WO2004046805A1 - Elektrooptisches lichtsteuerelelment, elektrooptische anzeige und steuermedium - Google Patents

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WO2004046805A1
WO2004046805A1 PCT/EP2003/012626 EP0312626W WO2004046805A1 WO 2004046805 A1 WO2004046805 A1 WO 2004046805A1 EP 0312626 W EP0312626 W EP 0312626W WO 2004046805 A1 WO2004046805 A1 WO 2004046805A1
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Markus Czanta
Achim Goetz
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Louise Diane Farrand
Andreas Taugerbeck
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    • G02F1/13793—Blue phases

Definitions

  • the present invention relates to light control elements containing them
  • the light control elements preferably use control media which have anisotropic properties at certain temperatures, such as. B. liquid crystals.
  • the light control elements are operated at a temperature at which the control media are in the blue phase.
  • Similar displays that use control media that are in the isotropic phase are described in DE 102 17 273.0 and in the previously unpublished patent applications DE 102 41 301.0 dated September 4, 2002, two further applications by the assignee of the present application.
  • the present invention relates to an electro-optical light control element and to electro-optical displays and display systems containing such elements, such as television screens and computer monitors, and to the control media used in the light control elements.
  • the light control elements according to the invention contain a mesogenic control medium which is in the blue phase when the light control elements are in operation. In addition to a good contrast and a low dependence of the contrast on the viewing angle, short switching times and a relatively low operating voltage, they are particularly distinguished by a low temperature dependence of the operating voltage.
  • the present invention also relates to mesogenic media and their use as control media in such light control elements.
  • the liquid crystal cells of these displays have electrodes on the substrates on the two opposite sides of the liquid crystal medium.
  • the electric field is essentially vertical to the liquid crystal layer.
  • the first-mentioned displays are used in combination with a TFT ("thin film transistor") control for displays with a large amount of information and high resolution.
  • TFT thin film transistor
  • “Desk-top” computer monitors have recently become increasingly liquid crystal displays of the IPS type (English: “in-pjane switching", for example DE 40 00 451 and EP 0 588 568) or alternatively of the VAN type (English: " yertically aligned nematic ").
  • VAN displays are a modern variant of ECB displays ("electrically controlled birefringence").
  • MVA displays (English: “multi domain yertically aligned"), several domains are stabilized for each driven electrode and, in addition, a special optical compensation layer is used.
  • These displays like the TN displays already mentioned, use a In contrast to this, IPS displays generally use electrodes on only one substrate, that is to say on one side of the liquid crystal layer, and are therefore characterized by an essential component of the electric field parallel to the liquid crystal layer.
  • Light control elements also have a pronounced temperature dependency.
  • the electro-optical effect induced by the electric field in the control media in the isotropic phase is most pronounced at temperatures near the clearing point of the control media.
  • the light control elements have the lowest characteristic voltages, so the lowest operating voltages are required here. With increasing temperature, the characteristic voltages and thus the operating voltage increase significantly.
  • Typical temperature dependencies of the threshold voltage range from a few volts per degree to ten and more volts per degree.
  • the relative temperature dependence of the characteristic voltages of the various light control elements with an isotropic control medium according to DE 102 17 273.0 and DE 102 41 301.0 can be regarded as being independent of the medium used and of the electrode structure.
  • DE 102 17 273.0 describes isotropic media with some clearly varying compositions which are used in light control elements in the Isotropic phase can be operated, can be used, whereas in DE 102 41 301.0 different electrode structures are disclosed.
  • the relative temperature dependence of the threshold voltage at a temperature of 1 ° above the clearing point is in the order of 50% / degree. It decreases with increasing temperature.
  • Temperature of 5 ° above the clearing point is in the order of some 10% / degree.
  • the alternative implementation of electronic tracking of the control voltage is relatively complex. On the one hand, it generally leads to a loss of part of the available control voltage, since this must still be sufficiently high even at the highest operating temperature. On the other hand, it involves some measurement and control effort. So the current temperature of the light control element must be determined. For displays with a larger area, it may even be necessary to determine a temperature gradient or the temperatures at several points on the display.
  • the further alternative of keeping the temperature of the light control elements constant is also not easy to implement.
  • the display must be heated for obvious practical reasons.
  • This alternative also requires determining the temperature of the light control elements.
  • Liquid crystals with a correspondingly strong chiral twist can have one or more optically isotropic mesophases. These phases appear with a corresponding cholesteric pitch, i.e. if the pitch is in the range of the wavelength of visible light, in a sufficiently large layer thickness slightly bluish. For this reason, they are referred to as blue phases (Gray and Goodby, "Smectic Liquid Crystals, Textures and Structures", Leonhard Hill, USA, Canada (1984)).
  • the present invention was therefore based on the object of realizing particularly rapidly switching light control elements which use a control medium which is in an optically isotropic phase in the field-free state, with good contrast, good viewing angle dependency, low control voltages and in particular with a low temperature dependency of the control voltage to provide the necessary control media.
  • These light control elements should have the smallest possible layer thickness of the control media in order to be able to be used as elements of FPDs (English: flat panel displays), such as flat screens for computers. Furthermore, they should be controllable using the simplest possible electrode configuration.
  • the electro-optical light control elements according to the present invention include
  • control medium a control medium
  • the light control element is operated at a temperature at which the control medium is in an optically isotropic phase in the non-activated state and in that
  • the mesogenic control medium is a chiral component, component (A), which consists of one or more chiral compounds and
  • the mesogenic control medium has a blue phase at the temperature at which the light control element is operated or
  • the mesogenic control medium at the temperature at which the light control element is operated is in the isotropic phase and -
  • the electrode arrangement can generate an electric field with a significant component parallel to the surface of the mesogenic control medium.
  • An electrode arrangement is preferably used which can generate an electric field with a significant component parallel to the surface of the mesogenic control medium.
  • a mesogenic medium is preferably used as the control medium of the light control element.
  • mesogenic media or compounds are media or compounds which have a mesophase, which are soluble in a mesophase or which induce a mesophase.
  • the mesophase is a smectic, a nematic or a blue phase.
  • the smectic phase or the nematic phase are preferably chiral.
  • the terms “chiral nematic phase” and “cholesteric phase” are used synonymously, unless expressly stated otherwise.
  • the term “blue phase” stands for each of the known blue phases and also includes several of these phases at the same time, unless expressly stated otherwise.
  • phase transition into a phase which occurs at a lower temperature without an electric field is also possible.
  • the determination of the phases for the characterization of the materials, particularly the control media themselves relates to the case in which there is no electric field, whereas the determination of the phases in the characterization of the light control elements takes place with the application of a corresponding voltage, usually the operating voltage, or the threshold voltage, unless expressly stated otherwise.
  • the transition temperature T (*, BP) is determined in the field-free state, whereas the transition temperature T (BP, I) is determined by applying an electric field the change in the slope of the temperature dependence of the characteristic voltages of the light control elements is determined.
  • the control media preferably have a blue phase, particularly preferably a blue phase and a further mesophase, preferably a cholesteric phase.
  • the nematic mixture ZLI-4792 from Merck KGaA, Darmstadt, Germany is used as the preferred medium for investigating the mesogenic properties of the materials which have no mesophase.
  • the mesogenic materials preferably have a clearing point of -50 ° C. or more extrapolated from 10% solution in this mixture, particularly preferably of -20 ° C. or more and very particularly preferably of 0 ° C. or more.
  • the control medium contains a chiral doping component, component (A), and optionally an achiral component, component (B).
  • the chiral component (A) contains one or more chiral compounds, preferably it consists of these compounds. This chiral
  • Compounds have a mesogenic structure and preferably themselves have one or more mesophases, preferably at least one cholesteric phase.
  • the mesogenic control medium consists only of the chiral component (A).
  • the control medium contains one or more, preferably two or more, particularly preferably three, four or more chiral compounds.
  • the control medium preferably contains one or more compounds which preferably have a cholesteric phase.
  • the control medium can also advantageously contain one or more chiral compounds, one, several or all of which have no mesophase themselves.
  • chiral compounds are preferred which have a melting point above ambient temperature, since these are easier to handle.
  • connections are large HTP, ie compounds which induce a short cholesteric pitch even when using low concentrations in nematic host mixtures, is preferred.
  • the mesogenic control medium consists of a chiral component (A) and an achiral component (B).
  • the chiral component contains one or more, preferably two or more chiral compounds and the achiral component (B) one or more, preferably two or more, particularly preferably three, four or more achiral compounds.
  • a chiral compound or a plurality of the chiral compounds of component (A) have a mesophase, preferably a cholesteric phase.
  • the chiral compounds influence the physical properties of the mesogenic achiral component (B), e.g. the clearing point, the birefringence and the dielectric anisotropy, relatively little, and correspondingly large concentrations of the chiral component (A) can also be used, which enables the use of compounds with a relatively low HTP.
  • the physical properties of the mesogenic, achiral component (B), e.g. the clearing point, birefringence and dielectric anisotropy are changed relatively little as long as the cholesteric pich is long enough, usually much larger than the wavelength of light.
  • the chiral compound or the chiral compounds of component (A) have no mesophase.
  • This embodiment is particularly preferred when the chiral component (A) has a large HTP in the achiral component (B), because then the desired low cholesteric pitch can be obtained with a small concentration of the chiral component (A) ??? which means that the physical properties of the control medium, such as the clearing point, birefringence and dielectric anisotropy, are changed only slightly compared to those of the achiral component (B).
  • the cholesteric pich values are relatively small, of the order of magnitude
  • the chiral component (A) induces a completely different phase in the mesogenic medium, a blue phase, the structure of which is completely different from that of the nematic and cholesteric phase.
  • the physical properties, such as the clearing point, birefringence and dielectric anisotropy, of the media which contain both the chiral component (A) and the achiral component (B) are generally not accessible using the methods customary in nematic liquid crystal mixtures ,
  • the chiral component (A) is replaced by an achiral component (A ') with the same concentration to determine the corresponding physical properties.
  • the achiral component (A 1 ) contains the same compound or the same compounds in the same concentrations as the component (A).
  • component (A) contains the
  • Component (A ') is not the chiral compounds, but the corresponding racemates, i.e. an unchiral mixture of the respective two corresponding enantiomers of each of the compounds in a ratio of 1: 1.
  • the blue phase occurs in the medium which contains both component (A) and component (B).
  • One or more of the achiral compounds of component (B) preferably have a mesophase, preferably a smectic and / or nematic, preferably a nematic phase.
  • the achiral component (B) makes up the majority of the control medium.
  • the concentration of the chiral component in the control medium is preferably 0.5% to 45%, particularly preferably 1% to 35% and very particularly preferably 3% to 25%.
  • the cholesteric pitch of the control medium in the cholesteric phase also called chiral nematic, can be represented in a first approximation by equation (1).
  • equation (1) can be modified accordingly.
  • the development of the cholesteric pitch in the form of a polynomial (2) is usually used for this.
  • equation (1) is modified to equation (3).
  • the temperature dependency of the HTP is usually also shown in a polynomial development (4), it often being possible to terminate after the linear element.
  • HTP (T) HTP (To) + ßi ⁇ (T- T 0 ) + ß 2 ⁇ (T- T 0 ) 2 + ... (4)
  • HTP HTP at temperature T
  • HTP HTP at temperature To
  • ßi and ß 2 constants which depend on the chiral component (A) and the achiral component (B).
  • the chiral component (A) contains one or more chiral compounds with an HTP (English “helical twisting power") in the commercial, nematic host mixture MLC-6260 from Merck KGaA, Darmstadt of 10 ⁇ m "1 or more, preferably of 30 ⁇ m " 1 or more, particularly preferably of 50 ⁇ m "1 or more and very particularly preferably of 90 ⁇ m " 1 or more.
  • HTP American “helical twisting power”
  • the chiral component (A) contains two or more chiral compounds.
  • the chiral compounds preferably all have the same sign of the HTP.
  • the control medium preferably has a characteristic temperature, in a preferred embodiment a clearing point, in the range from -30 ° C. to 80 ° C., preferably up to 55 ° C.
  • the light control elements according to the invention preferably contain a mesogenic medium which is in the blue phase at operating temperature. This medium is conveniently located on or under a substrate.
  • the control medium is usually located between two substrates. This embodiment is preferred. If the control medium is between two substrates, at least one of these substrates is translucent.
  • the translucent substrate, or the translucent substrates can, for. B. consist of glass, quartz or plastic. If a substrate is used that is not translucent, this can consist, among other things, of a metal or a semiconductor. These media can be used as such or on a support e.g. a ceramic.
  • the control medium is a polymeric medium, the use of a second substrate can optionally be dispensed with. Polymer control media can even be self-supporting. In this case, no substrate is required. In this case, just as when using only flexible substrates, flexible light control elements can be implemented.
  • the operating temperature of the light control element is preferably above the characteristic temperature of the control medium, usually the transition temperature of the control medium to the blue phase, in which Usually in the range from 0.1 ° to 50 ° above this temperature, preferably in the range from 0.1 ° to 10 ° above this temperature and particularly preferably in the range from 0.1 ° to 5 ° above this temperature.
  • the operating temperature is preferably in the range from the transition temperature of the control medium to the blue phase to the transition temperature of the control medium to the isotropic phase, the clearing point.
  • the light control elements can also be operated at temperatures at which the control medium is in the isotropic phase. Then, however, the temperature dependence of the operating voltage increases, which is usually undesirable.
  • the operating temperature range of the light control elements according to the invention preferably extends at least over a temperature range of 5 ° or more, preferably 20 ° or more, preferably of
  • the operating temperature range of the light control elements according to the invention preferably extends at least from 10 ° C. or less to 50 ° C. or more, preferably at least from 0 ° C. or less to 60 ° C. or more, particularly preferably at least from -20 ° C. or less to 80 ° C or more, most preferably at least from -30 ° C or less to 100 ° C or more, and most preferably at least from -40 ° C or less to 120 ° C or more.
  • the operating temperature range of the light control elements according to the invention extends relative to the characteristic temperature of the control medium at least up to 50 ° C. or more above the characteristic temperature, particularly preferably at least -5 ° C. or less below the characteristic temperature up to 60 ° C or more above the characteristic temperature and very particularly preferably at least from -10 ° C below the characteristic temperature or less to 80 ° C or more above the characteristic temperature.
  • a voltage is applied, an orientation is induced in the optically isotropic phase in the mesogenic medium, which leads to an optical delay which can be visualized in a known manner, for example and preferably between crossed polarizers.
  • An inhomogeneous electric field is preferably used.
  • the light control elements according to the invention contain at least one element for polarizing the light. In addition, they preferably contain a further optical element. This further optical element is either a second element for polarizing the light, a reflector or a transflector.
  • the optical elements are arranged such that the light passes through at least one polarizing element at least once when it passes through the mesogenic medium of the light control element both before it enters the mesogenic medium and after it exits the mesogenic medium.
  • the mesogenic medium is located between two polarizers, that is to say a polarizer and an analyzer.
  • Two linear polarizers are preferably used.
  • the absorption axes of the polarizers are preferably crossed and preferably form an angle of 90 °.
  • the light control element according to the invention optionally contains one or more birefringent layers. It preferably contains one ⁇ / 4 layer or several ⁇ / 4 layers, preferably one ⁇ / 4 layer.
  • the optical delay of the ⁇ / 4 layer is preferably approximately 140 nm.
  • the layer thickness (d) of the mesogenic control medium is preferably 0.1 ⁇ m to 5,000 ⁇ m (ie 5 mm), particularly preferably 0.5 ⁇ m to 1,000 ⁇ m (ie 1 mm), particularly preferably 1.0 ⁇ m to 100 ⁇ m and very particularly preferably 1.5 ⁇ m, preferably 3.0 ⁇ m, to 30 ⁇ m and in particular 2.0 ⁇ m, preferably 3.5 ⁇ m, to 20 ⁇ m.
  • the layer thickness of the mesogenic control mediums preferably 0.5 ⁇ m to 50 ⁇ m, particularly preferably 1.0 ⁇ m to 20 ⁇ m and very particularly preferably 1.0 ⁇ m to 8.0 ⁇ m.
  • the present invention also relates to electro-optical displays which contain one or more light control elements according to the invention. These electro-optical displays are preferably controlled by means of an active matrix.
  • the present invention further relates to electro-optical display systems containing one or more electro-optical displays according to the invention.
  • These electro-optical display systems are preferably used to display information, among other things, preferably as a television screen or as a computer monitor.
  • the information to be displayed is preferably digital signals or video signals.
  • the light control element according to the invention can additionally contain one or more other conventional optical elements such as birefringent layers (e.g. compensation layers), diffuser layers, and elements for increasing the brightness and / or the luminous efficiency and / or the viewing angle dependency, this list not being exhaustive.
  • birefringent layers e.g. compensation layers
  • diffuser layers e.g., diffuser layers
  • the light control elements according to the invention are characterized by a good contrast, which is strong and almost predominantly from that
  • the polarizers used depends. For comparison with conventional TN cells, TN cells with an optical delay of 0.50 ⁇ m, positive contrast and the absorption axis of the polarizers perpendicular to the preferred orientation of the nematic liquid crystals on the adjacent substrate, which do not contain chiral liquid crystals, are used here.
  • the contrast of the light control elements according to the invention depends, among other things, in particular on the shape, type and structure of the electrodes used. If the same polarizers are used in the light control elements according to the invention and in these conventional TN cells, the contrast of the light control elements according to the invention is generally 20% or more, in part, especially at observation angles that deviate greatly from the normal of the display surface, 40% or more larger than the contrast of the TN cells.
  • an isocontrast curve of a given contrast ratio in the light control elements according to the invention generally includes an angular range which is more than twice as large, often even more than three times as large as the corresponding isocontrast curve for the same contrast ratio in the TN display. .
  • the switching times of the light control elements according to the invention are very short. As a rule, they are values of 5 ms or less, preferably 1 ms or less, particularly preferably 0.5 ms or less and very particularly preferably 0.1 ms or less.
  • the electro-optical characteristic was characterized by characteristic voltages.
  • the voltages at which 10%, 50% or 90% relative contrast is achieved were used for this purpose.
  • Voltages (short V ⁇ 0 , V 5 o and V 90 ) are also as threshold, Mittgrautial Saturation voltage.
  • V 70 the voltage at which 70% relative contrast is reached was generally determined.
  • Electro-optical displays according to the present invention contain one or more light control elements according to the invention. These are in a preferred embodiment controlled by an active matrix.
  • the light control elements according to the invention are actuated in the so-called “field sequential mode”.
  • the switching elements are illuminated in succession with differently colored light in synchronism with the actuation.
  • a color wheel for example, Strobe lamps or flash lamps are used.
  • Electro-optical displays according to the present invention can contain a color filter for displaying colored images.
  • This color filter expediently consists of a mosaic of filter elements of different colors.
  • An element of the color filter mosaic of a color is typically associated with each electro-optical switching element.
  • the light control elements according to the invention contain an electrode structure which generates an electric field with a significant component parallel to the layer of the mesogenic medium.
  • This electrode structure can be designed in the form of interdigital electrodes. It can be designed in the form of combs or ladders. Designs in the form of superimposed "H” s and double “T” s or Ts are also advantageous.
  • the electrode structure is advantageously located on only one side of the mesogenic medium, if at least one substrate is used, preferably between this and the mesogenic medium.
  • the electrode structure is preferably present in at least two different planes, both of which are located on one side of the mesogenic control medium. This applies in particular if the electrode structure contains overlapping partial structures.
  • These substructures are advantageously separated from one another by a dielectric layer. If the substructures are on the opposite sides of an insulation layer, a "lay out" can be selected which allows capacitors to be produced. This is particularly advantageous when controlling displays by means of an active matrix.
  • Such an active matrix Displays use a matrix of control elements assigned to the individual light control elements with a non-linear current-voltage characteristic, such as, for. B. TFTs or MIM (English: “metal insulator metal”) diodes.
  • the structure of light control elements with a mesogenic control material in an optically isotropic phase is described in principle in DE 102 172 73.0.
  • the structure of the light control elements according to the invention is briefly described here.
  • the switching element contains the control medium between the inner surfaces of the substrates. On the inner surface of the one substrate there is that of the electrode structure with at least two electrodes which can be acted upon with different potentials.
  • the electrodes can be made of transparent material, such as. B. Indium Tin Oxide (ITO). In this case, it may be advantageous and possibly necessary to cover a part or parts of the light control element using a black mask. This allows areas where the electric field is not effective to shield and thus improve the contrast.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • the electrodes can also be made of opaque
  • Material usually made of metal, e.g. made of chrome, aluminum, tantalum, copper, silver or gold, preferably made of chrome. In this case, the use of a separate black mask may not be necessary.
  • the electric field used is preferably an inhomogeneous field.
  • the electrodes preferably have a spacing from one another in the range from 0.5 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably in the range from 1 ⁇ m to 20 ⁇ m, particularly preferably in the range from 1 ⁇ m to 15 ⁇ m is particularly preferably in the range from 2 ⁇ m to 12 ⁇ m and most preferably in the range from 2 ⁇ m, preferably from 3 ⁇ m to 11 ⁇ m.
  • control voltage decreases as the electrode distance decreases. At the same time, however, the opening ratio and thus the
  • Transmission and with a given lighting also the brightness of the display.
  • an electrode spacing that is 8 ⁇ m or more, particularly preferably 10 ⁇ m or more and very particularly preferably 12 ⁇ m or more is preferably used.
  • the distance between the electrodes is preferably 19 ⁇ m or less, particularly preferably 15 ⁇ m or less, very particularly preferably 10 ⁇ m or less and particularly preferably 9 ⁇ m or less.
  • the width of the electrodes in the direction of the neighboring electrodes, to which different potentials can be applied, is less critical than the distance between the electrodes in this direction. It has almost no influence on the characteristic voltages of the light control elements. However, as the width of the electrodes increases
  • Opening ratio of the light control element is smaller and the brightness decreases, especially if the electrodes are made of opaque material.
  • the electrodes preferably have a width in the range from 0.5 ⁇ m to 30 ⁇ m, preferably in the range from 0.5 ⁇ m to 20 ⁇ m, particularly preferably in the range from 0.7 ⁇ m to 19 ⁇ m, very particularly preferably in the range from 1 ⁇ m to 9 ⁇ m and most preferably in the range from 1.5 ⁇ m to 6 ⁇ m.
  • the mesogenic media according to the present invention preferably have a blue phase.
  • media can also be used in which the temperature range of the blue phase is so narrow that there is practically a transition from the crystalline phase, from the smectic phase or from the nematic phase to the isotropic phase.
  • the characteristic temperature or the clearing point of the mesogenic media which preferably have a blue phase, is preferably in the range from -20 ° C. to 80 ° C., preferably from -30 ° C. to 80 ° C.
  • the characteristic temperature or the clearing point is 60 ° C. or less, particularly preferably it is in the range from 0 ° C. to 60 ° C., preferably in
  • the characteristic temperature in a preferred embodiment the clearing point, is preferably in the range from 10 ° C. to 70 ° C. and particularly preferably in the range from 30 ° C. to 60 ° C.
  • the blue phase is preferably stable to -10 ° C, particularly preferably to -30 ° C and very particularly preferably to -40 ° C.
  • the optical anisotropy of the medium or the achiral component (B) of the medium at a temperature of 4 ° below the characteristic temperature or the clearing point, the medium or the component (B) is preferably 0.070 or more, preferably 0.080 or more, particularly preferably 0.090 or more and very particularly preferably 0.100 or more.
  • a higher control voltage is necessary than when using media with a larger optical anisotropy.
  • media with an achiral component can also be used which have a smaller optical anisotropy than 0.070.
  • the achiral component (B) of the mesogenic media according to the invention preferably has a birefringence ( ⁇ n) of 0.100 or more, particularly preferably of, in the nematic phase at a temperature of 4 degrees below the clearing point
  • the concentration of the chiral component (A) is 20% or less, preferably 10% or less and very particularly preferably 7% or less of the mesogenic medium.
  • the value of the birefringence of component (B) is virtually unlimited for the application according to the invention. In practice, however, it is usually 0.500 or less and usually 0.450 or less.
  • the value of the birefringence of the media according to the invention is measured here in the nematic phase at a temperature of 4 ° below the clearing point.
  • the achiral component of the control medium (component (B)) is not stably nematic at this temperature or at least up to this temperature subcoolable in the nematic phase, then, just as with individual substances and premixes, the birefringence of a mixture of the medium and the nematic becomes Mixture ZLI-4792 from Merck KGaA determined at 20 ° C and extrapolated from the change compared to mixture ZLI-4792 to the value of the pure medium. 10% of the medium and 90% of the mixture ZLl-4792 are used.
  • solubility of the medium is not sufficient, a concentration of 5% is used and if the solubility is still not sufficient, the nematic mixture MLC-6828 from Merck KGaA is used as the host mixture, as described further below, and if necessary also here Concentration decreased from 10% to 5%.
  • the process of extrapolating the values from the host mixture is used for all corresponding properties of the media, provided that these cannot be examined in the nematic phase at the corresponding temperature.
  • Component (B) of the mesogenic media according to the present invention preferably has a dipole element of 4 debye or more, particularly preferably 6 debye or more and particularly preferably 8 debye or more.
  • Both mesogenic control media whose component (B) have a positive dielectric anisotropy ( ⁇ ) in the mesophase and those whose component (B) have a negative dielectric anisotropy in the mesophase can be used for the light control elements according to the present invention.
