DE4441469A1

DE4441469A1 - Hochmultiplexierte Supertwist-Flüssigkristallanzeige

Info

Publication number: DE4441469A1
Application number: DE19944441469
Authority: DE
Inventors: Michael Dr Junge; Volker Reiffenrath
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1994-11-12
Publication date: 1995-06-01
Anticipated expiration: 2014-11-13
Also published as: JP3723590B2; JPH07209624A; DE4441469B4

Description

Die Erfindung betrifft hochmultiplexierte Supertwist-Flüssigkristallanzeigen (SFA) mit extrem kurzen Schaltzeiten und guten Steilheiten und Winkelab hängigkeiten, sowie die hierfür verwendeten neuen nematischen Flüssig kristallmischungen.

SFA wie in der Überschrift sind z. B. aus EP 0 131 216 B1; DE 34 23 993 A1; ER 0 098 070 A2; M. Schadt und F. Leenhouts, 17. Freiburger flüssig kristall-Konferenz (8.-10.04.87); K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391 (20.6); M. Schadt und F. Leenhouts, SID 87 Digest 372 (20.1); K. Katoh et al., Japanese Journal of Applied Physics, Band 26, Nr. 11, L1784- L1786 (1987); F. Leenhouts et al., Appl. Phys. Lett. 50 (21), 1468 (1987); H.A. van Sprang und H.G. Koopman, J. Appl. Phys. 62 (5), 1734 (1987); T.J. Scheffer und J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (10), 1021(1984); M. Schadt und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (5), 236 (1987); und E.P. Raynes, Mai. Cryst. Liq. Cryst. Letters, Band 4 (1), Seiten 1-8 (1986) bekannt. Der Begriff SFA umfaßt hier alle relativ hochverdrillten Anzeige elemente mit einem Verdrillungswinkel zwischen 160° und 720°, wie z. B. die Anzeigeelemente nach Waters et al. (C.M. Waters et al., Proc. Soc. Inf. Disp. (New York) (1985) (3. Internationale Anzeigenkonferenz, Kobe, Japan), STN-Flüssigkristallanzeigen (DE-OS 35 03 259), SBE-Flüssig kristallanzeigen (T.J. Scheffer und J. Nehring, Appl. Phys. Lett. 45 (1984) 1021), OMI-Flüssigkristallanzeigen (M. Schadt und F. Leenhouts, Appl. Phys. Lett. 50 (1987), 236, DST-Flüssigkristallanzeigen (EP-OS 0 246 842) oder BW-STN-Flüssigkristallanzeigen (K. Kawasaki et al., SID 87 Digest 391(20.6)).

Gegenüber standardüblichen TN-Anzeigen sind derartige SFA durch deutlich bessere Steilheiten der elektrooptischen Kennlinie und damit verbundenen besseren Kontrastwerten sowie durch eine deutlich geringere Winkelabhängigkeit des Kontrasts gekennzeichnet. Von besonderem Interesse sind SFA mit extrem kurzen Schaltzeiten, insbe sondere auch bei relativ niedrigen Temperaturen. Zur Erzielung kurzer Schaltzeiten wurden bisher die Viskositäten insbesondere von Flüssig kristallmischungen mit Hilfe von in der Regel optimierten Kombinationen von Flüssigkristallkomponenten und gegebenenfalls auch monotropen Zusatzstoffen mit relativ hohem Dampfdruck optimiert.

Die erzielten Schaltzeiten waren jedoch nicht für alle Anwendungen zufriedenstellend.

Vor kurzem (T.J. Scheffer et al., Displays, Band 14 (2)1993, Seiten 74- 85) ist ein Verfahren zur elektronischen Adressierung hochverdrillter Anzeigen mit sehr kurzen Ansprechzeiten bekannt geworden. Bei dieser als Aktivadressierung bekannten Technik wird im Gegensatz zum her kömmlichen zeilenweisen Adressierformat jede Zeile der Anzeige während eines längeren Zeitabschnitts der Einzelbildzeit adressiert, wobei jede Zeile nur einmal während des jeweiligen Einzelbilds mit orthogonalen Wellenformen adressiert wird. Wird die letztere herkömm liche Technik in einer Supertwist-Flüssigkristallanzeige mit sehr niedrigen Ansprechzeiten verwendet, so wird die allgemeine Richtlinie, daß die Bild wechselzeit (in der Regel 1,6 ms bei einer VGA-Anzeige für einen PC) 10% der Ansprechzeit betragen sollte, nicht erfüllt, wodurch es aufgrund der Relaxation des Flüssigkristalls aus dem "ON"-Zustand zu einer Er niedrigung des Kontrastverhältnisses kommt. Aktivadressierung eröffnet die Möglichkeit, Supertwist-Flüssigkristallanzeigen zu adressieren, wo durch diese einfache Technik gegebenenfalls eine Herausforderung an das stark kostenintensive Hochleistungsniveau, das von den zur Zeit mit einer aktiven Matrix adressierten Flüssigkristallanzeigen ausgeht, dar stellen kann.

