DD274042A1 - Fluessig-kristalline mischungen - Google Patents

Abstract

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

Description

Titel der Erfindung

Flüssig-kristalling Mischungen

Die Erfindung betrifft flüssig-kristalline Mischungen "'Jr elektrooptische Anordnungen mit geringer Anisotropie des Brechungsindex zur Modulation des durchgehenden oder zurückgeworfenen Lichtes sowie zur farbigen oder schwarz-weißen 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 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 Verhaltens (Doppelbrechung, Drehvermöyen, 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, Dvum Ltd., London; G. Meier, E. Sackmann, 3. G. Grabmeyer: Applications of Liquid Crystals, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York 1975; N. A. Clark,. S. T. Lagerwall: Appl. Phys. Lett. 36, ι ^:1" (1980)..

Beispielsweise beruht ein bekanntes Verfahren darauf, daß durch Anlegen eines elektrischen Feirias das optische Drehvermögen einer Schicht mit verdrillter Struktur aufgehoben und damit zwischen parallelen (gekreuzten) Polarisatoren Durchlässigkeit (Auslöschung) für eingestrahltes Licht gefunden wird /M. Schadt, V/. HeIfrieh: Applied Physics Letters 10, 127 (1971).

Neuere hochniultiplexierbare Displays verlangen die Optimierung eines ganzen Feldes von Subatanzeigenschaften /M. Schadt, Chimia _4_1_, 347 (1937); das nur durch Mischen unterschiedlicher flüssig-kristtilliner 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 (Gärtemperatur erhöhen, die Brechungsindexanisotropie herabsetzen und keine Veränderung des Vorzeichens der dielektrischen Anisotropie erzeugen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung sind neue Gemische flüssig-kristalliner Substanzen, für elektrooptische Anwendungen mit geringer Anisotropie des Brechungsindex und hoher Klärteinperatur.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, geeignete Substanzen aiifzufindpn, die einer Mischung eine geringe Anisotropie des Brechungsindex und eine höhere Klärtemperatur verleihen. Erfii'.dungsgemäQ v/erden als Mischungskoinponenten für den Einsatz in elektrooptischen Bauelementen auf Basis flüssigkristalliner Substanzen mit geringer Anisotropie des Brechungsindex und hohen Klärtemperaturen zur Wiedergabe von Ziffern, Zeichen und Bildern 0,5-80 niol % eines oder mehrerer Vertreter der 4-(3'-n-AlkylcyclopentyDcyclohexancarbonsäureester der allgemeinen Formel

X=(CH₂)_n- n= 0,1,2,3,4, m= 0-12

~R²;-Z¹-Y-Z²; Cho.lesteryl-;

R¹= C

K"2K+1

mit K= 1- 12;

R²= R¹, OR¹, CN, Hal, COOR¹, OCOR¹, COR³;

R^ R⁴

Y=-C00-,0C0-,X;

odor

^Cm^H2rn+l

R³, R⁴ = H. ChL, CN, F, Cl, Br

zugesetzt. Beispiel 1

Din Synthese der Substanzen erfolgte nach dem angegebenen Schema

^A) Rane/-Ni/h₂

ß) 1-

R¹-

COOH

1. SOCl,

2. R-OH/NEt₃/

R¹-

Der letzte ReaktionsGchritt soll am Beispiel des 4-0-n-Butylcyclopentyl)trans-4' -n-cyc/lohexancarbonsäure-4''-cyanphenylesters erläutert werden.

2 mMol 4-(3 '-n-ButylcyclopentyDcyclohexancarbonsäurechlorid und 0,24 g (2 mMol) 4-Cyanophenol werden in 15 ml Toluen und 1 ml Triethylamin 5 h am Rückfluß erhitzt.

Das Reaktionsflemisch wird nach den Abkühlen auf verd. HCl/ Eis gegossen, die Phasen werden getrennt und die wässrige Phase 3 χ mit Ether extrahiert. Die vereinigten organischen Extrakte werden nacheinander mit verd. HCl, H„0, b %-iger KOH und H_?0 gewaschen, über Na₂SO. getrocknet. Das Lösungjmittel wird entfernt.

Der verbleibende Rohester wird fius wenig Methanol bis zur Klärpunktskonstanz fraktioniert kristallisiert.

Beispiele für Substanzen, die auf diesem Wege erhalten wurden, gibt nachfolgende Tabelle

Nr.

