DE3028593C2 - Zusammensetzungen auf Flüssigkristallbasis - Google Patents
Zusammensetzungen auf FlüssigkristallbasisInfo
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Description
7. Zusammensetzungen nach einem der Ansprü ehe 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Anthrachi
nonfarbstoff mit einem Grundgerüst von 1,5-Diami no^e-dihydroxyanthrachinon und einer Gruppe
-C6H4-OH, -C6H4-OCH3,
-C6H4-OC3H7. -C6H4-OC4H9,
-C6H4-OC5H11. -C6H4-OC6H13,
-C6H4-OC7H15, -C6H4-OC8H17,
-C6H4-OOCC5H11. -C6H4-OOCC11Hi3,
-C6H4OOCC6H4C4H9,
-C6H4OOCC6H4OC5H11OdCr
-C6H4OOCC6H4CiH1?
-C6H4-OC3H7. -C6H4-OC4H9,
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-C6H4-OC7H15, -C6H4-OC8H17,
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-C6H4OOCC6H4C4H9,
-C6H4OOCC6H4OC5H11OdCr
-C6H4OOCC6H4CiH1?
als Substituent in 2- oder 3-Stellung des Anthrachinongerüsts.
8. Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Anthrachinonfarbstoff
mit einem Grundgerüst von 1,5-Diamino-4,8-dihydroxyanthrachinon und einer Gruppe
Zur Anwendung in Lösung in einem Flüssigkristall für Anzeigevorrichtungen muß ein Farbstoff mindestens
folgende Eigenschaften aufweisen:
1-
15
20
-C6H4-OC3H7, -C6H4-OC4H9,
-C6H4-OC5H11OdCr-C6H4-OC8H17
-C6H4-OC5H11OdCr-C6H4-OC8H17
30
als Substituenten in 3- und 7-Stellung des Anthrachinongeriists.
9. Zusammensetzungen nach einem ,der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen
oder mehrere nematische Flüssigkristalle mit positiver oder negativer Anisotropie enthalten.
10. Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein
zusätzlich optisch aktives Mittel, da» eine cholesterinische
Struktur induziert, und/oder ein Orientierungsmittel enthalten.
11. Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche
1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine 0,5 bis 5%ige Lösung eines Anthrachinonfarbstoffe der
Formel I enthalten.
12. Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie 1,5%
eines Anthrachinonfarbstoffe der Formel 1,3% eines
cholesterinischen Mittels und 2% eines Orientierungsmittels enthalten.
13. Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie
mindestens einen weiteren Anthrachinonfarbstoff der Formel I enthalten.
14. Zusammensetzungen nach einem der Ansprüehe 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie
mindestens einen weiteren Anthrachinonfarbstoff enthalten, der von den Anthrachinonfarbstoffen der
Formel 1 verschieden ist.
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Die Erfindung betrifft Zusammensetzungen für elektrooptischc Vorrichtungen, insbesondere elektrooptische
Anzeigevorrichtungen, auf Flüssigkristallbasis, die in Lösung einen pleochroitischen Anlhrachinonfarbstoff
enthalten.
— er muß im Flüssigkristall ausreichend löslich sein;
— er muß chemisch völlig stabil, d.h. insbesondere gegenüber dem Flüssigkristallmaterial inert und
vor allem photochemisch stabil sein;
— er muß eine ausreichende Absorptionsintensität aufweisen und
— er darf keine ionischen oder ionisierbaren Gruppen besitzen.
Darüber hinaus müssen derartige Farbstoffe einen hohen Ordnungsparameter 5 aufweisen, der dem
Ausmaß des Orientierungsvermögens des Farbstoffs durch die Flüssigkristallmoleküle entspricht, damit ein
erhöhter Anzeigekontrast erzielbar ist Die Grundstruktur dieser Verbindungen muß ferner zur Verwendung in
einer Anzeigevorrichtung einer geeigneten Farbe entsprechen, vorzugsweise besonders Blau und RoL
Die ersten in Flüssigkristallen verwendeten Farbstoffe waren Azofarbstoffe oder Derivate davon (vgl.
insbesondere D. L White und G. N. Taylor, J. Appl. Phys. 45 (1974) 4718, A. Bloom et al, Mol. Cryst.
Liq. Cryst. Letters 41 (1977) 1 sowie J. Constant et al,
Elec. Letters 12(1976)514).