Kürzere Schaltzeiten lassen sich ebenfalls durch Verringerung der FK- Schichtdicke der SFA und durch Verwendung von Flüssigkristallmischun gen mit höherer Doppelbrechung Δn erreichen.

All diese Ansätze zur Erzielung kürzerer Schaltzeiten ergeben jedoch letzten Endes immer noch nicht für jede Anwendung geeignete Mischungen.

Weiterhin werden von SFA eine höhere Multiplexierbarkeit (die zu einer geringeren Zahl von elektronischen Treibern - ICs (integrated circuits) führt), niedrigere Schwellenspannungen und eine steile Kennlinie gefordert.

Wegen der entgegengesetzten Beeinflussung verschiedener Material größen lassen sich jedoch keine optimalen Größen gleichzeitig für alle der obenerwähnten Eigenschaften erreichen.

Somit besteht immer noch ein hoher Bedarf an verbesserten SFA mit kurzen Schaltzeiten bei gleichzeitig breitem Betriebstemperaturbereich, niedrigen Werten für die Steilheit, guter Winkelabhängigkeit des Kon trasts und niedriger Schwellenspannung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung von SFA, die die obenerwähnten Nachteile nicht oder nur in geringem Maße aufweisen und gleichzeitig sehr nützliche Gesamteigenschaften besitzen.

Es wurde jetzt gefunden, daß diese Aufgabe durch Verwendung von nematischen Flüssigkristallmischungen mit 40-80 Gew.-% an drei oder mehr Verbindungen mit einem Tolan-4,4′-diyl-Strukturelement gelöst werden kann.

Vorzugsweise besitzt die nematische Flüssigkristallmischung einen nema tischen Phasenbereich von mindestens 60°C, eine Viskosität von nicht mehr als 25 mPa·s, eine Doppelbrechung von mindestens 0,195 und eine dielektrische Anisotropie von mindestens +1, wobei die dielektrischen Anisotropien der Verbindungen und die mit der nematischen Flüssig kristallmischung verbundenen Größen auf eine Temperatur von 20°C bezogen sind.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine hochmultiplexiertre SFA mit

- zwei planparallelen Trägerplatten, die zusammen mit einer Umran dung eine Zelle bilden,
- einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristallmischung mit positiver dielektrischer Anisotropie,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden, auf der Innenseite der Trägerplatten befindlichen Orientierungsschichten, die jedes Pixel mittels einer orthogonalen Zeilenwellenform adressieren,
- einem Voranstellwinkel zwischen der Moleküllängsachse an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von etwa 1 Grad bis 30 Grad, sowie
- einem Wert zwischen 100 und 600° für den Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungsschicht zu Orientierungsschicht, worin die nematische Flüssigkristallmischung im wesentlichen aus
- a) 15-50, vorzugsweise 25-50 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A aus einer oder mehreren zwei- oder dreikernigen Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von mehr als +1,5;
- b) 0-40 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente B aus einer oder mehreren zwei- oder dreikernigen Verbindungen mit einer dielek trischen Anisotropie von -1,5 bis +1,5;
- c) 40-80 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente T aus drei oder mehr Verbindungen mit einem Tolan-4,4′-diyl-Strukturelement, sowie
- d) einer optisch aktiven Komponente D in solch einer Menge, daß das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der planparallelen Trägerplatten) und der natürlichen Ganghöhe der chiralen nema tischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt
  und die nematische Flüssigkristallmischung einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60°C, eine Viskosität von nicht mehr als 25 mPa·s, eine Doppelbrechung von mindestens 0,195 und eine dielektrische Anisotropie von mindestens +1 besitzt, wobei die dielektrischen Anisotropien der Verbindungen und die mit der nematischen Flüssigkristallmischung verbundenen Größen auf eine Temperatur von 20 °C bezogen sind, besteht dadurch gekennzeich net, daß die Komponente T aus mindestens drei Verbindungen der Formel I besteht, worin
  R¹ Alkyl, Alkoxy, Alkenyl oder Alkenyloxy mit 1 bis 8 C-Atomen,
  L¹ und L² jeweils unabhängig voneinander H oder F,
  R² F, OCF₃, Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 8 C-Atomen,
  Z -COO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung und
  p 0 oder 1 bedeuten.

Vorzugsweise enthält die Komponente A Verbindungen der Formeln II und III,

worin
R Alkyl, Alkoxy, Alkenyl oder Alkenyloxy mit bis zu 12 C-Atomen,

und

jeweils unabhängig voneinander

L³ bis L⁶ jeweils unabhängig voneinander H oder F,
Z¹ -COO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung,
Z² -COO-, -CH₂CH₂-, -CC oder eine Einfachbindung,
Q CF₂, OCF₂, CFH, OCFH oder eine Einfachbindung,
Y F oder Cl,
m 1 oder 2 und
n 0 oder 1 bedeuten, insbesondere solche ausgewählt aus den Formeln IIa bis IId:

worin R und L¹ die angegebene Bedeutung besitzen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Verbin dungen der Formel Ia1

worin n und m die angegebene Bedeutung besitzen, zur Verbesserung der Schaltzeiten und der Steilheit von STN-Anzeigen, deren Pixel jeweils durch eine orthogonale Zeilenwellenform adressiert werden.

