CH643291A5

CH643291A5 - Composition a base de cristal liquide pour dispositif electro-optique.

Info

Publication number: CH643291A5
Application number: CH223980A
Authority: CH
Inventors: Jacques Cognard; Hieu Phan Trung
Original assignee: Asulab Sa
Priority date: 1980-03-21
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1984-05-30
Also published as: JPS56145969A; GB2074182A; GB2074182B; DE3109088A1; FR2478664B1; FR2478664A1

Description

La présente invention se rapporte à une composition à base de cristal liquide contenant en solution un colorant plé-chroïque anthraquinonique et utilisable dans des dispositifs électro-optiques, plus particulièrement dans des dispositifs d'affichage.

Pour qu'un colorant puisse être employé de façon appropriée en solution dans un cristal liquide pour dispositif d'affichage, il doit présenter au moins les propriétés suivantes:

- être suffisamment soluble dans le cristal liquide;

- être parfaitement stable chimiquement (notamment inerte vis-à-vis du cristal liquide) et surtout photochimiquement (stable à la lumière UV);

- présenter une intensité d'absorption suffisante; et

- ne pas contenir de groupements ioniques ou ionisables.

En outre, un tel colorant doit présenter un paramètre d'ordre «S» élevé, ce paramètre correspondant à la mesure du pouvoir d'orientation du colorant par les molécules du cristal liquide, afin qu'un affichage à contraste élevé puisse être obtenu. Enfin, la structure, de base des composés envisagé doit bien entendu correspondre à une couleur appropriée pour l'utilisation dans un dispositif d'affichage, de préférence le bleu et le rouge.

Dans la demande de brevet FR 8 016 662 de la même titulaire, celle-ci décrit une composition à base de cristal liquide contenant en solution un dérivé anthraquinonique ayant la formule générale suivante,

Y

0

R

utilisable comme colorant pléchroïque et présentant notamment un paramètre d'ordre élevé, ainsi qu'une grande stabilité à la lumière, cette composition étant également destinée à être utilisée dans des dispositifs électro-optiques notamment dans des dispositifs d'affichage.

En poursuivant leurs recherches, les présents inventeurs ont constaté que d'autres colorants anthraquinoniques du même type mais avec un substituant ester sont également des s

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colorants pléochroïques de valeur, utilisables dans des compositions à base de cristal liquide.

L'objet de la présente invention consiste donc en une composition à base de cristal liquide contenant au moins un colorant pléochroïque de formule (I),

Y

R

O

R

dans laquelle Ri est un groupe amino pouvant êetre alkylé ou acylé, ou un groupe hydroxy substitué ou non; R2, R3 et R4, identiques ou différents, sont chacun un atome d'hydrogène, un groupe amino pouvant être alkylé ou acylé, un groupe hydroxy substitué ou non, un groupe nitro, un atome d'halogène, ou un groupe cyano; X est un groupement -COOR-5 ou un groupement -OOCR5, où Rs est une chaîne alkyle linéaire, ramifiée ou cyclique, une chaîne alkoxyalkyle, une chaîne cyanoalkyle, le reste alkyle ayant de 1 à 16 atomes de carbone, ou un groupe

Z

n où Re est un atome d'hydrogène, une chaîne alkyle, une chaîne alkoxy, un groupe cyano, un groupe amino, un groupe dialkylamino, le reste alkyle ayant de 1 à 16 atomes de carbone, Z est un atome d'hydrogène, un atome d'halogène, un groupe hydroxy, un groupe alkyle inférieur ou un groupe alkoxy inférieur, et n est un nombre entier valant de 1 à 4; et Y a la même signification que X ou est un atome d'hydrogène.

De préférence, le groupement Y est en position 6 lorsque X est substitué en position 2 sur le noyau anthraquinonique, et en position 7 lorsque X est substitué en position 3.

Le paramètre d'ordre, mesuré dans un cristal liquide, du colorant de formule (I) est généralement plus élevé lorsque Y = X que lorsque Y = H. Ceci est particulièrement vrai lorsque le mélange de cristaux liquides utilisé est à base d'esters ou contient un composant ester.

En ce qui concerne la longueur de la ou des chaîne(s) latérale^), elle détermine en partie au moins la solubilité du composé de formule (I) et ne devrait par conséquent pas dépasser environ 24 atomes de carbone. Les substituants Rs et Re ont chacun de préférence au maximum 10 atomes de carbone, mais lorsque plusieurs de ces groupes sont présents simultanément, le total des atomes de carbone ne dépasse en principe pas environ 24. Au-dessus, le composé (I) risque de ne pas être suffisamment soluble dans le cristal liquide et par conséquent inutilisable comme colorant pour celui-ci.