Diese Verbindungen weisen allgemein einen relativ hohen Ordnungsparameter auf. Im Gegensatz dazu
besitzt jedoch die Mehrzahl dieser Farbstoffe keine maximale Absorption bei einer geeigneten Wellenlänge;
die Azofarbstoffe sind ferner auch nicht ausreichend lichtbeständig, um für eine Anwendung zur Herstellung
kommerzialisierbarer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen in Frage zu kommen.
Aus diesem Grund wurden Farbstoffe mit besserer Lichtbeständigkeit aufgefunden. In der EU-Patentanmeldung
78300487.2 ist beispielsweise angegeben, daß bestimmte Klassen von Anthrachinonverbindungen
eine bessere Kombination der obrigen erwünschten Eigenschaften aufweisen. Derartige Klassen von Anthrachinonverbindungen
sind insbesondere die 1 -p-Anilino-4-hydroxyanthrachinone sowie die 1.5-Di-p-anilinoanthrachinone.
Obgleich die obigen Anthrachinonverbindungen gegenüber Azoverbindungen deutlich besser als Farbstoffe
für Flüssigkristalle geeignet sind, wurden im Rahmen der Erfindung experimentelle Untersuchungen
an anlogen Anthrachinonstrukturen durchgeführt, um weitere Klassen von Verbindungen angeben zu können,
die eine noch bessere Kombination der tür Anwendung
in Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen geforderten Eigenschaften in sich vereinigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Zusammensetzungen
auf Flüssigkristallbasis anzugeben, die ein als pleochroitischen Farbstoff verwendbares Anthrachinonderivat
in Lösung enthalten, das insbesonders einen erhöhten Ordnungsparamter sowie hohe Lichtbeständigkeit
aufweist, wobei sich die Zusammensetzungen zur Verwendung in elektrooptischen Vorrichtungen,
insbesondere in Anzeigevorrichtungen, eignen sollen.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen auf Flüssigkristalbasis für elektrooptische Vorrichtungen,
die mindestens einen pleochroitischen Farbstoff enthalten, sind gekennzeichnet durch eine Anthrachinonverbindung
der allgemeinen Formel
R, O
R4 O
(D
in der bedeuten:
Ri substituiertes oder unsubstituiertes Amino oder Hydroxy,
R2, RjundR* gleich oder verschieden Wasserstoff,
substituiertes oder unsubstituiertes Amino, Hydroxy oder Nitro,
R Wasserstoff, Halogen, Hydroxy, niederes Alkyl oder niederes Alkoxy,
/7 eine ganze Zahl von 1 bis 4, wobei die Substituenten
R gleich oder verschieden sind, weiui α eine ganze
Zahl von 2 bis 4 bedeutet,
X Wasserstoff, Halogen, Hydroxy, Mercapto, lineares,
verzweigtes oder cyclisches Ci- bis Cie-Alkyl,
substituiertes oder nicht substituiertes Aryl oder
R3 O R2
ίο die jeweils einer Farbnuance der Grundfarbe entsprechen,
wobei Ri, R2, R3 und R4 wie oben definiert und in
der nachstehenden Tabelle I angegeben sind.
Tabelle I
Anthrachinongerüste der Formel II
Anthrachinongerüste der Formel II
OR', OAr, SR', SAr, COOR',
COOAr, COO-C4H4-R', OOCR'
OOCAr, 0OC-C6H4-R', CONHR',
CONHAr, NHR', NHAr, NHCOF.',
NHCOAr, OCOOR', OCOOAr,
CH=N-C6H4-R',
N = CH-C6H4-R',
N=N-C6H4-R' oder
N=N-C6H4-R', wobei
COOAr, COO-C4H4-R', OOCR'
OOCAr, 0OC-C6H4-R', CONHR',
CONHAr, NHR', NHAr, NHCOF.',
NHCOAr, OCOOR', OCOOAr,
CH=N-C6H4-R',
N = CH-C6H4-R',
N=N-C6H4-R' oder
N=N-C6H4-R', wobei
I
ο
ο
R' Wasserstoff oder lineares, verzweigtes oder cyclisches C1- bis C10-Alkyl darstellt,
und
Y Wasserstoff oder eine Gruppe
und
Y Wasserstoff oder eine Gruppe
Formel | II | R2 | R3 | R* | Farbe | |
R, | NH2 | H | H | |||
A | NH2 | H | NH2 | H | blau | |
B | NH2 | NH2 | NH2 | NH2 | gelb | |
C | NH2 | OH | H | H | blau | |
D | NH2 | OH | OH | NH2 | rot | |
E | NH2 | OH | NH2 | OH | blau | |
F | NH2 | NH2 | NO2 | H | blau | |
G | NH2 | H | H | H | blau | |
H | NH2 | H | H | NH2 | gelb | |
I | NH2 | H | H | H | orange | |
J | OH | OH | H | H | gelb | |
K | OH | H | OH | H | orange | |
L | OH | H | H | OH | gelb | |
M | OH | NH2 | NH2 | OH | gelb | |
N | OH | H | NO2 | H | blau | |
O | NH2 | orange |
wobei X', R" und n' dasselbe wie X, R und η
bedeuten und gleich oder verschieden sein können und sich die Gruppe bei Substitution in 2-Stellung
in 6-Stellung und bei Substitution in 3-Stellung in 7-Stellung befindet
Der Erfindung liegt die Feststellung zugrunde, daß Anthrachinongerüste mit einer NH2- oder OH-Gruppe
in 1 -Stellung einen höheren Ordnungsparamter aufweisen, wenn eine Seitenkette am Anthrachinongerüst in
2-Stellung, in 2- und 6-Stellung, in 3-Stellung oder in 3- und 7-Stellung substituiert ist
Anthrachinongerüste sind beispielsweise Strukturen der Formel II.