πι π 4 O ·\ 1 4 0 4 1 4 0 4 1 4 0 4 1

4 0

4 1

4 0

4 1

4 O

4 1

-CN '-CN

'6"13

-COO-O)-Cf](H

^H,

-OC₄H₉

V 9

K	3I	-	S2 N	•	176 .	107
.53	--		.63 .	173 .	97
.76	- - (	. 159	. 60) .		102
.63	01	. 155	. 90 .	Sl
.65		.. Ill	. 73 .	-
.41	. 110.	.103 -	-
.30	- - (.	.100 -	193
.70	_	. ia4 .	176
,30	. 160.	.163 .	221
,70	— —	.183 .	206
92	,165 .	167
73	69) .	153
65	214
06	196
42

O s i s ρ i e 1 2

10 rnol % von Substanz 5 wurden in einer Mischung (GM) aus 24 mol % 4-Methyloxybenzoesäure-4'-n-hexyloxyphenylester 27 mol % 4-Pentyloxybenzoesäure-4'-n-octyloxyphenylester 12 mol % 4-Hexyloxybenzoesäure-4'-η-heptyloxyphenylester 37 mol % 4-HeXyILGnZOeSaUTe^'-n-butyloxyphenylester gelost. Dabei stieg die Klärtemperatur von 71 ⁰C auf 72 ⁰C. Die Anisotropie des Brechungsindex für T..-r-T = 20K betrug für GM

Δ n(GM)=0,1246 und für die Mischung Λ n(Mi) = 0,0985. Nach der einfachen MischunysregelZj M(Mi ) =X/i?fan( 5 )+ x ( GM) Δ n(GM) (1) ergibt sich bei bekanntem Molenbruch der Grundmischung x(GM) und der gelösten Komponente x(5) für die Brechungsindex-Anisotropie der reinen Substanz 5Δ n(5)=-0,1364. Die negative Anisotropie ist ein Hinweis dafür, daß Substanz 5 eine überproportinale Senkung der Qrechungsindex-Anisotropie der GrundiTiischung GM bewirkt.

Beispiel 3

Die im Beispiel 2 genannten Mischungen wurden dielektrisch ver messen. Für T_fvJI-T = 2O!< wurde für GM^& = -0,312 ermittelt. Für die Mischung ist/üJ£ = -0,385. Nach einer primitiven Mischungsregel

AC (5)= [ΔΟ (M)-0,946.(GM) ] /0,1

erhalten wir für die dielektrische Anisotropie der gelösten Komponente bei Τ_[ν,·,-Τ = 20Κ d£, (5) = -l, 04 , was auf einen geringen Einfluß auf die jeweils eingesetzten Grundmischungen hinweist.

7 Beispiel 4

Es wurde eine Mischung aus 0,328 mol % Substanz Nr. 3, 0,324 mol % Subst. Nr. 4 und 0,340 mol % A-Methoxy/benzoesäure-4' -n-hcxyioxyphenylester hergestellt. Die Mischung schilzt bei 24 ⁰C in die nematische Phase auf und wandelt sich bei 83 ⁰C in die isotrope flüssige Phase um. Selbst beim Unterkühlten bis auf 0 ⁰C konnte nicht das hei den Substanzen 3 und 4 beobachtete Auftreten smektischer Phasen registriert werden.

Beispiel 5

Die gute Löslichkeit der erfindungsgemäßen Substanzen bei 20 ⁰C sowie die Schmelzenthalpien Δ .Η veranschaulicht nachfolgende Übersicht

Substanz Nr. 3 4 5 . 10 12 /\ _schmH/kJmol"¹ 22,6 22,4 29,1 17,8 22,0 χ (Grenzlöslichkeit) 0,298 0,294 0,456 0,237 0,300

Claims (1)

1. Patentanspruch

   Flüssig-kristalline Mischungen mit. geringer Anisotropie des Brechungsindax und hohen Klä'rtemperaturen gekennzeichnet dadurch, daß einer Grundniiochung 0,5 bis 80 mol % eines oder mehrerer Vertreter der 4-(3'-n-Alkylcyclopenty1) carbonsäureester der allgemeinen Formel

   X= -(CH₂)_n- η= 1, 2, 3, l'r

   -R¹ _}-/q\-R² ,-1¹-Ί-1² _} Cholesteryl-;

   m= 0-12

   R¹= C_KH_2K+1 mit k= 1-12;

   R²= R¹, OR¹, CN, Hal, COOR¹, OCOR¹, COR¹; ¹^ Ά Ο·

   Y= -COO-,-OCO-, X;

   ^Cm^H2rn+l
   R³, R⁴ = H, CH,, CN, F, Cl, Br

   zugesetzt werden.