  • component (B) of the mesogenic control media has a positive dielectric anisotropy, this has a value of preferably 15 or more, particularly preferably 30 or more and at 1 kHz and a temperature of 4 ° below the clearing point, preferably in the nematic phase most preferably 45 or more. If component (B.) of the medium has no nematic phase or if it is not in the nematic phase at a temperature of 4 ° below the clearing point, its dielectric anisotropy, like birefringence, is determined by extrapolating the values of a corresponding host mixture determined.
  • component (B) of the mesogenic control medium has a negative dielectric anisotropy, this is preferably -5 or less, particularly preferably -7 or less and very particularly preferably -10 or less.
  • the nematic mixture ZLI-3086 from Merck KGaA is used as the host mixture, if necessary.
  • Control media with a component (B) of positive dielectric anisotropy are particularly preferred.
  • the control media according to the invention preferably have a characteristic voltage V 10 in the range from 5 V to 150 V, preferably from 15 V to 110 V, particularly preferably from 20 V to 90 V and in the light control elements according to the invention at a temperature of 2 degrees above the characteristic temperature very particularly preferably from 30 V to 80 V.
  • the characteristic voltages are given in this application for cells with a width of the electrodes of 10 ⁇ m and an electrode spacing of 10 ⁇ m, unless expressly stated otherwise.
  • the control media according to the invention particularly preferably have a characteristic voltage V-io in the light control elements according to the invention at a temperature of 2 degrees above the characteristic temperature 105 V or less, preferably 95 V or less, particularly preferably 75 V or less and very particularly preferably 50 V or less.
  • control media according to the invention have a characteristic voltage V-io in the range from 2 V, preferably from 5 V to 110 V, particularly preferably from 10, in the light control elements according to the invention at a temperature of 2 degrees above the characteristic temperature V to 90 V and very particularly preferably from 10 V to 80 V.
  • control media according to the invention have a characteristic voltage V- in the range from 2 V to 100 V, preferably from 3 V to 50 V, particularly preferably in the light control elements according to the invention at a temperature of 2 degrees above the characteristic temperature from 4 V to 30 V, very particularly preferably from 5 V to 20 V and most preferably from 5 V or 7 V to 15 V.
  • Tc h ar. a characteristic temperature
  • the characteristic temperature if the characteristic voltage as a function of temperature passes through a minimum, the temperature of this minimum is called the characteristic temperature
  • the control medium has one or more blue phases, the temperature of the transition to the blue phase becomes when several blues occur
  • phases the temperature of the transition to the blue phase that occurs first with increasing temperature referred to as the characteristic temperature
  • the characteristic temperature if the characteristic voltage as a function of temperature has no minimum and the control medium also no blue Phase, the temperature of the transition to the isotropic phase is referred to as the characteristic temperature.
  • the control media according to the invention preferably have a low temperature dependence of the characteristic voltages (Vx), for example V 10 , V 50 , V 70 and V 90, in the light control elements according to the invention.
  • the temperature dependence (dV ⁇ / dT) of the characteristic voltages (V x ) is preferably described by their relative values (dV * ⁇ / dT). For this purpose, it is related to the respective characteristic voltage at a reference temperature.
  • the reference temperature (T. R.) The temperature is 2 degrees above the characteristic temperature of the respective control medium.
  • Vx the voltage at which X% relative contrast is reached
  • T the temperature
  • Tre f the reference temperature
  • T re f. T cha r. + 2 ° (see text)
  • the relative temperature dependency of the characteristic voltages is preferably specified over a certain temperature range, starting below to above the desired operating temperature.
  • the operating temperature is preferably in a range from 0.5 ° to 60 °, particularly preferably from 1 ° to 50 ° and very particularly preferably from 1 ° to 30 ° above the characteristic temperature of the control medium in the cell.
  • the temperature dependency in this application is over a range from (approx.) One degree below to (approx.) One degree above a temperature of two (approx.) Degrees above the characteristic
  • Temperature of the control medium specified.
  • the temperature dependency is given as the quotient of the difference between the voltage values at the extreme temperatures (end temperatures or limit temperatures) and the difference between these temperatures and assigned to the mean value of these temperatures, unless explicitly stated otherwise.
  • the amount and preferably the value of the temperature dependence of the characteristic voltages, preferably of V 70 , in this temperature range is preferably in the range from 0% / degree to 30% / degree, preferably in the range from 0% / degree to 23% / degree, preferably up to 22% / degree, preferably up to 20% / degree, particularly preferably in the range from 0% / degree to 15% / degree, preferably up to 12% / degree and very particularly preferably from 0% / degree to 7% / degree.
  • the light control elements according to the invention preferably have a low temperature dependence over a wide range of operating temperatures.
  • the limits mentioned apply particularly preferably to the temperature dependency over a temperature range of +/- 1 ° or more around the operating temperature in the range of the operating temperatures selected from the range from 2 ° above the characteristic temperature of the control medium to 10 ° above the characteristic temperature, particularly preferably above a temperature range of +/- 4 ° around the temperature of 5 ° above the characteristic temperature, particularly preferably over a temperature range of +/- 1 ° or more around the operating temperature in the range of operating temperatures selected from the range of 2 ° above the characteristic temperature up to 20 ° above the characteristic temperature, very particularly preferably over a temperature range of +/- 4 °, preferably +/- 9 ° around the temperature of 10 ° above the characteristic temperature.
  • control media used in the light control elements according to the invention preferably have a blue phase which extends over a temperature range with a width of 5 degrees or more, preferably of 10 degrees or more, particularly preferably from 20 degrees or more and very particularly preferably from 30 degrees or more.
  • control media used in the light control elements according to the invention preferably have a blue phase which extends over a temperature range with a width of 15 degrees or more, particularly preferably 30 degrees or more and very particularly preferably 40 degrees or extends more.
  • the control media preferably have an operating temperature range, preferably a blue phase in the temperature range from 20 ° C. or less to 35 ° C. or more, particularly preferably in the temperature range from 10 ° C. or less to 50 ° C. or more, particularly preferably in the temperature range from 0 ° C or less to 60 ° C or more, and most preferably in the temperature range from -30 ° C or less to 80 ° C or more.
  • the width of the temperature range of the blue phase is determined as follows, unless expressly stated otherwise.
  • the HTP of the individual compounds of the chiral component (A) or of the entire chiral component (A) is first determined in the commercially available liquid crystal mixture MLC-6828 from Merck KGaA.
  • a mixture of the chiral component (A) in the (especially developed for this purpose) achiral liquid crystal mixture AM-3 is then produced to check the occurrence of a blue phase.
  • the composition and properties of this mixture are given in Example 4.
  • the concentration of component (A) in the achiral mixture is chosen such that the cholesteric pitch of the resulting mixture is in the range from 180 nm to 800 nm, preferably in the range from 400 nm to 600 nm and particularly preferably at 550 nm.
  • a drop of the mixture thus obtained is covered on a slide with a glass plate and examined under the microscope. At a layer thickness of approx. 100 ⁇ m or more, the blue phase can be observed directly (see also Gray and Goodby).
  • the mixture of the control medium to be examined can then be produced.
  • the chiral component (A) is dissolved in the achiral component (B) in the desired concentration.
  • the cholesteric pitch can optionally be increased until the blue phase is accessible for observation under the microscope. The following three options are available for this, which are specified in the order of their preference:
  • the concentration of component (A) is reduced, e.g. by adding component (B) until the value of the cholesteric pitch given above in connection with the method described with the reference mixture AM-3 is reached;
  • the compensation of the HTP of component (A) is carried out by using one or more chiral compounds with the opposite sign of HTP to component (A) until the desired pitch and
  • Component (A) corresponding enantiomers to compensate for the HTP of component (A) in the concentration which leads to the desired pitch being reached.
  • the mixture of component (A) and (B) is filled as a control medium into a cell with a layer thickness of 20 ⁇ m or less, preferably about 10 ⁇ m, and examined for its electro-optical properties.
  • phase behavior of the control medium is then examined in the electro-optical test cell. For this, the
  • the occurrence of the blue phase in the light control element can be recognized by the onset of the optical isotropy with increasing temperature.
  • the electro-optical effect occurs at the transition temperature at which the conversion into an optically isotropic phase takes place, similar to that described in DE 102 17 273.0.
  • the media according to the present invention are then in the blue phase and not in the isotropic phase, like the media described in DE 102 17 273.0.
  • the electro-optical effect in the light control elements according to the invention is characterized as follows. The cells are (completely) dark with crossed polarizers. This is especially true when the cholesteric pitch is much smaller than the wavelength of the light used.
  • the contrast of the electro-optical effect according to the invention has virtually no viewing angle dependency and the effect shows no bistability.
  • the characteristic voltages generally increase slightly as the temperature rises. This effect can be observed over the entire area of the blue phase. Even after the transition temperature from the blue phase to the isotropic phase has been exceeded, the electro-optical effect can be observed.
  • the operating temperature range of the light control elements according to the invention is therefore generally greater than the range in which the blue phase occurs in the control media. At temperatures above the phase transition from the blue phase to the isotropic phase, however, the gradient of the increase in the characteristic voltages with the temperature is significantly larger than in the blue phase.
  • the transition temperature from the blue to the isotropic phase can be obtained by interpolation from the respective (often almost linear) courses of the characteristic voltages with the temperature below or above this transition temperature.
  • the temperature range over which the blue phase occurs in the control medium can also be confirmed by DSC (English “differential scanning calorimetry”).
  • DSC Differential scanning calorimetry
  • the width of the blue phase is defined as follows in the present application.
  • the temperature at the upper end of the phase range is defined as the temperature at which the characteristic voltage assumes twice the value of the minimum of the characteristic voltage.
  • the temperature at the lower end of the phase range is the temperature at which the characteristic voltage also assumes twice the value of the minimum of the characteristic voltage. However, if this value is not reached at temperatures below the temperature of the minimum, the temperature at which the electro-optical effect first occurs with increasing temperature is defined as the temperature of the lower end of the phase range.
  • the electro-optical effect preferably shows when viewed from the preferred viewing angle, preferably over a viewing angle range that extends horizontally and vertically up to 30 ° or more, preferably up to 40 ° or more, particularly preferably up to 45 ° or more and very particularly up to 60 ° or more, a contrast ratio of 5: 1 or more, preferably 10: 1 or more and very particularly preferably 15: 1 or more.
  • the electro-optical effect preferably shows a switching time of 15 ms or less, preferably 10 ms or less, particularly preferably 5 ms or less and very particularly preferably 3 ms or less.
  • the switching times are determined under the following conditions, unless explicitly stated otherwise.
  • ⁇ on the value of the square-wave voltage is increased from V 0 to V-ioo of the switching element and the time that elapses for the change in the transmission or the relative contrast from 10% to 90% is determined.
  • the switch-off time ( ⁇ 0ff ) is specified for switching from 90% to 10% relative contrast when the voltage is reduced from V-ioo to Vo.
  • the clearing point of the control medium in the cell differs from that in bulk, the characteristic voltages in the control media which do not have a blue phase and in which the characteristic voltages do not go through a minimum with increasing temperature, the temperature becomes the clear point in related to the cell.
  • the mesogenic control medium does not have a clear clearing point when determined in a capillary in the clearing point measuring device (Mettler), but rather a relatively wide clearing range, which is typically a few degrees wide, here, in deviation from the usual definition , not the beginning of the clarification, but the end of the clarification area referred to as the clarification point.
  • the mesogenic media according to the present invention preferably consist of two to 40 compounds, particularly preferably five to 30 compounds and very particularly preferably seven to 25 compounds.
  • the chiral compounds of the chiral component (A) preferably have a high HTP. They are also called chiral dopants because they are usually added to mesogenic base mixtures in relatively low concentrations. They preferably have good solubility in the achiral component (B). They affect the mesogenic or liquid crystalline properties of the mesogenic
  • the cholesteric pitch has small values that are much smaller than the wavelength of the light.
  • the cholesteric pitch is on the order of the wavelength of light, they induce a blue phase, with a completely different structure than that of the cholesteric phase.
  • two or more chiral compounds are used, they can have the same or the opposite direction of rotation and the same or opposite temperature dependence of the twist.
  • Chiral compounds with an HTP in the commercial liquid crystal mixture MLC-6828 from Merck KGaA are particularly preferred of 20 ⁇ m "1 or more, in particular of 40 ⁇ m " 1 or more, particularly preferably of 70 ⁇ m "1 or more.
  • the chiral component (A) consists of two or more chiral compounds, all of which have the same sign of the HTP.
  • the temperature dependence of the HTP of the individual connections can be large or small.
  • the temperature dependence of the pitch of the medium can be compensated for by mixing compounds with different temperature dependencies of the HTP in appropriate ratios.
  • optically active component ??? a large number of commercially available chiral dopants are available to the person skilled in the art
  • Particularly suitable dopants are compounds which have one or more chiral radicals and one or more mesogenic groups, or one or more aromatic or alicyclic groups which form a mesogenic group with the chiral radical.
  • Suitable chiral radicals are, for example, chiral branched hydrocarbon radicals, chiral ethanediols, binaphthols or dioxolanes, furthermore mono- or multi-bonded chiral radicals selected from the group comprising sugar derivatives, sugar alcohols, sugar acids, lactic acids, chiral substituted glycols, steroid derivatives, terpene acids or derivatives of amino derivatives, amino acids few, preferably 1-5, amino acids.
  • Preferred chiral residues are sugar derivatives such as glucose, mannose, galactose, fructose, arabinose, dextrose; Sugar alcohols such as, for example, sorbitol, mannitol, iditol, galactitol or their anhydro derivatives, in particular dianhydrohexites such as dianhydrosorbide (1: 4: 3,6-dianhydro-D-sorbide, isosorbide), dianhydromannite (isosorbitol) or dianhydroidite (isoiditol); Sugar acids such as, for example, gluconic acid, gulonic acid, ketogulonic acid; chiral substituted glycol residues such as mono- or oligoethylene or propylene glycol, in which one or more CH 2 groups are substituted by alkyl or alkoxy; Amino acids such as alanine, valine, phenylglycine or phenylalanine, or sequences of 1 to 5 of these
  • Suitable chiral radicals and mesogenic chiral compounds are described, for example, in DE 34 25 503, DE 35 34 777, DE 35 34 778, DE 35 34 779 and DE 35 34 780, DE 43 42 280, EP 01 038 941 and DE 19541 820.
  • Dopants are particularly preferably selected from the group comprising compounds of the following formulas A-1 to A-III.
  • R a i ⁇ and R a i2 ⁇ independently of one another, alkyl, oxaalkyl or alkenyl with 2 to 9, preferably up to 7 C atoms and R a11 also methyl or alkoxy with I to 9 C atoms, preferably both alkyl, preferably n-alkyl,
  • R a21 and R a22 independently of one another, alkyl or alkoxy having 1 to 9, preferably up to 7 carbon atoms, oxaalkyl, alkenyl or alkenyloxy having 2 to 9, preferably up to 7 carbon atoms, preferably R a21 R a22 , preferably alkyl, preferably n-alkyl,
  • R a31 and R a32 independently of one another, alkyl, oxaalkyl or alkenyl with 2 to 9, preferably up to 7 C atoms and R a11 also methyl or alkoxy with I to 9 C atoms, preferably both alkyl, preferably n-alkyl,
  • Dopants are particularly preferably selected from the group comprising compounds of the following formulas.
  • hydrobenzoin Diphenylethanediol (hydrobenzoin), especially mesogenic hydrobenzoin derivatives of the following formula A-V
  • B and C are each independently 1, 4-phenylene, which can also be mono-, di- or trisubstituted by L, or 1, 4-cyclohexylene,
  • R ° alkyl, alkoxy, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl or
  • the compounds of the formula A-IV are described in WO 98/00 428.
  • the compounds of formula A-V are described in GB-A-2 328 207.
  • Very particularly preferred dopants are chiral binaphthyl derivatives as described in WO 02/94 805, chiral binaphthol acetal derivatives as described in WO 02/34 739, chiral TADDOL derivatives as described in WO 02/06 265, and chiral dopants with at least one fluorinated bridging group and a terminal or central chiral group as described in WO 02/06 196 and WO 02/06 195.
  • X 1 , X 2 , Y 1 and Y 2 each independently of one another, F, Cl, Br, I, CN, SCN, SF 5 , straight-chain or branched alkyl having 1 to 25 C atoms, soft one or more times by F, Cl, Br, I or CN can be substituted, in which also one or more non-adjacent CH 2 groups, in each case independently of one another, by -O-, -S-, -NH-, NR ° -, -CO-, -COO -, -OCO-, -OCOO-,
  • x 1 and x 2 each independently, 0, 1, or 2
  • y 1 and. each independently, 0, 1, 2, 3, or 4,
  • B 1 and B 2 are an aromatic or a partially or completely saturated aliphatic six-membered ring, in which one or more CH groups are represented by N -
  • W 1 and W 2 each independently of one another, -Z 1 -A 1 - (Z 2 -A 2 ) m -R, one of the two alternatively also R 1 or A 3 , but not both simultaneously H, or
  • U and U 2 each independently of one another, CH 2 , O, S, CO, or CS,
  • V 1 and V 2 each independently of one another, (CH 2 ) n , in which one to four non-adjacent CH 2 groups can be replaced by O and / or S, and one of V 1 and V 2 , and in the case that
  • Z 1 and Z 2 each independently of one another, -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NR 0 -, -NR ° -CO-, -0-CH 2 -, -CH2-O-, -S-CH 2 -, -CH 2 -S-, -CF2-O-, -O-CF2-, -CF 2 -S-, -S-CF 2 -, -CH2-CH2-, -CF 2 -CH2-, -CH2-CF2-, -CH2-CF2-, -CH2-CF2-, -CH2-CF2-, -CH2-CF2-, -CH2-CF2-,
  • a 1 , A 2 and A 3 each independently, 1, 4-phenylene, in which one or two non-adjacent CH groups can be replaced by N, 1, 4-cyclohexylene, in which one or two non-adjacent CH 2 groups can be replaced by O and / or S, 1,3-dioxolane-4,5-diyl, 1,4-cyclohexenylene, 1,4-bicyclo- (2,2,2) -octylene, piperidine-1,4- diyl, haphthalene-2,6-diyl, decahydronaphthalene-2,6-diyl or 1, 2,3,4-tetrahydronaphthalene-2,6-diyli, where each of these groups can be substituted one or more times by L, and also A 1 a
  • halogen atom preferably F, CN, N0 2l alkyl, alkoxy, alkylcarbonyl, alkoxycarbonyl or alkoxycarbonyloxy with 1-7 C atoms, in which one or more H atoms can be replaced by F or Cl,
  • n in each case independently 0, 1, 2 or 3 and
  • R and R each independently of one another, H, F, Cl, Br, I, CN, SCN, SF 5 , straight-chain or branched alkyl with 1 or 3 to 25 C-
  • B, R ° and Z ° have the meaning given for formula A-IV and b is 0, 1 or 2, and Z ° in particular denotes -OCO- or a single bond.
  • R has the meaning given for formula A-IV, X is H, F Cl, CN or R °, preferably F.
  • the dopants of the above formulas A-IV, AV, and A-VI show good solubility in the achiral Component, and induce a cholesteric structure with high twist and low temperature dependence of the helical pitch.
  • media according to the invention with favorable properties can be obtained in small amounts, which are particularly suitable for use in light control elements in which the control medium is controlled in the optically isotropic phase.
  • the achiral component (B) of the mesogenic media according to the invention with positive dielectric anisotropy according to the present invention preferably contains
  • B-A a component consisting of one or more compounds with a very strongly positive dielectric anisotropy of 30 or more
  • B-B a component consisting of one or more compounds with a highly positive dielectric anisotropy of 10 to ⁇ 30,
  • component (B-C) consisting of one or more compounds with a moderately positive dielectric anisotropy of> 1.5 to ⁇ 10,
  • a component (B-D) consisting of one or more dielectric neutral connections with a dielectric
  • a component (B-E) consisting of one or more compounds with a negative dielectric anisotropy of less than -1.5.
  • Component (BA) of component (B) of these media preferably contains one or more compounds of the formula I and particularly preferably consists predominantly and very particularly preferably almost completely of one or more compounds selected from the compounds of the formulas I and II,
  • R 1 is alkyl with 1 to 7 carbon atoms or oxaalkyl with 2 to 7 carbon atoms, in each case preferably with 2 to 5 carbon atoms, preferably alkyl,
  • the compounds of the formula I preferably having three or more, more preferably four or more fluorine atoms on the phenyl rings, but preferably not more than two F atoms per phenyl ring, particularly preferably Y. ⁇ 11, ⁇ Y / 12 and Y - 13 F and preferably Z 12 means -COO
  • n 2 represents 0 or 1.
  • component (B) of the media contains one or more compounds of the formula I and preferably consist predominantly and particularly preferably almost completely of one or more compounds of the formula I.
  • the compounds of the formula I are preferably selected from the group of the compounds 1-1 and I-2
  • R 1 is alkyl having 1 to 7, preferably 1 to 5, preferably to 3
  • the media according to the invention particularly preferably comprise one or more compounds of the formula I, preferably of the formula 1-1 and / or of the formula I-2, in which X 1 is CF 3 .
  • the compounds of the formula II are preferably selected from the group of the compounds H-1 to li-7
  • R 2 is alkyl or alkoxy having 1 to 7 carbon atoms, alkenyl,
  • the media according to the invention preferably contain one or more compounds selected from the group of the compounds of the formulas 111 to II-5, preferably compounds in which Z 22 denotes -CO-O- or -CF 2 -0-.
  • component (BA) of component (B) of the media according to the invention preferably contains one or more compounds of the formula II and particularly preferably consists predominantly and very particularly preferably almost completely of one or more compounds of the formula II.
  • Both the mesogenic control media which have a positive dielectric anisotropy ( ⁇ ) in the mesophase and those which have a negative dielectric anisotropy can be used for the light control elements according to the present invention.
  • Mesogenic control media are preferably used which have a positive dielectric anisotropy ( ⁇ ) in the mesophase. If the mesogenic control media have a positive dielectric anisotropy, the achiral component (B) of these media at 1 kHz and a temperature of 4 ° below the clearing point, preferably in the nematic phase, preferably has a value of ⁇ of 40 or more, particularly preferred 50 or more and especially 60 or more.
  • component (B) of the mesogenic media according to the present invention with positive dielectric anisotropy contains one or more components selected from the group of components (BB) to (BD), preferably selected from the group of components (BB) and (BD), particularly preferably component (BB).
  • Component (B) of the mesogenic media according to the present invention with positive dielectric anisotropy preferably contains
  • Component (B) of the mesogenic media according to the present invention with positive dielectric anisotropy preferably contains
  • 0% to 30% preferably 0% to 20%, particularly preferably 3% to 15% of one or more compounds of the formula II-6 and / or - 0% to 35% preferably 0% to 30%, particularly preferably 3% to 12 % of one or more compounds of the formula II-7.
  • the component (BE) of these media preferably contains one or more compounds.
  • the mesogenic media with negative dielectric anisotropy according to the present invention preferably contain
  • BA 1 A component (BA 1 ) consisting of one or more
  • B-B ' consisting of one or more compounds with a moderately negative dielectric anisotropy of -1.5 to ⁇ -5,
  • component (B-C) consisting of one or more dielectrically neutral compounds with a dielectric anisotropy of -1, 5 to +1, 5 and
  • a component (B-D ) consisting of one or more compounds with a positive dielectric anisotropy of more than 1.5.
  • the mesogenic media according to the present application preferably contain
  • the mesogenic medium according to the present invention can further additives, for example stabilizers or dichroic dyes, in the usual Contain concentrations.
  • the total concentration of these further constituents is in the range from 0% to 0%, preferably in the range from 0.1% to 6%, based on the total mixture.
  • the concentrations of the individual of these compounds are preferably in the range from 0.1 to 3%.
  • the concentration of these compounds and similar components of the mixture are not taken into account when specifying the concentration ranges of the other components of the mixture, unless expressly stated otherwise.
  • the media are obtained from the compounds in the usual way.
  • the compounds which are used in a smaller amount are expediently dissolved in the compounds used in a larger amount. If the temperature is raised above the clearing point of the predominant component during the mixing process, the completeness of the dissolution can easily be observed.
  • the media according to the invention can also be produced in other ways. So through the use of premixes. Among other things, homolog mixtures and / or eutectic mixtures can be used as premixes. However, the premixes can also themselves be usable media. This is the case with so-called two-bottle systems or "multi-bottle systems".
  • the specified ranges of values preferably include the limit values.
  • the concentrations are given in mass% and relate to the complete mixture. Temperatures are given in degrees Celsius and temperature differences in degrees Celsius. All physical properties were determined as in "Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", as of Nov. 1997, Merck KGaA, Germany and are given for a temperature of 20 ° C, unless explicitly stated otherwise.
  • the optical anisotropy ( ⁇ n) also called birefringence, is determined at a wavelength of 589.3 nm.
  • the dielectric properties are determined at a frequency of 1 kHz.
  • the properties of the mesogenic control media and in particular that of their achiral components (B) are determined at a temperature of 4 ° below their respective clearing point.
  • the cholesteric pitch of cholesteric media or chiral nematic media is determined depending on its size by known methods.
  • the material is filled into a thermostatted, wedge-shaped cell with a homogeneous orientation on the substrates.
  • the distances between the observed disclination lines are determined and the pitch is calculated using the wedge angle.
  • the wedge angle used depends on the pitch to be determined. Cells with a wedge angle of approximately 0.1 ° to 4 °, preferably 0.5 ° to 3 ° and particularly preferably 0.1 ° to 2 ° are typically used.