Die Einführung einer Seitenkette in 2-Steilung, 2- und
6-Stellung, 3-Stellung oder 3- und 7-Stellung an den Grundgerüsten der Formel II führt zu Verbindungen der
Formel I und dient zur Erhöhung des Ordnungsparamters dieser Grundgerüste, wobei die übrigen Eigenschaften
wie chemische Beständigkeit und Lichtechtheit erhalten bleiben und berücksichtigt wird, daß die Art
einer Seitenkette die Farbnuance der Farbe des Grundgerüsts, seine Löslichkeit sowie den Ordnungsparamter
beeinflußt
Wenn ein Farbstoff der Formel I mit einer Seitenkette in 2-Stellung (oder noch besser zwei
Seitenketten) vom Phenylalkoxytyp einen günstigen Ordnungsparamter in einem Flüssigkristallgemisch auf
der Basis von Diphenyl, Phenylcyclohexan oder Pyrimidin aufweist, gilt dies nicht ebenso für ein
Gemisch auf Esterbasis. Dann werden Farbstoffe der Formel I eingesetzt, deren Seitenkette ein Benzoesäureester
ist.
In bestimmten Zusammensetzungen wird ferner vorzugsweise eine Verbindung der Formel I mit einer
einzigen Seitenkette eingesetzt, was gegenüber der Verwendung einer Verbindung der Formel I mit zwei
Seitenketten günstiger ist
In der schweizerischen Patentanmeldung 8863/79 ist eine Klasse sehr stabiler Anthrachinonverbindungen
angegeben, deren Ordnungsparamter etwa 0,6 bis 0,65 beträgt und die das gleiche Grundgerüst der Formel II
vi\i oben aufweisen, das in 2- oder 3-Stellung mit einer
analogen Seitenkette substituiert ist wie sie für die erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel I definiert
ist; diese Seitenkette ist jedoch über ein Sauerstoffatom mit dem Anthrachinongerüst verbun-
den. Die Untersuchung des Molekülmodells einer derartigen Verbindung zeigt, daß der von den beiden
Bindungen der Sauerstoffbrücke gebildete Winkel λ von 120° nicht zuläßt, daß das Molekül eine ideale
gestreckte Form annimmt, wie aus dem nachstehenden Formelschema hervorgeht, was sich wiederum auf die
Werte des Ordnungsparamters im Flüssigkristall auswirkt, die relativ niedrig sind.
15
Im Gegensatz dazu wird durch Weglassen der Sauerstoffbrücke im Fall der in den erfindungsgemäßen
Zusammensetzungen eingesetzten Verbindungen der Formel I, beispielsweise der nachstehend angegebenen
Verbindungen der Formel Ia, ein starreres längliches Molekül sowie eine bessere Verbindung zwischen der
Seitengruppe und dem Anthrachinongerüst erzielt.
R4 O
Bei gleicher Struktur des Anthrachinongeriists der Formel II und gleicher Seitenkette in 2-Stellung kann
durch das Entfallen der Sauerstoffbrücke beispielsweise der Ordnungsparamter von größenordnungsmäßig 0,60
bis 0,65 auf 0,65 bis 0,70 erhöht werden. Die Stabilität der Verbindung ohne Sauerstoffbrücke ist von der Stabilität
der Verbindung mit Sauerstoffbrücke nicht merklich verschieden und daher gänzlich zur Verwendung in
Lösung in einem Flüssigkristall für Anzeigevorrichtungen ausreichend; diese Stabilität liegt in allen Fällen
deutlich über der Stabilität von Farbstoffen anderen Typs mit vergleichbarem Ordnungsparameter.
