DE2903095A1 - LIQUID CRYSTAL MIXTURE - Google Patents
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Description
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FlüssigkristallmischungLiquid crystal mixture
Die Erfindung betrifft Flüssigkristall-(FK)-Mischungen,,
die zur Verwendung für elektrooptisch© Änzeigesellen ohne polarisierende Deckscheiben bestimmt sind»The invention relates to liquid crystal (LC) mixtures,
which are intended for use for electro-optical © display cells without polarizing cover plates »
Bei Anzeigezellen mit flüssigkristalliner dielektrischer
Phase ist es bekannt, den elektrooptischen Effekt der Anzeige durch Einlagerung von dichroitischen oder pleochroitischen
Farbstoffen als sogenannte "Gast-Phase" in einer flüssigkristallinen Matrix als sogenannte "Wirt-Phase" zu
erzeugen (siehe Heilmeier, G. H. et al, Molec. Cryst. and
Liq. Cryst. 8, 1969, 293-304). Die Farbstoffmoleküle der Gast-Phase werden hierbei von der einbettenden Wirt-Phase,
in der sie gelöst bzw. verteilt sind, entsprechend dem anliegenden elektrischen Feld orientiert und zeigen wegen
ihrer pleochroitischen Eigenschaften je nach Orientierung eine unterschiedliche Lichtabsorption. Im Unterschied zu
normalen monochroitischen Farbstoffen hängt die von pleochroitischen
Farbstoffen absorbierte Lichtmenge von der
Orientierung ihrer Moleküle zum elektrischen Feldvektor des einfallenden Lichtes ab. Durch Anlegen eines elektrischen
Feldes auf die in einer Zelle als dünne Schicht verteilte FK-Mischung werden die nematischen Flüssigkristalle der
Wirt-Phase und zusammen mit diesen die als Gast-Phase eingelagerten pleochroitischen Farbstoffe umorientiert, was zu
einer Aenderung der Lichtabsorption führt. Die praktische Anwendung dieser in der Fachwelt als "Guest/Host"-Effekt
bezeichneten Technik ist z. B. in der DE-OS 1 928 003 be-In the case of display cells with a liquid-crystalline dielectric phase, it is known to produce the electro-optical effect of the display by incorporating dichroic or pleochroic dyes as the so-called "guest phase" in a liquid-crystalline matrix as the so-called "host phase" (see Heilmeier, GH et al, Molec. Cryst. And Liq. Cryst. 8, 1969, 293-304). The dye molecules of the guest phase are here oriented by the embedding host phase, in which they are dissolved or distributed, according to the applied electric field and show paths
Their pleochroic properties differ in their light absorption depending on their orientation. In contrast to normal monochroic dyes, the amount of light absorbed by pleochroic dyes depends on the
Orientation of their molecules to the electric field vector of the incident light. By applying an electric field to the LC mixture distributed as a thin layer in a cell, the nematic liquid crystals become the
Host phase and, together with these, the pleochroic dyes stored as guest phase are reoriented, which leads to a change in light absorption. The practical application of this technique, known in the art as the "guest / host" effect, is z. B. in DE-OS 1 928 003 loading
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schrieben. Als Beispiele von pleochroitischen bzw. dichroitischen Farbstoffen sind dort Indophenolblau, Indigoderivate, Azofarbstoffe und dergleichen beschrieben. Die dabei erzielbaren Kontraste und Helligkeiten sind jedoch relativ schwach verglichen mit den bekannten FK-Anzeigen mit verdrillter nematischer Phase, und benötigen eine Polarisations-Deckscheibe. wrote. As examples of pleochroic or dichroic dyes there are indophenol blue, indigo derivatives, Azo dyes and the like. However, the contrasts and brightnesses that can be achieved are relative weak compared to the known LC displays with twisted nematic phase, and require a polarization cover plate.