  • the distances between the disclination lines are preferably measured under the microscope. Orientation disorders are taken into account by appropriately averaging the values.
  • the mean value of the distances can be determined by diffraction of a laser beam (e.g.
  • the diffraction maxima are expediently determined by means of a diode array or a CCD.
  • the angle of the wedge cell is preferably determined by multiple reflection of a laser beam. Alternatively, it can be obtained from the geometry of the cell or obtained by a calibration measurement with a material with a known pitch. The measuring accuracy for the pitch is approx. +/- 1% to approx. +/- 3% depending on the measuring method and the current value.
  • the lens method is used.
  • the material is oriented between a flat plate and a convex lens. Then the distances of the circular disclination lines are measured. This can be done with an image processing system, which simplifies the averaging of the data. From the radius of the lens and the distance of the disclosure line from the contact point, the distance between the lens surface and the flat surface at the location of the disclosure lines is obtained. The measurement accuracy of this method is somewhat less than that of the wedge cells, but a wide range of pitch values can be covered.
  • Very small values of the pitch are determined using the selective reflection method.
  • the transmission is determined by an oriented sample of the material.
  • the pitch is obtained from the wavelength of the maximum of the selective reflection via the refractive index of the material. With this method, the measuring accuracy for the pitch is also approx. +/- 1%.
  • the HTP of the chiral materials is determined according to the present application at a temperature of 20 ° C. in the commercial, nematic host mixture MLC-6828 from Merck KGaA, Darmstadt, according to the Grandjean-Cano method.
  • the temperature dependence of the HTP is examined in the range from 0 ° C to 50 ° C and is typically given at 20 ° C.
  • the HTP is also determined in the commercial, nematic host mixture MLC-6260, also from Merck KGaA.
  • the cholesteric pitch of a control medium cannot be determined, it is extrapolated from the HTP of component (A) in component (B). If the value of the HTP of component (A) in component (B) at the corresponding
  • Constant that the concentration of the respective material mentioned, ie the component or the compound, in the reference unit, ie the medium or the component, preferably 10% or more, is particularly preferably 20% or more and very particularly preferably 30% or more,
  • concentration of the material mentioned in the reference unit is preferably 50% or more, particularly preferably 60% or more and very particularly preferably 70% or more and
  • the concentration of the material mentioned in the reference unit is preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more and very particularly preferably 95% or more.
  • Dielectrically positive connections have a ⁇ > 1.5
  • dielectrically neutral connections have a ⁇ in the range -1.5 ⁇ ⁇ 1.5
  • dielectrically negative connections have a ⁇ ⁇ -1.5.
  • the same definitions also apply to components of mixtures and for mixtures.
  • the dielectric properties, electro-optical properties (eg the threshold voltages) and the switching times were determined in test cells manufactured by Merck KGaA, Darmstadt, Germany.
  • the test cells for determining ⁇ had a layer thickness of 22 ⁇ m and a circular electrode made of indium tin oxide (ITO) with an area of 1.13 cm 2 and a protective ring.
  • ITO indium tin oxide
  • lecithin (Merck KGaA) can be used as an orientation aid.
  • the cells for the determination of ⁇ ⁇ had orientation layers made of the polyimide AL-1054 from Japan Synthetic Rubber, Japan.
  • the capacitances were generally measured using a Solatron 1260 frequency analyzer with a square wave with an effective voltage of 0.3 V rms .
  • a lower voltage of 0.1 V rrns is used differently.
  • the electro-optical examinations were carried out with white light. The characteristic tensions were determined under vertical observation.
  • the dielectric properties of the materials are preferred at a frequency of 1 kHz and, if possible, at 20 ° C. and at
  • the dielectric anisotropy ( ⁇ ) of the compounds is determined by extrapolating the values of a 10% solution of the respective compound in a host mixture at 20 ° C. to a proportion of the respective compound of 100%.
  • the capacities of the test mixtures are determined both in a cell with a homeotropic and in a cell with a homogeneous edge orientation.
  • the layer thickness of both cell types is approx. 20 ⁇ m.
  • a square wave with a frequency of 1 kHz and an effective voltage (rms, English: "root mean square") of typically 0.1 V or 0.2 V to 1.0 V is used for the measurement. In any case the voltage used is lower than the capacitive threshold of the mixture under investigation.
  • the mixture ZLI-4792 is used for dielectrically positive connections and the mixture ZLI-3086, both from Merck KGaA, Germany, is used as the host mixture for dielectrically neutral and for dielectrically negative connections. These host mixtures are also used for components and media which have no nematic phase even at the temperature in question, or which cannot be supercooled to the temperature in question in the nematic phase. If the solubility of the compounds, components or media in the respective host mixture is less than 10%, the concentration of the investigated substance is exceptionally reduced to 5%.
  • solubility of a dielectric positive substance (a compound, a component of a medium or a medium) in the host mixture ZLI-4792 is less than 5%, the nematic mixture MLC-6828, Merck KGaA, Germany used as the host mixture. If necessary, the concentration of the substance to be examined is halved from 10% to 5%. From the change in values compared to that of the host mixture, extrapolation is made to the value of the pure substance.
  • the media according to the invention preferably contain 0% to 10% of compounds whose solubility in the corresponding host mixture (ZLI-3086 or MLC-6828) is less than 5%.
  • the concentration of these compounds is preferably 8% or less, particularly preferably 5% or less and very particularly preferably 4% or less.
  • and ⁇ ⁇ are determined with an absolute accuracy of approximately +/- 0.1 to +/- 0.2, which results in an absolute accuracy of approximately +/- 0.2 to +/- 0.4, typically of +, for the dielectric anisotropy ( ⁇ ) /-0.3 results.
  • the accuracy decreases with larger values, so the possible deviations increase.
  • the absolute accuracy is approx. +/- 0.5 and with values of more than 40, the absolute accuracy is approx. +/- 1.0.
  • the dielectric susceptibility of the media is determined at a temperature of 4 ° above its characteristic temperature. It is called mean dielectric susceptibility ( ⁇ av .) Because it is also, in the first
  • the dielectric susceptibility of the media is determined with an absolute accuracy of approx. +/- 0.1 to +/- 0.2. With values of ⁇ av . from 50 or more to 100 the absolute accuracy is approx. +/- 0.5 and for values of more than 100 the absolute accuracy is approx. +/- 2.0.
  • the value of the birefringence of components (B) of the media according to the invention is measured here in the nematic phase at 20 ° C. and at a temperature of 4 ° below the clearing point. Is the medium at one of these two temperatures or at these two
  • threshold voltage means to the optical threshold and is given for a relative contrast of 10% (V 1 0).
  • the mid-gray voltage and the saturation voltage are also determined optically and specified for a relative contrast of 50% and 90%, respectively.
  • the voltage (V-io), in exceptional cases also the voltage (V 70 ) is given as the reference variable and characteristic value of the electro-optical characteristic curve of the various media, in which the characteristic curve has a value of 70% for the first time. relative contrast achieved.
  • Threshold voltage also called Freedericksz threshold, or the voltage at which 100% relative contrast is reached (V 0 o), this is explicitly stated.
  • the media were filled with interdigital electrodes in test cells.
  • the layer thickness of the test cells was usually approx. 10 ⁇ m.
  • the width of the electrodes was 10 ⁇ m and the distance between the neighboring electrodes was also 10 ⁇ m.
  • the electro-optical characteristic was determined at a temperature of 2 degrees above the characteristic temperature of the respective medium.
  • the increase in the clearing point was in some cases 0.5 degrees and up to about 0.7 degrees. In a few cases, deviations of up to approx. 2 ° to 4 ° can occur.
  • the characteristic temperature (or the clearing point) in the cell is used for characterization.
  • 400 nm to 800 nm, preferably 555 nm, are assumed as the wavelength of the light.
  • the mesogenic media according to the present application preferably contain
  • the media according to the invention according to the present application can contain one or more further compounds in small amounts as stabilizers or for adjusting the specific resistance. They preferably contain one or more stabilizers, preferably selected from the list of the following compounds in Table C. Table C.
  • a typical connection that can be used to adjust resistivity has the following formula
  • the achiral liquid crystal mixture AM-1 with the following composition was prepared and examined.
  • This liquid crystal mixture was filled into a test cell and examined for its electro-optical properties at a temperature of 7.7 ° C. and over a temperature range from 6.2 ° C. to 10.7 ° C. (5 ° above the clearing point).
  • the test cell used had interdigital electrodes on only one of the two substrates.
  • An electro-optical test cell with a light switching element containing the liquid crystal mixture was produced.
  • the Substrates were made of glass.
  • Substrates without an orientation layer and without a passivation layer were used.
  • the electrode structure consisted of interdigitated comb-shaped electrodes. The distance between the electrodes was 10 ⁇ m and the width of the electrodes was 10 ⁇ m.
  • the layer thickness of the electrodes was approximately 100 nm.
  • the electrodes were all in a common plane.
  • the layer thickness of the control medium was approximately 10 ⁇ m.
  • a first polarizer was used in front and a second polarizer behind the cell as the analyzer.
  • the absorption axes of the two polarizers formed an angle of 90 ° to one another.
  • the angle between the axis of maximum absorption of the polarizers and the component of the electric field in the plane of the display was 45 ° in each case.
  • the voltage transmission characteristic was measured with an electro-optical measuring station DMS 703 from Autronic-Melchers,
  • a mixture of 97% of the achiral liquid crystal mixture AM-1 of comparative example 1a and 3% of the chiral compound B (OC) 2C * HC-3 is prepared and investigated.
  • the chiral compound has c in the form used at 20 ° a HTP of +137 microns "1 (in MLC-6828), and in MLC-6260 of +104 microns.”
  • the mixture has a blue phase over a range of approximately 2 degrees with the following phase sequence: N * 11.5 ° C BP 13.5 ° C I.
  • Comparative Example 1a As described in Comparative Example 1a, the mixture is filled into a test cell and examined as described. In particular, their electro-optical properties are examined at temperatures up to a few degrees above their characteristic temperature. The results are shown in Table 1 for comparison with those of Comparative Example 1a.
  • the characteristic voltage V 7 o of the liquid crystal switching elements of Example 1 at temperatures close to the characteristic temperature is somewhat greater than that of Comparative Example 1a at the corresponding ones Temperatures.
  • the characteristic voltage of the liquid crystal switching elements of Example 1 like that of Comparative Example 1a, increases monotonically with increasing temperature.
  • the increase in the characteristic voltage in the liquid crystal switching elements of example 1a is initially significantly less than that of comparative example 1, so that the two switching elements already show almost the same voltage V 0 at a temperature of 1.5 ° above their reference temperature.
  • the temperature dependency at a temperature of 2 ° above the respective characteristic temperature is reduced in the comparison of the light control elements of comparative example 1a with those of example 1 from over 25% to below 20%.
  • the relative temperature dependence of the characteristic voltage is dV * 7 o (/ V 7 o) / dT 9% / D and at a temperature of 2 ° above the characteristic temperature, the relative Temperature dependence of the characteristic voltage dV * 7 o ( ⁇ 7 o) lT 45% / °.
  • Example 1 In the mixtures of Example 1 and Comparative Example 1a, cells with an electrode spacing of 15 ⁇ m and an electrode width of 10 ⁇ m were additionally examined. The results are summarized in Table 2.
  • BC ⁇ C B (OC) 2C * H-C-3,
  • the distance between electrodes of the cells used was, in Table 2, exceptionally 15 ⁇ m.
  • the achiral mixture AM-2 of the following composition is prepared and examined.
  • the characteristic voltage V 70 of the cell with this doped mixture does not increase with increasing temperature, as in Comparative Example 1a and in Example 1, but rather decreases with increasing temperature then at around -11.6 ° C a minimum and only then rises again with increasing temperature.
  • the temperature of -11.6 ° C. is referred to as the characteristic temperature, since the characteristic voltage passes through a minimum.
  • the range from a temperature of -19.3 ° C to 13 ° C is specified as the phase range of the blue phase.
  • the voltage only reaches 156 V, i.e. less than twice the value of the minimum voltage of 80 V.
  • the lower limit of the temperature range is the temperature at which the electro-optical effect can be exploited first. It can be determined from the observed switching time become.
  • 164 V is slightly more than twice the value of the minimum voltage.
  • the chiral compounds used in the DM-1 dopant mixture all have, with one exception, a high, positive HTP value in the reference mixture with the stated composition.
  • V 0 initially decreases with increasing temperature and only then increases again with increasing temperature.
  • the minimum of V 7 o is approx. -8.5 ° C.
  • the temperature dependence of the characteristic voltage (dV 70 / dT) disappears almost completely (see Table 5 ).
  • the liquid crystal mixture AM-2 of Comparative Example 2 was mixed again to 85% as in Example 2b with 15% of that of a dopant mixture.
  • the DM-2 dopant mixture with the following composition was used.
  • the chiral compounds used in the DM-2 dopant mixture have HTP values in the reference mixture which increase with increasing temperature.
  • the resulting mixture has a characteristic temperature.
  • the mixture AM-3 was prepared with the following composition.
  • Example 3a, 3b and 3c 3%, 5% or 7% of the chiral compound B (OC) 2C * HC-3 used in Example 1 was added to the mixture AM-3 of Comparative Example 3 (Examples 3a, 3b and 3c).
  • the resulting mixtures showed a phase transition into the blue phase at approx. 24 ° C, 36 ° C or 46 ° C. 24.3 ° C, 36.3 ° C and 45.9 ° C were assumed as characteristic temperatures.
  • Table 7 Characteristic voltages of Examples 3a to 3c

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrooptische Lichtsteuerelemente, solche Elemente enthaltende elektrooptische Anzeigen und Anzeigesysteme wie beispielsweise Fernsehbildschirme und Computermonitore, sowie die darin verwendeten Steuermedien. Die erfindungsgemässen Lichtsteuerelemente enthalten ein mesogenes Steuermedium, das beim Betrieb der Lichtsteuerelemente in einer optisch isotropen Phase vorliegt und sind neben einem guten Kontrast, einer geringen Blickwinkelabhängigkeit und sehr kurzen Schaltzeiten, besonders durch relativ niedrige Ansteuerspannungen mit einer sehr geringen Temperaturabhängigkeit ausgezeichnet. Die erfindungsgemässen Steuermedien zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine chirale Komponente enthalten. Bevorzugt enthalten sie auch eine achirale Komponente. Besonders bevorzugt weisen die Steuermedien eine Blaue Phase auf.

Description

ELEKTROOPTISCHES LICHTSTEUERELEMENT, ELEKTROOPTISCHE ANZEIGE UND STEUERMEDIUM
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Lichtsteuerelemente, diese enthaltende
Anzeigen, sowie Lichtsteuermedien. Die Lichtsteuerelemente verwenden bevorzugt Steuermedien die bei bestimmten Temperaturen anisotrope Eigenschaften aufweisen, wie z. B. Flüssigkristalle. Die Lichtsteuerelemente werden bei einer Temperatur betrieben, bei der die Steuerme- dien in der Blauen Phase vorliegen. Ähnliche Anzeigen, die Steuermedien verwenden, die in der isotropen Phase vorliegen sind DE 102 17 273.0 und in der bislang unveröffentlichten Patentanmeldungen DE 102 41 301.0 vom 04.09.2002, zwei weiteren Anmeldungen der Anmeiderin der vorliegenden Anmeldung, beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrooptisches Lichtsteuerelement sowie solche Elemente enthaltende elektrooptische Anzeigen und Anzeigesysteme wie beispielsweise Fernsehbildschirme und Computermonitore, sowie die in den Lichtsteuerelementen verwendeten Steuer- medien. Die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente enthalten ein mesogenes Steuermedium, das beim Betrieb der Lichtsteuerelemente in der Blauen Phase vorliegt. Sie sind neben einem guten Kontrast und einer geringen Blickwinkelabhängigkeit des Kontrasts, kurzen Schaltzeiten und relativ niedriger Betriebsspannung besonders durch eine geringe Temperaturabhängigkeit der Betriebsspannung ausgezeichnet.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung auch mesogene Medien und deren Verwendung als Steuermedien in derartigen Lichtsteuerelementen.
Aufgabe und Stand der Technik
Konventionelle elektrooptische Flüssigkristallanzeigen sind allgemein bekannt. Sie werden bei einer Temperatur betrieben, bei der sich das Steuermedium in einer optisch anisotropen Mesophase befindet. Bei den meisten Anzeigetypen werden die Steuermedien in der nematischen Phase verwendet. In der Mesophase haben die Steuermedien bereits in der Regel ohne Anlegen eines elektrischen Feldes anisotrope Eigenschaften, wie zum Beispiel eine Doppelbrechung (Δn). Diese wird nicht erst durch ein elektrisches Feld induziert. Am weitesten verbreitet sind TN- (Englisch: „twisted nematic") und STN- (Englisch: „super twisted nematic")
Anzeigen. Die Flüssigkristallzellen dieser Anzeigen haben Elektroden auf den Substraten auf den beiden einander gegenüberliegenden Seiten des Flüssigkristallmediums. Somit ist das elektrische Feld im wesentlichen vertikal zur Flüssigkristallschicht. Insbesondere die zuerst genannten Anzeigen werden in Kombination mit einer TFT (Englisch: „thin film transistor") Ansteuerung für Anzeigen mit großem Informationsgehalt und großer Auflösung verwendet. So zum Beispiel in „lap-top" und „note-book" Computern. Insbesondere bei „desk-top" Computermonitoren werden in neuerer Zeit zunehmend Flüssigkristallanzeigen des IPS-Typs (Englisch: „in-pjane switching", z. B. DE 40 00 451 und EP 0 588 568) oder alternativ des VAN-Typs (Englisch: „yertically aligned nematic") verwendet. VAN- Anzeigen sind eine moderne Variante der ECB-Anzeigen (Englisch:" electrically controlled birefringence"). In einer weiteren, modernen Variante, den MVA-Anzeigen (Englisch: „multi domain yertically aligned") werden pro angesteuerter Elektrode mehrere Domänen stabilisiert und zusätzlich wird eine spezielle optische Kompensationsschicht verwendet. Diese Anzeigen verwenden, wie die bereits erwähnten TN-Anzeigen, ein zur Flüssigkristallschicht vertikales elektrisches Feld. Im Gegensatz hierzu verwenden IPS-Anzeigen in der Regel Elektroden auf nur einem Substrat, also an einer Seite der Flüssigkristallschicht, sind also durch eine wesentliche Komponente des elektrischen Felds parallel zur Flüssigkristallschicht gekennzeichnet.
Alle konventionellen Anzeigen haben relativ lange Schaltzeiten, insbesondere sind die Schaltzeiten für TV- und Multi-Media-Anwendungen, die immer stärkere Verbreitung finden, oft nicht ausreichend kurz. Dieses fällt insbesondere im Vergleich mit den bislang nahezu ubiquitären Kathodenstrahlröhren auf. Ein weiterer Nachteil der bekannten, in Flüssigkristallanzeigen eingesetzten elektro-optischen Effekte ist die bei den meisten Typen deutlich ausgeprägte Blickwinkelabhängigkeit des erzielten Kontraste. Diese ist in den meisten Fällen so groß, dass für Anzeigen im Direktsichtbetrieb in der Regel Kompensationsschichten, typischerweise anisotrope Filme, mit zum Teil kompliziertem Aufbau, verwendet werden müssen.
In DE 102 17 273.0 werden Lichtsteuerelemente beschrieben, bei denen das mesogene Steuermedium bei der Betriebstemperatur in der isotropen Phase vorliegt. Diese Lichtsteuerelemente schalten besonders schnell und haben eine gute Blickwinkelabhängigkeit des Kontrasts. Allerdings sind die Ansteuerspannungen für viele Anwendungen zu hoch. Somit besteht der Bedarf nach verbesserten Lichtsteuerelementen insbesondere mit verringerter Ansteuerspannung.
In DE 102 41 301.0, einer weiteren, bislang unveröffentlichten Anmeldung der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, werden spezielle Elektrodenstrukturen vorgeschlagen, die zu einer signifikanten Verringerung der Betriebsspannungen führen. Allerdings bedingen diese Elektrodenstrukturen einen deutlich größeren Aufwand bei der Herstellung der Lichtsteuerelemente.
Die in DE 102 17 273.0 und DE 102 41 301.0 vorgeschlagenen
Lichtsteuerelemente weisen außerdem eine ausgeprägte Temperaturabhängigkeit auf. Der durch das elektrische Feld in den Steuermedien in der isotropen Phase induzierte elektrooptische Effekt ist bei Temperaturen nahe des Klärpunkts der Steuermedien am stärksten ausgeprägt. Hier haben die Lichtsteuerelemente die niedrigsten charakteristischen Spannungen, also werden hier die geringsten Betriebsspannungen benötigt. Mit steigender Temperatur steigen die charakteristischen Spannungen und damit die Betriebsspannung deutlich an. Typische Temperaturabhängigkeiten der Schwellenspannung liegen im Bereich von einigen Volt pro Grad bis zu Zehn und mehr Volt pro Grad. In erster Näherung kann die relative Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Spannungen der verschiedenen Lichtsteuerelemente mit isotropem Steuermedium nach DE 102 17 273.0 und DE 102 41 301.0 als vom eingesetzten Medium und als von der Elektrodenstruktur unabhängig angesehen werden. In DE 102 17 273.0 werden isotrope Medien mit einigen deutlich variierenden Zusammensetzungen beschrieben, die in Lichtsteuerelementen, die in der isotropen Phaase betrieben werden, eingesetzt werden können, wohingegen in DE 102 41 301.0 verschiedene Elektrodenstrukturen offenbart werden. Die relative Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung liegt bei einer Temperatur von 1 ° oberhalb des Klärpunkts in der Größen- Ordnung von 50%/Grad. Mit steigender Temperatur nimmt sie ab. Bei einer
Temperatur von 5° oberhalb des Klärpunkts liegt sie in der Größenordnung von einigen 10%/Grad.
Für die in praktischen Anzeigen verwendete Lichtsteuerelemente, ist diese Temperaturabhängigkeit des elektrooptischen Effekts meist zu groß. In der Regel sind Effekte erwünscht, deren Betriebsspannungen über einen Temperaturbereich von mindestens einigen Grad, bevorzugt über 5° oder mehr, besonders bevorzugt über 10° oder mehr und ganz besonders bevorzugt über 20° oder mehr nahezu unabhängig von der Betriebs- temperatur sind.
Die alternative Realisierung einer elektronischen Nachführung der Ansteuerspannung ist relativ aufwendig. Einerseits führt sie in der Regel zum Verlust eines Teils der verfügbaren Ansteuerspannung, da diese ja auch bei der höchsten Betriebstemperatur noch ausreichend groß sein muß. Andererseits ist sie mit einigem Meß- und Regelaufwand verbunden. So muß die aktuelle Temperatur des Lichtsteuerelements bestimmt werden. Bei Anzeigen mit einer größeren Fläche kann eventuell sogar die Bestimmung eines Temperaturgradienten bzw. der Temperaturen an mehreren Stellen der Anzeige erforderlich sein.
Die weitere Alternative, die Temperatur der Lichtsteuerelemente konstant zu halten, ist ebenfalls nicht leicht zu realisieren. Aus offensichtlichen praktischen Gründen muß hierzu die Anzeige geheizt werden. Diese Alter- native erfordert ebenfalls die Bestimmung der Temperatur der Lichtsteuerelemente.
Dadurch lässt sich der Vorteil eines besonders guten Kontrasts der in DE 102 17 273.0 beschriebenen Anzeigen, die ein isotropes Steuer- medium verwenden, praktisch nicht leicht ausnutzen. Somit ist ersichtlich, dass ein großer Bedarf an Lichtsteuerelementen, die ein Steuermedium in einer optisch isotropen Phase verwenden, besteht, die eine geringe Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Spannungen zeigen.
Flüssigkristalle mit entsprechend starker chiraler Verdrillung können eine oder mehrere optisch isotrope Mesophasen aufweisen. Diese Phasen erscheinen bei entsprechendem cholesterischen Pitch, d.h. wenn der Pich im Bereich der Wellenlänge des sichtbaren Lichts liegt, in einer aus- reichend großen Schichtdicke leicht bläulich. Aus diesem Grund werden sie als Blaue Phasen bezeichnet (Gray and Goodby, „Smectic Liquid Crystals, Textures and Structures", Leonhard Hill, USA, Canada (1984)).
Die Effekte elektrischer Felder auf Flüssigkristalle, die in einer Blauen Phase vorliegen, werden beispielsweise in H.S. Kitzerow, „The Effect of Electric Fields on Blue Phases", Mol. Cryst. Liq. Cryst, (1991), Bd. 202, S. 51-83 beschrieben. Dort werden drei Arten Blauer Phasen (BP I bis BP III) erwähnt, die in feldfreien Flüssigkristallen beobachtet werden können. Es werden jedoch keine elektrooptischen Anzeigen, die eine feldinduzierte Doppelbrechung ausnutzen, beschrieben. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes können weitere Blaue Phasen oder andere Phasen auftreten, die von den Blauen Phasen I, II und III verschieden sind.
Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, besonders schnell schaltende Lichtsteuerelemente die ein Steuermedium verwenden, das im feldfreien Zustand in einer optisch isotropen Phase vorliegt, mit gutem Kontrast, guter Blickwinkelabhängigkeit, niedrigen Ansteuerspannungen und insbesondere mit einer geringen Temperaturabhängigkeit der Ansteuerspannung zu realisieren und die dafür nötigen Steuermedien bereitzustellen. Diese Lichtsteuerelemente sollen eine möglichst geringe Schichtdicke der Steuermedien aufweisen um als Elemente von FPDs (Englisch: flat panel displays, also flachen Anzeigen), wie zum Beispiel Flachbildschirmen für Computer, eingesetzt werden zu können. Ferner sollen sie mittels einer möglichst einfachen Elektrodenkonfiguration an- steuerbar sein. Vorliegende Erfindung
Überraschender Weise wurde gefunden, dass, wie im Folgenden beschrieben, Lichtsteuerelemente die, wie die in der unveröffentlichten Anmeldung DE 10217273.0 beschriebenen Lichtsteuerelemente, Steuermedien in einer optisch isotropen Phase verwenden, deutlich verbessert werden können, wenn Steuermedien verwendet werden, die in der Blauen Phase vorliegen. Insbesondere können so Lichtsteuerelemente mit deutlich verringerter Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Span- nungen und damit der Betriebsspannung realisiert werden.
Die elektrooptischen Lichtsteuerelemente gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen
- ein oder mehrere, bevorzugt ein oder zwei, besonders bevorzugt zwei Substrate,
- eine Elektrodenanordnung,
- ein oder mehrere Element zur Polarisation des Lichts und
- ein Steuermedium, und sind dadurch gekennzeichnet, dass - das Lichtsteuerelement bei einer Temperatur betrieben wird, bei der das Steuermedium im nicht angesteuerten Zustand in einer optisch isotropen Phase vorliegt und dass
- das mesogene Steuermedium eine chirale Komponente, Komponente (A), die aus einer oder mehreren chiralen Verbindungen besteht und
- optional, bevorzugt obligatorisch, eine achirale Komponente, Komponente (B), die aus einer oder mehreren achiralen Verbindungen besteht, enthält und
- das mesogene Steuermedium bei der Temperatur, bei der das Lichtsteuerelement betrieben wird, eine Blauen Phase aufweist oder
- das mesogene Steuermedium bei der Temperatur, bei der das Lichtsteuerelement betrieben wird, in der isotropen Phase vorliegt und - optional die Elektrodenanordnung ein elektrisches Feld mit einer signifikanten Komponente parallel zur Fläche des mesogenen Steuermediums erzeugen kann.
Bevorzugt wird eine Elektrodenanordnung verwendet, die ein elektrisches Feld mit einer signifikanten Komponente parallel zur Fläche des mesogenen Steuermediums erzeugen kann.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung näher erläutert.
Bevorzugt wird als Steuermedium des Lichtsteuerelements ein mesogenes Medium verwendet. Als mesogene Medien bzw. Verbindungen werden in der vorliegenden Anmeldung Medien bzw. Verbindungen bezeichnet, die eine Mesophase aufweisen, die in einer Mesophase löslich sind oder die eine Mesophase induzieren. Die Mesophase ist eine smektische, eine nematische oder eine Blaue Phase. Hierbei sind die smektische Phase bzw. die nematische Phase bevorzugt chiral. In der vorliegenden Anmeldung werden die Begriffe „chirale nematische Phase" und „cholesterische Phase" synonym verwendet, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben. Der Begriff „Blaue Phase" steht für jede der bekannten Blauen Phasen und umfasst auch mehrere dieser Phasen gleichzeitig, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben.
Bei Anlegen eines elektrischen Felds können feldinduzierte Phasen, wie z.B. BPH und BPX auftreten. Bei elektrischen Feldern mit großer Feldstärke ist ferner ein Phasenübergang in eine Phase möglich, die ohne elektrisches Feld bei einer niedrigeren Temperatur auftritt. Die Bestimmung der Phasen zur Charakterisierung der Materialien, besonders der Steuermedien selbst bezieht sich auf den Fall, dass kein elektrisches Feld vorliegt, wohingegen die Bestimmung der Phasen bei der Charakterisierung der Lichtsteuerelemente unter Anlegen einer entsprechenden Spannung erfolgt, in der Regel der Betriebsspannung, bzw. der Schwellenspannung, soweit nicht ausdrücklich anders angegeben. Die Übergangstemperatur T(*,BP) wird im feldfreien Zustand bestimmt, wohingegen die Übergangstemperatur T(BP,I) unter Anlegen eines elektrischen Felds, aus der Änderung der Steigung der Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Spannungen der Lichtsteuerelemente, bestimmt wird.
Bevorzugt weisen die Steuermedien eine Blaue Phase auf, besonders bevorzugt eine Blaue Phase und eine weitere Mesophase, bevorzugt eine cholesterische Phase.
Als bevorzugtes Medium zur Untersuchung der mesogenen Eigenschaften der Materialien die keine Mesophase aufweisen wird die nematische Mischung ZLI-4792 der Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland verwendet. Bevorzugt haben die mesogenen Materialien einen aus 10%-iger Lösung in dieser Mischung extrapolierten Klärpunkt von -50°C oder mehr, besonders bevorzugt von -20°C oder mehr und ganz besonders bevorzugt von 0°C oder mehr.
Das Steuermedium enthält eine chirale Dotierkomponente, Komponente (A), und optional eine achirale Komponente, Komponente (B).
Die chirale Komponente (A) enthält eine oder mehrere chiralen Verbin- düngen, bevorzugt besteht sie aus diesen Verbindungen. Diese chiralen
Verbindungen haben eine mesogene Struktur und weisen bevorzugt selbst eine oder mehrere Mesophasen, bevorzugt mindestens eine cholesterische Phase auf.
In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht das mesogene Steuermedium nur aus der chiralen Komponente (A). In diesem Fall enthält das Steuermedium eine oder mehrere, bevorzugt zwei oder mehr, besonders bevorzugt drei, vier oder mehr chirale Verbindungen. Bevorzugt enthält das Steuermedium eine oder mehrere Verbindungen, die bevorzugt eine cholesterische Phase aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Steuermedium jedoch auch vorteilhaft eine oder mehrere chirale Verbindungen enthalten, von denen eine, mehrere oder alle selbst keine Mesophase aufweisen. In diesem Fall sind chirale Verbindungen bevorzugt, die einen Schmelzpunkt oberhalb von Um- gebungstemperatur haben, da diese sich besser handhaben lassen.
Außerdem sind besonders in diesem Fall Verbindungen mit einer großen HTP, also Verbindungen, die bereits beim Einsatz geringer Konzentrationen in nematischen Hostmischungen eine kurzen cholesterischen Pitch induzieren, bevorzugt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, die mit den oben beschriebenen Ausführungsformen, besonders mit der im letzten Absatz beschriebenen Ausführungsform identisch sein kann, werden nur eine oder zwei chirale Verbindungen, bevorzugt nur eine chirale Verbindung eingesetzt.
In einerweiteren, bevorzugten, Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht das mesogene Steuermedium aus einer chiralen Komponente (A) und einer achiralen Komponente (B). In diesem Fall enthält die chirale Komponente eine oder mehrere, bevorzugt zwei oder mehr chirale Verbindungen und die achirale Komponente (B) eine oder mehrere, bevorzugt zwei oder mehr, besonders bevorzugt drei, vier oder mehr achirale Verbindungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist eine chirale Verbindung oder weisen mehrere der chiralen Verbindungen der Komponente (A) eine Mesophase, bevorzugt eine cholesterische Phase auf. In dieser Ausführungsform beeinflussen die chiralen Verbindungen die physikalischen Eigenschaften der mesogenen achiralen Komponente (B), wie z.B. den Klärpunkt, die Doppelbrechung und die dielektrische Anisotropie, relativ wenig und es können auch entsprechend große Konzentrationen der chiralen Komponente (A) eingesetzt werden, was die Verwendung von Verbindungen mit relativ kleiner HTP ermöglicht. Die physikalischen Eigenschaften der mesogenen, achiralen Komponente (B), wie z.B. den Klärpunkt, die Doppelbrechung und die dielektrische Anisotropie, werden relativ wenig geändert, solange der cholesterische Pich lang genug ist, in der Regel viel größer als die Wellenlänge des Lichts.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die chirale Verbindung, bzw. weisen die chiralen Verbindungen der Komponente (A) keine Mesophase auf. Diese Ausführungsform ist besonders dann bevorzugt, wenn die chirale Komponente (A) eine große HTP in der achiralen Komponente (B) besitzt, da dann der gewünschte niedrige cholesterische Pitch mit einer kleinen Konzentration der chiralen Komponente (A) erhalten werden kann, ??? was dazu führt, dass die physikalischen Eigenschaften des Steuermediums, wie z.B. den Klärpunkt, die Doppelbrechung und die dielektrische Anisotropie, nur wenig gegenüber denen der achiralen Komponente (B) verändert werden.
Wenn in einer der beiden in den beiden vorhergehenden Absätzen beschriebenen oder in einer anderen Ausführungsform jedoch der cholesterische Pich relativ kleine Werte, in der Größenordnung der
Wellenlänge des Lichts, annimmt, induziert die chirale Komponente (A) jedoch in dem mesogenen Medium eine völlig andere Phase, eine Blaue Phase, deren Struktur von der, der nematischen und cholesterischen Phase völlig verschieden sind.
Die physikalischen Eigenschaften, wie z.B. den Klärpunkt, die Doppelbrechung und die dielektrische Anisotropie, der Medien, die sowohl die chirale Komponente (A), als auch die achirale Komponente (B) enthalten sind in der Regel nicht mit den bei nematischen Flüssigkristallmischungen üblichen Methoden zugänglich. In diesem Fall wird zu Bestimmung der entsprechenden physikalischen Eigenschaften die chirale Komponente (A) ersetzt durch eine achirale Komponente (A') mit gleicher Konzentration. Die achirale Komponente (A1) enthält die selbe Verbindung, bzw. die selben Verbindungen in den gleichen Konzentrationen wie die Komponente (A). Im Gegensatz zur Komponente (A) enthält die
Komponente (A') jedoch nicht die chiralen Verbindungen, sondern die entsprechenden Racemate, also eine unchirale Mischung der jeweiligen beiden entsprechenden Enantiomere jeder der Verbindungen im Verhältnis 1 :1.
In dem Medium, das sowohl Komponente (A) als auch Komponente (B) enthält tritt die Blaue Phase auf.
Bevorzugt weisen eine oder mehrere der achiralen Verbindungen der Komponente (B) eine Mesophase, bevorzugt eine smektische und/oder nematische, bevorzugt eine nematische Phase auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung macht die achirale Komponente (B) den überwiegenden Teil des Steuermediums aus. In dieser Ausführungsform beträgt die Konzentration der chiralen Komponente im Steuermedium bevorzugt 0,5% bis 45%, besonders bevorzugt 1% bis 35% und ganz besonders bevorzugt 3% bis 25%.
In dieser Ausführungsform kann der cholesterische Pitch des Steuermediums in der cholesterischen, auch chiral nematisch genannten, Phase in erster Näherung durch Gleichung (1 ) wiedergegeben werden.
P = (HTP ■ cV1 (1)
worin P den cholesterischen Pitch, c die Konzentration der chiralen Komponete (A) und HTP (Englisch „helica! twisting power") eine Konstante, die das Verdrillungsvermögen der chiralen Substanz charakterisiert und von der chiralen Substanz (Komponente (A)) und von der achiralen Komponente (B) abhängt darstellt.
Soll die Bestimmung des Pitchs genauer erfolgen, kann die Gleichung (1) entsprechend abgewandelt werden. Meist wird hierzu die Entwicklung des cholesterischen Pitchs in Form eines Polynoms (2) verwendet.
P = (HTP • cV1 + (α-1 ■ c)"2 + (α2 ■ c)"3 + ... (2)
worin die Parameter die oben bei Gleichung (1) gegebene Bedeutung haben und αi und α2 Konstanten die von der chiralen Komponente (A) und von der achiralen Komponente (B) abhängen darstellen. Das Polynom kann bis zu dem Grad fortgeführt werden, der die gewünschte Genauigkeit ermöglicht.
Besteht die chirale Komponente (A) aus zwei oder mehreren Verbindungen wird Gleichung (1) abgewandelt zu Gleichung (3).
P = [∑i (HTP(i) ■ Ci)]"1 (3)
worin P den cholesterischen Pitch, C| die Konzentration der i-ten Verbindung der chiralen Komponente (A) und HTP(i) die HTP der i-ten Verbindung der chiralen
Komponente (A) in der achiralen Komponente (B) darstellt.
Die Temperaturabhängigkeit der HTP wird üblicherweise auch in einer Polynomentwicklung (4) dargestellt, wobei oft bereits nach dem linearen Glied abgebrochen werden kann.
HTP(T) = HTP(To) + ßi ■ (T- T0) + ß2 ■ (T- T0)2 + ... (4)
worin die Parameter die oben bei Gleichung (1) gegebene Bedeutung haben und
T die Temperatur, To die Bezugstemperatur,
HTP(T) die HTP bei der Temperatur T, HTP(To) die HTP bei der Temperatur To und ßi und ß2 Konstanten die von der chiralen Komponete (A) und von der achiralen Komponete (B) abhängen darstellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die chirale Komponente (A) eine oder mehrere chirale Verbindungen mit einer HTP (Englisch „helical twisting power") in der kommerziellen, nematischen Wirtsmischung MLC-6260 der Fa. Merck KGaA, Darmstadt von 10 μm"1 oder mehr, bevorzugt von 30 μm"1 oder mehr, besonders bevorzugt von 50 μm"1 oder mehr und ganz besonders bevorzugt von 90 μm"1 oder mehr.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die chirale Komponente (A) zwei oder mehr chirale Verbindungen. Bevorzugt haben die chiralen Verbindungen alle das selbe Vorzeichen der HTP.
Bevorzugt hat das Steuermedium eine charakteristische Temperatur, in einer bevorzugen Ausführungsform einen Klärpunkt, im Bereich von -30°C bis 80°C, bevorzugt bis 55°C.
Die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente enthalten bevorzugt ein mesogenes Medium, das bei Betriebstemperatur in der Blauen Phase vorl- iegt. Dieses Medium befindet sich zweckmäßiger Weise auf bzw. unter einem Substrat.
In der Regel befindet sich das Steuermedium zwischen zwei Substraten. Diese Ausführungsform ist bevorzugt. Wenn sich das Steuermedium zwischen zwei Substraten befindet ist mindestens eines dieser Substrate lichtdurchlässig. Das lichtdurchlässige Substrat, bzw. die lichtdurchlässigen Substrate können z. B. aus Glas, Quarz oder Kunststoff bestehen. Wird ein Substrat verwendet, das nicht lichtdurchlässig ist, so kann dies unter anderem aus einem Metall oder einem Halbleiter bestehen. Diese Medien können als solche verwendet werden oder auf einem Träger, z.B. einer Keramik, vorliegen. Ist das Steuermedium ein polymeres Medium so kann gegebenenfalls auf die Verwendung eines zweiten Substrats verzichtet werden. Polymere Steuermedien können sogar selbsttragend ausgeführt werden. In diesem Fall wird gar kein Substrat benötigt. In diesem Fall, ebenso wie bei der Verwendung ausschließlich flexibeler Substrate, können flexibele Lichtsteuerelemente realisiert werden.
Die Betriebstemperatur des Lichtsteuerelements liegt bevorzugt oberhalb der charakteristischen Temperatur des Steuermediums, in der Regel der Übergangstemperatur des Steuermediums in die Blaue Phase, in der Regel im Bereich von 0,1 ° bis 50° oberhalb dieser Temperatur, bevorzugt im Bereich von 0,1° bis 10° oberhalb dieser Temperatur und besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 ° bis 5° oberhalb dieser Temperatur. Bevorzugt liegt die Betriebstemperatur im Bereich der von der Übergangstem- peratur des Steuermediums in die Blaue Phase bis zur Übergangstemperatur des Steuermediums in die isotrope Phase, dem Klärpunkt, reicht. Die Lichtsteuerelemente können jedoch, wie in DE 101 17 273.0 beschrieben, auch noch bei Temperaturen betrieben werden, bei denen das Steuermedium in der isotropen Phase vorliegt. Dann nimmt jedoch die Temperaturabhängigkeit der Betriebsspannung zu, was in der Regel unerwünscht ist.
Der Betriebstemperaturbereich der erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente erstreckt sich bevorzugt mindestens über einen Temperatur- bereich von 5° oder mehr, bevorzugt von 20° oder mehr, bevorzugt von
30° oder mehr bevorzugt von 40° oder mehr besonders bevorzugt von 60° oder mehr und ganz besonders bevorzugt von 80° oder mehr. Bevorzugt erstreckt sich der Betriebstemperaturbereich der erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente mindestens von 10°C oder weniger bis 50°C oder mehr, bevorzugt mindestens von 0°C oder weniger bis 60°C oder mehr, besonders bevorzugt mindestens von -20°C oder weniger bis 80°C oder mehr, ganz besonders bevorzugt mindestens von -30°C oder weniger bis 100°C oder mehr und am meisten bevorzugt mindestens von -40°C oder weniger bis 120°C oder mehr.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Betriebstem- peraturbereich der erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente relativ zur charakteristischen Temperatur des Steuermediums mindestens bis 50°C oder mehr oberhalb der charakteristischen Temperatur, besonders bevor- zugt mindestens von -5°C oder weniger unterhalb der charakteristischen Temperatur bis 60°C oder mehr oberhalb der charakteristischen Temperatur und ganz besonders bevorzugt mindestens von -10°C unterhalb der charakteristischen Temperatur oder weniger bis 80°C oder mehr oberhalb der charakteristischen Temperatur. Bei Anlegen einer Spannung wird in dem mesogenen Medium in der optisch isotropen Phase eine Orientierung induziert welche zu einer optischen Verzögerung führt, die auf bekannte Weise, z.B. und bevorzugt zwischen gekreuzten Polarisatoren, visualisiert werden kann. Bevorzugt wird ein inhomogenes elektrisches Feld verwendet.
Die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente enthalten mindestens ein Element zur Polarisierung des Lichts. Zusätzlich enthalten sie bevorzugt ein weiteres optisches Element. Dieses weitere optische Element ist entweder ein zweites Element zur Polarisaton des Lichts, ein Reflektor oder ein Transflektor.
Die optischen Elemente sind so angeordnet, dass das Licht beim Durchgang durch das mesogene Medium des Lichtsteuerelements sowohl vor dem Eintritt in das mesogene Medium, als auch nach dem Austritt aus dem mesogenen Medium mindestens einmal mindestens ein polarisierendes Element durchläuft.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Lichtsteuerelements gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich das mesogene Medium zwischen zwei Polarisatoren, also einem Polarisator und einem Analysator. Bevorzugt werden zwei Linearpolarisatoren verwendet. In dieser Ausführungsform sind die Absorptionsachsen der Polarisatoren bevorzugt gekreuzt und bilden bevorzugt einen Winkel von 90°.
Optional enthält das erfindungsgemäße Lichtsteuerelement eine oder mehrere doppelbrechende Schichten. Bevorzugt enthält es eine λ/4- Schicht oder mehrere λ/4-Schichten, bevorzugt eine λ/4-Schicht. Die optische Verzögerung der λ/4-Schicht beträgt bevorzugt ca. 140 nm.
Die Schichtdicke (d) des mesogenen Steuermediums beträgt bevorzugt 0,1 μm bis 5.000 μm (i.e. 5 mm), besonders bevorzugt 0,5 μm bis 1.000 μm (i.e. 1 mm), besonders bevorzugt 1 ,0 μm bis 100 μm und ganz besonders bevorzugt 1 ,5 μm, bevorzugt 3,0 μm, bis 30 μm und ins- besondere 2,0 μm, bevorzugt 3,5 μim, bis 20 μm. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Schichtdicke des mesogenen Steuer- mediums bevorzugt 0,5 μm bis 50 μm, besonders bevorzugt 1 ,0 μm bis 20 μm und ganz besonders bevorzugt 1 ,0 μm bis 8,0 μm.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch elektrooptische Anzei- gen, die ein oder mehrere erfindungsgemäße Lichtsteuerelemente enthalten. Bevorzugt werden diese elektrooptischen Anzeigen mittels einer aktiven Matrix angesteuert.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind des weiteren elektrooptische Anzeigesysteme enthaltend eine oder mehrere erfindungsgemäße elektrooptische Anzeigen. Diese elektrooptische Anzeigesysteme werden bevorzugt zur Darstellung von Information, unter anderem, bevorzugt als Fernsehbildschirm oder als Computermonitor verwendet. Bei der darzustellenden Information handelt es sich bevorzugt um digitale Signale oder um Videosignale.
Das erfindungsgemäße Lichtsteuerelement kann zusätzlich ein oder mehrere weitere übliche optische Elemente wie doppelbrechende Schichten (z.B. Kompensationsschichten), Diffusorschichten, und Elemente zur Erhöhung der Helligkeit und/oder der Lichtausbeute und / oder der Blickwinkelabhängigkeit enthalten, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.
Die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente sind durch einen guten Kontrast gekennzeichnet, der stark und nahezu überwiegend von den
Eigenschaften der verwendeten Polarisatoren abhängt. Zum Vergleich mit herkömmlichen TN-Zellen werden hier TN-Zellen mit einer optischen Verzögerung von 0,50 μm, positivem Kontrast und der Absorptionsachse der Polarisatoren senkrecht zu der Vorzugsorientierung der nematischen Flüssigkristalle am benachbarten Substrat, die nicht chirale Flüssigkristalle enthalten, herangezogen. Der Kontrast der erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente hängt unter anderem, insbesondere von der Form, Art und Struktur der verwendeten Elektroden ab. Werden bei den erfindungsgemäßen Lichtsteuerelementen und bei diesen herkömmlichen TN-Zellen die gleichen Polarisatoren verwendet, ist der Kontrast der erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente in der Regel um 20% oder mehr, teilweise, besonders bei Beobachtungswinkeln, die von der Normalen der Displayoberfläche stark abweichen, um 40% oder mehr größer als der Kontrast der TN-Zellen.
Die Blickwinkelabhängigkeit des Kontrasts der erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente ist sehr gut. Sie ist deutlich besser als die der bekannten ECB-Zellen. Sie ist eher vergleichbar mit der bei den kommerziell verfügbaren IPS-Anzeigen (z.B. von Hitachi und NEC, beide Japan) und MVA- Anzeigen (z.B. von Fujitsu, Japan)' beobachteten Blickwinkelabhängigkeit. Sie ist viel geringer als die der konventionellen TN-Anzeigen. So schließt eine Isokontrastkurve eines gegebenen Kontrastverhältnisses bei den erfindungsgemäßen Lichtsteuerelementen in der Regel einen Winkelbereich ein, die mehr als doppelt so groß, oft sogar mehr als dreimal so groß ist wie die entsprechende Isokontrastkurve für das gleiche Kontrast- Verhältnis bei der TN-Anzeige. ,
Die Schaltzeiten der erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente sind sehr klein. Sie liegen in der Regel bei Werten von 5 ms oder weniger, bevorzugt bei 1 ms oder weniger, besonders bevorzugt bei 0,5 ms oder weniger und ganz besonders bevorzugt bei 0,1 ms oder weniger.
Besonders vorteilhaft ist die Tatsache , dass beim Schalten zwischen verschiedenen Graustufen die Schaltzeit insbesondere für das Einschalten nahezu unabhängig von der verwendeten Ansteuerspannung sind. Dies stellt einen wesentliche Vorteil gegenüber herkömmlichen Lichtsteuerelementen wie Flüssigkristallzellen, z.B. TN-Zellen, dar.
Die elektrooptische Kennlinie wurde durch charakteristische Spannungen charakterisiert. Hierzu wurden insbesondere die Spannungen verwendet, bei denen 10%, 50% bzw. 90% relativer Kontrast erreicht wird. Diese
Spannungen (kurz Vι0, V5o und V90) werden auch als Schwellen-, Mittgraubzw. Sättigungsspannung bezeichnet. Zusätzlich wurde in der Regel die Spannung bei der 70% relativer Kontrast erreicht wird (V70), bestimmt.
Elektrooptische Anzeigen gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten ein oder mehrere erfindungsgemäße Lichtsteuerelemente. Diese werden in einer bevorzugten Ausführungsform mittels einer aktiven Matrix angesteuert.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente im sogenannten „field sequential mode" angesteuert. Hierbei werden die Schaltelemente synchron zur Ansteuer- ung nacheinander mit verschieden farbigem Licht beleuchtet. Zur Erzeugung des gepulsten farbigen Lichts können beispielsweise ein Farbrad („color wheel"), Stroboskoplampen oder Blitzlampen eingesetzt werden.
Elektrooptische Anzeigen gemäß der vorliegenden Erfindung können, insbesondere wenn sie für Fernsehbildschirme, Computermonitore oder ähnliches verwendet werden, zur Darstellung farbiger Bilder einen Farbfilter enthalten. Dieser Farbfilter besteht zweckmäßiger Weise aus einem Mosaik von Filterelementen verschiedener Farben. Hierbei ist typischer Weise jedem elektro-optischen Schaltelement ein Element des Farbfiltermosaiks einer Farbe zugeordnet.