Die Kettenlänge der Seitenkette^) bestimmt mindestens
zum Teil die Löslichkeit der Verbindung der Formel I und darf daher etwa 24 C-Atome nicht
überschreiten. Die Substituenten X und R0 bzw. X' und
R'Vdes Phenylkerns in einer oder mehreren Seitenketten
weisen jeweils vorzugsweise höchstens 10 C-Atome auf; wenn gleichzeitig mehrere derartige Gruppen
vorliegen, liegt die Gesamtzahl der C-Atome im Prinzip nicht über etwa 24. Bei höherer Kettenlänge besteht das
Risiko, daß die Verbindung der Formel I im Flüssigkristall nicht ausreichend löslich ist und folglich nicht als
Farbstoff für Flüssigkristallzusammensetzungen verwendet werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, in deinen die
Eigenschaften bestimmter Verbindungen der Formel I angegeben sind.
Für die nachstehenden Löslichkeitsbestimimungen
wurden die nachstehenden im Handel erhältlichen Flüssigkristalle verwendet:
FK Nr. 1 | 51,3% |
4-n-Pentyl-4'-cyanobiphenyl | 14,9% |
4-n-Pentyloxy-4'-cyanobiphenyl | 14,3% |
4-n-Heptyloxy-4'-cyanobiphenyl | 19,5% |
4-n-Octyloxy-4'-cyanobiphenyl | |
FK Nr. 2 | 51% |
4-n-Pentyl-4'-cyanobiphenyI | 25% |
4-n-Heptyl-4'-cyanobiphenyl | 16% |
4-n-Octyloxy-4'-cyanobiphenyl | 8% |
4-n-Pentyl-4"-cyanoterphenyl | |
FK Nr. 3 | 43% |
4-n- Pentyl-4'-cyanobiphenyl | 17% |
4-n-Propyloxy-4'-cyanobiphenyl | 13% |
4-n- Pentyloxy-4'-cyanobiphenyI | !7% |
4-n-Octy!oxy-4'-cyanobipheny! | 10% |
4-n- Pentyl-4"-cyanoterphenyl | |
FK Nr.4 | 15% |
4-n- Propyloxy-4'-cyanobiphenyl | 38% |
4-n-pentyloxy-4'-cyanobiphenyl | 38% |
4-n-Heptyloxy-4'-cyanobiphenyl | 9% |
4-n-Pentyl-4"-cyanoterphenyl | |
FK Nr. 5 | |
Gemisch von Cyanodiphenylen | |
FK Nr. 6 | |
Gemisch von Cyanoestern | |
FK Nr. 7
Gemisch von Cyanopyrimidinen
Gemisch von Cyanopyrimidinen
FK Nr. 8
Gemisch von Cyanopyrimidinen
Gemisch von Cyanopyrimidinen
FK Nr. 9
Gemisch von Cyanopyrimidinen
Gemisch von Cyanopyrimidinen
FK Nr. 10
Phenylcyclohexan
Phenylcyclohexan
FKNr. 11
Gemisch aus Phenylcyclohexan und Estern
Gemisch aus Phenylcyclohexan und Estern
FKNr. 12
Gemisch aus Phenylcyclohexan und Estern
Gemisch aus Phenylcyclohexan und Estern
FKNr. 13
Gemisch aus Cyandiphenyl und Estern
Gemisch aus Cyandiphenyl und Estern
FKNr. 14
Gemisch von Cyanopyrimidinen
Gemisch von Cyanopyrimidinen
Die Löslichkeit und der Ordnungsparamter der in der Tabelle II angegebenen Verbindungen wurden nach
bekannten Verfahren wie folgt ermittelt:
trisch durchgeführt
Jede der Verbindungen 1 bis 19 wurde in einem Flüssigkristall zu einer gesättigten Lösung gelöst; die
erhaltene Lösung wurde filtriert Anschließend wurden 100 μΐ des Filtrats in 50 ml Chloroform verdünnt
eo Danach wurde die optische Dichte jeder Lösung spektroskopisch gemessen und die Sättigungskonzentration
des Farbstoffs aus der Messung berechnet, da der Absorptionskoeffizient in Chloroform bekannt ist
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle II aufgeführt Hinsichtlich der Löslichkeitswerte ist festzustellen,
daß die Lösungen als gesättigt betrachtet wurden, wenn sie nach Erhitzen in isotroper Phase und
3 min Rühren Farbstoff kristalle enthielten.