Les colorants anthraquinoniques décrits dans le brevet CH (demande 7543/79 du 17 août 1979) mentionné précédemment, possèdent un paramètre d'ordre élevé dans les mélanges de cristaux liquides à base de biphényle, de pyrimi-dine ou de phénylcyclohexane. Cependant, les valeurs de paramètre d'ordre de ces mêmes colorants diminuent sensiblement lorsqu'ils sont dissous dans un mélange contenant un cristal liquide ester. Or, les cristaux liquides d'anisotropie diélectrique négative, essentiellement constitués d'esters, ont trouvé des applications notamment dans les dispositifs d'affichage dichroïque à constraste positif tels que ceux décrits par exemple dans le brevet CH (demande 1272/78 du 6 février 1978).

Les dérivés esters représentés par la formule générale suivante,

OH

OCR

O

NH

HO

où R est une chaîne alkyle ou un groupe phényle substitué, également décrits dans le brevet CH susmentionné font toutefois exceptions, de même que les dérivés esters représentés par la formule générale (I). Ces derniers sont donc d'un grand intérêt pratique, ce d'autant plus qu'ils sont relativement faciles à synthétiser.

L'invention sera maintenant illustrée au moyen d'un exemple de composé de formule (I) dont les propriétés étudiées sont consignées dans le Tableau ci-après. Plus particulièrement, la solubilité et le paramètre d'ordre de ce composé ont été mesurés en utilisant les techniques connues suivantes.

- Mesure de la solubilité (par colorimétrie)

Une solution saturée du composé (I) est préparée dans un cristal liquide, et la solution obtenue est filtrée. Puis, 100 jo.1 du filtrat sont prélevés et dissous dans 50 cc de chloroforme.

Ensuite, la densité optique de cette solution est mesurée spectroscopiquement, et la concentration du colorant à saturation est déduite de cette mesure, le coefficient d'absorption étant connu dans le chloroforme.

Le résultat obtenu est reporté sur le Tableau ci-après. A propos de la valeur donnée pour la solubilité, il faut relever que la solution a été considérée comme saturée lorsqu'elle contenait des grains de colorant après chauffage en phase isotrope et agitation pendant 3 minutes.

- Détermination du paramètre d'ordre (S)

Une solution à 0,5% du composé étudié dans un cristal liquide est introduite dans une cellule de verre de 30 |i d'épaisseur revêtue d'un film d'alignement (SiOx évaporé tangentiellement en polyimide frotté). Puis la densité optique de cette solution est mesurée à son maximum d'absorption en lumière polarisée d'une part lorsque la direction du polari-seur est parallèle (D//), d'autre part perpendiculaire (D - ), à la direction d'alignement, et le paramètre d'ordre est calculé d'après la relation suivante:

où r est le rapport dichroïque, correspondant au rapport Bi7 • Le résultat obtenu est également reporté sur le Tableau ci-après.

s

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Tableau

Propriétés des composés de formule (I)

Composé (I) Propriétés physiques Propriétés optiques A. max (nm) Paramètre d'ordre

Point de Solubilité Tn-i (solution CHCta CL CL

fusion (°C) dans CL (%) 0,5% dans CL)

0 NH,

@^Iorcoo-<ö}

O NH,

261-262,7 0,6

60,0°C

596 628

605

643

605 641

0,64 0,65

0,67 .0,68

NB. Le cristal liquide (CL) dans lequel les mesures de solubilité, de la température de transition nématique-isotropique (Tn-i) et du paramètre d'ordre ont été effectuées est le «E7 » de BDH Chemical Limited (mélange de cyanobiphényle et cyanoterphényle à anisotropie diélectrique positive), sauf pour les valeurs accompagnées d'un astérisque (*) dont les mesures ont été effectuées dans le «Lixon EN 17 H» de Chisso Corp. (mélange d'ester et de base de Schiff à anisotropie diélectrique négative).

Les composés de formule (I) utilisables comme colorants en solution dans des cristaux liquides pour dispositifs d'affichage peuvent être préparés par les méthodes conventionnelles de synthèse des composés anthraquinoniques décrites dans la littérature.