Gemäss einer neueren bekannten Entwicklung, wie sie z. B. in der DE-OS 2 410 557 beschrieben ist, kann auf polarisierende Deckscheiben verzichtet werden, wenn der aus nematischen Flüssigkristallen mit positiver DK-Anisotropie (als Wirt-Phase) und darin (als Gast-Phase) eingelagertem pleochroitischem Farbstoff zusammengesetzten dielektrischen Phase der Anzeige eine relativ geringe Menge, z.B. 1 bis 15 Gew.%, optisch aktives Material - auch als Dotierungsmittel bezeichnet - beigemischt wird, das der Flüssigkristallmasse eine verdrillte innere Struktur verleiht, die als "chirale" oder "cholesterinische" Orientierung bezeichnet wird und beispielsweise in der Arbeit von D. L. White und G. N. Taylor mit dem Titel "New Absorptive Mode Reflective Liquid Crystal Display Device" (J. Appl. Physics, Band 45, 1974, Seiten 4718-4723) beschrieben ist. Ein Beispiel für Aufbau und Betrieb einer Anzeigezelle nach diesem Prinzip ist in den DE-OS 2 639 675 und 2 658 568 beschrieben.According to a more recent known development, as z. B. is described in DE-OS 2 410 557, can polarizing Cover disks are not required if the nematic liquid crystal with positive DK anisotropy (as Host phase) and pleochroism embedded therein (as guest phase) Dye composite dielectric phase of the display a relatively small amount, e.g. 1 to 15% by weight, optically active material - also known as a dopant - is added to the liquid crystal mass imparts a twisted internal structure referred to as "chiral" or "cholesteric" orientation and, for example, in the work by D. L. White and G. N. Taylor entitled "New Absorptive Mode Reflective Liquid Crystal Display Device "(J. Appl. Physics, Vol. 45, 1974, pages 4718-4723). An example DE-OS 2,639,675 and 2,658,568 describe the construction and operation of a display cell based on this principle.
In der Fachwelt hat sich für FK-Anzeigezellen mit cholesterinisch orientierter Wirt-Phase und darin eingebettetem Farbstoff als Gast-Phase die Bezeichnung "cholesteric guest/ host" (11CGH") eingebürgert und solche CGH-FK-Anzeigezellen erwiesen sich als vorteilhaft, weil sie sich für kommerziel-Ie Fertigung und Verwendung ohne äussere Polarisatoren eig- In the specialist world, the designation "cholesteric guest / host" (11 CGH ") has become established for LC display cells with a cholesterol-oriented host phase and a dye embedded therein as the guest phase, and such CGH-LC display cells have proven to be advantageous because they are suitable for commercial production and use without external polarizers.
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nen sowie eine ausreichende Kontrastwirkung bei vereinfachtem Zellenaufbau ermöglichen.as well as a sufficient contrast effect with simplified Enable cell construction.
