DD258243A1 - Fluessig-kristalline mischungen (ester) - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft fluessig-kristalline Mischungen mit geringer optischer Anisotropie, negativer dieelektrischer Anisotropie und geringer Viskositaet fuer elektrooptische Anordnungen zur Modulation des durchgehenden oder zurueckgeworfenen Lichtes sowie zur farbigen oder schwarz-weissen Anzeige von Ziffern, Zeichen und bewegten oder unbewegten Bildern. Erfindungsgemaess werden nematischen Mischungen 1 bis 80 Mol-% von einem oder mehreren Vertretern der Ester der v-(trans-4-Hydroxycyclohexyl)-alkansaeurealkylester zugesetzt.

Description

Z = -COO-, -OCO-, -CH₂-CH₂-, -CH₂-, sowie R¹ = -C_nH_2n + ^ und R² = R¹,-OC_nH_{2n + 1} mit η = 1 bis 12, к= 1 bis 12 und m = 1 bis 4 zugesetzt werden.

Flüssig-kristalline Mischungen (Ester)

Die Erfindung betrifft flüssig-kristalline Mischungen für elektrooptische Anordnungen zur Modulation des durchgehenden oder zurückgeworfenen Lichtes sowie zur farbigen oder schwarz-weißen Anzeige von Ziffern, Zeichen und bewegten oder unbewegten Bildern.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß flüssig-kristalline Substanzen zur Modulation von Licht sowie zur Anzeige von Meßwerten oder zur Wiedergabe von Informationen eingesetzt werden können. Diese Verfahren beruhen darauf, daß die Vorzugsorientierung von dünnen Schichten der kristallin-flüssigen Substanz durch Anlegen eines elektrischen Feldes verändert werden kann. Die Änderung der Vorzugsorientierung kristallin-flüssiger Substanzen ist mit einer Veränderung des optischen Verhaltens (Doppelbrechung, Drehvermögen, Lichtabsorption) verbunden. Je nach der durch spezielle Vorbehandlung der Elektroden oder durch Zugabe geeigneter Substanzen erzielten Ausgangsorientierung, der dielektrischen und optischen Anisotropie, der Leitfähigkeit, dem Dichroismus sowie Stärke, Richtung und Frequenz des angelegten elektrischen Feldes werden verschiedenartige elektrooptische Effekte beobachtet und technisch genutzt (M.Tobias: International Handbook of Liquid Crystal Displays 1975-76, Ovum Ltd., London 1976; G.Meier, E.Sackmann, J.G.Grabmeyer: Applications of Liquid Crystals, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York 1975; H.Kresse: Dielectric Behaviour of Liquid Crystals, Fortschritte der Physik 30 (Heft 10), S.573 ff. [1982] Akademieverlag Berlin).