230244/536
Bestimmung des Ordnungsparamters S
Eine0,5%ige Lösung jeder der Verbindungen 1 bis 19 in einem Flüssigkristall wurde in eine gläserne Zelle mit
30 μπι Schichtdicke eingebracht, die mit einer Orientierungsschicht
(tangential aufgedampftes SiO* oder geriebenes Polyimid) versehen war. Anschließend
wurde die optische Dichte jeder Lösung im Absorptionsmaximum mit polarisiertem Licht einerseits mit zur
Orientierungsrichtung parallelem Polarisator (DII) und andererseits mit dazu senkrecht stehendem Polarisator
(Dl) gemessen; der Ordnungsparamter wurde nach folgender Beziehung berechnet:
wobei r das dichroitische Verhältnis bedeutet, das dem
Verhältnis
Dl
Dl
ίο
S =
r-
1
r+2
r+2
entspricht.
Die erhaltenen Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 2 aufgeführt.
Wie aus den Ergebnissen der Tabelle Il hervorgeht, variiert der Ordnungsparamter 5 je nach dem für die
Messung verwendeten Flüssigkristall. Im Fall der Verbindung 14 ändert sich der Ordnungsparamter von
0,72 bei Messung in FK Nr. 2 (Übergangstemperatur vom nematischen zum isotropen Zustand 59,8°C) in 0,77
bei Messung in FK Nr. 8 (Übergangstemperatur vom nematischen zum isotropen Zustand 105°C).
Eigenschaften der Verbindungen der Formel I
(Seitenkette (η))
-X (Stellung)
V (Stellung)
Physikalische Eigenschaften Schmelzpunkt F.
Löslichkeit im
Flüssigkristall
Flüssigkristall
Optische Eigenschaften Am„x (nm)
CHCl, Flüssigkristall
CHCl, Flüssigkristall
Ordnungsparameter 5 (im
Flüssigkristall)
Flüssigkristall)
1 -C6H4-OH (2)
2 -C6H4-OCH3 (2)
3 -C4H4-OC3H7 (2) H
4 -C6H4-OC4H9 (2) H
5 -C6H4-OC5H11 (2) H
6 -C6H4-OC7H15 (2) H
7 -C6H4-OC1H17 (2) H
8 -C6H4-OOCC5Hn (2) H
9 -C6H4-OOCC6H13 (2) H
10 -C6H4OOCC6H4C4H, (2) H
11 -C6H4OOCC6H4OC5H11 (2) H
12 -C6H4OOCC6H4C1H17 (2) H
13 -C6H4OC3H7 (3)
14 -C6H4-OC4H, (3)
-C6H4-OC3H7 (7)
-C6H4-OC4H, (7)
>300 | 2,5* | 580 618 |
/595 1595* /640 1640* |
0,64 0,65 0,69* |
268-270 | 0,9 | ί 580 I 618 |
/595 1638 |
/0,65 Ιθ,7Ο |
225,6-227,5 | 1,2 | 580/618 | 596/640 | 0,67/0,68 |
196-198,5 | 0,4 | 580/620 | 595/637 | 0,64/0,66 |
171-176 | 4,5 | 580/618 | 596/638 | 0,64/0,65 |
150-155 | 6,0 | 580/618 | 598/643 | 0,65/0,66 |
175-181 | 1,4 | 580/618 | 597/642 | 0,66/0,67 |
181-188 | 3,8 | 580/616 | 595/640 | 0,64/065 |
175,9-180,5 | 3,5 | 582/638 | 594/638 | 0,64/0,66 |
199-203 | 4,2 | 580/618 | 595/640 | 0,65/066 |
211-215 | 4,9 | 580/616 | 595/638 | 0,62/0,65 |
170-188 | 4,5 | 580/618 | 595/640 | 0,64/0,65 |
166-173 | 7,0 | 580/618 | 596/640 | 0,68/0,70 |
209-215 | 580/616 | 598/640 598V640* |
0,71/0,72 0,77 |
a»"=
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X | X |
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X | |
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υ | U | U | O | O | CO |
O | O | O | I | O | Έ |
I | I | I | I ■<■ |
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I | I | I | te | I | CQ GQ |
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J | U | O | I | O | lsi |
I | I | I | I | < | |
e | |||||
3 | |||||
•s | |||||
OO | |||||
VO | Ov | I | |||
T3
ίο
.S
Die Lebensdauer des Anthrachinonfarbstoffs der Formel 1 und demgemäß auch der erfindungsgemäßen
Zusammensetzungen hängt wesentlich von der Lichtbeständigkeit des Farbstoffs ab. Die Lebensdauer der
Verbindungen 1 bis 19 von Tabelle II wurde wie folgt gemessen:
Eine gläserne Zelle ähnlich der, die zur Bestimmung des Ordnungsparamters herangezogen wurde, die
jeweils eine Lösung einer der obigen Verbindungen in einem Flüssigkristall enthielt, wurde der Strahlung einer
Xenonlampe ausgesetzt, die so gefiltert war, daß die Mittagssonne unter entsprechenden Breiten reproduziert
wurde. Die Schichtdicke der Zelle sowie die Konzentration jeder Lösung wurde so eingestellt daß
die optische Dichte in der Nähe von 1 lag; es wurde die Zeitdauer gemessen, nach der die optische Dichte die
Hälfte des Anfangswerts erreicht hatte.
