

Zusammensetzung			Physikalische Eigenschaften
Verbindung			T(N,I)	=	106	°C
Nr.	Abkürzung	Konz. /%
1	CC-3-V	13,0	n_a (20 °C, 589,3 nm)	=	1,719
2	CPGP-4-3	5,0	n_o (20 °C, 589,3 nm)	=	1,517
3	CPGP-5-2	5,0	Δn (20 °C, 589,3 nm)	=	0,202
4	CPGP-5-3	3,0
5	CP-3-O1	14,0	ε∥(20 °C, 1 kHz)	=	3,4
6	PGP-1-2V	9,0	ε⊥ (20 °C, 1 kHz)	=	3,0
7	PGP-2-2V	9,0	Δε (20 °C, 1 kHz)	=	0,4
8	PGP-3-2V	8,0
9	PGP-2-3	5,0
10	PGP-2-4	5,0
11	PGP-2-5	10,0
12	PP-1-2V1	14,0
Σ		100,0

Mischung M-3
Die Mischung M-3 wird durch Mischen von 0,029 g der Mischung M-1 (14 Gew.-%) mit 0,176 g der Mischung M-2 (86 Gew.-%) hergestellt, was die Mischung M-3 mit den folgenden dielektrischen Kennwerten liefert:

ε∥(20 °C, 1 kHz) = 3,752

ε⊥ (20 °C, 1 kHz) = 3,736

Δε (20 °C, 1 kHz) = 0,016
Vergleichsbeispiel 1
Es wird eine Testzelle wie vorstehend beschrieben montiert, was eine Schichtdicke von 2,47 µm liefert. Die Zelle wird kapillar mit Mischung M-1 gefüllt.
Die Umschaltgeschwindigkeiten tein und taus werden in Abhängigkeit von der angelegten Spannung bestimmt.

Angelegte Spannung (V) (0-Peak) t_ein (ms) t_aus (ms)

2,08 42 15

4,12 35 10,7

6,08 23 10,5

8,40 14 11,3

10,4 8,2 11,5

12,2 5,8 11,9

14,8 4,1 11,7

16,8 2,5 12,1

18,6 1,9 12,3
Wie aus der vorstehend gegebenen Tabelle ersichtlich ist, zeigt die Testzelle mit zunehmendem angelegtem Feld eine starke Abhängigkeit für tein und nahezu keine Abhängigkeit mit taus, was die erwartete Art des dielektrischen Schaltmechanismus angibt.
Beispiel 1
Es wird eine Testzelle wie vorstehend beschrieben montiert, was eine Schichtdicke von 2,85 µm liefert. Die Zelle wird kapillar mit Mischung M-3 gefüllt.
Die Schaltgeschwindigkeit t_ein und t_aus werden in Abhängigkeit von der angelegten Spannung bestimmt.

Angelegte Spannung (V) (0-Peak) t_ein (ms) t_aus (ms)

10,6 11,4 5,3

15,6 11,3 5,4

21,0 10,3 5,6

26,0 10,2 5,3

31,0 9,5 5,4

36,0 12,9 5,0
Wie aus der vorstehend gegebenen Tabelle ersichtlich ist, zeigt die Testzelle eine erheblich schwächere Abhängigkeit der Umschaltgeschwindigkeit mit angelegtem Feld im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1, was angibt, dass dielektrisches Schalten nicht der Hauptmechanismus ist.
Durch Verwendung von übersteuerter Ansteuerung oder „Kick-Ansteuerung“, z.B. Anlegen eines hohen elektrischen Feldes für einen kurzen Zeitraum, wie für 21-V-0-Peak das Anlegen eines 69,9-V-„Kick-Impulses“ für einen kurzen Zeitraum an der Vorderseite der Wellenform, lässt sich ein tein von unter 1 ms erzielen. Ferner lässt sich durch Anlegen eines negativen Kick-Impulses eine Verbesserung des t_aus unter 1 ms erzielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4000451 [0005]
EP 0588568 [0005]
WO 2005/071477 A1 [0015]
WO 2008/104533 A1 [0016, 0018, 0173]
WO 2004/029697 A1 [0170]
US 7038745 [0187]
US 6099758 [0187]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

R.B. Meyer, Phys. Rev. Lett. 1969, 22, 918 - 921 [0007]
Takezoe et al. in Liquid Crystals, 36, 2009, 1119-1124 [0011]
C. Tschierske, G. Pelzl und S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368 [0056]

Claims

Medium enthaltend eine oder mehrere dielektrisch negative Verbindungen und eine oder mehrere dielektrisch positive Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium eine dielektrische Anisotropie (Δε) im Bereich von - 0,25 bis + 0,25, bestimmt bei einer Frequenz von 1 kHz und bei 20°C, aufweist.
Medium nach Anspruch 1, enthaltend eine oder mehrere dielektrische negative Verbindungen, die ausgewählt sind aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln IA, IB und IC

worin R^2A, R^2B und R^2C jeweils unabhängig voneinander H, einen Alkyl- oder Alkenylrest mit bis zu 15 C-Atomen bedeuten, der unsubstituiert, einfach durch CN oder CF₃ substituiert oder mindestens einfach durch Halogen substituiert ist, wobei zusätzlich eine oder mehrere CH₂-Gruppen in diesen Resten so durch -O-, -S-,
-C=C-, -CF₂O-, -OCF₂-, -OC-O- oder -O-CO- ersetzt sein können, dass O-Atome nicht direkt miteinander verknüpft sind, L^1-4 jeweils unabhängig voneinander F, Cl, CF₃ oder CHF₂ bedeuten, Z² und Z^2' jeweils unabhängig voneinander eine Einfachbindung, -CH₂CH₂-, -CH=CH-, -CF₂O-, -OCF₂-, -CH₂O-, -OCH₂-, -COO-, -OCO-, -C₂F₄-, -CF=CF-, -CH=CHCH₂O- bedeuten, p 0, 1 oder 2 bedeutet, q 0 oder 1 bedeutet und v 1 bis 6 bedeutet.
Medium nach Anspruch 1 oder 2, enthaltend eine oder mehrere dielektrische positive Verbindungen, die ausgewählt sind aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln II und III