Die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente enthalten eine Elektroden- Struktur die ein elektrisches Feld mit einer signifikanten Komponente parallel zur Schicht des mesogenen Mediums erzeugt. Diese Elektrodenstruktur kann in der Form von interdigitalen Elektroden ausgeführt sein. Sie kann in Form von Kämmen oder Leitern ausgeführt sein. Auch Ausführungen in Form von überlagerten "H"s und doppel-"T"s bzw. Ts sind vor- teilhaft. Die Elektrodenstruktur befindet sich vorteilhaft auf nur einer Seite des mesogenen Mediums, bei Verwendung mindestens eines Substrats bevorzugt zwischen diesem und dem mesogenen Medium. Bevorzugt liegt die Elektrodenstruktur in mindestens zwei unterschiedlichen Ebenen vor, die sich beide auf einer Seite des mesogenen Steuermediums befinden. Dies gilt insbesondere wenn die Elektrodenstruktur überlappende Teilstrukturen enthält. Diese Teilstrukturen werden vorteilhafter Weise durch eine dielektrische Schicht voneinander getrennt. Wenn sich die Teilstrukturen auf den gegenüberliegenden Seiten einer Isolationsschicht befinden kann ein „lay out" gewählt werden, das die Realisierung von Kondensatoren erlaubt. Dies ist insbesondere bei der Ansteuerung von Anzeigen mittels einer aktiven Matrix vorteilhaft. Derartige Aktiv Matrix Anzeigen verwenden eine Matrix von den einzelnen Lichtsteuerelementen zugeordneten AnSteuerelementen mit einer nichtlinearen Strom- Spannungs-Kennlinie, wie z. B. TFTs oder MIM- (Englisch: „metal insulator metal") Dioden.
Der Aufbau von Lichtsteuerelementen mit einem mesogenen Steuermaterial in einer optisch isotropen Phase ist im Prinzip in DE 102 172 73.0 beschrieben. Hier wird der Aufbau der erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente kurz beschrieben. Das Schaltelement enthält zwischen den inneren Oberflächen der Substrate das Steuermedium. Auf der inneren Oberfläche des einen Substrats befindet sich die der Elektrodenstruktur mit mindestens zwei Elektroden, die mit voneinander verschiedenen Potentialen beaufschlagt werden können.
Die Elektroden können aus durchsichtigem Material bestehen, wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO). In diesem Fall kann es vorteilhaft und gegebenenfalls nötig sein einen Teil oder Teile des Lichtsteuerelements mittels einer schwarzen Maske abzudecken. Dies erlaubt Bereiche in denen das elektrische Feld nicht effektiv ist abzuschirmen und so den Kontrast zu verbessern. Die Elektroden können aber auch aus undurchsichtigem
Material bestehen, üblicherweise aus Metall, z.B. aus Chrom, Aluminium, Tantal, Kupfer, Silber oder Gold, bevorzugt aus Chrom. In diesem Fall kann der Einsatz einer separaten schwarzen Maske gegebenenfalls entfallen.
Das verwendete elektrische Feld ist bevorzugt ein inhomogenes Feld.
Es wurde gefunden, dass der seitliche Abstand der Elektroden, die mit verschiedenem Potential beaufschlagt werden können, voneinander einen starken Einfluß auf die charakteristischen Spannungen der Lichtsteuerelemente hat. Mit abnehmendem Abstand nimmt die benötigte Ansteuerspannung ab. Wenn der Abstand jedoch kleiner wird, wird auch das Öffnungsverhältnis des Lichtsteuerelements kleiner und die Helligkeit nimmt ab. Bevorzugt haben die Elektroden einen Abstand voneinander der im Bereich von 0,5 μm bis 100 μm, bevorzugt im Bereich von 1 μm bis 20 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 1 μm bis 15 μm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2 μm bis 12 μm und am meisten bevorzugt im Bereich von 2 μm, bevorzugt von 3 μm, bis 11 μm liegt.
Mit abnehmendem Elektrodenabstand verringert sich die Ansteuer- Spannung. Gleichzeitig nimmt aber das Öffnungsverhältnis und damit die
Transmission und bei gegebener Beleuchtung auch die Helligkeit der Anzeige ab. Soll die Helligkeit der elektrooptischen Anzeige optimiert werden, wird bevorzugt ein Elektrodenabstand verwendet, der 8 μm oder mehr, besonders bevorzugt 10 μm oder mehr und ganz besonders bevorzugt 12 μm oder mehr beträgt. Steht jedoch die Ansteuerspannung im Vordergrund der Optimierung, beträgt der Abstand der Elektroden zueinander bevorzugt 19 μm oder weniger, besonders bevorzugt 15 μm oder weniger, ganz besonders bevorzugt 10 μm oder weniger und insbesondere bevorzugt 9 μm oder weniger.
Die Breite der Elektroden in der Richtung zu den Nachbarelektroden, die mit verschiedenem Potential beaufschlagt werden können, ist weniger kritisch als der Abstand der Elektroden in dieser Richtung. Er hat nahezu keinen Einfluß auf die charakteristischen Spannungen der Lichtsteuer- elemente. Mit zunehmender Breite der Elektroden wird jedoch das
Öffnungsverhältnis des Lichtsteuerelements kleiner und die Helligkeit nimmt ab, insbesondere wenn die Elektroden aus lichtundurchlässigem Material bestehen. Mit abnehmender Breite der Elektroden nimmt dagegen ihr elektrischer (Ohm'-scher) Widerstand zu. Bevorzugt haben die Elektroden eine Breite die im Bereich von 0,5 μm bis 30 μm, bevorzugt im Bereich von 0,5 μm bis 20 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,7 μm bis 19 μm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 1 μm bis 9 μm und am ganz bevorzugt im Bereich von 1 ,5 μm bis 6 μm liegt.
Die mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung weisen bevorzugt eine Blaue Phase auf. Es können jedoch auch Medien verwendet werden, bei denen der Temperaturbereich der Blauen Phase so schmal ist, dass praktisch ein Übergang von der kristallinen Phase, von der smektischen Phase oder von der nematischen Phase in die isotrope Phase erfolgt. Die charakteristische Temperatur bzw. der Klärpunkt der mesogenen Medien, die bevorzugt eine Blaue Phase aufweisen, liegt bevorzugt im Bereich von -20°C bis 80°C, bevorzugt von -30°C bis 80°C, bevorzugt ist die charakteristische Temperatur bzw. der Klärpunkt 60°C oder weniger, besonders bevorzugt liegt er im Bereich von 0°C bis 60°C, bevorzugt im
Bereich von 0°C bis 55°C und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 20°C bis 60°C, bevorzugt bis 50°C. Bei Anzeigen mit Hintergrundbeleuchtung liegt die charakteristische Temperatur, in einer bevorzugten Ausführungsform der Klärpunkt, bevorzugt im Bereich von 10°C bis 70°C und besonders bevorzugt im Bereich von 30°C bis 60°C.
Die Blaue Phase ist bevorzugt stabil bis -10°C, besonders bevorzugt bis -30°C und ganz besonders bevorzugt bis -40°C.
Die optische Anisotropie des Mediums bzw. der achiralen Komponente (B) des Mediums bei einer Temperatur von 4° unterhalb der charakteristischen Temperatur bzw. des Klärpunkts, des Mediums bzw. der Komponente (B) beträgt bevorzugt 0,070 oder mehr, bevorzugt 0,080 oder mehr, besonders bevorzugt 0,090 oder mehr und ganz besonders bevorzugt 0,100 oder mehr. Bei Verwendung von Medien mit kleinerer optischer Anisotropie in den erfindungsgemäßen Lichtsteuerelementen ist eine höhere Ansteuerspannung nötig, als bei Verwendung von Medien mit größerer optischer Anisotropie. Sofern eine entsprechend große Ansteuerspannung zur Verfügung steht, können auch Medien mit einer achiralen Komponente einge- setzt werden, die eine kleinere optische Anisotropie aufweisen als 0,070.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die achirale Komponente (B) der erfindungsgemäßen, mesogenen Medien in der nematischen Phase bei einer Temperatur von 4 Grad unterhalb des Klärpunkts bevorzugt eine Doppelbrechung (Δn) von 0,100 oder mehr, besonders bevorzugt von
0,150 oder mehr und ganz besonders bevorzugt von 0,200 oder mehr auf. In dieser bevorzugten Ausführungsform beträgt die Konzentration der chiralen Komponente (A) 20% oder weniger, bevorzugt 10% oder weniger und ganz besonders bevorzugt 7% oder weniger des mesogenen Mediums. Der Wert der Doppelbrechung der Komponente (B) ist für die erfindungsgemäße Anwendung so gut wie unbegrenzt. Praktisch ist er jedoch in der Regel 0,500 oder kleiner und meist 0,450 oder kleiner. Der Wert der Doppelbrechung der erfindungsgemäßen Medien wird hier in der nematischen Phase bei einer Temperatur von 4° unterhalb des Klärpunkts gemessen.
Ist die achirale Komponente des Steuermediums (Komponente (B)) bei dieser Temperatur nicht stabil nematisch oder zumindest bis zu dieser Temperatur in der nematischen Phase unterkühlbar, so wird, ebenso wie bei Einzelsubstanzen und Vormischungen, die Doppelbrechung einer Mischung aus dem Medium und der nematischen Mischung ZLI-4792 der Merck KGaA bei 20°C bestimmt und aus der Änderung gegenüber der Mischung ZLI-4792 auf den Wert des reinen Mediums extrapoliert. Es werden 10% des Mediums und 90% der Mischung ZLl-4792 verwendet. Wenn die Löslichkeit des Mediums nicht ausreicht wird auf eine Konzentration von 5% ausgewichen und falls die Löslichkeit dann immer noch nicht ausreicht wird als Wirtsmischung die nematische Mischung MLC- 6828 der Fa. Merck KGaA verwendet, wie unten weiter beschrieben, und nötigenfalls auch hier die Konzentration von 10% auf 5% verringert. Das Verfahren der Extrapolation der Werte aus der Wirtsmischung wird für alle entsprechenden Eigenschaften der Medien verwendet, sofern diese bei der entsprechenden Temperatur nicht in der nematischen Phase untersucht werden können.
Die Komponente (B) der mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt ein Dipolmόment von 4 Debye oder mehr, besonders bevorzugt von 6 Debye oder mehr und besonders bevorzugt von 8 Debye oder mehr auf.
Für die Lichtsteuerelemente gemäß der vorliegenden Erfindung können sowohl mesogene Steuermedien verwendet werden, deren Komponente (B) in der Mesophase eine positive dielektrische Anisotropie (Δε) aufweisen, als auch solche deren Komponente (B) in der Mesophase eine negative dielektrische Anisotropie aufweisen. Bevorzugt werden meso- gene Steuermedien verwendet, deren Komponente (B) in der Mesophase eine positive dielektrische Anisotropie (Δε) aufweisen.
Wenn die Komponente (B) der mesogenen Steuermedien eine positive dielektrische Anisotropie hat, hat diese bei 1 kHz und einer Temperatur von 4° unterhalb des Klärpunkts, bevorzugt in der nematischen Phase, einen Wert von bevorzugt 15 oder mehr, besonders bevorzugt 30 oder mehr und ganz besonders bevorzugt 45 oder mehr. Hat die Komponente (B.) des Mediums keine nematische Phase oder liegt sie bei einer Tem- peratur von 4° unterhalb des Klärpunkts nicht in der nematischen Phase vor, so wird ihre dielektrische Anisotropie, wie die Doppelbrechung, durch Extrapolation der Werte einer entsprechenden Wirtsmischung ermittelt.
Wenn Komponente (B) des mesogenen Steuermediens eine negative dielektrische Anisotropie hat, beträgt diese bevorzugt -5 oder weniger, besonders bevorzugt -7 oder weniger und ganz besonders bevorzugt -10 oder weniger. Für dielektrisch negative Komponenten (B), bzw. die dielektrisch negativen Bestandteile der Komponenten (B) der Steuermedien, wird, sofern nötig, die nematische Mischung ZLI-3086 der Merck KGaA als Wirtsmischung verwendet.
Besonders bevorzugt sind Steuermedien mit einer Komponente (B) einer positiven dielektrischen Anisotropie.
Bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Steuermedien in den erfindungsgemäßen Lichtsteuerelementen bei einer Temperatur von 2 Grad oberhalb der charakteristischen Temperatur eine charakteristische Spannung V10 im Bereich von 5 V bis 150 V, bevorzugt von 15 V bis 110 V, besonders bevorzugt von 20 V bis 90 V und ganz besonders bevorzugt von 30 V bis 80 V auf. Die charakteristischen Spannungen werden in dieser Anmeldungen für Zellen mit einer Breite der Elektroden von 10 μm und einem Elektrodenabstand von 10 μm angegeben, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Besonders bevorzugt haben die erfindungsgemäßen Steuermedien in den erfindungsgemäßen Lichtsteuerelementen bei einer Temperatur von 2 Grad oberhalb der charakteristischen Temperatur eine charakteristische Spannung V-io von 105 V oder weniger, bevorzugt von 95 V oder weniger, besonders bevorzugt von 75 V oder weniger und ganz besonders bevorzugt von 50 V oder weniger.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die erfindungsgemäßen Steuermedien in den erfindungsgemäßen Lichtsteuerelementen bei einer Temperatur von 2 Grad oberhalb der charakteristischen Temperatur eine charakteristische Spannung V-io im Bereich von 2 V, bevorzugt von 5 V, bis 110 V, besonders bevorzugt von 10 V bis 90 V und ganz besonders bevorzugt von 10 V bis 80 V auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die erfindungsgemäßen Steuermedien in den erfindungsgemäßen Lichtsteuerelementen bei einer Temperatur von 2 Grad oberhalb der charakteristischen Temperatur eine charakteristische Spannung V- im Bereich von 2 V bis 100 V, bevorzugt von 3 V bis 50 V, besonders bevorzugt von 4 V bis 30 V, ganz besonders bevorzugt von 5 V bis 20 V und am meisten bevorzugt von 5 V bzw. 7 V bis 15 V auf.
In dieser Anmeldung wird eine charakteristische Temperatur (Tchar.) wie folgt definiert:
wenn die charakteristische Spannung als Funktion der Temperatur ein Minimum durchläuft, wird die Temperatur dieses Minimumms als charakteristische Temperatur bezeichnet,
wenn die charakteristische Spannung als Funktion der Temperatur kein Minimum aufweist, das Steuermedium aber eine oder mehrere Blaue Phasen aufweist, wird die Temperatur des Übergangs in die Blaue Phase, beim Auftreten mehrerer Blauer
Phasen die Temperatur des Übergangs in die mit steigender Temperatur zuerst auftretende Blaue Phase, als charakteristische Temperatur bezeichnet,
wenn die charakteristische Spannung als Funktion der Temperatur, kein Minimum aufweist und das Steuermedium auch keine Blaue Phase aufweist, wird die Temperatur des Übergangs in die isotrope Phase als charakteristische Temperatur bezeichnet.
Bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Steuermedien in den erfindungsgemäßen Lichtsteuerelementen eine geringe Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Spannungen (Vx), beispielsweise V10, V50, V70 und V90 auf. Die Temperaturabhängigkeit (dVχ/dT) der charakteristischen Spannungen (Vx) wird bevorzugt durch ihre relativen Werte (dV*χ/dT) beschrieben. Hierzu wird sie auf die jeweilige charakteristische Spannung bei einer Referenztemperatur bezogen. Die Referenztemperatur (Tre..) ist die Temperatur von 2 Grad oberhalb der charakteristischen Temperatur des jeweiligen Steuermediums.
dV*χ/dT = dVx(Tref.)/dT / Vχ(Tref.) (5)
worin
Vx: die Spannung bei der X% relativem Kontrast erreicht wird, T die Temperatur, Tref. die Bezugstemperatur Tref. = Tchar. + 2° (siehe Text) und Tchar. charakteristische Temperatur bedeuten.
Bevorzugt wird die relative Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Spannungen, bevorzugt von V70, über einen bestimmten Temperaturbereich beginnend unterhalb bis oberhalb der gewünschten Betriebstemperatur angegeben. Bevorzugt liegt die Betriebstemperatur in einem Bereich von 0,5° bis 60°, besonders bevorzugt von 1° bis 50° und ganz besonders bevorzugt von 1° bis 30° oberhalb der charakteristischen Temperatur des Steuermediums in der Zelle. Zum Vergleich der Temperaturabhängigkeiten der charakteristischen Spannungen, wird in dieser Anmeldung die Temperaturabhängigkeit über einen Bereich von (ca.) einem Grad unterhalb bis (ca.) einem Grad oberhalb einer Temperatur von zwei (ca.) Grad oberhalb der charakteristischen
Temperatur des Steuermediums angegeben. Die Temperaturabhängigkeit wird als Quotient der Differenz der Spannungswerte bei den extremen Temperaturen (Endtemperaturen bzw. Grenztemperaturen) und der Differenz dieser Temperaturen angegeben und dem Mittelwert dieser Temperaturen zugeordnet, sofern nicht explizit anders angegeben.
Der Betrag und bevorzugt der Wert der Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Spannungen, bevorzugt von V70, in diesem Temperaturbereich liegt bevorzugt im Bereich von 0%/Grad bis 30%/Grad, bevorzugt im Bereich von 0%/Grad bis 23%/Grad, bevorzugt bis 22%/Grad, bevorzugt bis 20%/Grad, besonders bevorzugt im Bereich von 0%/Grad bis 15 %/Grad, bevorzugt bis 12%/Grad und ganz besonders bevorzugt von 0 %/Grad bis 7%/Grad.
Die erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente haben bevorzugt eine geringe Temperaturabhängigkeit über einen weiten Bereich von Betriebstemperaturen.
Besonders bevorzugt gelten die genannten Grenzen für die Temperaturabhängigkeit über einen Temperaturbereich von +/-1 ° oder mehr um die Betriebstemperatur im Bereich der Betriebstemperaturen ausgewählt aus dem Bereich von 2° oberhalb der charakteristischen Temperatur des Steuermediums bis 10° oberhalb charakteristischen Temperatur, besonders bevorzugt über einen Temperaturbereich von +/-4° um die Temperatur von 5° oberhalb der charakteristischen Temperatur, insbesondere bevorzugt über einen Temperaturbereich von +/-1° oder mehr um die Betriebstemperatur im Bereich der Betriebstemperaturen ausgewählt aus dem Bereich von 2° oberhalb der charakteristischen Temperatur bis 20° oberhalb der charakteristischen Temperatur, ganz besonders bevorzugt über einen Temperaturbereich von +/-4°, bevorzugt +/-9° um die Temperatur von 10° oberhalb der charakteristischen Temperatur.
Die in den erfindungsgemäßen Lichtsteuerelementen verwendeten Steuermedien haben bevorzugt eine Blaue Phase, die sich über einen Temperaturbereich mit einer Breite von 5 Grad oder mehr, bevorzugt von 10 Grad oder mehr, besonders bevorzugt von 20 Grad oder mehr und ganz besonders bevorzugt von 30 Grad oder mehr erstreckt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben die in den erfindungsgemäßen Lichtsteuerelementen verwendeten Steuermedien bevorzugt eine Blaue Phase, die sich über einen Temperaturbereich mit einer Breite von 15 Grad oder mehr, besonders bevorzugt von 30 Grad oder mehr und ganz besonders bevorzugt von 40 Grad oder mehr erstreckt.
Bevorzugt weisen die Steuermedien einen Betriebstemperaturbereich, bevorzugt eine Blaue Phase im Temperaturbereich von 20°C oder weniger bis 35°C oder mehr, besonders bevorzugt im Temperaturbereich von 10°C oder weniger bis 50°C oder mehr, insbesondere bevorzugt im Temperatur- bereich von 0°C oder weniger bis 60°C oder mehr, und ganz besonders bevorzugt im Temperaturbereich von -30°C oder weniger bis 80°C oder mehr auf.
Die Breite des Temperaturbereichs der Blaue Phase wird wie folgt bestimmt, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
Zunächst wird die HTP der einzelnen Verbindungen der chiralen Komponente (A), bzw. der gesamten chiralen Komponente (A) in der kommerziell erhältlichen Flüssigkristallmischung MLC-6828 der Fa. Merck KGaA bestimmt.
Zur generellen Überprüfung des Auftretens einer Blauen Phase wird dann eine Mischung aus der chiralen Komponente (A) in der (speziell für diesen Zweck entwickelten) achiralen Flüssigkristallmischung AM-3 hergestellt. Zusammensetzung und Eigenschaften dieser Mischung sind bei Beispiel 4 angeben. Dabei wird die Konzentration der Komponente (A) in der achiralen Mischung so gewählt, dass der cholesterische Pitch der resultierenden Mischung im Bereich von 180 nm bis 800 nm, bevorzugt im Bereich von 400 nm bis 600 nm und besonders bevorzugt bei 550 nm Hegt. Ein Tropfen der so erhaltenen Mischung wird auf einem Objektträger mit einem Glasplättchen abgedeckt und unter dem Mikroskop untersucht. Bei einer Schichtdicke von ca. 100 μm oder mehr ist die Blaue Phase direkt zu beobachten (siehe hierzu auch Gray und Goodby).
Als nächstes kann dann die Mischung des zu untersuchenden Steuer- mediums hergestellt werden. Hierzu wird die chirale Komponente (A) in der gewünschten Konzentration in der achiralen Komponente (B) gelöst. Alternativ zu dem oben beschriebenen Verfahren der Bestimmung der Lage und der Breite der Blauen Phase kann auch Ausgehend von der Mischung aus den Komponenten (A) und (B) ausgegangen werden. Hierzu kann der cholesterische Pitch gegebenenfalls so weit vergrößert werden, bis die Blaue Phase der Beobachtung im Mikroskop zugänglich ist. Hierzu stehen die drei folgenden Möglichkeiten zur Verfügung die in der Reihenfolge ihrer Bevorzugung angegeben werden:
erstens die Konzentration der Komponente (A) wird verringert, z.B. durch Zugabe von Komponente (B), bis der Wert des cholesterischen Pitch, der oben, im Zusammenhang mit dem Verfahren mit der Referenzmischung AM-3 beschriebenen Verfahren, angegeben ist, erreicht ist;
zweitens die Kompensation der HTP der Komponente (A) wird durch Einsatz einer oder mehrerer chiraler Verbindungen mit zu dem der Komponente (A) entgegengesetzten Vorzeichen der HTP bis zum Erreichen des gewünschten Pitchs und
drittens Einsatz der, der Verbindung oder den Verbindungen der
Komponente (A) entsprechenden Enantiomeren zur Kompensation der HTP der Komponente (A) in der Konzentration, die zum Erreichen des gewünschten Pitchs führt.
Die Mischung aus Komponente (A) und (B) wird als Steuermedium in eine Zelle mit einer Schichtdicke von 20 μm oder weniger, bevorzugt ca. 10 μm gefüllt und bezüglich ihrer elektrooptischen Eigenschaften untersucht.
Das Phasenverhalten des Steuermediums wird dann in der elektrooptischen Testzelle untersucht. Hierzu wird die
Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Spannungen, bevorzugt von V-io, des Steuermediums in der Referenzzelle gemäß der vorliegenden Erfindung untersucht. Das Auftreten der Blauen Phase im Lichtsteuerelement ist am Einsetzen der optischen Isotropie mit steigender Temperatur zu erkennen. Der elektrooptische Effekt tritt bei der Umwandlungstemperatur auf, bei der die Umwandlung in eine optisch isotrope Phase stattfindet, ähnlich wie in DE 102 17 273.0 beschrieben. Allerdings liegen die Medien gemäß der vorliegenden Erfindung dann in der Blauen Phase vor und nicht in der isotropen Phase, wie die in DE 102 17 273.0 beschriebenen Medien. Der elektrooptische Effekt in den erfindungsgemäßen Lichtsteuerelementen ist wie folgt charakterisiert. Die Zellen sind bei gekreuzten Polarisatoren (völlig) dunkel. Dies gilt insbesondere wenn der cholesterische Pitch viel kleiner ist als die Wellenlänge des verwendeten Lichts. Der Kontrast des erfindungsgemäßen elektrooptischen Effekts weist so gut wie keine Blickwinkelabhängigkeit auf und der Effekt zeigt keine Bistabilität.
Mit weiter steigender Temperatur nehmen die charakteristischen Spannungen in der Regel mit steigender Temperatur leicht zu. Dieser Effekt ist über den gesamten Bereich der Blauen Phase zu beobachten. Auch nach Überschreiten der Umwandlungstemperatur von der Blauen Phase in die isotrope Phase kann der elektrooptische Effekt beobachtet werden. Somit ist der Betriebstemperaturbereich der erfindungsgemäßen Lichtsteuerelemente in der Regel größer als der Bereich, in dem bei den Steuermedien die Blaue Phase auftritt. Bei Temperaturen oberhalb des Phasen- Übergangs von der Blauen Phase in die isotrope Phase ist jedoch der Gradient des Anstiegs der charakteristischen Spannungen mit der Temperatur deutlich größer als in der Blauen Phase. Durch Interpolation aus den jeweiligen (oft nahezu linearen) Verläufen der charakteristischen Spannungen mit der Temperatur unterhalb bzw. oberhalb dieser Über- gangstemperatur kann die Übergangstemperatur von der Blauen in die isotrope Phase erhalten werden.
Der Temperaturbereich über den bei dem Steuermedium die Blaue Phase auftritt, kann außerdem mittels DSC (Englisch „differential scannning calorimetry") bestätigt werden. Bei Steuermedien bei denen die charakteristische Spannung des elektrooptischen Effekts in den erfindungsgemäßen Zellen ein Minimum durchläuft, ist in der Regel keine Unterscheidung von zwei Bereichen mit unterschiedlicher Steigung des Temperaturverlaufs (zunächst flach, dann steiler) zu beobachten. In diesen Fällen wird in der vorliegenden Anmeldung die Breite der Blauen Phase wie folgt definiert. Als Temperatur des oberen Endes des Phasenbereichs wird die Temperatur definiert, bei der die charakteristische Spannung den doppelten Wert des Minimums der charakteristischen Spannung annimmt. Als Temperatur des unteren Endes des Phasenbereichs wird die Temperatur definiert, bei der die charakteristische Spannung ebenfalls den doppelten Wert des Minimums der charakteristischen Spannung annimmt. Sofern jedoch dieser Wert bei Temperaturen unterhalb der Temperatur des Minimums nicht erreicht wird, wird die Temperatur, bei der der elektrooptische Effekt mit steigender Temperatur zuerst auftritt, als Temperatur des unteren Endes des Phasenbereichs definiert.
