DD274041B5 - LIQUID CRYSTALLINE MIXTURES - Google Patents
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Description
R3, R4 = H, CH3, CN, F, Cl, BrR 3, R 4 = H, CH 3, CN, F, Cl, Br
enthalten.contain.
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft flüssig-kristalline Mischungen für elektrooptische Anordnungen mit geringer Brechungsindex-Anisotropie zur Modulation des durchgehenden oder zurückgeworfenen Lichtes sowie zur farbigen oder schwarzweißen Anzeige von Ziffern, Zeichen und bewegten oder unbewegten Bildern.The invention relates to liquid-crystalline mixtures for electro-optical arrangements with low refractive index anisotropy for the modulation of the continuous or reflected light and for the colored or black-and-white display of numbers, characters and moving or still images.
Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen V Characterization of the known technical solutions V
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 Substanzen durch Anlegen eines elektrischen Feldes verändert werden kann. Die Änderung der Vorzugsorientierung kristallin-flüssiger Substanzen ist mit einer Veränderung des optischen VerhaltensIt is known that liquid-crystalline substances can be used for the modulation of light as well as for the display of measured values or for the reproduction of information. These methods are based on the fact that the preferred orientation of thin layers of crystalline liquid substances can be changed by applying an electric field. The change in the preferential orientation of crystalline-liquid substances is due to a change in optical behavior
(Doppelbrechung, Drehvermögen, Lichtabsorption) verbunden. Je noch der durch spezielle Vorbehandlung der Elektroden oder durch Zugabe geeigneter Substanzen erzielten Ausgangsorientierung, der dielektrischen und optischen Anisotropie, der Leitfähigkeit dem Dichroismus sowie Stärko, Richtung und Frequenz des angelegten elektrischen Feldes werden verschiedenartige elektrooptische Effekte beobachtet und technisin genutzt (M.Tobias: International Handbook of Liquid Crystal Displays 1975/76, Ovum Ltd., London; G. Maier, E. Sackmann, J. G. Grabmeyer: Applications of Liquid Crystals, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York 1975; N.A. Clark, S.T. Lagerwall: Appl. Phys. Lett36,899 [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 (19711). 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 Kiärtemperaturen, eine positive dielektr^ihe 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 Brechungsindexanisotropie herabsetzen und keine Veränderung des Vorzeichens der dielektrischen Anisotropie erzeugen. Diese Forderungen gelten auch für die Optimierung von ferroelektrischen Sc*-Phasen.(Birefringence, rotation, light absorption). Depending on the initial orientation achieved by special pretreatment of the electrodes or by adding suitable substances, the dielectric and optical anisotropy, the dichroism and strength, the direction and frequency of the applied electric field, various electro-optical effects are observed and utilized technically (M. Tobias: International Handbook of Liquid Crystal Displays, 1975/76, Ovum Ltd., London; G. Maier, E. Sackmann, JG Grabmeyer: Applications of Liquid Crystals, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York 1975, NA Clark, ST Lagerwall: Appl. Phys. Lett36, 899 [1980]). For example, a known method relies on the fact that by applying an electric field, the optical rotation of a layer with twisted structure repealed and thus between parallel (crossed) polarizers permeability (extinction) for incident light is found (M.Schadt, W.Helfrich: Applied Physics Letters 18,127 (19711) More recent highly multiplexed displays call for the optimization of a whole range of substance properties (M. Schadt, Chimia 41, 347 [1987]), which can only be achieved by mixing different liquid-crystalline substances, with important technical parameters being low melting and high kiärtemperaturen, a positive dielectric anisotropy and an adapted to the cell thickness anisotropy of the refractive index .In particular, the substances are interesting, which when added to a mixture at the same time increase the clearing temperature, reduce the refractive index anisotropy and no change in the sign s of the dielectric anisotropy. These requirements also apply to the optimization of ferroelectric Sc * phases.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung sind neue Gemische flüssig-kristalliner Substanzen für eiektrooptische Anwendungen mit geringer Anisotropie des Brechungsindex und hoher Klärtemperatur.The object of the invention are new mixtures of liquid-crystalline substances for eiektrooptische applications with low anisotropy of the refractive index and high clearing temperature.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, geeignete Substanzen aufzufinden, die 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 "The object of the invention is to find suitable substances which give a mixture a lower anisotropy of the refractive index and a higher clearing temperature. According to the invention, as mixture components for use in electro-optical components based on liquid-crystalline substances with low anisotropy of the refractive index and high clearing temperatures for the reproduction of numerals, characters and images, 0.5-80 mol% of one or more representatives of the 4- (3 ' -n-alkylcyclopentyl) benzoic acid esters of the general formula "
-GOOR mit-GOOR with
X = -(CH2)n- n = 0,1,2,3,4X = - (CH 2 ) n - n = 0,1,2,3,4
a = 0 - 12a = 0-12
R = -J N-R1, -(O^~r2» -21-Y-Z2-, Cholesteryl-; R1 = CTfH9^1 mit k = 1 - 12;R = NR 1 -J, - (O ^ ~ r2 "-2 1 -YZ 2 -, cholesteryl; R 1 = CTfH 9 ^ 1 k = 1 - 12;
R2 = R1, OR1, GN, Hal, COOR1, OCOR1, COR1;R 2 = R 1 , OR 1 , GN, Hal, COOR 1 , OCOR 1 , COR 1 ;
Z1 -a -Z 1 -a -
R4 R 4
Y = -000-, -000-, X;Y = -000, -000, X;
zugesetzt. ,,added. ,,
gezielten Beeinflussung der Brechungsindices von ferroelektrischen Mischungen.targeted influencing of the refractive indices of ferroelectric mixtures.