Beispielsweise beruht ein bekanntes Verfahren darauf, daß durch Anlegen eines elektrischen Feldes das optische Drehvermögen einer Schicht mit verdrillter Struktur aufgehoben und damit zwischen parallelen (gekreuzten) Polarisatoren Durchlässigkeit (Auslöschung) für eingestrahltes Licht gefunden wird (M.Schadt, W. HeIfrieh: Applied Physics Letters 18 127 [1971]). Exakte Berechnungen ergaben, daß der Kontrast einer derartigen Zelle von der optischen Weglängendifferenz in der Zelle abhängt (C. H. Gooch, H. A.Tarry; J. Phys. D Appl. Phys. 81575 [1975]). Für die Anpassung von kristallin-flüssigen Mischungen an bestehende Technologien und die Neu- bzw. Weiterentwicklung von Displays werden Substanzen benötig, die eine geringe optische Anisotropie, eine negative dielektrische Anisotropie, eine geringe Viskosität und eine hinreichende Löslichkeit in der zu modifizierenden Grundmischung besitzen. Die von K. Praefcke, D. Schmidt und R. Eidenschink (EP 56113, DE 3100142) sowie M. A. Osman und L. Revesz (Mol. Cryst. Liq. Cryst. [Lett] 56157 [1980]) und M. A. Osman und T. Huynh-Ba (HeI. Chim. Acta 67 [1984] 959) angegebenen Ester des trans-4-Cyancyclohexanols besitzen zwar einige der geforderten Eigenschaften, sind aber nur im unterkühlten Bereich flüssig-kristallin. Die gleiche Einschränkung gilt auch für die von H.Tatsuta, M. Fukai, K. Asai und H.Takahashi (DE 2352664; DE 2353315) sowie von I.M.Lohar und G.H.Patel (Mol.Cryst. 7419 [1981]) beschriebenen Ester. Mit Hilfe der Ester der Cyclohexancarbonsäuren (DDWP 105701) ist man nicht in der Lage, die gewünschte Variation technischer Eigenschaften zu erreichen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung sind neue Gemische flüssig-kristalliner Substanzen, die sich durch eine geringe optische Anisotropie und eine negative dielektrische Anisotropie sowie geringe Viskosität für elektrooptische Anordnungen auszeichnen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, geeignete Substanzen mit geringer optischer Anisotropie, einer negativen dielektrischen Anisotropie und geringer Viskosität aufzufinden. Erfindungsgemäß werden nematischen Mischungen für den Einsatz in elektrooptischen Bauelementen zur Modulation des durchgehenden oder reflektierten Lichtes sowie zur Wiedergabe von Ziffern, Zeichen und Bildern 1-80Mol.-% eines oder mehrerer Vertreter der Ester der co-itrans-'i-Hydroxycyclohexyl)-alkansäurealkylester der allgemeinen Formel

2k+1

mit

und Z = -COO-, -OCO-, -CH₂-CH₂-, -CH₂- sowie R¹ = C_nH_2n +, und R² = R¹,-OC_nH_{2n +},mit η = 1 bis 12, к= 1 bis 12 und m = 1 bis4 zugesetzt.

Diesen Mischungen können je nach Anwendungszweck nicht flüssig-kristalline Stoffe, insbesondere Farbstoffe, zugemischt werden. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Substanzen besteht darin, daß überraschenderweise stabile flüssig-kristalline Phasen auftreten und eine gute Löslichkeit in nematischen Mischungen besteht.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Die erfindungsgemäßen Mischungskomponenten werden durch Veresterung der entsprechenden substituierten cyclischen und aromatischen Säuren mit üMtrans-'l-Hydroxy-cyclohexyD-alkansäurealkylestern hergestellt. Nachfolgendes Syntheseschema veranschaulicht die an sich bekannten wichtigsten Schritte bei der Synthese der substituierten Cyclohexanole in drei unterschiedlichen Varianten (a, b, c): Dabei bedeuten V Erwärmung, RT-Raumtemperatur, Me-Methyl- und Ac-Acetyl-, Ph-Phenyl.-

+ CH₃-COCl

AlCl₃;

oder CHCl

-10 ^UC Ms RT

CO-CH,

s₈, ^7 ,

Morpholin oder Me₃NH HCl

CH₃-O

CH₂-COOH

HBr/Ac OH

+ CH =CH-CN AlCl₃, HCl(g)

CH₂-CH₂-CN NaOH (35 #

CH₃-

0-10

0,

CO-CH-CH-COOH Zn-Amalgam; HCl

CH₂-CH₂-CH-COOH

(CH₂)I_n-COCH R-OH (H₂SO₄), (CH₂)_m-COO-R

-s- H0-/~~\- (CH₂) ^COO-R

H , Ra - Ni 12-15 MPa

Beispiele für die entsprechend der Erfindung zu verwendenden Substanzen sind nachfolgend genannt. Dabei bedeuten: K-kristallin-fest, S-smektisch, N-nematisch und l-isotrop flüssig (Temperaturen in ⁰C