Es hat sich gezeigt, dass die Auswahl geeigneter Farbstoffe für "Cholesteric Guest/Host"-Zellen sehr schwierig ist: Zunächst müssen die dichroitischen Verhältniswerte solcher cholesterinischer Systeme mit Wirt-Phase und darin eingebettetem Farbstoff als Gast-Phase genügend gross sein, um der Anzeigezelle eine ausreichende Helligkeit und ein ausreichendes Kontrastverhältnis zu verleihen. Dabei ist das pleochroitische bzw. dichroitische Verhältnis des Systems als das Verhältnis a,/a. derjenigen Extxnktionswerte ("Absorbanz") des Farbstoffes definiert, die gemessen werden, wenn (a.) die molekulare Ausrichtung ader Hauptachse der nematischen Wirt-Phase mit eingebettetem Farbstoff als Gast-Phase parallel zum Ε-Vektor des einfallenden Lichtes liegt und (a^) diese molekulare Ausrichtung senkrecht zum E-Vektor des einfallenden Lichtes liegt. Die Werte von a. und a_ können in an sich bekannter Weise fotometrisch gemessen werden, wie beispielsweise in der oben genannten Arbeit von White und Taylor beschrieben. Allgemein soll der Wert a./a mindestens etwa 5 betragen, um einen ausreichenden Kontrast und eine ausreichende Helligkeit der Anzeige zu gewährleisten. It has been shown that the selection of suitable dyes for "Cholesteric Guest / Host" cells is very difficult: First of all, the dichroic ratio values of such cholesteric systems with host phase and embedded in it Dye as guest phase must be large enough to give the display cell a sufficient brightness and a sufficient To give contrast ratio. Here is the pleochroic or dichroic ratio of the system than the ratio a, / a. those extxnction values ("absorbance") of the dye, which are measured when (a.) the molecular alignment of the major axis of the nematic host phase with embedded dye as guest phase is parallel to the Ε vector of the incident light and (a ^) this molecular orientation perpendicular to the E vector of the incident light. The values of a. and a_ can be measured photometrically in a manner known per se as described, for example, in the above-mentioned work by White and Taylor. In general, the value a./a be at least about 5 to ensure sufficient contrast and brightness of the display.
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Ausser dem Extinktionsverhältnis a./a2 sind aber zur Verwendung eines Farbstoffes in CGH-FK-Anzeigen noch andere Parameter wichtig: Ein Absorptionsmaximum des Farbstoffes muss im Bereich der sichtbaren Wellenlängen, d. h. zwischen 400 und 700 nm liegen und der Farbstoff muss in der dotierten Wirt-Phase bis etwa 100 C praktisch beständig sein: (a) gegen Wechselspannung von bis zu 20 V/ (b) gegen Licht bzw. Tageslicht-UV und (c) gegen die Komponenten der dotierten Wirt-Phase.In addition to the extinction ratio a./a 2 , other parameters are important for the use of a dye in CGH-LC displays: An absorption maximum of the dye must be in the range of the visible wavelengths, ie between 400 and 700 nm, and the dye must be in the doped Host phase be practically resistant up to about 100 C: (a) against alternating voltage of up to 20 V / (b) against light or daylight UV and (c) against the components of the doped host phase.
Die bisher für CGH-FK-Zellen vorgeschlagenen Farbstoffe erfüllen diese Anforderungen aber nicht in ausreichendem Masse. Insbesondere haben sich die in bezug auf den a /a -Wert und das Absorptionsmaximum an sich zweckmässigen und zur Verwendung in CGH-FK-Zellen meist vorgeschlagenen Azofarbstoffe als ungenügend beständig gegen Licht bzw. UV-Licht (zu geringe fotochemische Stabilität)Meet the dyes proposed so far for CGH-FK cells these requirements, however, are not sufficient. In particular, with regard to the a / a value and the absorption maximum azo dyes which are expedient per se and which are mostly suggested for use in CGH-FK cells as insufficiently resistant to light or UV light (insufficient photochemical stability)
und zumand
Teil auch als chemisch labil erwiesen. Andererseits ist die im Vergleich zu Azofarbstoffen allgemein höhere fotochemisehe und allgemein chemische Stabilität von Anthrachinon-Farbstoffen mit der Grundstruktur (30)Partly proven to be chemically unstable. On the other hand, compared to azo dyes, it is generally higher photochemical and general chemical stability of anthraquinone dyes with the basic structure (30)
(30)(30)
bekannt und tatsächlich wurden in der Literatur auch Vorschläge zur Verwendung von Anthrachinon-Farbstoffen für CGH-FK-Anzeigezellen gemacht. Die meisten der bisher vorgeschlagenen Anthrachinon-Farbstoffe haben aber einen viel zu niedrigen a../a -Wert, d. h. einen zu kleinen dichroitischen Verhältniswert,, um eine niedrige Betriebsspannung von 3 bis 4.5 V zu ermöglichen.known and indeed proposals have been made in the literature for the use of anthraquinone dyes for CGH-FK display cells made. Most of the previously proposed Anthraquinone dyes, however, have a much too low a ../ a value, i.e. H. too small a dichroic one Ratio value, to enable a low operating voltage of 3 to 4.5 V.