Die Einzelverbindungen der Formeln I, II und III und auch andere in den erfindungsgemäßen SFA einsetzbare Verbindungen sind entweder bekannt oder können analog zu bekannten Verbindungen hergestellt werden.

Die Verbindungen der Formel I sind aus US 3 925 482 und WO 88/07514 bekannt, es findet sich jedoch kein Hinweis darauf, daß sich die Schalt zeiten von hochmultiplexiertren SFA mit ihrer Hilfe verbessern lassen.

Aus der GB-A-2 255 465 sind Mischungen aus zweikernigem oder drei kernigem Tolan und einem Flüssigkristall vom Typ der Komponente (A) bekannt, wobei Flüssigkristalle vom Typ der Komponente (B) zugegeben werden können. Jedoch läßt sich ein n-Wert von lediglich 0,133 errei chen.

Eine Flüssigkristallzusammensetzung, mit der eine Erhöhung des n-Werts mit Hilfe einer tolanhaltigen Flüssigkristallverbindung mit hohem n-Wert angestrebt wird, ist aus den Japanischen Patentoffenbarungen Nr. 61-97383 und 61-97384 sowie der EP 178 937 bekannt. Diese Flüssig kristallzusammensetzungen enthalten hauptsächlich eine tolanhaltige Flüssigkristallverbindung mit hohem n, eine Flüssigkristallverbindung mit einer Esterbindung sowie eine Flüssigkristallverbindung vom Typ der Komponente (A) mit endständiger Cyangruppe und hohem Δn-Wert.

Da solch eine herkömmliche Flüssigkristallzusammensetzung eine tolan haltige Flüssigkristallverbindung mit hohem Δn-Wert enthält, ist die opti sche Anisotropie der resultierenden Zusammensetzung relativ hoch. Da in der Zusammensetzung eine Verbindung mit einer Esterbindung enthalten ist, wird in der Regel keine smektische Phase in einer Tieftemperaturat mosphäre beobachtet. Eine die Esterbindung aufweisende Flüssigkristall verbindung aus Cyclohexancarbonsäure-phenylester besitzt einen niedri gen Δn-Wert, weshalb die optische Anisotropie der Zusammensetzung nicht so hoch ist (höchstens etwa 0,175). Unter den niedrigviskosen Flüssigkristallverbindungen besitzt die die Esterbindung aufweisende Flüssigkristallverbindung eine relativ hohe Viskosität. Die die Ester bindung aufweisende Flüssigkristallverbindung hat z. B. eine Viskosität von etwa 20 cp. Aus diesem Grund besitzt die Viskosität der solch eine Flüssigkristallverbindung aufweisenden Flüssigkristallzusammensetzung einen hohen Wert von z. B. 28 cp oder mehr.

Aus der EP 0 268 226 sind Mischungen aus zweikernigem und dreikerni gem Tolan mit mehr als 20% an zweikernigen Flüssigkristallen vom Typ der Komponente (B) für TN-Anwendungen mit niedriger oder mittlerer Multiplexierung bekannt, wie aus den niedrigen Klärpunkten von etwa 55°C bis 65°C ersichtlich ist. Diese werden in der Regel bei Taschen rechnern und Videospielen verwendet. Diese Mischungen zeichnen sich durch sehr geringe Steilheiten in den Vorrichtungen von üblicherweise 85% aus.

Mit den Mischungen dieser Erfindung können dagegen hochmultiplexier tre SFA mit sehr hohen Multiplexierverhältnissen, breitem Arbeitstempe raturbereich, niedrigen Schwellenspannungen (unterhalb 3 Volt, vor zugsweise zwischen 1,25 und 2,80, insbesondere zwischen 1,60 und 2,20 Volt) und steilen Kennlinien sowie hohen Klärpunkten von mehr als 75°C, vorzugsweise 76 bis 110°C, insbesondere 90°C bis 100°C, realisiert werden.

Die Verbindungen der Formeln I, II und III besitzen niedrige Viskositäten, insbesondere niedrige Rotationsviskositäten, und niedrige Werte für das Verhältnis der elastischen Konstanten (K₃/K₁) und ergeben daher kurze Schaltzeiten.

Die Mischungen gemäß der vorliegenden Erfindung weisen eine optische Anisotropie (n) von mehr als 0,200, vorzugsweise von 0,201-0,270, insbe sondere von 0,220-0,250, auf.

Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Mischungen eine oder mehrere Verbindungen der Formel II und/oder der Formel III ausgewählt aus der folgenden Gruppe:

worin R, L³ und L⁷ die angegebene Bedeutung besitzen.

Bevorzugte Mischungen enthalten zwei oder mehr Verbindungen der Formeln IIa, IIb, IIc, IId, IIIh, insbesondere eine oder mehrere Verbin dungen der Formel IIa oder IIb sowie drei bis sechs Verbindungen der Formel I.

