DD274042B5 - Fluessig-kristalline mischungen - Google Patents

Description

m = 0 - 12

· -Z¹^-Z². Cholesteryi-;

R¹ = C_t<H_2k+1 mit k = 1-12;

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

Y = -COO-, -OCO- , X

R³, R⁴ = H, CH₃, CN, F, Cl, Br

enthalten.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft flüssig-kristalline Mischungen für elektrooptische Anordnungen mit geringer Anisotropie des Brechungsindex zur Modulation des durchgehenden oder zurückgeworfenen Lichtes sowie zur farbigen oder schwarzweißen 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 Substanzen durch Anlegen eines elektrischen Feldes verändert werden ka nn. Die Änderung der Vorzugsorientiorung 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 j

Leitfähigkeit, dem Dichroismus sowie Stärke, Richtung und Frequenz des angelegten elektrischen Feldes werden ι

verschiedenartige elektrooptische Effekte beobachtet und technisc¹* genutzt (M.Tobias: International Handbook of Liquid Crystal Displays 1975-1976, Ovum Ltd., London; G.Meier, E.Sackmann, J.G.Grabmeyer: Applications of Liquid Crystals, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York 1975; N.A. Clark, S.T. Lagerwall: Appl. Phys. Lett. 36,899 [198O)).

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 (19871); 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 Brechungsindexanisotropie herabsetzen und keine Veränderung dea 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 Klärtemperatur.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, geeignete Substanzen aufzufinden, die einer Mischung eine geringe 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)cyclohexancarbonsäureester der allgemeinen Formel zugesetzt:

mit

),,- η = 0,1,2,3,4

m = 0 - 12

Cholesteryl-,

^{R = c}t,H₉,, ,, mit

?² = D¹ PiD^

= R . OR¹, CN, Hal, COOR¹, OCOR¹, COR¹;

R³ R⁴

R³ R⁴

Y » -COO-, -OCO- , X

O¹· "<ß>-^R · Λ°>^κ1

³Mi⁴

-Γ U

m 2m+1 R⁴ - H, CH₃, CN, F, Cl, Br

/. 'ι

Beispiel 1 Die Syntheso der Substanzen erfolgte nach dem angegebenen Schema

R¹-

Der letzte Reaktionsschritt soll am Beispiel des 4-(3-n-Butylcyclopentyl)trans-4'-n-cyclohexancarbonsäure-4"-cyanphenylesters

erläutert werden.

2 mMol 4-(3'-n-Butylcyclopentyl)cyclohexancarbonsäurechlorid und 0,24g (2 mMol) 4-Cyanophenol werden in 15ml Toluen und

1 ml Triethylamin 5 h am Rückfluß erhitzt.

Das Reaktionsgemisch wird nach dem Abkühlen auf verd. HCI/Eis gegossen, die Phasen werden getrennt und die wäßrige Phase

3x mit Ether extrahiert. Die vereinigten organischen Extrakte werden nacheinander mit verd. HCI, H₂0,5%iger KOH und H₂Ogewä?' iien, über Na₂SO₄ getrocknet. Das Lösungsmittel wird entfernt.

Der «erbieibende Rohester wird aus wenig Methanol bis zur Klärpunktskonstanz fraktioniert kristallisiert. Beispiele für Substanzen, die auf diesem Wege erhalten wurden, gibt nachfolgende Tabelle

Nr. m η

S₁ S₂

1	4	O
2	4	1
3	4	O
4	4	1
5	4	O
6	4	1
7	4	O

-CN -CN

53	- .63
76	- -(.GO)
63	81. 98
65	- -. 73
41	- -.103
30	- -.100
70	. 159.184

Fortsetzung der Tabelle Nr. m η

S, S₂

8 4 1

9 4 0 10 4 1 114 0

12 4

13 4 0

-C H

-COO

ι -<S)-i;oo-/g\-oc_ÄH₀

.30	. 155.163	176
.78	. 111.183	221
.92	. 118.165	206
.78	- -(.69)	167
.65	. ...	153
.86	. 168.176	214

-.173

Beispiel 2

10 mol-% von Substanz 5 wurden in einer Mischung (GM) aus

24mol-%4-Methyloxybenzoesäure-4'-n-hexyloxyphenylester

27 mol-% 4-Pentyloxybenzoesäure-4'-n-octyloxyphenylester

12mol-%4-Hexyloxybenzoesäure-4'-n-heptyloxyphenylester

37 mol-% 4-Hexylbenzoesäure-4'-n-butyloxyphenylester

gelöst. Dabei stieg die Klärtemperatur von 71⁰C auf 72°C. Die Anisotropie des Brechungsindex für T_N| -T = 2OK betrug für GM An(GM) = 0,1246 und für die Mischung An(Mi) = 0,0985. Nach der einfachen Mischungsregel ΔΝ (Mi) = χ(5)Δη(5) + X(GM)An(GM) (1) ergibt sich bei bekanntem Molenbruch der Grundmischung x(GM) und der gelösten Komponente x(5) für die Brechungsindex-Anisotropie der reinen Substanz 5Δη(5) = -0,1364. Die negative Anisotropie ist ein Hinweis dafür, daß Substanz 5 eine überproportionale Senkung der Brechungsindex-Anisotropie der Grundmischung GM

bewirkt.

Beispiel 3

Die im Beispiel 2 genannten Mischungen wurden dielektrisch vermessen. Für T_Ni - T - 20 K wurde für GMAe = -0,312 ermittelt.

Für die Mischung ist Δε = -0,385. Nach einer primitiven Mischungsregel

Δε(5) = (Δε(Μ) - 0,9Δε(ΟΜ)]/0,1

erhalten wir für die elektrische Anisotropie der gelösten Komponente bei Tm -T = 20ΚΔε(5) = -1,04, was auf einen geringen Einfluß auf die jeweils eingesetzten Grundmischungen hinweist.

Beispiel 4

Es wurde eine Mischung aus 0,328 mol-% Substanz Nr. 3,0,324mol-% Subst. Nr.4 und 0,348mol-%4-Methoxybenzoesäure-4'-nhexyloxyphenylester hergestellt. Die Mischung schmilzt bei 24"C in die nematische Phase auf und v/andelt sich bei 83⁰C in die isotrope, flüssige Phase um. Selbst beim Unterkühlen bis auf 0⁰C konnte nicht das bei den Substanzen 3 und 4 beobachtete Auftreten smektischer Phasen registriert werden.

Beispiel 5

Die gute Löslichkeit der erfindungsgemäßen Substanzen bei 2O⁰C sowie die Schmelzenthalpien A_Kh_mH veranschaulicht

nachfolgende Übersicht

Substanz Nr.

10

12

22,6 22,4 29,1 17,8 22,0 x(Grenzlöslichkeit) 0,298 0,294 0,456 0,237 0,300

Claims (1)

1. Flüssig-kristalline Mischungen mit geringer Anisotropie dos Brechungsindex und hoher Klärtemperatur, gekennzeichnet dadurch, daß sie neben einer Grundmischung 0,5 bis 80mol-% eines oder mehrerer Vertreter der 4-(3'-n-Alkylcyclopertyl)cyclohexancarbonsäureester der allgemeinen Formel

   mit

   X = -(^CH ₂)_n- η » 0,1,2,3,4