Dans la composition selon l'invention, on peut utiliser un seul type de cristal liquide ou de préférence un mélange de cristaux liquides tels que ceux commercialisés par exemple par BDH Chemicals Limited sous les références E3, E7, E8 ou E9 et dont les compositions respectives sont mentionnées dans la demande de brevet européen publiée No. 78 300487.2, ou par Chisso Corp. sous les références «EN 17» ou «EN 18» (voir Takashi Innukai, J.E.E. sept. 1979, p. 84). Il s'agit de préférence de cristaux liquides nématiques à anisotropie positive ou négative, pouvant contenir ou non en plus en agent optiquement actif.

En outre, la composition selon l'invention peut comporter plusieurs colorants de formule (I) ou éventuellement d'autres types de colorants anthraquinoniques, de même qu'un agent de cholestérisation et/ou agent d'alignement. Comme agent cholestérique, on peut mentionner celui vendu par BDH 25 Chemicals Limited sous la référence «CB 15», qui est ajouté de préférence en une quantité d'environ 3% par rapport à la composition totale. Comme agent d'alignement destiné à disperser les molécules des cristaux liquides perpendiculairement aux parois du dispositif électro-optique, on peut utiliser 30 environ 2% d'un Surfactant, par exemple un monoester de sorbitol, le monolaurate de sorbitol convenant particulièrement bien.

Enfin, le colorant pléochroïque de formule (I) est présent en général dans la composition selon l'invention en une 35 quantité correspondant à environ 0,5 à 5% de la composition totale, par exemple de préférence environ 1,5%.

Bien entendu, la composition selon l'invention peut contenir plusieurs composés représentés par la formule (I), ainsi qu'un ou plusieurs colorants anthraquinoniques de for-40 mule différente.

Claims

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2. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait que Y est en position 6 ou 7 du noyau anthraquinonique lorsque X est substitué en position 2 et en position 6 ou 7 lorsque X est substitué en position 3.

2

REVENDICATIONS 1. Composition à base de cristal liquide contenant un colorant plêochroïque et destinée à être utilisée dans un dispositif électro-optique, caractérisée par le fait que le colorant est un composé anthraquinonique représenté par la formule générale (I),

R

0

R

dans laquelle Ri est un groupe amino pouvant être alkylé ou acylé, ou un groupe hydroxy substitué ou non; R2, R3 et R4, identiques ou différents, sont chacun un atome d'hydrogène, un groupe amino pouvant être alkylé ou acylé, un groupe hydroxy substitué ou non, un groupe nitro, un atome d'halogène, ou un groupe cyano; X est un groupement -COOR5, ou un groupement -OOCR5, est une chaîne alkyle linéaire, ramifiée ou cyclique, une chaîne alkoxyalkyle, une chaîne cya-noalkyle, le reste alkyle ayant de 1 à 16 atomes de carbone, ou un groupe

"n où R« est un atome d'hydrogène, une chaîne alkyle, une chaîne alkoxy, on groupe cyano, un groupe amino, un groupe dialkylamino, le reste alkyle ayant de 1 à 16 atomes de carbone, Z est un atome d'hydrogène, un atome d'halogène, un groupe hydroxy, un groupe alkyle inférieur ou un groupe alkoxy inférieur, et n est un nombre entier valant de 1 à 4; et Y a la même signification que X ou est un atome d'hydrogène.
3. Composition selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée par le fait que la structure de base anthraquinonique substituée en position 2 ou 2 et 6/7 ou 3, ou 3 et 6/7, est choisie parmi le groupe comprenant l'amino-1-anthraquinone, la diamino-1,4-anthraquinone, la diamino-1,5-anthraquinone, la diamino-1,8-anthraquinone, l'amino-l-hydroxy-4-anthraquinone, la diamino-1,8-dihy-droxy-4,5-anthraquinone, la diamino-l,4-nitro-5-anthraqui-none, la tétramino-1,4,-5,8-anthraquinone, la dia-mino-l,5-dihydroxy-4,8-anthraquinone et l'amino-1-nitro-4-anthraquinone.
4. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le colorant est représenté par la formule:

NH

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NH
5. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte un ou plusieurs cristaux liquides nématiques à anisotropie positive ou négative.
6. Composition selon la revendication 5, caractérisée par le fait qu'elle comporte un agent optiquement actif induisant une structure cholestérique et/ou un agent d'alignement.
7. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle contient une solution de 0,5 à 5% d'un colorant anthraquinonique de formule (I).
8. Composition selon les revendications 6 et 7, caractérisée par le fait qu'elle comporte environ 0,5% d'un colorant anthraquinonique de formule (I), environ 3% d'un agent cholestérique et environ 2% d'un agent d'alignement.
9. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins un autre colorant anthraquinonique de formule (I).
10. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins un autre colorant anthraquinonique différent de ceux représentés par la formule (I).