Bevorzugt zeigt der elektrooptische Effekt bei Betrachtung unter dem bevorzugten Blickwinkel, bevorzugt über einen Blickwinkelbereich der sich horizontal und vertikal bis zu 30° oder mehr, bevorzugt bis zu 40° oder mehr, besonders bevorzugt bis zu 45° oder mehr und ganz besonders bis zu 60° oder mehr erstreckt, ein Kontrastverhältnis von 5:1 oder mehr, bevorzugt von 10:1 oder mehr und ganz besonders bevorzugt von 15:1 oder mehr.
Bevorzugt zeigt der elektrooptische Effekt eine Schaltzeit von 15 ms oder weniger, bevorzugt von 10 ms oder weniger, besonders bevorzugt von 5 ms oder weniger und ganz besonders bevorzugt von 3 ms oder weniger. Dabei werden die Schaltzeiten, wie in der gesamten vorliegenden Anmel- düng, wenn nicht explizit anders angegeben unter den folgenden Bedingungen bestimmt. Bei der Bestimmung der Einschaltzeit (τon) wird der Wert der Rechteckspannung von V0 auf V-ioo des Schaltelements erhöht und die Zeit bestimmt, die vergeht für die Änderung der Transmission bzw. des relativen Kontrasts von 10% auf 90%. Die Ausschaltzeit (τ0ff) wird für Schalten von 90% auf 10% relativen Kontrast bei Verringerung der Spannung von V-ioo auf Vo angegeben. Wenn sich der Klärpunkt des Steuermediums in der Zelle von dem im Bulk unterscheidet, werden die charakteristischen Spannungen bei den Steuermedien die keine Blaue Phase aufweisen und bei denen die charakter- istischen Spannungen mit steigender Temperatur auch kein Minimum durchlaufen, wird die Temperatur auf den Kiärpunkt in der Zelle bezogen.
In dem Fall, dass das mesogene Steuermedium bei der Bestimmung in einer Kapillare im Klärpunktsmeßgerät (Fa. Mettler) keinen scharfen Klär- punkt aufweist, sondern einen relativ breiten Klärbereich, der typischer Weise einige Grad breit ist, wird hier, abweichend von der üblichen Definition, nicht der Beginn des Klärens, sondern das Ende des Klärbereichs als Klärpunkt bezeichnet.
Die mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen bevorzugt aus zwei bis 40 Verbindungen, besonders bevorzugt aus fünf bis 30 Verbindungen und ganz besonders bevorzugt aus sieben bis 25 Verbindungen.
Die chiralen Verbindungen der chiralen Komponete (A) weisen vorzugsweise eine hohe HTP auf. Sie werden auch chirale Dotierstoffe genannt, da sie in der Regel in relativ geringen Konzentrationen zu mesogenen Basismischungen zugegeben werden. Bevorzugt weisen sie eine gute Löslichkeit in der achiralen Komponente (B) auf. Sie beeinträchtigen die mesogenen, bzw. flüssigkristallinen Eigenschaften des mesogenen
Mediums nicht oder nur in geringem Maße, solange der cholesterische Pitch kleine Werte hat, die viel kleiner sind, als die Wellenlänge des Lichts. Wenn der cholesterische Pitch in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichts liegt induzieren sie jedoch eine Blaue Phase, mit einer gänzlich anderen Struktur als der der cholesterischen Phase. Werden zwei oder mehr chirale Verbindungen eingesetzt, können sie den gleichen oder den entgegengesetzten Drehsinn und gleiche oder entgegengesetzte Temperaturabhängigkeit der Verdrillung aufweisen.
Besonders bevorzugt sind chirale Verbindungen mit einer HTP in der kommerziellem Flüssigkristallmischung MLC-6828 der Fa. Merck KGaA von 20 μm"1 oder mehr, insbesondere von 40 μm"1 oder mehr, besonders bevorzugt von 70 μm"1 oder mehr.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht die chirale Komponente (A) aus zwei oder mehr chiralen Verbindungen, die alle das gleiche Vorzeichen der HTP haben.
Die Temperaturabhängigkeit der HTP der einzelnen Verbindungen kann groß oder klein sein. Die Temperaturabhängigkeit des Pitchs des Mediums kann kompensiert werden indem Verbindungen mit unterschiedlicher Temperaturabhängigkeit der HTP in entsprechenden Verhältnissen gemischt werden.
Für die optisch aktive Komponente ??? stehen dem Fachmann eine Vielzahl zum Teil kommerziell erhältlicher chiraler Dotierstoffe zur
Verfügung, wie z.B. Cholesterylnonanoat, R/S-811, R/S-1011 , R/S-2011 , R/S-3011, R/S-4011 , B(OC)2C*H-C-3 oder CB15 (alle Merck KGaA, Darmstadt).
Besonders geeignete Dotierstoffe sind Verbindungen, die einen oder mehrere chirale Reste und eine oder mehrere mesogene Gruppen, oder eine oder mehrere aromatische oder alicyclische Gruppen, die mit dem chiralen Rest eine mesogene Gruppe bilden, aufweisen.
Geeignete chirale Reste sind beispielsweise chirale verzweigte Kohlenwasserstoffreste, chirale Ethandiole, Binaphthole oder Dioxolane, ferner ein- oder mehrbindige chirale Reste ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Zuckerderivate, Zuckeralkohole, Zuckersäuren, Milchsäuren, chirale substituierte Glykole, Steroidderivate, Terpenderivate, Amino- säuren oder Sequenzen von wenigen, vorzugsweise 1-5, Aminosäuren.
Bevorzugte chirale Reste sind Zuckerderivate wie Glucose, Mannose, Galactose, Fructose, Arabinose, Dextrose; Zuckeralkohole wie beispielsweise Sorbitol, Mannitol, Iditol, Galactitol oder deren Anhydroderivate, insbesondere Dianhydrohexite wie Dianhydrosorbid (1 ,4:3,6-Dianhydro-D- sorbid, Isosorbid), Dianhydromannit (Isosorbit) oder Dianhydroidit (Isoidit); Zuckersäuren wie beispielsweise Gluconsäure, Gulonsäure, Ketogulon- säure; chirale substituierte Glykolreste wie beispielsweise Mono- oder Oligoethylen- oder propylenglykoie, worin eine oder mehrere CH2-Gruppen durch Alkyl oder Alkoxy substituiert sind; Aminosäuren wie beispielsweise Alanin, Valin, Phenylglycin oder Phenylalanin, oder Sequenzen von 1 bis 5 dieser Aminosäuren; Steroidderivate wie beispielsweise Cholesteryl- oder Cholsäurereste; Terpenderivate wie beispielsweise Menthyl, Neomenthyl, Campheyl, Pineyl, Terpineyl, Isolongifolyl, Fenchyl, Carreyl, Myrthenyl, Nopyl, Geraniyl, Linaloyl, Neryl, Citronellyl oder Dihydrocitronellyl.
Geeignete chirale Reste und mesogene chirale Verbindungen sind beispielsweise in DE 34 25 503, DE 35 34 777, DE 35 34 778, DE 35 34 779 und DE 35 34 780, DE 43 42 280, EP 01 038 941 und DE 19541 820 beschrieben.
Besonders bevorzugt sind Dotierstoffe ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Verbindungen der folgende Formeln A-l bis A-Ill.
Figure imgf000034_0001
worin
Raiι und Rai2 ^ voneinander unabhängig, Alkyl, Oxaalkyl oder Alkenyl mit 2 bis 9, bevorzugt bis 7 C-Atomen und Ra11 auch Methyl oder Alkoxy mit I bis 9 C-Atomen, bevorzugt beide Alkyl, bevorzugt n-Alkyl,
Ra21 und Ra22 , voneinander unabhängig, Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 9, bevorzugt bis 7 C-Atomen Oxaalkyl, Alkenyl oder Alkenyloxy mit 2 bis 9, bevorzugt bis 7 C-Atomen, bevorzugt Ra21 Ra22, bevorzugt Alkyl, bevorzugt n-Alkyl,
Ra31 und Ra32 , voneinander unabhängig, Alkyl, Oxaalkyl oder Alkenyl mit 2 bis 9, bevorzugt bis 7 C-Atomen und Ra11 auch Methyl oder Alkoxy mit I bis 9 C-Atomen, bevorzugt beide Alkyl, bevorzugt n-Alkyl,
Besonders bevorzugt sind Dotierstoffe ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Verbindungen der folgende Formeln.
CH
C6H13 H -coo- o COO-CH-C2H A-l-1
Figure imgf000035_0001
Weitere bevorzugte Dotierstoffe sind Derivate des Isosorbid, Isomannit oder Isoidit der folgenden Formel A-IV
Figure imgf000036_0001
worin die Gruppe
Figure imgf000036_0002
(Dianhydrosorbitol),
(Dianhydromannitol), oder
(Dianhydroiditol),
Figure imgf000036_0003
vorzugsweise Dianhydrosorbitol, bedeutet,
sowie chirale Ethandiole wie z.B. Diphenylethandiol (Hydrobenzoin), insbesondere mesogene Hydrobenzoinderivate der folgenden Formel A-V
Figure imgf000036_0004
einschließlich der jeweils nicht gezeigten (R,S), (S,R), (R,R) und (S,S) Enantiomere,
worin
B und C jeweils unabhängig voneinander 1 ,4-Phenylen, welches auch durch L mono-, di- oder trisubstituiert sein kann, oder 1 ,4- Cyclohexylen,
L H, F, Cl, CN oder optional halogeniertes Alkyl, Alkoxy,
Alkylcarbonyl, Alkoxycarbonyl oder Alkoxycarbonyloxy mit 1-7 C-Atomen,
0 oder 1.
Z° -COO-, -OCO-, -CH2CH2- oder eine Einfachbindung, und
R° Alkyl, Alkoxy, Alkylcarbonyl, Alkoxycarbonyl oder
Alkylcarbonyloxy mit 1-12 C-Atomen
bedeuten.
Die Verbindungen der Formel A-IV sind in WO 98/00 428 beschrieben. Die Verbindungen der Formel A-V sind in GB-A-2 328 207 beschrieben.
Ganz besonders bevorzugte Dotierstoffe sind chirale Binaphthylderivate wie in WO 02/94 805 beschrieben, chirale Binaphthol-Acetalderivate wie in WO 02/34 739 beschrieben, chirale TADDOL-Derivate wie in WO 02/06 265 beschrieben, sowie chirale Dotierstoffe mit mindestens einer fluorierten Brückengruppe und einer endständigen oder zentralen chiralen Gruppe wie in WO 02/06 196 und WO 02/06 195 beschrieben.
Besonders bevorzugt sind chirale Verbindungen der Formel A-Vl
Figure imgf000038_0001
worin
X1, X2, Y1 und Y2, jeweils unabhängig voneinander, F, Cl, Br, I, CN, SCN, SF5, geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 25 C- Atomen, weiches einfach oder mehrfach durch F, Cl, Br, I oder CN substituiert sein kann, worin auch eine oder mehrere nicht benachbarte CH2-Gruppen, jeweils unabhängig voneinander, durch -O-, -S-, -NH-, NR°-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-,
-S-CO-, -CO-S-, -CH=CH- oder -CfC- so ersetzt sein können, dass O und/ oder S-Atome nicht direkt miteinander verbunden sind, eine polymerisierbare Gruppe oder Cycloaikyl oder Aryl mit bis zu 20 C-Atomen die optional einfach oder mehrfach durch Halogen, bevorzugt F oder durch eine polymerisierbare Gruppe substituiert sein kann, R° H oder Alkyl mit 1 bis 4 C-Atomen,
x1 und x2, jeweils unabhängig voneinander, 0, 1 , oder 2,
y1 und . jeweils unabhängig voneinander, 0, 1 , 2, 3, oder 4,
B1 und B2,jeweils unabhängig voneinander, einen aromatischen oder einen teilweise oder ganz gesättigten aliphatischen sechs- gliedrigen Ring, worin eine oder mehrere CH-Gruppen durch N-
Atome und eine oder mehrere, nicht benachbarte CH2-Gruppen durch O und/oder S,
W1 und W2, jeweils unabhängig voneinander, -Z1-A1-(Z2-A2)m-R , einer von beiden alternativ auch R1 oder A3 , jedoch nicht beide gleichzeitig H, oder
Figure imgf000039_0001
U und U2,jeweils unabhängig voneinander, CH2, O, S, CO, oder CS,
V1 und V2,jeweils unabhängig voneinander, (CH2)n, worin eine bis vier nicht benachbarte CH2-Gruppen durch O und/oder S ersetzt sein können, und eine von V1 und V2, und im Falle, dass
Figure imgf000039_0002
bedeutet, beide eine oder Einfachbindung,
Z1 und Z2, jeweils unabhängig voneinander, -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NR0-, -NR°-CO-, -0-CH2-, -CH2-O-, -S-CH2-, -CH2-S-, -CF2-O-, -O-CF2-, -CF2-S-, -S-CF2-, -CH2-CH2-, -CF2-CH2-, -CH2-CF2-,
-CF2-CF2-, -CH=N-, -N=CH-, -N=N-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF=CF-, -CfC-, eine Kombination von zwei dieser Gruppen, wobei keine zwei O und/oder S und/oder N-Atome direkt aneinander gebunden sind, bevorzugt -CH=CH-COO-, oder -COO-CH=CH-, oder eine Einfachbindung,
A1, A2 und A3, jeweils unabhängig voneinander, 1 ,4-Phenylen, worin eine oder zwei nicht benachbarte CH-Gruppen durch N ersetzt sein können, 1 ,4-Cyclohexylen, worin eine oder zwei nicht benachbarte CH2-Gruppen durch O und/oder S ersetzt sein können, 1,3-Dioxolan-4,5-diyl, 1 ,4-Cyclohexenylen, 1 ,4-Bicyclo- (2,2,2)-oktylen, Piperidin-1 ,4-diyl, Haphthalin-2,6-diyl, Dekahydronaphthalin-2,6-diyl oder 1 ,2,3,4-Tetrahydro- naphthalin-2,6-diyli wobei jede dieser Gruppen ein oder mehrfach durch L substituiert sein kann, und außerdem A1 eine
Einfachbindung, ein Halogenatom, bevorzugt F, CN, N02l Alkyl, Alkoxy, Alkylcarbonyl, Alkoxycarbonyl oder Alkoxycarbonyloxy mit 1-7 C-Atomen, worin ein oder mehrere H-Atome durch F oder Cl ersetzt sein können,
m in jedem Fall unabhängig 0, 1 , 2 oder 3 und
R und R , jeweils unabhängig voneinander, H, F, Cl, Br, I, CN, SCN, SF5, geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 bzw. 3 bis 25 C-
Atomen, welches optional einfach oder mehrfach durch F, Cl, Br, I oder CN substituiert sein kann, uns worin eine oder mehrere nichtbenachbarte CH2-Gruppen durch -O-, -S-, -NH-, -NR°-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH- oder - fC- ersetzt sein können, wobei keine zwei O und/oder S Atome direkt miteinander verbunden sind oder eine polymerisierbare Gruppe
bedeuten.
Besonders bevorzugt sind chirale Binaphthylderivate der Formel A-VI-1
Figure imgf000040_0001
insbesondere solche ausgewählt aus folgenden Formeln A-VI-1a bis A-VI-1c
Figure imgf000040_0002
Figure imgf000041_0001
worin B, R° und Z° die bei Formel A-IV angegebene Bedeutung haben und b 0, 1 oder 2 ist, und Z° insbesondere -OCO- oder eine Einfachbindung bedeutet.
Besonders bevorzugt sind ferner chirale Binaphthylderivate der Formel A-VI-2
Figure imgf000041_0002
insbesondere solche ausgewählt aus folgenden Formeln A-VI-2a bis A-VI-2f
Figure imgf000041_0003
Figure imgf000042_0001
worin R die bei Formel A-IV angegebene Bedeutung hat, X H, F Cl, CN oder R°, bevorzugt F bedeutet.
Insbesondere die Dotierstoffe der oben genannten Formeln A-IV, A-V, und A-Vl, insbesondere A-VI-1a bis A-VI-1c und A-Vl-2a bis A-VI-2d, zeigen eine gute Löslichkeit in der achiralen Komponente, und induzieren eine cholesterische Struktur mit hoher Verdrillung und geringer Temperaturabhängigkeit der Helixganghöhe. Dadurch können selbst bei Verwendung nur eines dieser Dotierstoffe in geringen Mengen erfindungsgemäße Medien mit günstigen Eigenschaften erhalten werden, die sich vor allem für den Einsatz in Lichtsteuerelementen, bei denen das Steuermedium in der optisch isotropen Phase angesteuert wird, eignen.
Die achirale Komponente (B) der erfindungsgemäßen mesogenen Medien mit positiver dielektrischer Anisotropie gemäß der vorliegenden Erfindung enthält bevorzugt
- eine Komponente (B-A) bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer sehr stark positiven dielektrischen Anisotropie von 30 oder mehr,
- optional eine Komponente (B-B) bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer stark positiven dielektrischen Anisotropie von 10 bis < 30,
- optional eine Komponente (B-C) bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer moderat positiven dielektrischen Anisotropie von > 1 ,5 bis < 10,
- optional eine Komponente (B-D) bestehend aus einer oder mehreren dielektrisch neutralen Verbindungen mit einer dielektrischen
Anisotropie im Bereich von -1 ,5 bis +1 ,5 und
- gegebenenfalls optional eine Komponente (B-E )bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer negativen dielektrischen Anisotropie von weniger als -1 ,5.
Die Komponente (B-A) der Komponente (B) dieser Medien enthält bevorzugt eine oder mehrere Verbindungen der Formel I und besteht besonders bevorzugt überwiegend und ganz besonders bevorzugt nahezu vollständig aus einer oder mehreren Verbindungen ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln I und II,
Figure imgf000044_0001
worin
R1 Alkyl mit 1 bis 7 C-Atomen oder Oxaalkyl mit 2 bis 7 C- Atomen, jeweils bevorzugt mit 2 bis 5 C-Atomen, bevorzugt Alkyl,
Figure imgf000044_0002
Z ,1"1 und Z 12 jeweils voneinander unabhängig, eine Einfachbindung, -CO-O-, trans -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CH-, -CF=CF-, -CH=CH-CO-0-, -CF=CF-CO-0-, -CF=CH-CO-0-, -CH=CF-CO-0-, -CF2-0-, -O-CF2- oder -C≡C- oder eine Kombination von zwei oder mehreren dieser Gruppen, bevorzugt mindestens eine dieser Gruppen -COO- oder -CF2-O-,
X1 F, -OCF3, -CF3, -OCF2H, Cl, CN, -C≡C-CN oder NCS, bevorzugt CN, -CF3, -C≡C-CN oder NCS, besonders bevorzugt CN oder -CF3, Y11. Y12 Y13 und Y14 H oder F und
0 oder 1 , bevorzugt 0 bedeuten,
wobei die Verbindungen der Formel I bevorzugt drei oder mehr, besonders bevorzugt vier oder mehr Fluoratome an den Phenylringen tragen, bevorzugt jedoch je Phenylring nicht mehr als zwei F-atome, besonders bevorzugt bedeuten Y .■11 , \ Y/12 und Y - 13 F und bevorzugt bedeutet Z 12 -COO
Figure imgf000045_0001
worin
R' Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 7 C-Atomen, Alkenyl, Alkenyloxy oder Oxaalkyl mit 2 bis 7 C-Atomen, bevorzugt Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 5 C-Atomen oder Alkenyl mit 2 bis 5 C-Atomen, bevorzugt Alkyl oder Alkoxy,
Figure imgf000045_0002
Z21 und Z22 jeweils voneinander unabhängig, eine Einfachbindung, -CO-O-, trans -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CH-, -CF=CF-, -CH=CH-CO-0-, -CF=CF-CO-0-, -CF=CH-CO-0-, -CH=CF-CO-0-, -CF2-O-, -O-CF2- oder -C≡C- oder eine Kombination von zwei oder mehreren dieser Gruppen, bevorzugt mindestens eine dieser Gruppen -COO- oder -CF2-O-,
X" F, -OCF3, -CF3, -OCF2H, Cl, CN, -C≡C-CN oder NCS, bevorzugt CN, -CF3, -C≡C-CN oder NCS, besonders bevorzugt CN,
Y2 H oder F und
n2 0 oder 1 bedeuten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung enthält die Komponente (B) der Medien eine oder mehrere Verbindungen der Formel I und bestehen bevorzugt überwiegend und besonders bevorzugt nahezu vollständig aus einer oder mehreren Verbindungen der Formel I
Bevorzugt werden die Verbindungen der Formel I ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen 1-1 und I-2
Figure imgf000046_0001
worin die Parameter die oben unter Formel I gegebene Bedeutung haben und bevorzugt R1 Alkyl mit 1 bis 7, bevorzugt mit 1 bis 5, bevorzugt bis 3
C-Atomen,
Z12 -COO- oder -CF2-0- und
X1 CN , -CF3 oder NCS, bevorzugt CN oder -CF3
bedeuten.
Besonders bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere Verbindungen der Formel I, bevorzugt der Formel 1-1 und/oder der Formel I-2, worin X1 CF3 bedeutet.
Bevorzugt werden die Verbindungen der Formel II ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen H-1 bis li-7
Figure imgf000047_0001
Figure imgf000048_0001
worin die Parameter die oben unter Formel II gegebene Bedeutung haben und bevorzugt
R2 Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 7 C-Atomen, Alkenyl,
Alkenyloxy oder Oxaalkyl mit 2 bis 7 C-Atomen, bevorzugt Alkyl oder Alkoxy mit 1 bis 5 C-Atomen,
Z22 eine Einfachbindung, -CO-O- oder -CF2-0- bevorzugt
-COO- oder -CF2-0-, bei Formel II-6 auch, besonders bevorzugt, -C≡C- und
X2 CN, oder CF3, bevorzugt CF3, bei Formel ll-6 besonders bevorzugt CN, oder CF3, bevorzugt CN
bedeuten.
Bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln 111 bis II-5, bevorzugt Verbindungen worin Z22 -CO-O- oder -CF2-0- bedeutet. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Komponente (B-A) der Komponente (B) der erfindungsgemäßen Medien bevorzugt eine oder mehrere Verbindungen der Formel II und besteht besonders bevorzugt überwiegend und ganz besonders bevorzugt nahezu vollständig aus einer oder mehreren Verbindungen der Formel II.
Für die Lichtsteuerelemente gemäß der vorliegenden Erfindung können sowohl mesogene Steuermedien verwendet werden, die in der Mesophase eine positive dielektrische Anisotropie (Δε) aufweisen, als auch solche die eine negative dielektrische Anisotropie aufweisen. Bevorzugt werden mesogene Steuermedien verwendet, die in der Mesophase eine positive dielektrische Anisotropie (Δε) aufweisen. Wenn die mesogenen Steuermedien eine positive dielektrische Anisotropie haben, hat die achirale Komponente (B) dieser Medien bei 1 kHz und einer Temperatur von 4° unterhalb des Klärpunkts, bevorzugt in der nematischen Phase, bevorzugt einen Wert von Δε von 40 oder mehr, besonders bevorzugt von 50 oder mehr und ganz besonders von 60 oder mehr.
Die Komponente (B) der mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung mit positiver dielektrischer Anisotropie bestehen besonders bevorzugt überwiegend und ganz besonders bevorzugt nahezu vollständig aus der Komponente (B-A).
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Komponente (B) der mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung mit positiver dielektrischer Anisotropie eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus der Gruppe der Komponenten (B-B) bis (B-D), bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe der Komponenten (B-B) und (B-D), besonders bevorzugt der Komponente (B-B).
Die Komponente (B) der mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung mit positiver dielektrischer Anisotropie enthält bevorzugt
5% bis 80%, bevorzugt 10% bis 60%, besonders bevorzugt 18% bis 43% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel I, 5% bis 95%, bevorzugt 15% bis 80%, besonders bevorzugt 40% bis 70% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel II und 0% bis 30% bevorzugt 0% bis 15%, besonders bevorzugt 0% bis 10% einer oder mehrerer weiterer Verbindungen.
Die Komponente (B) der mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung mit positiver dielektrischer Anisotropie enthält bevorzugt
3% bis 45%, bevorzugt 5% bis 40%, besonders bevorzugt 10% bis 35% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel 1-1 und/oder
2% bis 35%, bevorzugt 4% bis 30%, besonders bevorzugt 5% bis 30% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel 1-1 und/oder - 0 bis 30%, bevorzugt 2% bis 25%, besonders bevorzugt 5% bis
20% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel 11-1 und/oder
0 bis 30%, bevorzugt 2% bis 25%, besonders bevorzugt 5% bis
20% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel II-2 und/oder
5% bis 70%, bevorzugt 15% bis 65%, besonders bevorzugt 20% bis 60% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel II-3 und/oder II-4, bevorzugt II-4 und/oder
0% bis 20% bevorzugt 0% bis 15%, besonders bevorzugt 3% bis 12% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel II-5 und/oder
0% bis 30% bevorzugt 0% bis 20%, besonders bevorzugt 3% bis 15% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel ll-6 und/oder - 0% bis 35% bevorzugt 0% bis 30%, besonders bevorzugt 3% bis 12% einer oder mehrerer Verbindungen der Formel II-7.