Bevorzugte erfindungsgemäß einsetzbare Flüssigkristallmischungen ent halten eine oder mehrere Verbindungen aus Gruppe A vorzugsweise in einem Anteil von 20% bis 50%, vorzugsweise 22% bis 40%. Diese Verbindung bzw. diese Verbindungen aus Gruppe A besitzen eine dielek trische Anisotropie von mehr als +3 (vorzugsweise mehr als +8, insbeson dere mehr als +12) und bilden die Komponente A der FK-Mischungen dieser Erfindung.

Vorzugsweise enthalten die Mischungen eine oder mehrere Verbindungen der Formel II zu 22% bis 40%. Bevorzugt sind jene Verbindungen, bei denen Z¹ eine Einfachbindung, -CH₂CH₂- oder -CO-O- bedeutet, und be sonders bevorzugt sind folgende Verbindungen:

Ebenfalls bevorzugt sind folgende Verbindungen:

Gruppe A besteht vorzugsweise aus einer oder mehreren Verbindungen ausgewählt aus den Formeln IIb1 bis IIc1 und gegebenenfalls einer oder mehreren Verbindungen der Formel IIc2.

Vorzugsweise enthalten die Mischungen weiterhin eine oder mehrere polare Verbindungen mit einem höheren Klärpunkt, die z. B. aus folgenden Verbindungen ausgewählt sind:

In den obigen vier Formeln können die 1,4-Phenylenringe auch durch ein Fluoratom seitenständig substituiert sein, z. B.

Diese polaren Verbindungen mit einem höheren Klärpunkt werden vorzugsweise zu 2 bis 25% eingesetzt.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mischungen eine oder mehrere Verbindungen mit sehr hoher dielektrischer Anisotro pie. Solche Verbindungen werden vorzugsweise zu 2 bis 15% eingesetzt. Bevorzugte Verbindungen dieser Art sind solche der Formeln I, IIc2 und IIj1.

Bevorzugte Flüssigkristallmischungen enthalten eine oder mehrere Ver bindungen aus Gruppe B, vorzugsweise in einem Anteil von 0 bis 25%. Diese Verbindung bzw. diese Verbindungen aus Gruppe B besitzen ent weder niedrige Werte für die Rotationsviskosität (γ1) < 150 mPa·s oder einen Klärpunkt von mehr als 120°C und sind dielektrisch neutral ((Δε) <2, insbesondere 0 bis 10) und bilden die Komponente B der FK- Mischungen dieser Erfindung.

Vorzugsweise enthält die Komponente B eine oder mehrere Verbin dungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus IV1 bis IV7 mit zwei Ringen:

bei denen R³ und R⁴ die für R angegebene Bedeutung besitzen, und/oder eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus IV8 bis IV21 mit drei Ringen:

worin R³ und R⁴ die angegebene Bedeutung besitzen und die 1,4-Pheny lengruppen IV7 bis IV17 und IV21 jeweils unabhängig voneinander auch durch Fluor einfach oder mehrfach substituiert sein können. Enthält die Komponente B mehr als 10% an einer oder mehreren zweikernigen Verbindungen, so enthält die nematische Mischung zusätzlich eine oder mehrere, vorzugsweise nur eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus IV22 bis IV27:

worin R³ und R⁴ die angegebene Bedeutung besitzen und die 1,4-Pheny lengruppen in IV22 bis IV27 jeweils unabhängig voneinander auch durch Fluor einfach oder mehrfach substituiert sein können.

Auf jeden Fall enthält die nematische Mischung nur bis zu 5 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 4 Gew.-% einer oder mehrerer Verbindungen der Formeln IV22 bis IV27.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die nematischen Mischungen mindestens eine heterocyclische Verbindung der Formel V

worin R¹ und R² die angegebene Bedeutung besitzen, und G für N oder CH steht.

Die FK-Mischungen enthalten ebenfalls eine optisch aktive Komponente C in solch einer Menge, daß das Verhältnis zwischen der Schichtdicke (Abstand der zwei planparallelen Trägerplatten) und der natürlichen Ganghöhe der chiralen Flüssigkristallmischung mehr als 0,2 beträgt und an den erwünschten Verdrillungswinkel angepaßt ist. Geeignete Dotier stoffe lassen sich aus den verschiedensten bekannten chiralen Stoffen und im Handel erhältlichen Dotierstoffen auswählen, wie z. B. Nonan säure-cholesterylester S 811 (E. Merck, Darmstadt, BRD) und CB 15 (Merck Ltd., früher BDH, Poole, GB). Deren Auswahl ist an sich nicht kritisch.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die FK- Mischungen fünf oder mehr Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ia bis Ie:

worin R¹ die angegebene Bedeutung besitzt und Alkyl n-Alkyl mit 1 bis 8 C-Atomen bedeutet.

Der Anteil der Komponente bzw. Komponenten aus Gruppe T beträgt vorzugsweise 40% bis 80%, insbesondere 42% bis 65%.