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In einer Arbeit von J. Constant et al mit dem Titel "Photostabile Anthraquinone Pleochroic Dyes" (Proc. 7th International Liquid Crystal Conference, 1978) wurden verschiedene substituierte Anthrachinone der Formeln (31) und (32)In a work by J. Constant et al entitled "Photostabile Anthraquinone Pleochroic Dyes" (Proc. 7th International Liquid Crystal Conference, 1978), various substituted anthraquinones of the formulas (31) and (32)
κ--/ Vnh 0κ - / Vnh 0
(32)(32)
untersucht/ wobei R, R1 und R" Alkyl- und Alkyloxygruppen mit bis zu '9 C-Atomen im Alkylteil oder Dimethylamine bedeuten. Die dichroitischen Verhältniswerte a /a« dieser Farbstoffe in einer handelsüblichen nematischen Phase (Produkt "Ro-TN-4 03" der Firma Hoffmann-La Roche, eine Mischung aus Biphenyl- und Pyrimidin-Verbindungen) liegen im Bereich von 5,6 bis 7,0, was die Eignung von Phenylaminogruppen zur hier Interessierenden Modifikation von Anthrachinon-Farbstoffen.zu bestätigen scheint. Die Phenylaminogruppe verringert aber auch die Löslichkeit der Farbstoffe in nematischen Wirt-Phasen, was wiederum durch die Einführung längerer Alkyl- bzw. Alkoxyketten als R, R1 bzw. R" kompensiert werden kann. Da solche Ketten flexibel sind, haben sie praktisch keinen Einfluss auf den Wert des dichroitischen Verhältnisses. Ein weiterer Nachteil der Farbstoffe gemäss den Formeln (31) und (32) liegt darin, dass es sich hierbei nicht um handelsübliche Anthrachinonfarbstoffe handelt und solche Farbstoffe daher zur Verwendung für FK-Mischungen be-investigated / where R, R 1 and R "denote alkyl and alkyloxy groups with up to 9 carbon atoms in the alkyl part or dimethylamines. The dichroic ratio values a / a" of these dyes in a commercially available nematic phase (product "Ro-TN-4 03 "from Hoffmann-La Roche, a mixture of biphenyl and pyrimidine compounds) are in the range from 5.6 to 7.0, which seems to confirm the suitability of phenylamino groups for the modification of anthraquinone dyes, which is of interest here However, the phenylamino group also reduces the solubility of the dyes in nematic host phases, which in turn can be compensated for by the introduction of longer alkyl or alkoxy chains than R, R 1 or R ″. Since such chains are flexible, they have practically no effect on the value of the dichroic ratio. Another disadvantage of the dyes according to the formulas (31) and (32) is that they are not commercially available anthraquinone dyes and such dyes are therefore suitable for use in LC mixtures.
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- ίο -- ίο -
sonders hergestellt v/erden müssenspecially manufactured / have to be grounded
Ziel der Erfindung ist es, Anthrachinon-Farbstoffe für CGH-FK-Anzeigezellen anzugeben, die ebenso wie die hierfür vorgeschlagenen Farbstoffe (31) und (32) einen dichroitischen Verhältniswert a^/a.- in dem zwischen 5 und 7 liegenden Bereich liefern, aber dabei eine einfachere Struktur aufweisen und technisch erhältlich sind. Es wurde gefunden, dass dieses Ziel durch Verwendung von Anthrachinon-Farbstoffen der weiter unten angegebenen Formel (1) errreicht werden kann.The aim of the invention is to provide anthraquinone dyes for CGH-FK display cells which, like the dyes (31) and (32) proposed for this purpose, provide a dichroic ratio value a ^ / a.- in the range between 5 and 7, but have a simpler structure and are technically available. It has been found that this object can be achieved by using anthraquinone dyes of formula (1) given below.
