DE3221577A1 - Nematische fluessige kristalle und verfahren zur herstellung - Google Patents
Nematische fluessige kristalle und verfahren zur herstellungInfo
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Description
VI-^R "/erk Tür Pernsehelektronik
im VEB Kombinat Mikroelektronik 1160 BerJin-Cberschöneweide
Ostendsfcraße 1 - 5
Deutsche Demokratische Republik
Deutsche Demokratische Republik
Nematische flüssige Kristalle und Verfahren zur Herstellung
.'/-•Ό1':.'-' :'-:---- 322157
3·
Nematische flüssige Kristalle und Verfahren zur Herstellung
Die Erfindung betrifft nematische flüssige Kristalle in optoelektronischen Bauelementen zur Modulation des durchgehenden
oder reflektierten Lichtes sowie zur Darstellung von Ziffern, Zeichen und Abbildungen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung.
Flüssige Kristalle zeigen auf Grund ihrer dielektrischen Anisotropie eine spezielle Wechselwirkung mit elektrischen
Feldern und können demzufolge orientiert werden. Nematische •flüssige Kristalle mit positiver dielektrischer Anisotropie
orientieren sich parallel zum elektrischen Feld, solche mit negativer dielektrischer Anisotropie dagegen senkrecht zum
Pcild. Infolge dielektrischer Relaxation kann bei gewissen
l-'lüssigkristallen, die bei niedrigen "Frequenzen eine positive
dielektrische Anisotropie besitzen, oberhalb der Relaxationsfrequenz
eine negative dielektrische Anisotropie auftreten. In der Nähe der Relaxationsfrequenz (Isotropiefrequenz) ist
cie dielektrische Anisotropie Null. Ss wurde bereits vorgeschlagen,
diesen Effekt in optoelektronischen Displays nutzbar zu machen, indem das Display mit 2 Frequenzen betrieben
wird (DD-V/P 107 561).
Diese Art der Ansteuerung ermöglicht eine Veränderung sowohl der Hin- als auch der Rückschaltzeit ausschließlich durch Veränderung
der elektrischen Feldstärke, so daß das bei normalem Betrieb sehr langsame Abklingen der dielektrischen Information
bedeutend verkürzt werden kann. Die bisher bekannten Substanzen für diesen Effekt besitzen entweder eine unbequem hohe
Relaxationsfrequenz (im MHz-Bereich), zu hohe Schmelztemperaturen, oder sie sind chemisch und thermisch instabil. Bisher
bekannte 2-subst.-1,4-bis ^V-acyloxy7 -benzene
322^577
flYP 106 933, 108 022, 108 023, 116 732, 139 575, 139 592;
ferner Λ. C. Griff in et al. MoI. Cry st. Liqu. Cryst. 44,
267 (1970); T. A. Rotinyan et al. Kristallografya 2J3, 578
(1978)J , in denen der 2-Substituent jedoch --echt klein ist,
aind auf Grund ihrer hohen Relaxationsfrequenzen ebenfalls für den Zweifrequenzbereich wenig geeignet. Deshalb wird
ütändig nach neuen Substanzen gesucht, welche diese Hach-ίeile
nicht oder nur in geringem Maße zeigen.
Jiu nach dem erfindungsmäßigen Verfahren hergestellten
kristallin-flüssigen Verbindungen sind neu und Verfahren zu ihrer Herstellung nicht bekannt.
Uie bisher bekannten und durch Umsetzung von einem entsprechenden
2-subst. Hydrochinon mit einer entsprechend subst. Uensoesäure oder Cyclohexancarbonsäure bzw. eines ihrer Derivate
hergestellten 2-subst.-1,4-bis- /"4-acyloxyJ -benzene
der allgemeinen !Formel
R1-COO-@-OOC B2
iiaben nur kurzkettige Substituenten im 2-Stellung am Benzeni-ing
[Ύ/Ρ 106 933, 108 022, 108 023, 116 732, 139 575, 139 592;
a. C. Griffin, D. L, Wertζ, A. C. Griffin dr.: Mol. Crysf.
Liqu. Cryst. 44, 267 (1978); T. A. Rotinyan, Ch. K. Rout, A. P. Kovshik, P. V. Adomenas, Yu. Yu. Dangvila, E. I. Hyumtsev:
Kristallogr. 2_3, 578 (1978) J. Diese Substanzen sind aber
für den Zweifrequenzbetrieb wenig geeignet, da ihre ReIaxalionsfrequenzen
relativ hoch liegen (im MHz-Bereich).