Der Anteil an zweikernigen Tolanen der Formeln Ia und Ib beträgt vor zugsweise 16 bis 60% und der Anteil an dreikernigen Tolanen der Formeln Ic bis Ie vorzugsweise 18 bis 35%.

Der Gesamtanteil aller endfluorierter Verbindungen des Nichttolantyps beträgt vorzugsweise etwa 5% bis 25%, insbesondere etwa 10% bis 20%.

Der Anteil an Verbindungen einer zusätzlichen Komponente C bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotro pie von <-1,5 beträgt vorzugsweise etwa 0% bis 20%, insbesondere etwa 0% bis 10%. Zur Erzielung der gewünschten Schwellenspannung kann der Fachmann diesen Anteil leicht korrigieren, wobei es prinzipiell möglich ist, alle herkömmlichen Flüssigkristallverbindungen mit <-1,5 einzusetzen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfin dungsgemäßen Mischungen vorzugsweise etwa 0% bis 10% einer oder mehrerer Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von weniger als -2 (Komponente C). Derartige Verbindungen sind bekannt, z. B. Deri vate des 2,3-Dicyanhydrochinons oder Cyclohexanderivate mit dem Strukturelement

aus der DE-OS 32 31 707 oder DE-OS 34 07 013.

Vorzugsweise werden jedoch Verbindungen mit dem Strukturelement 2,3-Difluor-1,4-phenylen gewählt, z. B. Verbindungen wie in der DE-OS 38 07 801, 38 07 861, 38 07 863, 38 07 864 oder 38 07 908.

Besonders bevorzugt sind diese Strukturelemente aufweisende Tolane wie in der Internationalen Patentanmeldung PCT/DE 88/00133, ins besondere solche der Formeln

worin R² und R³ jeweils unabhängig voneinander vorzugsweise n-Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen oder n-Alkenyl mit 3 bis 7 C-Atomen und Z°-CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung bedeuten.

Besonders bevorzugt sind weiterhin Cyclohexancarbonsäure-phenylester der Formeln

wobei
R³ n-Alkyl oder n-Alkoxy mit jeweils 1 bis 7 C-Atomen oder n-Alkenyl oder n-Alkenyloxy mit jeweils 3 bis 7 C-Atomen bedeutet.

Vorzugsweise enthält die Komponente T eine oder mehrere Verbindungen der Formel T3

worin

n eine ganze Zahl von 1 bis 15,
L¹ und L² jeweils unabhängig voneinander H oder F und
X F, Cl oder OCF₃ bedeuten.

In weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsformen enthalten die Mischungen

- 15-60 Gew.-% an zwei oder mehr Verbindungen der Formel I mit p gleich 0, vorzugsweise mindestens zwei Verbindungen der Formeln Ia und/oder Ib, insbesondere eine bis fünf Verbindungen der Formel Ia1 worin m 1 oder 2 ist, und n für eine ganze, zwischen 1 und 7 steht
- 10-40 Gew.-% an zwei oder mehr Verbindungen der Formel I mit p gleich 1, vorzugsweise mindestens zwei Verbindungen der Formel Id und/oder Ie
- eine Komponente C, die eine oder mehrere Verbindungen mit einer trans-1-Cyan-1,4-cyclohexylengruppe oder einer 2,3-Difluor-1,4- phenylengruppe enthält,
- mindestens eine Verbindung aus folgender Gruppe: worin Alkyl eine geradkettige Alkylgruppe mit 2-7 C-Atomen und X H oder F bedeuten,
- eine oder mehrere Verbindungen, worin R eine trans-Alkenylgruppe oder eine trans-Alkenyloxygruppe bedeutet,
- eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus folgender Gruppe: worin R² und R³ die bei Komponente B angegebenen bevorzugten Bedeutungen besitzen und eine der zwei 1,4-Phenylengruppen auch durch Fluor substituiert sein kann; der Anteil dieser Verbindungen beträgt 0% bis 25%, vorzugsweise etwa 5% bis 15%.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mischungen

- mindestens zwei Verbindungen ausgewählt aus den Formeln IIb1, IIc1 oder IIc2,
- zwei oder mehr Verbindungen der Formeln Ia oder Ib oder
- eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus folgender Gruppe: worin R² und R³ die für die Verbindungen der Formel III angegebene Bedeutung besitzen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mischungen
15-50 Gew.-% einer im wesentlichen aus Verbindungen der Formel III, insbesondere Verbindungen der Formel IIIs, bestehen den flüssigkristallinen Komponente A, und mindestens
30-50 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel I, worin R² F oder OCF₃ bedeutet.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mischungen:
0 oder 5 bis 35 Gew.-%, insbesondere 10 bis 20 Gew.-% einer flüssig kristallinen Komponente B, die im wesentlichen aus Verbindungen aus gewählt aus den Formeln IV2, IV6, IV10, IV12 und V besteht.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigeelemente aus Polarisatoren, Elektrodengrundplatten und Elektroden mit derartiger Oberflächenbehandlung, daß die Vorzugsorientierung (Direktor) der jeweils dazu benachbarten Flüssigkristallmoleküle im allgemeinen von einer Elektrode zur nächsten gegenseitig um einen Winkel von 160° bis 720° verdrillt ist, entspricht der für derartige Anzeigeelemente üblichen Bauweise. Dabei ist der Begriff der üblichen Bauweise hier sehr weit gefaßt und umfaßt auch alle Abwandlungen und Modifikationen von Supertwist-Zellen, insbesondere auch Matrix-Anzeigeelemente. Der Anstellwinkel an den zwei Trägerplatten kann gleich oder verschieden sein. Gleiche Anstellwinkel sind bevorzugt.