Im Fall der Verbindungen der Formel I von Tabelle II wurde in allen Fällen eine Halbwertszeit von über
1000 h gemessen, was für eine praktische Anwendung dieser Verbindungen als Farbstoffe für Flüssigkristalle
in Anzeigezellen, beispielsweise für Uhren oder Meßgeräte, völlig ausreichend ist.
Die als Farbstoffe in Lösung in Flüssigkristallen für Anzeigevorrichtungen geeigneten Verbindungen der
Formel I können nach herkömmlichen Syntheseverfahren für Anthrachinonverbindungen hergestellt werden,
beispielsweise nach K. Venkataraman et al, Indian Journal of Chemistry 9 (1971) 1060.
Die Herstellung zweier Verbindungen der Formel I wird im folgenden beispielhaft erläutert
Herstellung von 4.8-Diamino-1.5-dihydroxy-3-(p-butoxyphenyl)-anthrachinon
(Verbindung 4)
H2N
OH
OH O NH2
OC4H9
4,0 g NatriumAe-diamino-l^-dihydroxyanthrachinon-2.6-disulfonat
wurden in einem auf 800C erhitzten Gemisch von 2,0 g Borsäure und 30 ml konzentrierter
Schwefelsäure gelöst Die erhaltene blaue Lösung wurde anschließend auf O bis 5° C abgekühlt und
tropfenweise unter Rühren mit 2,8 g Botoxybenzol versetzt, wobei sich die Farbe von Blau in Rotbraun
änderte. Das Gemisch wurde anschließend 2 h bei O bis 10° C gerührt und danach auf Eis gegossen.
erhitzt um den Borsäureester zu zerstören; nach dem Abkühlen wurde ein violetter Niederschlag abfiltriert,
der aus 4.8-Diamino-1.5-dihydroxy-3-(p-butoxyphenyl)-anthrachinon-6-sulfonsäure
bestand. Der feuchte Niederschlag wurde dann in der Wärme in einem
Gemisch von 24 ml 33%igem Ammoniak und 160 ml Wasser gelöst; die Sulfonsäuregruppe wurde durch
portionsweise Zugabe von 2£g Natriumdithionat
abgespalten. Das Gemisch -wurde anschließend etwa 2 h
auf 95° C erhitzt und dann abgekühlt und filtriert Der so
erhaltene Niederschlag wurde mit leicht angesäuertem ,Wasser und danach mit einem großen Oberschuß
Wasser gewaschen und getrocknet
durch Umkristallisieren oder chromatographisch gereinigt
werden.
Herstellung von 4.8- Diamino-1.5-dihydroxy-2.6-di-(p-butoxyphenyl)-anthrachinon
(Verbindung 14)
H2N O OH
H9C4O
OC4H,
OH 0 NH2
8,25 g l-S-Düiydroxy^JJ-dinitroanthrachinon wurden
in einem Gemisch von 13 g Borsäure und 190 ml konzentrierter Schwefelsäure gelöst Die erhaltene
Lösung wurde dann auf —10 bis 00C abgekühlt und tropfenweise mit 8,50 g Butoxybenzol versetzt, worauf
das Gemisch noch 1 h bei dieser Temperatur gehalten wurde.