Die Komponente (B) der mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Erfindung mit negativer dielektrischer Anisotropie bestehen besonders bevorzugt überwiegend und ganz besonders bevorzugt nahezu vollständig aus der Komponente (B-E). Die Komponente (B-E) dieser Medien enthält bevorzugt eine oder mehrere Verbindungen.
Die mesogenen Medien mit negativer dielektrischer Anisotropie gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten bevorzugt
- eine Komponente (B-A1) bestehend aus einer oder mehreren
. Verbindungen mit einer stark negativen dielektrischen Anisotropie von -5 oder weniger,
- optional eine Komponente (B-B') bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer moderat negativen dielektrischen Anisotropie von -1 ,5 bis < -5,
- optional eine Komponente (B-C) bestehend aus einer oder mehreren dielektrisch neutralen Verbindungen mit einer dielektrischen Anisotropie von -1 ,5 bis +1 ,5 und
- gegebenenfalls eine Komponente (B-D") bestehend aus einer oder mehreren Verbindungen mit einer positiven dielektrischen Anisotropie von mehr als 1 ,5.
Die mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Anmeldung enthalten bevorzugt
- vier oder mehr, bevorzugt sechs oder mehr Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Komponenten (A) und (B) und/oder - fünf oder mehr Verbindungen der Verbindungen der Komponente (B) und/oder
- eine, zwei oder mehr Verbindungen der Verbindungen der Komponente (A).
Das mesogene Medium gemäß der vorliegenden Erfindung kann weitere Additive, z.B. Stabilisatoren oder dichroitische Farbstoffe, in üblichen Konzentrationen enthalten. Die Gesamtkonzentration dieser weiteren Bestandteile liegt im Bereich von 0% bis 0%, bevorzugt im Bereich von 0,1% bis 6%, bezogen auf die Gesamtmischung. Die Konzentrationen der einzelnen dieser Verbindungen liegen bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 3%. Die Konzentration dieser Verbindungen und ähnlicher Bestandteile der Mischung werden bei der Angabe der Konzentrationsbereiche der übrigen Mischungsbestandteile nicht berücksichtigt, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
Die Medien werden auf übliche Weise aus den Verbindungen erhalten. Zweckmäßiger Weise werden die Verbindungen die in geringerer Menge eingesetzt werden in den in größerer Menge eingesetzten Verbindungen gelöst. Wird die Temperatur während des Mischvorgangs über den Klärpunkt der überwiegenden Komponente erhöht, kann die Vollständigkeit der Auflösung leicht beobachtet werden. Die erfindungsgemäßen Medien können jedoch auch auf andere Weisen hergestellt werden. So durch den Einsatz von Vormischungen. Als Vormischungen können unter anderem Homologenmischungen und/oder eutektische Mischungen eingesetzt werden. Die Vormischungen können aber auch bereits selbst einsatzfähige Medien sein. Dies ist bei sogenannten Zwei- oder Mehr-Flaschen- Systemen (Englisch: „two-bottle Systems" oder „multi-bottle Systems") der Fall.
In der vorliegenden Anmeldung gilt, soweit nicht explizit anders angege- ben, das Folgende.
Die angegebenen Bereiche von Werten schließen bevorzugt die Grenzwerte ein.
Die Konzentrationen sind in Massen-% gegeben und beziehen sich auf die vollständige Mischung. Temperaturen sind in Grad Celsius und Temperaturdifferenzen in Differenzgrad Celsius angegeben. Alle physikalischen Eigenschaften wurden bestimmt wie in "Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Stand Nov. 1997, Merck KGaA, Deutschland und sind für eine Temperatur von 20 °C gegeben, sofern nicht explizit anders angegeben. Die optische Anisotropie (Δn), auch Doppelbrechung genannt, wird bei einer Wellenlänge von 589,3 nm bestimmt. Die dielektrischen Eigenschaften werden bei einer Frequenz von 1 kHz bestimmt. Die Eigenschaften der mesogenen Steuermedien und insbesondere die ihrer achiralen Komponenten (B) werden bei einer Temperatur von 4° unterhalb ihres jeweiligen Klärpunks bestimmt.
Der cholesterische Pitch cholesterischer Medien bzw. chiraler nematischer Medien wird in Abhängigkeit von seiner Größe nach bekannten Methoden bestimmt.
Bei relativ großen Werten wird er nach der Methode nach Grandjean-Cano bestimmt. Hierzu wird das Material in eine thermostatisierte, keilförmige Zelle mit homogener Orientierung an den Substraten gefüllt. Die Abstände der beobachteten Disklinationslinien werden bestimmt und über den Keilwinkel wird der Pitch berechnet. Der verwendete Keilwinkel richtet sich nach dem zu bestimmenden Pitch. Typischer weise werden Zellen mit einem Keilwinkel von ca. 0,1 ° bis 4°, bevorzugt von 0,5° bis 3° und besonders bevorzugt von 0,1 ° bis 2° verwendet. Die Abstände der Disklinationslinien werden bevorzugt unter dem Mikroskop ausgemessen. Orientierungsstörungen werden durch entsprechende Mittelung der Werte berücksichtigt. Alternativ kann der Mittelwert der Abstände durch Beugung eins Laserstrahl (z.B. eines He-Ne- Lasers) am Gitter der Disklinationslinien bestimmt werden. Hierbei erfolgt die Bestimmung der Beugungs- maxima zweckmäßigerweise mittels eines Diodenarrays oder eines CCDs. Der Winkel der Keilzelle wird bevorzugt durch Mehrfachreflexion eines Laserstrahls bestimmt. Alternativ kann er aus der Geometrie der Zelle erhalten oder durch eine Eichmessung mit einem Material mit bekanntem Pitch erhalten werden. Die Meßgenauigkeit für den Pitch beträgt je nach Meßmethode und aktuellem Wert ca. +/- 1 % bis ca. +/- 3%.
Sind die Werte des Pitchs zu groß, wird die Linsen-Methode verwendet. Hierbei wird das Material zwischen einer ebenen Platte und einer konvexen Linse orientiert. Dann werden die Abstände der kreisförmigen Disklinationslinien ausgemessen. Dies kann mit einem Bildverarbeitungssystem geschehen, dadurch wird die Mittelung der Daten vereinfacht. Aus dem Radius der Linse und dem Abstand der Disklinationslinie vom Kontakt- punkt wird der Abstand der Linsenfläche zur planen Unterlage am Ort der Disklinationlinien erhalten. Die Meßgenauigkeit dieser Methode ist etwas geringer als bei der mit den Keilzellen aber es kann ein großer Bereich an Pitch-Werten abgedeckt werden.
Sehr kleine Werte des Pitches werden mit der Methode der Selektivreflexion bestimmt. Hierzu wird die Transmission durch eine orientierte Probe des Materials bestimmt. Aus der Wellenlänge des Maximums der Selektivreflexion wird über den Brechungsindex des Materials der Pitch erhalten. Bei dieser Methode beträgt die Meßgenauigkeit für den Pitch beträgt ebenfalls ca. +/- 1%.
Die HTP der chiralen Materialien, insbesondere der chiralen Einzelverbindungen, wird nach der vorliegenden Anmeldung bei einer Temperatur von 20°C in der kommerziellen, nematischen Wirtsmischung MLC-6828 der Fa. Merck KGaA, Darmstadt nach der Grandjean-Cano Methode bestimmt. Die Temperaturabhängigkeit der HTP wird im Bereich von 0°C bis 50°C untersucht und typischerweise bei 20°C angegeben. In der Regel wird auch die HTP in der in der kommerziellen, nematischen Wirts- mischung MLC-6260, ebenfalls der Fa. Merck KGaA, bestimmt.
Wenn der cholesterische Pitch eines Steuermediums nicht bestimmt werden kann, wird er aus der HTP der Komponente (A) in der Komponente (B) extrapoliert. Wenn auch der Wert der HTP der Komponente (A) in der Komponente (B) bei der entsprechenden
Temperatur nicht bestimmt werden kann, wird auch dieser extrapoliert und zwar aus der Temperaturabhängigkeit der HTP, in der Regel bei tieferen Temperaturen.
Im Zusammenhang mit Angaben zur Zusammensetzung der Medien, bzw. ihrer Komponenten, bedeutet
- „enthalten", dass die Konzentration des jeweiligen genannten Materials, also der Komponente oder der Verbindung, in der Bezugseinheit, also dem Medium bzw. der Komponente, bevorzugt 10% oder mehr, besonders bevorzugt 20 % oder mehr und ganz besonders bevorzugt 30% oder mehr beträgt,
- „überwiegend bestehen aus", dass die Konzentration des genannten Materials in der Bezugseinheit bevorzugt 50% oder mehr, besonders bevorzugt 60 % oder mehr und ganz besonders bevorzugt 70% oder mehr beträgt und
- „nahezu vollständig bestehen aus", dass die Konzentration des genannten Materials in der Bezugseinheit bevorzugt 80% oder mehr, besonders bevorzugt 90 % oder mehr und ganz besonders bevorzugt 95% oder mehr beträgt.
Dielektrisch positive Verbindungen haben ein Δε > 1,5, dielektrisch neutrale Verbindungen haben ein Δε im Bereich -1 ,5 < Δε < 1 ,5 und dielektrisch negative Verbindungen haben ein Δε < -1 ,5. Die selben Definitionen gelten auch für Komponenten von Mischungen und für Mischungen.
Die dielektrischen Eigenschaften, elektrooptischen Eigenschaften (z.B. die Schwellenspannungen) und die Schaltzeiten wurden in bei der Merck KGaA, Darmstadt, Deutschland hergestellten Testzellen, bestimmt. Die Testzellen zur Bestimmung von Δε hatten eine Schichtdicke von 22 μm und eine kreisförmige Elektrode aus Indiumzinnoxid (ITO) mit einer Fläche von 1 ,13 cm2 und einem Schutzring. Für homeotrope Orientierung zur Bestimmung von ε|| wurden Zellen mit einer homeotrop orientierenden Polyimid-Orientierungsschicht verwendet. Alternativ kann Lezithin (Merck KGaA) als Orientierungsmittel verwendet. Die Zellen zur Bestimmung von ε± hatten Orientierungsschichten aus dem Polyimid AL-1054 der Firma Japan Synthetic Rubber, Japan. Die Kapazitäten wurden in der Regel mit einem Frequenzanalysator Solatron 1260 mit einer Rechteckwelle mit einer Effektivspannung von 0,3 Vrms gemessen. Bei Materialien mit einer hohen dielektrischen Anisotropie, bei denen bei einer Spannung von 0,3 Vrms bereits eine Umorientierung des Flüssigkristalldirektors auftritt wird abweichend eine niedrigere Spannung von 0,1 Vrrns verwendet. Die elektooptischen Untersuchungen wurden mit weißem Licht durchgeführt. Die charakteristischen Spannungen wurden unter senkrechter Beobachtung bestimmt.
Die dielektrischen Eigenschaften der Materialien werden bevorzugt bei einer Frequenz von 1 kHz und, wenn möglich, bei 20°C, sowie bei einer
Temperatur von 4° unterhalb der Übergangstemperatur in die optisch isotrope Phase (Blaue Phase oder isotrope Phase), die mit steigender Temperatur zuerst auftritt, sowie bei einer Temperatur von 4° oberhalb des Klärpunkts, bzw. der charakteristischen Temperatur des jeweiligen Materials bestimmt.
Die dielektrische Anisotropie (Δε) der Verbindungen wird durch Extrapolation der Werte einer 10%-igen Lösung der jeweiligen Verbindung in einer Wirtsmischung bei 20°C auf einen Anteil der jeweiligen Verbin- düng von 100% bestimmt. Die Kapazitäten der Testmischungen werden sowohl in einer Zelle mit homeotroper, als auch in einer Zelle mit homogener Randorientierung bestimmt. Die Schichtdicke beider Zellentypen beträgt ca. 20 μm. Zur Messung wird eine Rechteckwelle mit einer Frequenz von 1 kHz und einer effektiven Spannung (rms, Englisch: „root mean Square") von typischer Weise 0,1 V, bzw. 0,2 V bis 1 ,0 V verwendet. In jedem Fall ist die verwendete Spannung niedriger als die kapazitive Schwelle der jeweils untersuchten Mischung.
Für dielektrisch positive Verbindungen wird die Mischung ZLI-4792 und für dielektrisch neutrale, sowie für dielektrisch negative Verbindungen, die Mischung ZLI-3086, beide von Merck KGaA, Deutschland, als Wirtsmischung verwendet. Diese Wirtsmischungen werden auch für Komponenten und Medien verwendet, die selbst bei der betreffenden Temperatur keine nematische Phase aufweisen, bzw. die nicht bis zu der betreffenden Temperatur in der nematischen Phase unterkühlt werden können. Ist die Löslichkeit der Verbindungen, Komponenten oder Medien in der jeweiligen Wirtsmischung geringer als 10%, wird ausnahmsweise die Konzentration der untersuchten Substanz auf 5% erniedrigt. Ist die Löslichkeit einer dielektrisch positiven Substanz (einer Verbindung, einer Komponente eines Mediums oder eines Mediums) in der Wirtsmischung ZLI-4792 geringer als 5%, so wird die nematische Mischung MLC-6828, Merck KGaA, Deutschland als Wirtsmischung verwendet. Auch hier wird nötigenfalls die Konzentration der zu untersuchenden Substanz von 10% auf 5% halbiert. Aus der Änderung der Werte gegenüber denen der Wirtsmischung wird auf den Wert der reinen Substanz extrapoliert.
Die erfindungsgemäßen Medien enthalten bevorzugt 0% bis 10% an Verbindungen deren Löslichkeit in der entsprechenden Wirtsmischung (ZLI-3086 bzw. MLC-6828) geringer als 5% ist. Bevorzugt ist die Konzentration dieser Verbindungen 8% oder weniger, besonders bevorzugt 5% oder weniger und ganz besonders bevorzugt 4% oder weniger.
Die dielektrische Anisotropie der Verbindungen, Komponenten oder Medien, die bei 20°C oder bei einer Temperatur von 4° unterhalb ihres Klärpunkts nicht in der nematischen Phase vorliegen, bzw. die nicht bis zu dieser Temperatur in dieser Phase unterkühlbar sind, werden aus einer Wirtsmischung bestimmt, wie oben bei den Verbindungen beschrieben.
Die Dielektrizitätskonstanten ε|| und ε± werden mit einer absoluten Genauigkeit von ca. +/-0.1 bis +/-0.2 bestimmt, wodurch sich für die dielektrische Anisotropie (Δε) eine absoluten Genauigkeit von ca. +/-0.2 bis +/-0.4, typischerweise von +/-0.3 ergibt. Die Genauigkeit nimmt bei größeren Werten ab, die möglichen Abweichungen nehmen also zu. Bei Werten von Δε von 25 bis 40 beträgt die absolute Genauigkeit ca. +/-0,5 und bei Werten von mehr als 40 beträgt die absolute Genauigkeit ca. +/- 1,0.
Die dielektrische Suszeptibilität der Medien wird bei einer Temperatur von 4° oberhalb ihrer charakteristischen Temperatur bestimmt. Sie wird mittlere dielektrische Suszeptibilität (εav.) genannt, da sie auch, in erster
Näherung, aus der Extrapolation der mittleren dielektrischen Suszeptibilität des nematischen Mediums über dessen Klärpunkt hinaus erhalten werden kann. Die dielektrische Suszeptibilität der Medien wird mit einer absoluten Genauigkeit von ca. +/-0.1 bis +/-0,2 bestimmt. Bei Werten von εav. von 50 oder mehr bis 100 beträgt die absolute Genauigkeit ca. +/-0,5 und bei Werten von mehr als 100 beträgt die absolute Genauigkeit ca. +/-2.0. Der Wert der Doppelbrechung der Komponenten (B) der erfindungsgemäßen Medien wird hier in der nematischen Phase bei 20°C und bei einer Temperatur von 4° unterhalb des Klärpunkts gemessen. Ist das Medium bei einer dieser beiden Temperaturen oder bei diesen beiden
Temperaturen nicht stabil nematisch oder zumindest bis zu dieser Temperatur in der nematischen Phase unterkühlbar, so wird die Doppelbrechung einer Mischung aus der entsprechenden nematischen Wirtsmischung extrapoliert, wie oben bei der Bestimmung der dielektrischen Anisotropie beschrieben.
Der Begriff Schwellenspannung bedeutet in der vorliegenden Anmeldung die optische Schwelle und wird für einen relativen Kontrast von 10 % (V10) angegeben. Die Mittgrauspannung und die Sättigungsspannung werden ebenfalls optisch bestimmt und für einen relativen Kontrast von 50%, bzw. von 90 % angegeben. Als Bezugsgröße und charakteristischer Wert der elektrooptischen Kennlinie der verschiedenen Medien wird in der vorliegenden Anmeldung in der Regel die Spannung (V-io), in Ausnahmefällen auch die Spannung (V70), angegeben bei der die Kennlinie zum ersten Mal den Wert von 70% relativem Kontrast erreicht. Wird die kapazitive
Schwellenspannung (V0), auch Freedericksz-Schwelle genannt, oder die Spannung bei der 100% relativer Kontrast erreicht wird (V 0o) angegeben, so ist dies explizit angegeben.
Die Medien wurden in Testzellen mit interdigitalen Elektroden gefüllt. Die Schichtdicke der Testzellen betrug in der Regel ca. 10 μm. Die Breite der Elektroden betrug 10 μm und der Abstand zwischen den benachbarten Elektroden betrug ebenfalls 10 μm. Die elektrooptische Kennlinie wurde bei einer Temperatur von 2 Grad oberhalb der charakteristischen Temperatur des jeweiligen Mediums bestimmt. Beim Einfüllen der Medien in eine Zelle wurde in einigen Fällen eine leichte Erhöhung des Klärpunkts beobachtet. Dieser Effekt ist möglicherweise mit einer gewissen Stabilisierung der nematischen Phase in dünnen Schichten zu erklären. Die Erhöhung des Klärpunkts betrug in einigen Fällen 0,5 Grad und bis zu ca. 0,7 Grad. In einigen wenigen Fällen können Abweichungen von bis zu ca. 2° bis 4° auftreten. Bei Medien bei denen die charakteristische Temperatur (bzw. der Klärpunkt) in der Zelle von dem im Bulk abweicht, wird hier die charakteristische Temperatur (der Klärpunkt) in der Zelle zur Charakterisierung verwendet.
Als Wellenlänge des Lichts werden 400 nm bis 800 nm, bevorzugt 555 nm angenommen.
In der vorliegenden Anmeldung, besonders in den im folgenden beschriebenen Beispielen werden die Strukturen der chemischen Verbin- düngen mittels Abkürzungen angegeben. Die Bedeutung der jeweiligen Abkürzungen ist in den folgenden Tabellen A und B zusammengestellt. Alle Gruppen CnH2n+ι und CmH2m+1 sind geradkettige Alkylgruppen mit n bzw. m C-Atomen. Tabelle B ist aus sich selbst heraus verständlich, da sie jeweils die vollständige Abkürzung für eine Formel homologer Verbindun- gen angibt. In Tabelle A sind nur die Abkürzungen für die Kernstrukturen der Verbindungstypen zusammengestellt. Die Abkürzungen für die jeweiligen einzelnen Verbindungen setzen sich aus der jeweils zutreffenden dieser Abkürzungen für den Kern der Verbindung und der mittels einem Bindestrich angehängten Abkürzung für die Gruppen R1, R2, L1 und L2 gemäß folgender Tabelle zusammen.
Abkürzung für Ri R2 L1 L2
Figure imgf000060_0001
nOm CnH2n+ι OCmH2m+ι H H nO.m OCnH2n+ι CmH2m+1 H H
Figure imgf000060_0002
nN.F CnH2n+1 CN H F
Figure imgf000060_0003
nON.F.F OCnH2n+ι CN F F nOF OCnH2n+ι F H H nCI CnH2n+1 Cl H H
Figure imgf000060_0004
nCI.F.F CnH2n+1 Cl F F
Figure imgf000060_0005
nOCF3 CnH2n+1 OCF3 H H
Figure imgf000060_0006
nOCF3.F.F CπH2n+1 OCF3 F F nOCF2 CπH2n+1 OCHF2 H H nOCF2.F CnH2n+1 OCHF2 H F nOCF2.F.F CnH2n+1 OCHF2 F F nS CnH2n+1 NCS H H nS.F CnH2n+1 NCS H F
Figure imgf000060_0007
rOsN CrH2r+ι-0-C3H2S- CN H H nEm CnH2n+1 COOCrnH2m+ι H H Tabelle A:
Figure imgf000061_0001
PYP PYRP
Figure imgf000061_0002
PPYRP
Figure imgf000061_0003
BCH CCP
F
Figure imgf000061_0004
CPTP
Figure imgf000061_0005
CEPTP
Figure imgf000061_0006
D
Figure imgf000062_0001
EPCH
Figure imgf000062_0002
HP ME
Figure imgf000062_0003
PCH PDX
Figure imgf000062_0004
PTP BECH
Figure imgf000062_0005
EBCH
Figure imgf000062_0006
EHP
Figure imgf000063_0001
ET
Tabelle B:
cnπ2n+1 cnH2n+1-(o) 0-CmH
Figure imgf000063_0003
Figure imgf000063_0002
2m+1
PCH-n(O)mFF PY-n(O)-Om
Figure imgf000063_0004
YY-n(O)-Om
Figure imgf000063_0005
YY-Vn(O)-OmV
Figure imgf000063_0006
CCP-n(O)mFF
Figure imgf000063_0007
CPY-n(O)-m
Figure imgf000064_0001
CYY-n-(O)m
Figure imgf000064_0002
CCYY-n-(O)m
CnH2n+1— < O }— C≡≡C— ( O )— (0)-Cm mH" '2m+1 PTP-n(O)mFF
Figure imgf000064_0003
CPTP-n(O)mFF
Figure imgf000064_0004
CGP-n-X
(X = besonders F, Cl, CN = „N", NCS = „S" und CF3 = „T")
Figure imgf000064_0005
CGG-n-X
(X = besonders F, Cl, CN = „N", NCS = „S" und CF3 = „T")
Figure imgf000065_0001
CGU-n-X
(X = besonders F, Cl, CN = „N", NCS = S und CF3 = „T")
Figure imgf000065_0002
Inm
CπH2π+. \ / — \ ° / — \ ° / — \ f CmH2m+1 CBC-nm
Figure imgf000065_0003
CBC-n F
Figure imgf000065_0004
CHE
Figure imgf000065_0005
ECBC-nm
Figure imgf000065_0006
GP-nO-N
Figure imgf000065_0007
CP-V-N
Figure imgf000066_0001
CPP-nV2-m
Figure imgf000066_0002
CPP-V-m
Figure imgf000066_0003
CPP-nV-m
Figure imgf000066_0004
CPP-V2-m
Figure imgf000066_0005
CCP-V-m
Figure imgf000066_0006
CCP-nV-m
Figure imgf000066_0007
G3n
Figure imgf000067_0001
K3n
Figure imgf000067_0002
M3n
Figure imgf000067_0003
T3n
C 'nH'r 2π-+1 O >— < O V-COO < O ) ( O V-CN
BB3n
Figure imgf000067_0004
PGIP-n-N
Figure imgf000067_0005
PVG-n-S
Figure imgf000068_0001
PVG-nO-S
C H '2n+1 o )— ( o )— ( o -NCS
F
UPP-n-S
CnH2n+1— < 0 >— < O V— C≡C— O V-CmH2m+1
PPTUI-n-m
Figure imgf000068_0002
CPU-n-S
Figure imgf000068_0003
CGU-n-S
Figure imgf000069_0001
PGU-n-S
Figure imgf000069_0002
PTG-n-S
Figure imgf000069_0003
PTU-n-S
Figure imgf000069_0004
PPVP-n-S
Figure imgf000069_0005
PPVG-n-S
Figure imgf000069_0006
PPVU-n-S
Figure imgf000070_0001
PTG-n(O)-N
Figure imgf000070_0002
PTU-n(O)-N
Figure imgf000070_0003
PU-n-AN
Figure imgf000070_0004
GZU-n(O)-N
cπH2n+ (0)— o V-co — o— o — CN
UZU-n(O)-N
Figure imgf000071_0001
GZU-n(O)-NO2
Figure imgf000071_0002
UZG-n(O)-NO2
CnH2n+1-(0)- O -co — o- o -NO.