Die erfindungsgemäße Anzeige wird durch orthogonale Wellenformen, wie z. B. von T.J. Scheffer et al., Displays Band 14(2)1993, Seiten 74-85 beschrieben, adressiert.

Ein wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Anzeigeelemente zu den bisher üblichen auf der Basis der verdrillten nematischen Zelle besteht jedoch in der Wahl der Flüssigkristallkomponenten in der Flüssig kristallschicht.

Die Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristall mischungen erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die gewünschte Menge der in relativ geringer Menge eingesetzten Kompo nenten in den den Hauptbestandteil ausmachenden Komponenten gelöst, zweckmäßig bei erhöhter Temperatur. Es ist jedoch ebenfalls möglich, Lösungen der Komponenten in einem geeigneten organischen Lösungs mittel, z. B. in Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach Durchmischung wieder zu entfernen, z. B. durch Destillation.

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

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Veranschaulichung der Erfin dung, ohne eine Begrenzung darzustellen.

Die Abkürzungen besitzen die folgenden Bedeutungen:

Die SFA wird mit einer orthonormalen Wellenform (Multiplexierverhältnis 1 : 256, Bias 1 : 16, Betriebsspannung 7,2 Volt) adressiert.

Vor- und nachstehend bedeuten alle Temperaturangaben Grad Celsius. Prozentangaben bedeuten Gewichtsprozent. Die Werte für die Schalt zeiten und Viskosität beziehen sich auf 20°C.

In der vorliegenden Patentanmeldung und in den folgenden Beispielen sind alle chemischen Strukturen der FK-Verbindungen durch Acronyme angegeben, wobei die Transformation in chemische Formeln wie nach stehend gezeigt erfolgt. Alle Reste C_nH_2n+1 und C_mH_2m+1 sind geradkettige Alkylreste mit n bzw. m Kohlenstoffatomen. Die Codierung gemäß Tabelle B versteht sich von selbst. In Tabelle A ist nur das Acronym für den Grundkörper angegeben. Im Einzelfall folgt getrennt vom Acronym für den Grundkörper mit einem Strich ein Code für die Substituenten R¹, R², L¹ und L² wie folgt:
Die in den Tabellen A und B angeführten Verbindungen sind besonders bevorzugte Komponenten der vorliegenden Erfindung.

Tabelle A

Tabelle B

Beispiel 1

Eine STN-Anzeige mit den folgenden Größen:

Verdrillungswinkel\|240°
Vorspannung	1 : 16
Multiplexierrate	1 : 256
Bildfolgefrequent	80 Hz
Anstellwinkel	5°
d	4,2 µm

enthält ein Flüssigkristallmedium, das folgende Eigenschaften:

S-N\|<-30°C
N-I	95°C
Δn	0,2024
γ_Rot	75 mPa·s

aufweist und aus einer achiralen Basismischung:

PCH-3
13,0
K6	10,0
PCH-301	18,0
PCH-302	7,0
CPTP-301	6,0
CPTP-302	6,0
CPTP-303	6,0
CPTP-30CF3	6,0
CPTP-50CF3	6,0
PTP-102	6,0
PTP-201	6,0
PTP-20F	6,0
CBC-33	4,0

besteht und
mit 1,07% S-811 dotiert ist und
mit orthogonalen Zeilenwellenformen adressiert wird, und
zeigt folgende Schaltgrößen:

T_mtl\|140 ms
V₁₀	2,33 V
V₉₀/V₁₀	1,056.

Beispiel 2

Eine wie in Beispiel 1 beschriebene STN-Anzeige mit d = 3,5 µm, die ein flüssigkristallines Medium mit den folgenden Größen:

S-N\|<-30°C
N-I	+96°C
Δn	0,2444
γ_Rot	95 mPa·s

enthält und aus einer achiralen Basismischung:

PCH-3
18,0
K6	9,0
K	9,0
PTP-20F	8,0
PTP-40F	7,0
PTP-302FF	8,0
PTP-502FF	8,0
CPTP-302FF	9,0
CPTP-502FF	9,0
CPTP-301	5,0
CPTP-302	5,0
CPTP-303	5,0

besteht und mit 1,30% S-811 dotiert ist, zeigt folgende Schaltgrößen:

T_mtl\|140 ms
V₁₀	2,09 V
V₉₀/V₁₀	1,028.