Das Reaktionsgemisch wurde dann auf 200 g gestoßenes Eis gegossen; die erhaltene Suspension
wurde zur Zerstörung des Borsäureesters 4h am Rückfluß erhitzt und danach filtriert mit Wasser bis zur
Neutralität gewaschen und getrocknet. 10 g des so erhaltenen Rohproduktes wurden dann durch 2 h
Erhitzen zum Sieden in einer Lösung mit 50,0 g Natriumsulfid, 250 ml Wasser und 32 ml Äthanol
reduziert. Das Gemisch wurde anschließend in der Wärme filtriert; der gewonnene Niederschlag wurde bis
zur Neutralität mit Wasser gewaschen. Der feuchte Niederschlag wurde anschließend noch mit 300 ml
10%iger Salzsäure zum Sieden erhitzt, filtriert, bis zur
Neutralität gewaschen und getrocknet
Das angestrebte Produkt (Verbindung 14) kann erforderlichenfalls durch Umkristallisieren oder chromatographisch
gereinigt werden.
In den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen kann ein einziger Flüssigkristalltyp oder vorzugsweise
ein Gemisch von Flüssigkristallen verwendet werden, beispielsweise FK Nr. 1,2,3,4,6 oder 8. Dabei handelt es
sich vorzugsweise um nematische Flüssigkristalle mit positiver oder negativer Anisotropie, die gegebenenfalls
noch ein optisch aktives Mittel enthalten.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können ferner mehrere Farbstoffe der Formel I oder
gegebenenfalls auch andere Anthrachinonfarbstoffe sowie cholesterinische Mittel und/oder Orientierungsmittel enthalten.
Als cholesterinisches Mittel ist beispielsweise ein Handelsprodukt in Form eines Cyanbiphenyls der
nachstehenden Formel IH:
CH3-CH2-CHCH2-CH3
-CN
zu nennen, das vorzugsweise in einer Menge von etwa 3%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung,
eingesetzt wird.
Als Orientierungsmittel zur Anordnung der Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu den Wänden der elektrooptischen
Vorrichtung können etwa 2% eines grenzflächenaktiven Mittels, beispielsweise eines Sorbitanmo-
noesters, eingesetzt werden, wobei Sorbitanmonolaurat
besonders günstig ist
Der pleochroitische Farbstoff der Formel I liegt in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen allgemein
in einer Menge von etwa 0,5 bis 5%, bezogen auf das
Gesamtgewicht der Zusammensetzung, und beispielsweise bevorzugt in einer Menge von 1,5% vor.
Die Erfindung betrifft zusammengefaßt Zusammensetzungen
auf Flüssigkristallbasis für elektrooptische Vorrichtungen, die einen pleochroitischen Anthrachinonfarbstoff
der Formel I enthalten, der insbesondere mindestens eine Hydroxy- oder Aminogruppe in
1-Stellung und eine direkt substituierte aromatische Seitenkette in 2-Stellung, 2- und 6-SteIlung, 3-Stellung
oder 3- und 7-SteIlung aufweist
Die Verbindungen der Formel I weisen einen hohen Ordnungsparameter auf und sind sehr stabil
In der nachstehenden Tabelle III sind einige handelsübliche eutektische Gemische aufgeführt, die als
Flüssigkristallmaterialien für digitale Anzeigezellen, beispielsweise Sür Uhren, herangezogen werden.
FK | Grundzusammensetzung | Tn.*) | Δε*») |
Nr. | der Flüssigkristalle | CQ | |
3 | Cyanodiphenyle | 70,5 | + 13 |
5 | Cyanodiphenyle | 84 | ~+10 |
6 | Cyanoester | 81,4 | + 25,6 |
7 | Cyanopyrimidine | 82,1 | + 19,18 |
8 | Cyanopyrimidine | 105 | + 21.36 |
9 | Cyanopyrimidine | 69,2 | + 17,60 |
10 | Phenylcyclohexan | 70 | + 10,3 |
11 | Phenylcyclohexan + Ester | 90 | + 8,0 |
12 | PCH + Ester | 90 | + 10,8 |
») TNi= Temperatur des Übergangs vom nematischen zum
isotropen Zustand.
**) Δε = Dielektrische Anisotropie.
**) Δε = Dielektrische Anisotropie.
In Tabelle IV sind einige Beispiele für erfindungsgemäße Zusammensetzungen aufgeführt, die sich beispielsweise
für digitale Anzeigen etwa für Uhren verwenden lassen, eine Dicke von 8 μίτι aufweisen und
bei 4,5 V betrieben werden.
Die Farbstoffkonzentration wird je nach dem erwünschten Aussehen und unter Berücksichtigung der
Dicke der Zelle ausgewählt, während die Konzentration des cholesterinischen Mittels der Formel III so ist, daß
die induzierte Steigung der cholesterinischen Helix der ausgewählten Dicke entspricht.