UZU-n(O)-NO2
cnH2n+r-c≡c-< o > -CO-0 ( O >— CN
GZU-nA-N
Figure imgf000071_0003
UZU-nA-N
Figure imgf000072_0001
GZU-nA-NO2
CnH2n+1 C— C O ) — CO— O ( O V— N02
UZU-nA-NO2
Figure imgf000072_0002
UVZG-n-N
Figure imgf000072_0003
PWZU-3-N
Figure imgf000072_0004
CUZU-n-N
Figure imgf000073_0001
CCZU-n-F
Figure imgf000073_0002
PGU-n-F
Figure imgf000073_0003
UM-n-N
Figure imgf000073_0004
DU-n-N
Figure imgf000073_0005
CC-n-V
Figure imgf000073_0006
CC-n-Vm
Figure imgf000074_0001
B(OC)2C*H-C-n
Figure imgf000074_0002
B02C*H-n BO2C*F-n
Figure imgf000074_0003
BO2C*H-C-n BO2C*F«C-n
Figure imgf000074_0004
BO2C*H-CC-n
Figure imgf000074_0005
BO2C*F-CC-n
Figure imgf000075_0001
(nOPZ)2X*
Figure imgf000075_0002
(n0PZPZ)2X*
Figure imgf000075_0003
SS-(nCPZ)2BE
Figure imgf000075_0004
RR-(nCPZ)2BE
Figure imgf000075_0005
C 15
Figure imgf000076_0001
CB15
Figure imgf000076_0002
R/S-811
Figure imgf000076_0003
RS-1011/S-1011
Figure imgf000076_0004
R-2011/S-2011
Figure imgf000076_0005
RS-3011/S-3011
Figure imgf000076_0006
R-4011/S-4011
Figure imgf000077_0001
CM 44
Figure imgf000077_0002
Die mesogenen Medien gemäß der vorliegenden Anmeldung enthalten bevorzugt
- vier oder mehr, bevorzugt sechs oder mehr Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Tabellen A und B und/oder
- fünf oder mehr Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Tabelle B und/oder
- zwei oder mehr Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Tabelle A.
Die erfindungsgemäßen Medien nach der vorliegenden Anmeldung können bei Bedarf eine oder mehrere weitere Verbindungen in geringen Mengen als Stabilisatoren oder zur Einstellung des spezifischen Widerstands enthalten. Sie enthalten bevorzugt einen oder mehrere Stabilisatoren, bevorzugt ausgewählt aus der Liste der folgenden Verbindungen der Tabelle C. Tabelle C
Figure imgf000078_0001
Figure imgf000078_0002
Figure imgf000079_0001
Eine typische Verbindung, die zur Einstellung des spezifischen Widerstands eingesetzt werden kann, hat die folgende Formel
Figure imgf000079_0002
Beispiele
Die im Folgenden beschriebenen Beispiele illustrieren die vorliegende Erfindung ohne sie in irgend einer Art zu beschränken. Ferner zeigen sie dem Fachmann welche Eigenschaften und insbesondere welche Eigenschaftskombinationen mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden können.
Beispiel 1 und Verqleichsbeispiele a bis 1d
Vergleichsbeispiel 1a
Die achirale Flüssigkristallmischung AM-1 mit der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt und untersucht.
Zusammensetzung Physikalische Eigenschaften
Verbindung Konz. T(N,I) 5,7 °C
# Abkürzung /Massen-% Δε(20°C, 1 kHz) > 0
1 UZU-3A-N 7,5
2 GZU-3A-N 15,0 εav.(T(N,l)+4°) 55,0
3 GZU-4A-N 15,0
4 GZU-40-N 15,0 V70(T(N,l)+2°) 45,0 V
5 PU-3-AN 10,0 dV70(T(N,l)+2°)/dT = 11,5 V/Grad
6 PTU-40-N 15,0 dV*70( V70)/dT 26 %/Grad
6 CUZU-2-N 15,0
7 CUZU-3-N 7,50
Σ 100,0
Diese Flüssigkristallmischung wurde in eine Testzelle gefüllt und bei einer Temperatur von 7,7°C, sowie über einen Temperaturbereich von 6,2°C bis bei 10,7°C (5° oberhalb des Klärpunkts) bezüglich ihrer elektrooptischen Eigenschaften untersucht.
Die verwendete Testzelle wies interdigitale Elektroden auf nur einem der beiden Substrate auf. Eine elektrooptische Testzelle mit einem Lichtschaltelement enthaltend die Flüssigkristallmischung wurde hergestellt. Die Substrate bestanden aus Glas. Es wurden Substrate ohne Orientierungsschicht und ohne Passivierungsschicht verwendet. Die Elektrodenstruktur bestand aus ineinander verzahnten kammförmigen Elektroden. Der Abstand der Elektroden voneinander betrug 10 μm und die Breite der Elektroden betrug 10 μm. Die Schichtdicke der Elektroden betrug ca. 100 nm. Die Elektroden befanden sich alle in einer gemeinsamen Ebene. Die Schichtdicke des Steuermediums betrug ca. 10 μm.
Es wurde ein erster Polarisator vor und als Analysator ein zweiter Polarisator hinter der Zelle benutzt. Die Absorptionsachsen der beiden Polarisatoren bildeten einen Winkel von 90° zueinander. Der Winkel zwischen der Achse der maximalen Absorption der Polarisatoren und der Komponente des elektrischen Felds in der Ebene der Anzeige betrug jeweils 45°. Die Spannungs-Transmissions-Kennlinie wurde mit einem elektrooptischen Meßplatz DMS 703 der Firma Autronic-Melchers,
Karlsruhe, Deutschland bestimmt. Bei senkrechter Beobachtung wurde eine Kurve erhalten wie sie für eine Zelle mit elektrisch kontrollierter Doppelbrechung (z.B. ECB) typisch ist.
Mit steigender Temperatur oberhalb des Klärpunkts des Mediums nehmen die charakteristischen Spannungen monoton zu. Bei 7,7°C beträgt V70 45 V. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
Tabelle 1: Charakteristische Spannungen verschiedener Beispiele
Figure imgf000082_0001
Bemerkungen: BC*HC: B(OC)2C*H-C-3,
PPX*: (10PZPZ)2X*, n.b.: nicht bestimmt, dV70/dT: r 70(Tchar +3°) - V7o(Tchar +1 °) / (2°)], dV*70/dT:
[V7θ(Tc ar +3°) - V70(Tchar +1 °) / (V7o(Tchar +2°) • 2°)J.
§: Werte bei Tchar +0,5°. Beispiel 1
Es wird eine Mischung aus 97% der achiralen Flüssigkristallmischung AM-1 des Vergleichsbeispiels 1a und 3% der chiralen Verbindung B(OC)2C*H-C-3 hergestellt und untersucht. Die chirale Verbindung hat in der verwendeten Form bei 20°c eine HTP von +137 μm"1 (in MLC-6828) und in MLC-6260 von +104 μm" .
Figure imgf000083_0001
Die Mischung weist eine Blaue Phase über einen Bereich von ca. 2 Grad mit der folgenden Phasensequenz auf: N* 11 ,5°C BP 13,5°C I.
Die Mischung wird, wie bei Vergleichsbeispiel 1a beschrieben, in eine Testzelle gefüllt und beschrieben untersucht. Insbesondere werden ihre elektrooptischen Eigenschaften bei Temperatur bis zu einigen Grad oberhalb ihrer charakteristischen Temperatur untersucht. Die Ergebnisse sind zum Vergleich mit denen des Vergleichsbeispiels 1a in Tabelle 1 enthalten.
Wie man aus dieser Tabelle ersehen kann, sind die charakteristische Spannung V7o der Flüssigkristallschaltelemente des Beispiels 1 bei Temperaturen nahe oberhalb der charakteristischen Temperatur etwas größer als die des Vergleichsbeispiels 1a bei den entsprechenden Temperaturen. Die charakteristische Spannung der Flüssigkristallschalt- elemente des Beispiels 1 nimmt wie die des Vergleichsbeispiels 1a mit steigender Temperatur monoton zu. Jedoch ist die Zunahme der charakteristische Spannung bei den Flüssigkristallschaltelementen des Beispiels 1a zunächst deutlich geringer als bei denen des Vergleichsbeispiels 1 , so dass die beiden Schaltelemente bereits bei einer Temperatur von 1 ,5° oberhalb ihrer Referenztemperatur nahezu die selbe Spannung V 0 zeigen. Die Temperaturabhängigkeit bei einer Temperatur von 2° oberhalb der jeweiligen charakteristischen Temperatur wird im Vergleich der Lichtsteuerelemente des Vergleichbeispiels 1a mit denen des Beispiels 1 von über 25% auf unter 20% verringert. Bei einer Temperatur von 0,5° oberhalb der charakteristischen Temperatur beträgt hier die relative Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Spannung dV*7o(/V7o)/dT 9 %/D und bei einer Temperatur von 2° oberhalb der charakteristischen Temperatur beträgt die relative Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Spannung dV*7o(Λ 7o) lT 45 %/°.
Bei den Mischungen des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 1a wurden zusätzlich Zellen mit einem Elektrodenabstand von 15 μm und einer Elektrodenbreite von 10 μm untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Tabelle 2: Charakteristische Spannungen
Figure imgf000085_0001
Bemerkungen: siehe Tabelle 1 ,
BCΗC: B(OC)2C*H-C-3,
§: Werte bei TChar.+0,5o.
Der Abstand Elektroden der verwendeten Zellen betrug hier, in Tabelle 2, ausnahmsweise 15 μm.
Verαleichsbeispiele 1b bis 1d
Bei den Vergleichsbeispielen 1 b bis 1d wurden, im Gegensatz zu Beispiel 1, wie bei Vergleichsbeispiel 1a achirale Steuermedien verwendet. Hier wurden jedoch Steuermedien verwendet, die andere Zusammensetzungen aufwiesen, als das Steuermedien des Vergleichsbeispiels 1a. Vergleichsbeispiel 1b
Es wurde eine Mischung mit der folgenden Zusammensetzung und mit den folgenden Eigenschaften hergestellt und untersucht.
Figure imgf000086_0001
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Vergleichsbeispiel 1c
Es wurde eine Mischung mit der folgenden Zusammensetzung und mit den folgenden Eigenschaften hergestellt und untersucht.
Figure imgf000087_0001
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Vergleichsbeispiel 1d
Es wurde eine Mischung mit der folgenden Zusammensetzung und mit den folgenden Eigenschaften hergestellt und untersucht.
Zusammensetzung Physikalische Eigenschaften
Verbindung Konz. T(N,I) = 14,3 °C
# Abkürzung /Massen-%
1 UZG-5A-N02 10,0 Δε(20°C, 1 kHz) > 0
2 UZU-3A-N 10,8
3 UZU-5A-N 10,8 εav.(T(N,l)+4°) - 62,2
4 GZU-3A-N 10,8
5 . GZU-4A-N 9,9 V70(T(N,l)+2o) - 47 V
6 GZU-40-N 9,0 dV70/dT(T(N,l)+2°) s 11 V/Grad
7 UVZG-3-N 9,0
8 CUZU-2-N 9,0
9 CUZU-3-N 9,0
10 CUZU-4-N 9,0
11 HP-5N.F 2,7
Σ 100,0
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Die Medien der Vergleichsbeispiele 1b bis 1d wurden, wie bei Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1a, in Zellen mit einem Elektrodenabstand von 15 μm und einer Elektrodenbreite von 10 μm untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Wie man aus Tabelle 2 ersehen kann, ist die Temperaturabhängigkeit der relativen charakteristischen Spannung V7o für alle vier Vergleichsbeispiele mit ca. 25% nahezu gleich groß, wohingegen sie bei Beispiel 1 nur 9% beträgt. Beispiele 2a bis 2d und Vergleichsbeispiel 2
Vergleichsbeispiel 2
Zunächst wird die achirale Mischung AM-2 der folgenden Zusammensetzung hergestellt und untersucht.
Figure imgf000089_0001
Beispiel 2a
Es wird eine Mischung aus 90% der achiralen Flüssigkristallmischung AM-2 des Vergleichsbeispiels 2 und 10% der chiralen Verbindung B(OC)2C*H-C-3 hergestellt und untersucht. Diese Mischung hatte eine charakteristische Temperatur von 22,5°C, die in der Zelle jedoch 24,4°C betrug, was hier als charakteristische Temperatur angenommen wird. Die Temperaturabhängigkeit der Spannung V7o ist in der folgenden Tabelle (Tabelle 3) dargestellt. Tabelle 3: Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Spannungen des Beispiels 2a
Figure imgf000090_0001
Wie man aus dieser Tabelle (Tabelle 3) ersehen kann, nimmt die charakteristische Spannung V70 der Zelle mit dieser dotierten Mischung, nicht wie bei dem Vergleichsbeispiel 1a und bei Beispiel 1 mit steigender Temperatur zu, vielmehr nimmt sie zunächst mit steigender Temperatur ab, durchläuft dann bei ca. -11 ,6° C ein Minimum und steigt erst dann mit weiter steigender Temperatur wieder an. Die Temperatur von -11 ,6°C wird, nach der Vorliegenden Anmeldung, als charakteristische Temperatur bezeichnet, da die charakteristische Spannung ein Minimum durchläuft. In einem Temperaturbereich von ca. +/-3° um diese Temperatur (also Tchar.. = -11 ,6°C) verschwindet die Temperaturabhängigkeit (dV*7o/dT) nahezu, beträgt also ca. OV/Grad.
Hier wird als Phasenbereich der Blauen Phase der Bereich von einer Temperatur von -19,3°C bis 13°C angegeben. Die Spannung erreicht bei tiefen Temperaturen nur 156 V, also weniger als das Doppelte des Werts der minimalen Spannung von 80 V. Die Untergrenze des Temperaturbereichs ist die Temperatur, bei der der elektrooptische Effekt zuerst ausgenutzt werden kann. Sie kann aus der beobachteten Schaltzeit ermittelt werden. Bei einer Temperatur von 13°C wird mit 164 V etwas mehr als das Doppelte des Werts der minimalen Spannung erreicht. Bei der Angabe dieser oberen Grenze wird, wie im entsprechenden Fall auch bei der unteren Grenze, auf eine Interpolation auf Werte mit einer Genauigkeit von unter einem Grad verzichtet.
Beispiel 2b
85% der achiralen Flüssigkristallmischung AM-2 des Beispiels 1 wurde mit 15% der Dotierstoffmischung DM-1 mit der folgenden Zusammensetzung.
Figure imgf000091_0001
Bemerkungen: siehe Tabelle 1
Die in der Dotierstoffmischung DM-1 verwendeten chiralen Verbindungen haben alle, bis auf eine Ausnahme, einen hohen, positiven Wert der HTP in der Referenzmischung mit der angegebenen Zusammensetzung.
Für das resultierende Steuermedium konnte unter dem Mikroskop bei Temperaturen bis -20°C kein Klärpunkt und kein Übergang in die Blaue Phase bestimmt werden. Die Mischung aus 85% AM-2 und 15% DM-1 wird mit 0,1% des Phenols der Formel
Figure imgf000092_0001
versetzt, in eine Testzelle' gefüllt und, wie im Vergleichsbeispiel 1a beschrieben, untersucht. Insbesondere werden ihre elektrooptischen Eigenschaften bei verschiedenen Temperaturen oberhalb ihrer charakteristischen Temperatur bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengestellt und zum Vergleich mit denen des Beispiels 2a, in Tabelle 5 enthalten.
Tabelle 4: Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Spannungen des Beispiels 2b
Figure imgf000092_0002
Wie man aus dieser Tabelle (Tabelle 4) ersehen kann, ist die charakteristische Spannung V70 der Zelle mit dieser dotierten Mischung über eine Temperaturbereich von -11 ,4°C bis -5,6°C nahezu unabhängig von der Temperatur.
Wie bei Beispiel 2a nimmt auch hier V 0 mit steigender Temperatur zunächst ab und steigt erst dann mit weiter steigender Temperatur wieder an. Das Minimum von V7o liegt bei ca. -8,5°C In einem Temperaturbereich von ca. +/-2° um diese Referenztemperatur verschwindet auch hier die Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Spannung (dV70/dT) nahezu vollständig (vergleiche Tabelle 5).
Tabelle 5: Temperaturabhängigkeit der charakteristischen Spannungen der Beispiele 2a und 2b
Figure imgf000093_0001
Bemerkungen: siehe Tabelle 1 ,
ΔV70/ΔT (T): rN70(T+1 °) - V70(T-1 °) / (2°)],
ΔV*70/ΔT (T): [V70(T +1 ° - V70(T-1 °) / (V70(T) ■ 2°)],
§: hier wurde der Temperaturbereich nur einseitig erweitert. Beispiel 2c
Die Flüssigkristallmischung AM-2 des Vergleichsbeispiels 2 wurde zu 85% wie bei Beispiel 2b wieder mit 15% der einer Dotierstoffmischung gemischt. Hier wurde jedoch die Dotierstoffmischung DM-2 mit der folgenden Zusammensetzung verwendet.
Figure imgf000094_0001
Bemerkungen: siehe Tabelle 1 ,
Die in der Dotierstoffmischung DM-2 verwendeten chiralen Verbindungen haben in der Referenzmischung Werte der HTP, die mit steigender Temperatur zunehmen. Die resultierende Mischung hat eine charakteristische Temperatur.
Die Mischung aus 85% AM-2 und 15% DM-2 wird mit 0,1% des in Beispiel 2b verwendeten Phenols versetzt, in eine Testzelle gefüllt und untersucht, wie im Vergleichsbeispiel 1a beschrieben. Insbesondere werden ihre elektrooptischen Eigenschaften bei verschiedenen Temperaturen oberhalb ihrer charakteristischen Temperatur bestimmt. Diese Ergebnisse sind, zum Vergleich mit denen des Vergleichsbeispiels 1 a und des Beispiels 1 , ebenfalls in Tabelle 1 enthalten.
Beispiel 2d
Zu der Mischung AM-2 des Vergleichsbeispiels 4 wurden 10% der chiralen Verbindung (1 OPZPZ)2X* gegeben. Bei der resultierenden Mischung konnte keine Blaue Phase direkt beobachtet werden. Aus den elektrooptischen Daten wurde ein Phasenübergangsbereich von -5°C bis 9°C abgeleitet. Als charakteristische Temperatur wurde hier ausnahmsweise 9°C angenommen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle, Tabelle 6 dargestellt und, zum Vergleich, ebenfalls in Tabelle 1 aufgenommen.
Tabelle 6: Charakteristische Spannungen des Beispiels 2d
Figure imgf000095_0001
Bemerkungen: siehe Tabelle 1. Beispiele 3a bis 3f und Vergleichsbeispiel 3
Vergleichsbeispiel 3
Als achirale Ausgangsmischung wurde die Mischung AM-3 mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt.
Figure imgf000096_0001
Diese Mischung wurde als solche untersucht. Die charakteristische Temperatur betrug 60 °C. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.
Beispiele 3a bis 3c
Zu der Mischung AM-3 des Vergleichsbeispiels 3 wurden alternativ 3%, 5%, bzw. 7% der in Beispiel 1 verwendeten chiralen Verbindung B(OC)2C*H-C-3 gegeben (Beispiele 3a, 3b bzw. 3c). Die resultierenden Mischungen wiesen einen Phasenübergang in die Blaue Phase bei ca. 24°C, 36°C, bzw. 46°C auf. Als charakteristische Temperaturen wurden hier 24,3°C, 36,3°C bzw. 45,9°C angenommen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengestellt und die des Beispiels 3b ebenfalls in Tabelle 1 aufgenommen. Tabelle 7: Charakteristische Spannungen der Beispiele 3a bis 3c
Figure imgf000097_0001
Bemerkungen: siehe Tabelle 1.
§: dV70/dT: [V70(Tcha, +2,5°) - V70(Tchar +1 ,5°) / (1 °] dV*70/dT: [V70(Tchar +2,5°) - V70(Tchar.+1 ,5°) / (V7o(Tchar.+1 °) ■ 1 °)] Beispiele 3d bis 3f
Als achirale Ausgangsmischung wurde wieder die Mischung AM-3 der Beispiele 3a bis 3c verwendet.
Zu dieser Mischung (AM-3) wurden 10%, 13%, bzw. 16% der (in Beispiel 1 verwendeten) chiralen Verbindung B(OC)2C*H-C-3 gegeben. Die resultierenden Mischungen (Beispiele 3d, 3e bzw. 3f) wiesen einen Phasenübergang von der cholesterischen in die Blaue Phase bei einer Temperatur von 6°C (Beispiel 3d) bzw. ein Minimum der Kennlinie der charakteristischen Spannungen bei Temperaturen von 1 °C (Beispiel 3e) bzw. 0,3°C (Beispiel 3f) auf. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle, Tabelle 8 zusammengestellt.
Tabelle 8: Charakteristische Spannungen
Figure imgf000098_0001
Bemerkungen: siehe Tabelle 1
* es konnte keine Blaue Phase beobachtet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrooptisches Lichtsteuerelement umfassend
- ein Substrat oder mehrere Substrate, - eine Elektrodenanordnung,
- ein Element oder mehrere Elemente zur Polarisation des Lichts und
- ein Steuermedium, dadurch gekennzeichnet, dass - das Lichtsteuerelement bei einer Temperatur betrieben wird, bei der sich das Steuermedium im nicht angesteuerten Zustand in einer optisch isotropen Phase befindet und das mesogene Steuermedium eine chirale Komponente, Komponente (A), die aus einer oder mehreren chiralen Verbindungen besteht, enthält und das mesogene Steuermedium bei der Temperatur bei der das
Lichtsteuerelement betrieben wird eine Blaue Phase aufweist oder das mesogene Steuermedium bei der Temperatur bei der das Lichtsteuerelement betrieben wird in der isotropen Phase vorliegt.
2. Elektrooptisches Lichtsteuerelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass - die Elektrodenanordnung ein elektrisches Feld mit einer signifikanten Komponente parallel zur Fläche des mesogenen Steuermediums erzeugen kann.
3. Elektrooptisches Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mesogene Steuermedium eine Blaue Phase aufweist.
4. Elektrooptisches Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mesogene Steuermedium eine chirale Komponente, Komponente (A), die aus einer oder mehreren chiralen Verbindungen besteht, enhält.
Elektrooptisches Lichtsteuerelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mesogene Steuermedium eine achirale Komponente, Komponente (B), die aus einer oder mehreren achiralen Verbindungen besteht, enhält.
6. Elektrooptisches Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Temperaturabhängigkeit (dV*ι0/dT) der charakteristischen Spannung für 10% relativen Kontrast (V10) des Steuermediums bei einer Temperatur von 2° oberhalb der charakteristischen Temperatur (TChar.) im Bereich von +/-1° um diese Temperatur 30%/Grad oder weniger beträgt.
7. Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Temperaturabhängigkeit (dV*10/dT) 23%/Grad oder weniger beträgt.
8. Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die charakteristischen Spannung für 10% relativen Kontrast (V-io) bei einer Temperatur von 2° oberhalb der charakteristischen Temperatur (TChar.) des Steuermediums in Zellen 80 V, bevorzugt 60 V oder weniger beträgt.
9. Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mesogene Steuermedium eine chirale Komponente, Komponente (A), die aus zwei oder mehr chiralen Verbindungen besteht, enthält.
10. Lichtsteuerelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das alle chiralen Verbindungen der Komponente (A) das selbe Vorzeichen der HTP bei 20°C in der Referenzmischung haben.
11. Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der HTP einer oder mehrerer der chiralen Verbindungen der Komponente (A) bei 20°C in der Referenzmischung 10 μm"1 oder mehr beträgt.
12. Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das mesogene Steuermedium eine achirale Komponente, Komponente (B), die aus einer oder mehreren achiralen Verbindungen besteht, enthält.
13. Lichtsteuerelement nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Suszeptibilität (εav.) des Steuermediums bei einer Temperatur von 4 Grad oberhalb der
Umwandiungstemperatur von der Blauen Phase, bzw. von der cholesterischen Phase in die isotrope Phase 40 oder mehr, bevorzugt 55 oder mehr beträgt.
14. Lichtsteuerelement mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anisotropie bei einer Temperatur von 4 Grad unterhalb der Übergangstemperatur von der cholesterischen in die isotrope Phase 0,050 oder mehr, bevorzugt 0,080 oder mehr beträgt.
15. Elektrooptische Anzeige enthaltend ein oder mehrere
Lichtsteuerelemente nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14.
16. Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige mittels einer aktiven Matrix angesteuert wird.
17. Elektrooptisches Anzeigesystem enthaltend eine oder mehrere elektrooptische Anzeigen nach mindestens einem der Ansprüche 15 und 16.
18. Elektrooptisches Anzeigesystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es als Fernsehbildschirm, als Computermonitor oder als beides verwendet werden kann.
19. Verwendung eines Lichtsteuerelements nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Darstellung von Information.
20. Verwendung einer elektrooptischen Anzeige nach mindestens einem der Ansprüche 17 und 18, in einem elektrooptischen Anzeigesystem.
21. Verwendung eines elektrooptischen Anzeigesystems nach mindestens einem der Ansprüche 17 und 18, zur Darstellung von Videosignalen oder von digitalen Signalen.
22. Mesogenes Steuermedium zur Verwendung in einem elektrooptischen Lichtsteuerelement, dadurch gekennzeichnet, dass es eine optisch isotrope Phase, bevorzugt eine Blaue Phase, im Bereich von 0°C oder weniger bis 80°C oder mehr aufweist.
23. Mesogenes Steuermedium nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass es
(a) eine chirale Komponente, Komponente (A), die aus einer oder mehreren chiralen Verbindungen besteht und
(b) optional eine achirale Komponente, Komponente (B), die aus einer oder mehreren chiralen und / oder achiralen Verbindungen besteht, enhält.
24. Mesogenes Steuermedium nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass es eine achirale Komponente, Komponente (B), die aus einer oder mehreren chiralen und / oder achiralen
Verbindungen besteht, enhält.
25. Mesogenes Steuermedium nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (B) aus einer oder mehreren achiralen Verbindungen besteht.
26. Medium nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (B) aus einer oder mehreren chiralen Verbindungen besteht.
27. Medium nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass es eine charakteristische Temperatur im Bereich von 0°C bis 60°C aufweist.
28. Medium nach mindestens einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Blaue Phase einen Temperaturbereich von
5 Grad oder mehr als 5 Grad aufweist.
29. Medium nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Blaue Phase einen Temperaturbereich von 10 Grad oder mehr als 10 Grad aufweist.
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