Gegenstand der Erfindung ist eine für CGH-FK-Anzeigen bestimmte Flüssigkristallmischung, die im wesentlichen, z.B. aus 80-100 Gew.%, besteht aus: (a) nematischer FK-Masse mit positiver DK-Anisotropie als Wirt-Phase, (b) optisch aktivem Zusatz zur cholesterinischen Orientierung der Wirt-Phase/ z. B. in einem Anteil von 0,5 bis 15 %, bezogen auf das Gewicht der Mischung, und (c) mindestens einem als Gast-Phase in der Mischung , eingela-The subject of the invention is one intended for CGH-FK displays Liquid-crystal mixture which consists essentially, for example of 80-100% by weight, of: (a) nematic LC mass with positive DC anisotropy as the host phase, (b) optically active additive for the cholesteric orientation of the host phase / z. B. in a proportion of 0.5 to 15%, based on the weight of the mixture, and (c) at least one as Guest phase in the mix, invited
gerten und vorzugsweise darin gelösten pleochroitischen An- thrachinon-Farbstoff, gegebenenfalls in Mischung mit anderen praktisch UV-stabilen Farbstoffen, vorzugsweise in Anteilen von 0,1 bis 5 % des Gewichtes der Mischung.pleochroic anthrachinone dye preferably dissolved therein , optionally mixed with other practically UV-stable dyes, preferably in proportions of 0.1 to 5% of the weight of the mixture.
Die erfindungsgemässe FK-Mischung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anthrachinon-Farbstoff mindestens zum Teil ein solcher der Formel (1)The LC mixture according to the invention is characterized in that that the anthraquinone dye is at least partially one of the formula (1)
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(D(D
1010
2 3 4
ist, in welcher R , R und R gleich oder verschieden und Wasserstoff, Hydroxyl, Amino oder Mononiederalkylamino sind.
Als Niederalkyl werden hier Alkylgruppen mit 1-2 C-Atomen2 3 4
in which R, R and R are identical or different and are hydrogen, hydroxyl, amino or mono-lower alkylamino. The lower alkyl here are alkyl groups with 1-2 carbon atoms
verstanden. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei der Substituenten R ,Understood. According to a preferred embodiment, two of the substituents R,
3 4 2 3 43 4 2 3 4
R , R oder alle drei Substituenten R , R , R Amino- oder/R, R or all three substituents R, R, R amino or /
und Hydroxylgruppen.and hydroxyl groups.
Y und Z sind fakultative Substituenten in den Positionen und/oder 7 bzw. in den Positionen 2 und/oder 3, und zwar Halogenatome, wie Chlor, Brom und Jod. Brom wird meist bevorzugt. Die Zeichen m und/oder η sind daher Null, 1 oder 2.Y and Z are optional substituents in positions and / or 7 or in positions 2 and / or 3, namely halogen atoms, like chlorine, bromine and iodine. Bromine is mostly preferred. The characters m and / or η are therefore zero, 1 or 2.
Farbstoffe der Formel (1) sind als solche bekannt und technisch erhältlich.Dyes of the formula (1) are known as such and are available industrially.
Erfindungsgemässe Mischungen können in an sich üblicher Weise durch Vermischen und gegebenenfalls Erwärmen der Komponenten (a), (b) und (c) hergestellt und in entsprechende Zellen, z. B. mit der in der DE-OS 2 639 675 beschriebenen Struktur, eingefüllt werden.Mixtures according to the invention can be prepared in a manner which is customary per se by mixing and, if necessary, heating components (a), (b) and (c) and converted into corresponding Cells, e.g. B. with the structure described in DE-OS 2,639,675.