Beispiel 3

Eine wie in Beispiel 1 beschriebene STN-Anzeige mit d = 3,75 µm, die ein flüssigkristallines Medium mit den folgenden Eigenschaften:

S-N\|<0°C
N-I	+78°C
Δn	0,2267
γ_Rot	70 mPa·s

enthält und aus einer achiralen Basismischung:

K6
8,00
K9	8,00
PYP-5F	10,00
PCH-3	13,00
PCH-30	6,00
PTP-20F	8,00
PTP-40F	7,00
PTP-102	5,00
PTP-201	6,00
CPTP-302FF	5,00
CPTP-502FF	5,00
CPTP-301	5,00
CPTP-302	5,00
CPTP-303	5,00
CPTP-30CF3	4,00

besteht und mit 1,43% S-811 dotiert ist, zeigt folgende Schaltgrößen:

T_mtl\|102 ms
V₁₀	1,92 V
V₉₀/V₁₀	1,068.

Beispiel 4

Eine wie in Beispiel 1 beschriebene STN-Anzeige, die ein flüssig kristallines Medium enthält, das folgende Eigenschaften:

S-N\|<0°C
N-I	+85°C
Δn	0,2416

aufweist und aus einer achiralen Basismischung:

PTP-501
12,0
PTP-502	11,0
PTP-504	6,0
PTP-102	5,0
PTP-201	6,0
PTP-20F	6,0
PTP-40F	5,0
PTP-60F	5,0
PCH-3	12,0
PCH-4	12,0
CPTP-302FF	5,0
CPTP-502FF	5,0
CPTP-301	5,0
CPTP-302	5,0

besteht und mit 1,46% S-811 dotiert ist, zeigt sehr schnelle Schaltzeiten und hohe Multiplexierbarkeit.

Beispiel 5

S-N\|<0°C
N-I	85°C
Δn	0,2398

aufweist und aus einer achiralen Basismischung:

PTP-501
22,0
PTP-502	11,0
PTP-504	6,0
PTP-201	6,0
PTP-20F	6,0
PTP-40F	5,0
PCH-3	12,0
PCH-4	12,0
CPTP-302FF	5,0
CPTP-502FF	5,0
CPTP-301	5,0
CPTP-302	5,0

besteht und mit 1,55% S-811 dotiert ist, zeigt sehr schnelle Schaltzeiten und hohe Multiplexierbarkeit.

Vergleichsbeispiel 1

Eine wie in Beispiel 1 beschriebene STN-Anzeige enthält ein Medium, das folgende Eigenschaften:

S-N\|-30°C
N-I	+91°C
Δn	0,2077
γc_Rot	116 mPa·s

aufweist, aus:

PCH-3
10,0
PCH-5	8,0
ME2N.F	2,0
ME3N.F	2,0
ME5N.F	4,0
PTP-20F	9,0
PTP-40F	9,0
PTP-60F	6,0
PTP-102	5,0
PTP-201	6,0
CPTP-301	6,0
CPTP-302	4,0
CPTP-303	6,0
PCH-301	11,0
CBC-33F	4,0
CBC-53F	4,0
CBC-55F	4,0

besteht und mit 1,27% S-811 dotiert ist, zeigt folgende Schaltgrößen:

T_mtl\|168 ms
V₁₀	2,12 V
V₉₀/V₁₀	1,058.

Aus diesem Vergleich geht deutlich hervor, daß große Mengen an zwei kernigen FK vom Typ der Komponente B (PCH-301) in Kombination mit mehr als 5% vierkernigen FK (CBC-nmF) langsame Schaltzeiten ergeben.

Beispiel 6

N-I\|91°C
Δn	0,2305

aufweist, aus einer achiralen Basismischung:

PTP-20F
13,0
PTP-40F	13,0
PTP-60F	13,0
PCH-302	18,0
PTP-102	5,0
PTP-201	5,0
CPTP-301	5,0
CPTP-302	4,0
CPTP-303	5,0
BCH-3F.F	8,0
BCH-5F.F	8,0
CBC-53F	8,0

besteht und mit S-811 dotiert ist, zeigt sehr schnelle Schaltzeiten und

V₁₀\|3,28 V
V₉₀/V₁₀	1,326.

Beispiele 7 bis 11

Eine wie in Beispiel 1 beschriebene STN-Anzeige, die ein flüssig kristallines Medium enthält, dessen Eigenschaften und Zusammenset zungen in der folgenden Tabelle aufgeführt sind, zeigt sehr schnelle Schaltzeiten und hohe Multiplexierbarkeit.

Tabelle I

Beispiele 12-18

Eine wie in Beispiel 1 beschriebene STN-Anzeige, die ein LC-Medium enthält, dessen Eigenschaften und Zusammensetzungen Tabelle II entnommen werden können, zeigt sehr schnelle Schaltzeiten.