worin R²¹ Alkyl, Alkoxy, fluoriertes Alkyl oder fluoriertes Alkoxy mit 1 bis 7 C-Atomen, Alkenyl, Alkenyloxy, Alkoxyalkyl oder fluoriertes Alkenyl mit 2 bis 7 C-Atomen und vorzugsweise Alkyl oder Alkenyl bedeutet,
bei jedem Auftreten unabhängig voneinander

vorzugsweise

oder
bedeuten, L²¹ und L²² H oder F bedeuten, vorzugsweise bedeutet L²¹ F, X³ Halogen, halogeniertes Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 3 C-Atomen oder halogeniertes Alkenyl oder Alkenyloxy mit 2 oder 3 C-Atomen, vorzugsweise F, Cl, -OCF₃, -O-CH₂CF₃, -O-CH=CH₂, -O-CH=CF₂ oder -CF₃, sehr bevorzugt F, Cl, -O-CH=CF₂ oder -OCF₃ bedeutet, m 0, 1, 2 oder 3, vorzugsweise 1 oder 2 und besonders bevorzugt 1 bedeutet, R³¹ Alkyl, Alkoxy, fluoriertes Alkyl oder fluoriertes Alkoxy mit 1 bis 7 C-Atomen, Alkenyl, Alkenyloxy, Alkoxyalkyl oder fluoriertes Alkenyl mit 2 bis 7 C-Atomen und vorzugsweise Alkyl oder Alkenyl bedeutet,
bei jedem Auftreten unabhängig voneinander

vorzugsweise

oder
sind, L³¹ und L³² unabhängig voneinander H oder F bedeuten, vorzugsweise bedeutet L³¹ F, X³¹ Halogen, halogeniertes Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 3 C-Atomen oder halogeniertes Alkenyl oder Alkenyloxy mit 2 oder 3 C-Atomen, F, Cl, -OCF₃, -O-CH₂CF₃, -O-CH=CF₂, -O-CH=CH₂ oder -CF₃, sehr bevorzugt F, Cl, -O-CH=CF₂ oder -OCF₃ bedeutet, Z³¹ -CH₂CH₂-, -CF₂CF₂-, -COO-, trans-CH=CH-, trans-CF=CF-, -CH₂O- oder eine Einfachbindung, vorzugsweise -CH₂CH₂-, -COO-, trans-CH=CH- oder eine Einfachbindung und sehr bevorzugt -COO-, trans-CH=CH- oder eine Einfachbindung bedeutet und n 0, 1, 2 oder 3, vorzugsweise 1 oder 3 und besonders bevorzugt 1 bedeutet.
Medium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das flüssigkristalline Medium eine oder mehrere Verbindungen der Formel IV
enthält, worin R⁴¹ und R⁴² unabhängig voneinander die vorstehend für R²¹ unter Formel II angegebene Bedeutung besitzen,
unabhängig voneinander und, wenn
zweimal vorhanden ist, auch diese unabhängig voneinander

oder
bedeuten, Z⁴¹ und Z⁴² unabhängig voneinander und, wenn Z⁴¹ zweimal vorhanden ist, auch diese unabhängig voneinander -CH₂CH₂-, -COO-, trans-CH=CH-, trans-CF=CF-, -CH₂O-, -CF₂O-, -C=C- oder eine Einfachbindung bedeuten und p 0, 1 oder 2 bedeutet.
Medium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, enthaltend eine oder mehrere Verbindungen der Formel V
worin R⁵¹ und R⁵² unabhängig voneinander die vorstehend für R²¹ unter Formel II angegebenen Bedeutungen besitzen,
bei jedem Auftreten unabhängig voneinander

oder
bedeutet, Z⁵¹ und Z⁵² unabhängig voneinander und, wenn Z⁵¹ zweimal vorhanden ist, auch diese unabhängig voneinander -CH₂CH₂-, -COO-, trans-CH=CH-, trans-CF=CF-, -CH₂O-, -CF₂O- oder eine Einfachbindung bedeuten und r 0, 1 oder 2 bedeutet.
Medium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Menge der Verbindungen der Formeln IA und/oder IB und/oder IC in dem flüssigkristallinen Medium als Ganzes mindestens 10 % beträgt.
Medium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Menge der Verbindungen der Formeln II und/oder III in dem flüssigkristallinen Medium als Ganzes im Bereich von 2 bis 90 % liegt.
Medium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Menge der Verbindungen der Formeln IV und/oder V in dem flüssigkristallinen Medium als Ganzes im Bereich von 2 bis 70 % liegt.
Medium nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, das eine Doppelbrechung im Bereich von 0,08 oder mehr bis 0,35 oder mehr zeigt.
Lichtmodulationselement, das den flexoelektrischen Effekt nutzt, enthaltend ein Medium nach einem oder mehreren Ansprüche 1 bis 9.
Lichtmodulationselement nach Anspruch 10, bei dem die Lichtmodulation durch ein in der Ebene angelegtes elektrisches Feld induziert wird.
Lichtmodulationselement nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die induzierte Verzögerung im „Ein“-Zustand im Bereich von 1 nm bis 500 nm liegt.
Verwendung eines Lichtmodulationselements nach Anspruch 10 oder 11 in einer elektrooptischen Vorrichtung.
Elektrooptische Vorrichtung enthaltend das Lichtmodulationselement nach Anspruch 10 oder 11.