1.1.
2. M4ClZH2O2. M 4 ClZH 2 O
n-Hal/htg/Et20 n -Hal / htg / Et 2 0
Hai = Br, ClHai = Br, Cl
0Η0Η
H9SO 2 H 9 SO 2
'3 Raney-Hi/H2 R1_'3 Raney-Hi / H 2 R 1_
4 CH3tCOCl/A10l3/CS2/0°C R1. —4 CH 3t COCl / A10l3 / CS 2/0 ° C R 1 -
5 3r2/K0H/H20 R 1_5 3r 2 / K0H / H 2 0 R 1 _
n- <g>-C00H n - <g> -C00H
6 1. SOCl,6 1. SOCl,
2. Η-2. Η-
-ΖΟΗ,-σ,Η^3 3 ο ρ -ΖΟΗ, -σ, Η ^ 3 3 ο ρ
Der letzte Reaktionsschritt soll am Beispiel des 4-(3'-n-Butylcyclopentyl)benzoes8ure-4"-cyanphenylesters erläutert werden. 0,53g 4-(3'-n-Butylcyclopentyl)benzoylchlorid und 0,24g 4-Cyanphenol werden in 15ml Toluen und 1 ml Triethylamin 5h am Rückfluß erhitzt. Das Real.tionsgemisch 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% wäßr. KOH und Wasser gewaschen, anschließend über Na2SO4 getrocknet und die Lösungsmittel entfernt. Der verbleibende Rohester wird aus wenig Methanol bis zur Klärpunktkonstanz fraktioniert kristallisiert. Beispiele für einige Vertreter, die auf diesem Wege erhalten wurden, gibt nachfolgende Tabelle.The last reaction step will be illustrated by the example of 4- (3'-n-butylcyclopentyl) benzoic acid 4 "-cyanophenyl ester, 0.53 g of 4- (3'-n-butylcyclopentyl) benzoyl chloride and 0.24 g of 4-cyanophenol are dissolved in 15 ml Toluene and 1 ml of triethylamine are refluxed for 5 h After cooling, the reaction mixture is poured onto dilute HCl / ice, the phases are separated, and the aqueous phase is extracted 3x with ether The combined organic extracts are washed successively with dilute HCl, water , 5% aqueous KOH and water, then dried over Na 2 SO 4 and the solvents removed The remaining crude ester is fractionally crystallized from a little methanol to Klleichpunktkonstanz.Examples of some representatives, which were obtained in this way, gives the following table ,
-COORCOOR
TiTi
ITIT
/im -"(^aI/ im - "(^ aI
~C6H13~ C 6 H 13
-COO--COO-
CH-CH-
--
--
. 52 -, 52 -
--
. 40 -, 40 -
-(O/-C6H13 . 97 . 981 .- (O / - C 6 H 13, 97, 98 1 .
8686
4343
8282
4444
4343
'4 9'4 9
173173
♦ 108 . (76) . 145108. (76). 145
. 102 r - . 212, 102 r. 212
. 74 - - .181, 74 - - .181
. 83 - - .155, 83 - - .155
4 14 1
-COO--COO-
-OC4H9 -OC 4 H 9
80 - - .13380 - - .133
4 04 0
-00C--00C-
C4H9 C 4 H 9
. 141 - - . 199, 141 - -. 199
'4 1'4 1
-00C- /q\ -CH2--00C- / q \ -CH2-
♦ 99 . (95) . 147♦ 99. (95). 147
K-kristallin-fest, S - smektisch N - nematisch Is-isotrop-flüssig 1)-80Sa98Sc173lsK-crystalline, S-smectic N-nematic Is-isotropic-liquid 1) -80S a 98S c 173ls
10mol-% von Substanz 1 wurden in 90mol-% einer Grundmischung GM aus 24mol-% Methoxybenzoesäure-4-n-hexyloxyphenylester,10 mol% of substance 1 were dissolved in 90 mol% of a masterbatch GM of 24 mol% methoxybenzoic acid 4-n-hexyloxyphenylester,
27 mol-% 4-n-Pentyloxybenzoesäure-4-n-octyloxyphenylester,27 mol% of 4-n-pentyloxybenzoic acid 4-n-octyloxyphenyl ester,
12 mol-% 4-n-Hexyloxybenzoesäure-4-n-heptyloxypheny lester und12 mol% of 4-n-hexyloxybenzoic acid 4-n-heptyloxyphenyl ester and
37 mol-% 4-n-HexvlbenzoesJ;ure-4-n-butyloxyphenylester37 mol% of 4-n-hexylbenzoic acid 4-n-butyloxyphenyl ester
gelöst.solved.
