DD274041A1 - Fluessig-kristalline mischungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Anwendung fluessig-kristalliner Mischungen mit geringer Anisotropie des Brechungsindex und hoher Klaertemperatur 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 fluessig-kristallinen Grundmischungen 0,5 bis 80 Mol-% eines oder mehrerer Vertreter der 4-(3-n-Alkylcyclopentyl)benzoesaeureester der allgemeinen Formel zugesetzt.

Description

γ = -GOO-, -OCO- , Χ

Z²

r3r4

R³, R⁴ = H₁ CH₃, CN, F, Cl, Br zugesetzt werden.

. Anwendungsgebiet dor Erfindung

Die Erfindung betrifft flüssig-kristalline Mischungen für elektrooptischa Anordnungen mit geringer Brechungsindex-Arvsotropie zur Modulation des durchgehenden oder zurückgeworfenen Lichtes sowie zur farbigen oder schwarzweißen Anzeige von Ziffern, Zeichen und bewegten oder unbewegten Bildern.

» Charakterisierung 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 Vorzugsprientierung von dünnen Schichten der kristallin-flüssigen Substanzen durch Anlegen eines elektrischen Feldes verändert werden kann. Die Änderung der Vorzugsorientierung kristallin-flüssige Substanzen ist mit einer Veränderung des optischen Verhaltens (Doppelbrechung, Drehvermögen, Lichtabsorption) verbunden. Je nach der durch spezielle Vorbehandlung der Elektroden oder durch Zugabe geeignetei Substanzen erzielten Ausgangsorientierung, der dielektrischen und optischen Anisotropie, der Leitfähigkeit, dem Dichroismus sowie Stärke, Richtung und Frequenz des angelegten elektrischen Feldes werden verschiedenartige elektrooptisch Effekte beobachtet und technisch genutzt (M.Tobias: Internatinal Handbook of Liquid Crystal Displays 1975-76, Ovum Ltd., London; G. Meier, E.Sackmann, J.G. Grabmeyer: Applications of Liquid Crystals, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-NewYork 1975; N.A.Clark, S.T.Lagerwall: Appl. Phys. Lett. 36,899 (1980).

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. Helfrich: Applied Physics Letters 18,127 [1971]). Neuere hochmultiplexierbare Displays verlangen die Optimierung eines ganzen Feldes von Substanzeigenschaften (M.Schadt, Chimia 41,347 [1987]), das nur durch Mischen unterschiedlicher flüssig-kristalliner Substanzen erreicht wird. Wichtige technische Parameter sind dabei niedrige Schmelz- und hohe Klärtemperaturen, eine positive dielektrische Anisotropie und eine an die Zellendicke angepaßte Anisotropie des Brechungsindex. Dabei sind vor allem die Substanzen interessant, die bei Zugabe zu einer Mischung gleichzeitig die Klärtemperatur erhöhen, die Brecnungsindexanisotropie herabsetzen und keine Veränderung des Vorzeichens der dielektrischen Anisotropie erzeugen. Diese Forderungen gelten auch für die Optimierung von ferroelektrischen S_c* Phasen,

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung sind neue Gemische flüssig-kristalliner Substanzen für e'.oktrooptische Anwendungen mit geringer Anisotropie des Brechungsindex und hoher Klärtemperatur.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, geeignete Substanzen aufzufinden, die in einer Mischung eine geringere Anisotropie des Brechungsindex und eine höhere Klärtemperatur verleihen. Erfindungsgemäß werden als Mischungskomponenten für den Einsatz in elektrooptischen Bauelementen auf Basis flüssig-kristalliner Substanzen mit geringer Anisotropie des Brechungsindex und hohen Klärtemperaturen zur Wiedergabe von Ziffern, Zeichen und Bildern 0,5-80 mol-% eines oder mehrerer Vertreter der 4-(3-n-Alkylcyclopentyl)benzoesäureester der allgemeinen Formel

^Gm^H2rn+1-

X η "(CH₂)_n- η = 0,1,2,3,4

m = 0 - 12 R

-/"Λ-R¹, -<Jo)-K², -Z¹-Y-Z²-, Cholesteryl-;

R a C_KH_2K+1 rart k = 1 - 12;

R² = R¹, OR¹, GN, Hal, COOR¹, OCOR¹, COR¹;

S?

Y = -COO-, -OCO-, X; R³

-η². -Ο¹· -<ß>-*²· -Ο¹·

-X-Q-C

m 2iü+1

R³, R⁴ = H, CH3, CN, P, 01, Br zugesetzt.

Das Auftreten von smektischen C-Phasen insbesondere bei den Derivaten des 4-n-Alkylcyanbiphenyls ermöglicht don Einsatz zur

gezielten Beeinflussung der Brechungsindices von ferroelektrischen Mischungen.

Aujföhrungsbelsplele Beispiel 1

Die Synthese erfolgt nach dem angegebenen Schema.

Reaktionsschema

-O

1.

2. M₄ClZH₂O

_n-Hal/fttg/Et₂O

Hai = Br, Cl

H₂SO₄ZCH₃COOH

Il

Br₂ZKOHZH₂O R¹-

-COOH

1. SOCJ., L, R-OHZNBt₃ZCH₃-C₆H_{5 R}1_

-COOR

•7

Der letzte Reaktionsschritt soll am Beispiel des 4-(3'-n-Butylcyclopentyl)benzo9säure-4"-cyanphenylesters erläutert werden. 0,53g 4-(3'-n-Butylcyclopentyl)benzylchlorid und 0,24g 4-Cyanphenyl werden in 15ml Toluen und 1 ml Triethylamin 5h am Rückfluß erhitzt. Das Reaktionsgemisch wird nach dem Abkühlen auf verd. HCI/Eis gegossen, die Phasen getrennt und die wäßrige Phase 3x mit Ether extrahiert. Die vereinigten organischen Extrakte werden nacheinander mit verd. HCI, Wasser, 5% w8ßr. KOK und Wasser gewaschen, anschließend über Na₂SO₄ getrocknet und die Lösungsmittel entfernt. Der verbleibende Rohester wird aus wenig Methanol bis zur Klärpunktskonstanz fraktioniert kristallisiert. Beispiele für einige Vertreter, die auf diesem Wege erhalten wurden, gibt nachfolgende Tabelle.