Geeignete Komponenten (a) und (b) sind, wie oben erwähnt, bekannt bzw. als technische Produkte erhältlich. Als Beispiel für (a) siirlausser dem oben genannten Produkt "Ro-TN-403" die Produkte "Ro-TN-103", "Merck ZLI 1221" und "Merck ZLI 1231" zu nennen.Suitable components (a) and (b) are, as mentioned above, known or are available as technical products. As an an example for (a) except for the above product "Ro-TN-403" the products "Ro-TN-103", "Merck ZLI 1221" and "Merck ZLI 1231" should be mentioned.
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Weitere Beispiele fürMore examples of
geeignete Komponenten (a) sowie für die Komponente (b) finden sich in der oben genannten Publikation von White und Taylor sowie in den DE-OS 2 410 557 und 2 658 568. Ein Beispiel für eine als technisches Produkt erhältliche Komponente (b) ist die Substanz "CB 15", eine Verbindung der Formelsuitable components (a) and for component (b) can be found in the above-mentioned publication by White and Taylor and in DE-OS 2 410 557 and 2 658 568. An example of a component available as a technical product (b) the substance is "CB 15", a compound of the formula
der Firma British Drug House.the British Drug House company.
10 Beispiele 1-18 10 Examples 1-18
Anthrachinon-Farbstoffe der Formeln (2) bis (6)Anthraquinone dyes of the formulas (2) to (6)
(2)(2)
OH 0 NH.OH 0 NH.
(3)(3)
03 0 028/051303 0 028/0513
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I7O/78I7O / 78
NHNH
OHOH
(4)(4)
(5)(5)
OHOH
(6)(6)
als Komponenten (c) wurden mit handelsüblichen nematischen Phasen (positive DK-Anisotropie) als Komponente (a) und dem technischen Produkt "CB 15" als Komponente (b) vermischt.as components (c) were with commercially available nematic phases (positive DK anisotropy) as component (a) and the technical product "CB 15" mixed as component (b).
Die dichroitischen Verhältniswerte der Farbstoffe (2) bis (6) in nematischer Phase "Ro-TN-403" sind in der Tabelle I zusammengestellt.The dichroic ratio values of the dyes (2) to (6) in nematic phase "Ro-TN-403" are shown in Table I. compiled.
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I7O/78I7O / 78
Farbstoff-FormelDye formula
Dichroitischer VerhältniswertDichroic ratio
2 3 4 5 62 3 4 5 6
6.5 5.7 5.3 5.7 6.26.5 5.7 5.3 5.7 6.2
Die Zusammensetzungen der so erhaltenen FK-Mischungen sind in der folgenden Tabelle II zusairanengestellt.The compositions of the LC mixtures thus obtained are shown in Table II below.
Die Flüssigkristallmischungen der obigen Beispiele 1-18 erwiesen sich bei Prüfung auf Tageslicht-UV als völlig beständig; auch die Beständigkeit gegen Wechselspannung und die allgemeine chemische Beständigkeit der Farbstoffe ist sehr gut.The liquid-crystal mixtures of the above Examples 1-18 were found to be completely stable when tested for daylight UV; also the resistance to alternating voltage and the general chemical resistance of the dyes very good.
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Farbstoff
(Formel Nr.
und Gew.%)ic)
dye
(Formula No.
and wt.%)
C
(°ΟT
C.
(° Ο
Nr.Ex.
No.
Nematische Pha
se (Gew.%)(a)
Nematic Pha
se (wt.%)
CB 15
(Gew.%)(b)
CB 15
(Wt.%)
030028/0513030028/0513
Claims (10)
ist, in welcher.R , R und R gleich oder verschieden sind und Wasserstoff, Hydroxyl, Amino oder N-Mononiederalkylamino bedeuten,2 3 4
is, in which.R, R and R are identical or different and are hydrogen, hydroxyl, amino or N-mono-lower alkylamino,
ORIGINAL INSPECTED0 3 0 0 2 8/0513
ORIGINAL INSPECTED
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