Die Umwandlungstemperaturen von der nematischen in die isotrope Phase stiegen von 71 °C bei GM auf 72,50C in der Mischung.The conversion temperature from the nematic to the isotropic phase increased from 71 ° C to 72.5 GM 0 C in the mixture.
Mi. 2OK unterhalb der Umwandlungstemperetur betrugen die Anisotropien des Brechungsindex An(GM) = 0,1246 und An(Mi) = 0,1228. Nach der einfachen Mischur gsregelAt 2OK below the conversion temperature, the anisotropies of the refractive index An (GM) = 0.1246 and An (Mi) = 0.128. After the simple mixed rule
Λε(Μί) = X(GM) Ae(GM) + X(B) Δε(Β) (1)Λε (Μί) = X (GM) Ae (GM) + X (B) Δε (Β) (1)
mit der bekannten dielektrischen Anisotropie der Grundmischung Ae(GM) = -0,312 20 K unter der Klärtemperatur, dem Molenbruch der Grundmischung X(GM), dem Molenbruch der gelösten Substanz 1 X(B) und der in der Mischung gemessenen dielektrischen Anisotropie Ae(Mi) — 1,695 2OK unter der Klärtemperatur ergibt sich für die dielektrische Anisotropie der reinen Substanz 1 Ae(B) = 19,8.with the known dielectric anisotropy of the basic mixture Ae (GM) = -0.312 20 K below the clearing temperature, the mole fraction of the basic mixture X (GM), the molar fraction of the dissolved substance 1 X (B) and the dielectric anisotropy Ae measured in the mixture (Mi ) - 1.695 2OK below the clearing temperature results for the dielectric anisotropy of the pure substance 1 Ae (B) = 19.8.
7 mol-% von Substanz β wurden in 93 mol-% der Grundmischung GM (siehe Beispiel 2) gelöst.7 mol% of substance β was dissolved in 93 mol% of the masterbatch GM (see Example 2).
Die Umwandlungstemperaturen von der nematischen in die isotrope Phase stiegen von 710C bei GM auf 75"C in der Mischung Mi an. 2OK unterhalb der Umwandlungstemperatur wurde die Anisotropie des Brechungsindex der Mischung zu An(Mi) = 0,1003 ermittelt. Aus dem bekannten Wert für An(GM) = 0,1246 kann nach der primitiven MischungsregelThe conversion temperature from the nematic to the isotropic phase increased from 71 0 C in GM at 75 "C in the mixture Mi on. 2OK below the transition temperature, the anisotropy of refractive index of the mixture to An (Mi) = 0.1003 was obtained. From the known value for An (GM) = 0.1246 can according to the primitive mixing rule
An(Mi) = X(GM) · An(GM) + X(B) -An(B)An (Mi) = X (GM) × An (GM) + X (B) -An (B)
ein An(B) für die gelöste Substanz 6 zu An(B) = -0,2225 berechnet werden. Das negative Vorzeichen weist auf eine überproportionale Senkung der Anisotropie des Brechungsindex durch Substanz 6 hin.An An (B) for the solute 6 is calculated to An (B) = -0.2225. The negative sign indicates a disproportionate lowering of the anisotropy of the refractive index by substance 6.
Aus den Schmelzenthalpien AKhH und den in Beispiel 1 angegebenen Schmelztemperaturen wurden die Löslichkeiten bei 20°C bei3chnet:From the enthalpies of fusion A Kh H and the melting temperatures given in Example 1, the solubilities at 20 ° C were added:
Es treten sehr gute bis gute Löslichkeiten in nematischen Grundmischungen auf (Xi - Molenbruch der Grenzlöslichkait der Komponente i).Very good to good solubilities occur in nematic base mixtures (Xi mole fraction of the limiting solubility component i).
Das gute Mischungsverhalten der erfindungsgemäßen Substanzen untereinander wurde an einer Mischung ausThe good mixing behavior of the substances according to the invention with each other was based on a mixture of
Subst.-Nr. 1 3 8 10Subst. no. 1 3 8 10
X, 0,4039 0,4103 0,0643 0,1215X, 0.4039 0.4103 0.0643 0.1215
überprüft. Die genannte Mischung schmilzt bei 250C, wandelt sich bei 740C von der smektischen A in die nematische Phase um und geht bei 1020C in die isotrop-flüssige Phase über.checked. The mixture mentioned melts at 25 ° C., converts from the smectic A into the nematic phase at 74 ° C. and changes into the isotropic liquid phase at 102 ° C.
Claims (1)
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|
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Publications (2)
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DD274041A1 DD274041A1 (en) | 1989-12-06 |
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Family Applications (1)
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Families Citing this family (1)
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JPH09227422A (en) * | 1996-02-12 | 1997-09-02 | Rolic Ag | Cyclopentyl derivative |
-
1988
- 1988-07-13 DD DD31787888A patent/DD274041B5/en not_active IP Right Cessation
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DD274041A1 (en) | 1989-12-06 |
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