1.	1	2	trans-4-n-Heptylcyclohexyl	28
2.	1	2	4-n-Butyl-biphenyl-4-yl-	88
3.	1	2	4-(4n-Hexyloxybenzoyloxy)-phenyl-	86
4.	2	2	trans-4-n-Butylcyclohexyl-	42
5.	2	2	trans-4-n-Pentylcyclohexyl	51
6.	2	2	trans-4-n-Heptylcyclohexyl-	61
7.	2	2	4-n-Pentylphenyl-	46
8.	2	2	trans-4-n-Propylcyclohexylethyl	46
9.	2	2	4-n-Octyloxyphenyl-	67
10.	2	2	4-n-Butyl-biphenyl-4-yl-	79
11.	2	2	4-(4-n-Pentylbenzoyloxy)-phenyl-	54
12.	2	2	4-(4-n-Hexyloxybenzoyloxy)-phenyl-	83
13.	2	2	4-(4-n-Butylbenzoyloxy)-phenyl-	59
14.	3	2	trans-4-n-Heptylcyclo=hexyl-	45
15.	3	2	4-n-Buyl-biphenyl-4-yl-	64

17

19) 84) 121

13) — —

(. 51)

(· 45)

48 —

Wegen der niedrigen Schmelztemperaturen sind die genannten Substanzen gut in nematischen Phasen löslich.

33) 110 118 145 145

111

Beispiel 2

Zu einer Grundmischung (GM) aus

27Mol.-%4-n-Pentyloxybenzoesäure-(-4-n-octyloxyphenylester)

24Mol.-%4-Methoxybenzoesäure-(4-n-hexyloxyphenylester)

12Mol.-%4-n-Hexyloxybenzoesäure-(4-n-heptyloxyphenylester)

37 Mol.-% 4-n-Hexylbenzoesäure-(4-n-butyloxyphenylester)

wurden 35Mol.-yotrans^-n-Butylcyclohexancarbonsäure-Iß-ftrans^-hydroxycyclohexyD-propionsäureethylester] (Subst.4) gelöst. Dabei sank der Klärpunkt von 70°C auf 45⁰C ab.

Nach der Formel

ΔΕ_ΓβΙ =

ΔΕ-X(GM) AE(GM) 1-X(GM)

ΔΕ = Δε, Δη, Χ = Molenbruch

wurden aus den gemessenen dielektrischen und optischen Anisotropien Δε und Δη und denen der Grundmischung (A8[GM], Δη [GM]) sowie dem Molenbruch der Grundmischung X(GM) die relativen Anisotropien Δε_Γβ| und Δη_Γβ! ermittelt. Es wurden erhalten

Temperatur	ΔεΓβι	ΔηΓβι
Tn, - T = 20 K	-2,2	0,042
200C	-2,3	0,047

Beispiel 3

Analog Beispiel 2 wurden der Grundmischung GM ISMol.-^otrans^-n-Heptylcyclohexancarbonsäure-tß-ftrans^- hydroxycyclohexyD-propionsäureethylester] (Subst.6) zugesetzt. Die Mischung klärt bei 55°C. Die relativen Anisotropien Δε_Γβ) undAn_rei betrugen

Temperatur	ΔεΓβ,	ΔηΓβι	GM	η/mPa	s
TNI-T = 20K	-1,6	0,035	—		Subst. 6
20 °C	-1,9	0,045	8,5		10,1
	sich wurden die Viskosität von GM und Subst. 6 in i	6,9		7,6
	Ö/°C	5,6		5,8
		28		4,5
70		23
80
90
100
Ед/KJmor1

Die Aktivierungsenergie entsprechend einer einfachen Arrheniusbeziehung für Subst. 6 ist deutlich geringer und läßt bessere Schalteigenschaften bei tieferen Temperaturen erwarten.

Claims (1)

1. Patenta nspr uch:

   Flüssig-kristalline Mischungen mit geringer optischer Anisotropie, negativer dielektrischer Anisotropie und geringer Viskosität zur Modulation des durchgehenden oder zurückgeworfenen Lichtes sowie zur Wiedergabe von Ziffern, Zeichen und Bildern, gekennzeichnet dadurch, daß nematischen Mischungen als Mischungspartner ein oder mehrere Vertreter der Ester der u>(trans-4-Hydroxycyclohexyl)-alkansäurealkylester der allgemeinen Formel

   R-CCCh/ V(CH₀) -COOC₁H X₁ f

   2k+1