Tabelle II

Claims

1. Hochmultiplexierte Supertwist-Flüssigkristallanzeige mit

- zwei planparallelen Trägerplatten, die zusammen mit einer Umrandung eine Zelle bilden,
- einer in der Zelle befindlichen nematischen Flüssigkristall mischung mit positiver dielektrischer Anisotropie,
- Elektrodenschichten mit darüberliegenden, auf der Innenseite der Trägerplatten befindlichen Orientierungsschichten, die jedes Pixel mittels orthogonaler Zeilenwellenformen adres sieren,
- einem Voranstellwinkel zwischen der Moleküllängsachse an der Oberfläche der Trägerplatten und den Trägerplatten von etwa 1 Grad bis 30 Grad, sowie
- einem Wert zwischen 100 und 600° für den Verdrillungswinkel der Flüssigkristallmischung in der Zelle von Orientierungs schicht zu Orientierungsschicht, worin die nematische Flüssig kristallmischung im wesentlichen
- a) 15-50 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente A beste hend aus einer oder mehreren zwei- oder dreikernigen Verbin dungen mit einer dielektrischen Anisotropie von mehr als +1,5;
- b) 0-40 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente B bestehend aus einer oder mehreren zwei- oder dreikernigen Verbindun gen mit einer dielektrischen Anisotropie von -1,5 bis +1,5;
- c) 40-80 Gew.-% einer flüssigkristallinen Komponente T beste hend aus drei oder mehr Verbindungen mit einem Tolan-4,4′- diyl-Strukturelement, sowie
- d) eine optisch aktive Komponente D in solch einer Menge ent hält, daß das Verhältnis zwischen Schichtdicke (Abstand der planparallelen Trägerplatten) und der natürlichen Ganghöhe der chiralen nematischen Flüssigkristallmischung etwa 0,2 bis 1,3 beträgt und
  die nematische Flüssigkristallmischung einen nematischen Phasenbereich von mindestens 60°C, eine Viskosität von nicht mehr als 25 mPa·s, eine Doppelbrechung von mindestens 0,1950 und eine dielektrische Anisotropie von mindestens +1 besitzt, wobei die dielektrischen Anisotropien der Verbindun gen und die mit der nematischen Flüssigkristallmischung ver bundenen Größen auf eine Temperatur von 20°C bezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente T aus mindestens drei Verbindungen der Formel I besteht, worin
  R¹ Alkyl, Alkoxy, Alkenyl oder Alkenyloxy mit 1 bis 8 C-Atomen,
  L¹ und L² jeweils unabhängig voneinander H oder F,
  R² F, OCF₃, Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 8 C-Atomen,
  Z -COO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung und
  p 0 oder 1 bedeuten.

2. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A Verbindungen der Formeln II und/oder III enthält, worin
R Alkyl, Alkoxy, Alkenyl oder Alkenyloxy mit bis zu 12 C-Atomen, und jeweils unabhängig voneinander L³ bis L⁶ jeweils unabhängig voneinander H oder F,
Z¹ -COO-, -CH₂CH₂- oder eine Einfachbindung,
Z² -COO-, -CH₂CH₂-, -CC oder eine Einfachbindung,
Q CF₂, OCF₂, CFH, OCFH oder eine Einfachbindung,
Y F oder Cl,
m 1 oder 2 und
n 0 oder 1 bedeuten, insbesondere solche ausgewählt aus den Formeln IIa bis IId.

3. Anzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A mindestens eine Verbindung ausgewählt aus den Formeln IIa bis IId enthält: worin R und L¹ die angegebene Bedeutung besitzen.

4. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B eine oder mehrere Ver bindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus IV1 bis IV7 enthält: worin R³ und R⁴ die in Anspruch 1 für R angegebene Bedeutung besitzen.

5. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B eine oder mehrere Ver bindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus IV8 bis IV21 enthält: worin R³ und R⁴ die angegebene Bedeutung besitzen und die 1,4-Phenylengruppen IV7 bis IV17 und IV21 jeweils unabhängig voneinander auch durch Fluor einfach oder mehrfach substituiert sein können.

6. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente T fünf oder mehr Verbin dungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ia bis Ie enthält: worin R¹ die angegebene Bedeutung besitzt und Alkyl n-Alkyl mit 1 bis 8 C-Atomen bedeutet.

7. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente T eine bis fünf Verbindungen der Formel Ia1 enthält: m 1 oder 2 ist, und
n für eine geradzählige Zahl zwischen 1 und 9, vorzugsweise für 1, 2, 3 oder 5 steht.

8. Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nematische Flüssigkristallmischung 30-60 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel Ia enthält.

9. Anzeige nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nematische Flüssigkristallmischung
10-50 Gew.-% der im wesentlichen aus Verbindungen der Formel III, insbesondere Verbindungen der Formel IIIs, bestehenden flüssigkristallinen Komponente A und mindestens
30-50 Gew.-% mindestens einer Verbindung der Formel I mit R² gleich F oder OCF₃ enthält.

10. Flüssigkristallmischung der in einem der Ansprüche 1 bis 9 definierten Zusammensetzung.

11. Verwendung der Verbindungen der Formel Ia1 worin n und m die angegebene Bedeutung besitzen, zur Verbesse rung der Schaltzeiten und Steilheiten von STN-Anzeigen, deren Pixel jeweils durch eine orthogonale Zeilenwellenform adressiert werden.