-GOOR

Wr	m	η
1	4	O
2	4	1
3	4	O
4	4	1
5	4	O
6	4	O

-GN

K S . 62 -

28 . 52 -

. 15 40 -

"^C6^H

IS 86

43 . 82 ♦

44 . 43 .

6^H13 . 97 . 98¹

. 173

Fortsetzung der Tabelle	m	η
Nr	4	1
7	4	0
8	4	1
9	4	0
10

0 -

-COO-

-COO-

13

-OC

• 83

. 108 . (76) . 145 .

. 102 ν - . 212 ♦ , 74 - - . 181 .

155 .

0-

3 00C-

OC₄H₉

. 80 - - .133 .

. 141 - - . 199 .

-00C-

-CH2

-o·

99 . (95) . 147 .

°4^H9

K - kristallin-fest

S - smektisch N - nematisch Is - Isotrop flüssig 1) - 80S,98S_C 1731s

Beispiel'

10mol-% von Substanz 1 wurden in 90mol-% einer Grundmischung GM aus 24 rnol-% Methoxybenzoesäure-4-n-hexvloxvphenylester, 27mol-%4-n-PerityloxybenzoeL. ure-4-n-octyloxyphenyleste-, 12mol-%4-n-Hexyloxybenzoesäure-4-n-heptyloxyphenylester und 37 mol-% 4-n-Hexylbenzoesäure-4-n-butyloxyphenylester gelöst.

Die Umwandlungstemperaturen von der nematischen in die isotrope Phase stiegen von 71 °C bei GM auf 72,5°C in der Mischung.

Mi. 20 K unterhalb der Umwandlungstemperatur betrugen die Anisotropien de? Brechungsindex An (GM) = 0,1246 und

Δη (Mi) = 0,1228. Nach der einfachen Mischungsregel

Δε (Mi) = X(GM) Δε (GM) + X(B) Δε (B)

(1)

mit der bekannten dielektrischen Anisotropie der Grundmischung Δε (GM = -0,312 2OK unter der Klärtemperatur, der:'» Molenbruch der Grundmischung x(GM), dem Molenbruch der gelösten Substanz 1 X(B) und der in der Mischung gemessenen dielektrischen Anisotropie Δε (Mi) = 1,695 2OK unter der Klärtemperatur ergibt sich für die dielektrische Anisotropie der reinen Substanz 1 Δε (3) = 19,8.

Beispiel 3

7 mol-% von Substanz 6 wurden in 93mol-% der Grundmischung GM (siehe Beispiel 2) gelöst.

Die Umwandlungstemperaturen von der nematischen in die isotrope Phase stiegen von 71⁰C bei GM auf 75'C in der Mis Mi an. 2OK unterhalb der Umwandlungstemperatur wurde die Anisotropie des Brechungsindex der Mischung zu Δη (Mi) - 0,1003 ermittelt. Aus dem bekannten Wort für Δη (GM) = 0,1246 kann nach der primitiven Mischungsregel

Δη (Mi) = X(Gm) Δη (GM) + X(B) · Δη (B)

ein Δη (B) für die gelöste Substanz 6 zu Δη (B) = -0,2225 berechnet werden. Das negative Vorzeichen weist auf eine üüerproportionale Senkung der Anisotropie des Brechungsindex durch Substanz 6 hin.

Beispiel 4

Aus den Schmelzenthalpien A_Kh H und den in Beispiel 1 angegebenen Schmelztemperaturen wurden die Löslichkeiten bei 2O⁰C

berechnet:

Subst.-Nr.	Δ«ηΗ	Xi
	KJ/mol"1
1	19,0	0,377
3	24,3	0,375
7	28,9	0,065
8	31,9	0,057
10	30,6	0,109
11	37,8	0,073

Es treten sehr gute bis gute Löslichkeiten in nematischen Grundmischungen auf (X₁ - Molenbruch der Grenzlöslichkeit der Komponente i).

Beispiel 5

Das gute Mischungsverhalten der erfindungsgemäßen Substanzen untereinander wurde an einer Mischung aus

Subst.-Nr. 1 3 8

Xi 0,4039 0,4103 0,0643 0,1215

überprüft. Die genannte Mischung schmilzt bei 25°C, wandelt sich bei 74⁰C von de smektischen A in die nematische Phase um und geht bei 102⁰C in die isotrop-flüssige Phase über.

Claims (1)

1. Flüssig-kristalline Mischungen mit geringer Anisotropie des Brechungsindex und hoher
   Klärtemperatur, gekennzeichnet dadurch, daß eine · 3rundmischung 0,5 bis 80mol-% eines oder
   mehrerer Vertreter der ^O'-n-AlkylcyclopentyDbenzcQsäureester der allgemeinen Formel

   X =» -(CH₂)_n- η = 0,1,2,3,4

   m = 0 - 12

   R = -/"^)-R¹, -/q\-R², -Z¹ -Y-Z²-, Cholesteryl-j

   R β C_kH₂k₊-| mit k = 1-12;

   R² = R¹, OR¹, ON, Hal, COOR¹, OCOR¹, COR¹; .