Flüssig | TniCQ | Farbstoff (I) | Zusatzstoff |
kristallge | (Zusam | (Formel | |
misch (FK) | menset | III) | |
Nr. | zung) | Nr. (%) | (%) |
71,4
86,2
88,5
106,6
73,7
94,1
86,2
88,5
106,6
73,7
94,1
14
14
14
14
14
4
14
14
14
14
4
0,34
3,42
0,50
0,60
0,03
0.16
3,42
0,50
0,60
0,03
0.16
4,46
4,06
4.80
4,98
3,31
4.20
4,06
4.80
4,98
3,31
4.20
230 244/536
Flüssig- | Tn, CC) | FarbslolT (I) | Zusatzstoff |
kristallgt- | (Zusam | (Formel | |
misch(FK) | menset | III) | |
Nr. | zung) | Nr. (%) | (%) |
9 72,8 4 1,58 5.27
1 84,2 4 0,90 4,83
14 103,9 4 0,078*) 3,54
Π 92,8 4 1,56 2,94
12 92,2 4 0,080·) 3,26
·) Sättigung.
Claims (6)
1. Zusammensetzungen für elekirooptische Vorrichtungen
auf FlQssigkristallbasis mit einem pleochroitischen Farbstoff, dadurch gekennzeichnet,
daß der Farbstoff ein Anthrachinonfarbstoff der allgemeinen Formel I
R4 O R1
(0
to
15
R3 O R2
ist, in der bedeuten:
Ri substituiertes oder unsubstitutertes Amino oder
Hydroxy,
R2, R3 und R4 gleich oder verschieden Wasserstoff,
substituiertes oder unsubstituiertes Amino, Hydroxy oder Nitro,
R Wasserstoff, Halogen. Hydroxy, niederes Alkyl oder niederes Alkoxy,
/1 eine ganze Zahl von 1 bis 4, wobei die
Substituenten R gleich oder verschieden sind, wenn η eine ganze Zahl von 2 bis 4 bedeutet,
X Wasserstoff, Halogen, Hydroxy, Mercapto, lineares, verzweigtes oder cyclisches Cr bis
C16-Alkyl, substituiertes oder unsubstituiertes Aryl oder
OR', OAr, SR', SAr, COOR', COOAr, COO-C6H4-R', OOCR'
OOCAr, 0OC-C6H4-R', CONHR',
CONHAr, NHR', NHAr, NHCOR', NHCOAr, OCOOR', OCOOAr, CH=N-C6H4-R',
N=CH-C6H4-R',
N=N-C6H4-R' oder
N=N-C6H4-R', wobei
N=CH-C6H4-R',
N=N-C6H4-R' oder
N=N-C6H4-R', wobei
R' Wasserstoff oder lineares, verzweigtes oder cyclisches C,- bis C)3-Alkyl darstellt,
und
Y Wasserstoff oder eine Gruppe
60
wobei X', R" und π'dasselbe wie X, R und η
bedeuten und gleich oder verschieden sein können und sich die Gruppe bei Substitution in
2-Stellung in 6-Stellung und bei Substitution in
3-Stellung in 7-Stellung befindet.
J5
40
45
50
2. Zusammensetzungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch einen Anthrachinonfarbstoff der Formel Ia
R4 O R1
mit R1, R2, R3, R4, R„ und X wie in Anspruch 1.
3. Zusammensetzungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anthrachinonfarbstoff
der Formel IB
R4 O R
(Ib)
mit R1, R2, R3, R4, R„ und X wie in Anspruch 1.
4. Zusammensetzungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anthrachinonfarbstoff
der Formel Ic
R4 0
mit R1, R2, R3, R4, Rn, R'V, X und X' wie in Anspruch
1.
5. Zusammensetzungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anthrachinonfarbstoff
der Formel Id
R'V
R4 0 R1
R3 0
mit Ri, R2, R3, R4, Rn, R'V, X und X' wie in
Anspruch 1.
6. Zusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in
2-Stellung, 2- und 6-Stellung, 3-Stellung oder 3- und 7-Stellung substituierte Gerüst des Anthrachinonfarbstoffe
ausgewählt ist unter
1.4-Diaminoanthrachinon,
1.5-Diaminoanthrachinon,
1 -Amino-4-hydroxyanthrachinon,
1H- Diamino-^-dihydroxyanthrachinon,
1.4- Diamino-S-nitroanthrachinon,
lAS-S-Tetraminoanthrachinon und
l-S-Diamino-iÜ-dihydroxyanthrachinon.
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