Ziel der Erfindung sind neue nematische flüssige Kristalle
mit niedrigen Relaxationsfrequenzen, niedrigen Schmelztemperaturen,
guter chemischer und thermischer Stabilität, die für ulektrooptische Anordnungen, vorzugsweise für den Zweifrequenzbetrieb,
gut geeignet sind, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung.
3?? I b77 . 5.
Hu wui'cie gefunden, daU rejne odor gemischte 2-n--Alkyl-1 ,/ι-Ι)"!
π-Νΐ·-;α;.γ I oxy 7-benzene dnr u!Ίgomuinun Formel
A
ο
■ παλ f 2ϊ\. f\ f\ rw t \£_
it -uoo-Aöy-ooc-it'
it-3
it-3
Ii , U'" «
mit η = 1 bio 16
mil m = 3 biu U
:l'Ur die Anwendung in entsprechenden optoelektronischen Bauelementen
nehr gut geeignet i>ind.
'J)ii> Hui;utaL.I.on:jJ'ro(]uon:'.on von nomalliuihun I'LUij:;! gen KrimLuI-I (.-η πι j I. pouiLlVor die I ok Lrinoher Anl:;obrojil e wurden duroh ZiUJaLr. dle:ier 3ubütani'.en .'stark ;-,u niedrigen Werten voraohobon. JJie Mol.eklile von I'lUuaigkriijtall.un mUuaon, wie boroLLa (ILe Unl.or:;uo)iungen von Vor 1 Under [ D. Vor^Undor, Chemiuohe KrInLjLl l.ograiihie der 1''1.IkJiJigkeil.en, Luipzl/^ 11J-0Aj uowio auoli 'j die goi.aniLu neuere L:l Leral.ur j 1). Domui», II. Domun und II. Z;ujo1i-He, 1''.LiIiUJ U;;e Krintall. e in TabeJ'J.un, VEH DeuLuciiei'Vej'iag I'lir ürundwtof finduatrie, 2. Aui'l., Leipzig 1976 J zeigen, einen liifiglichijL J anggeutreckten MololcUlbau besitzen. In Uubi;laru',en vom Typ der 2-aubuL.-1 ,/i-bia- [h~s\.oyloxy 7-benzone :jind deshalb nur bei kleinen 2-iJubstltuonten krintaLlin-J'IllHuigen Kigenrjohsd'lon zu orv/arLen. J1Jo int vüllig Uberraijohend, dal.1· die in 2-üUellung mlL lungeren n-ALkyikeLLen !jubntituievLen Derivate lcrlstallin-flUoaige Eigenaohaften bo-Mitzen und d;:a?Uburhinauij in Geml:»ohen die itolaxaLionurrequen-
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?'j «en ijolir υ Lark absenken.
Ui e erf'indungaraiiUlgen GubaLanzon boollzen gute Lhermlaohe und
ohoailüohu SLabl.l ItHt und ' Lollwolij-o ο ohr niedrige Umwand L ungfj-
f; :: :.::-.·".- 3221^77
•6. '
Eg wurde gefunden, daß 2-n-Alkyl-1,4-bis- /acyloxyJ-benzene,
die für optoelektronische Bauelemente, vorzugsweise für den Zweifrequenzbetrieb, gut geeignet sind, hergestellt werden können
durch Umsetzung einer entsprechend substituierten Benzoesaure oder Cyclohexanoarbonsäure oder eines reaktionsfähigen
Derivates davon mit den betreffenden 2-n-Alkyl-hydrochinon auch
in Form seines Phenolates - bei ο 0C bis 250 0C, gegebenenfalls
in Gegenwart eines inerten organischen Lösungsmittels.
Die ileaktionsbedingungen für das erfindungsmäßige Verfahren
weicbn von der Reaktivität des eingesetzten Derivates bestimmt.
So reagieren die freien Carbonsäuren mit den Hydrochinonen in geeigneten Lösungsmitteln, z. B. Tetrahydrofuran,
Pyridin, Dimethylformamid, mit wasserabspaltenden Reagenzien,
wie Dicyclohexylcarbodiimid. Eine bevorzugte Reaktionsweise ist die Umsetzung eines substituierten Benzoylchlorides mit
2-Alkyl-hydrochinon in Gegenwart organischer Basen, wie z. B.
Pyridin, Triethylamin, Chinolin, oder anorganischen Basen, wie z. B. Kalium- oder Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarljonat.
So werden die Umsetzungen vorteilhaft in Gegenwart eines inerten Lösungsmittels durchgeführt. Geeignet
sind insbesondere Diethyl- und Dibutylether, Dioxan, Benzen oder Toluen. Ein Überschuß der verwendeten organischen Base,
z. B. Pyridin, Triehtylamin oder Chinolin, kann gleichzeitig als Lösungsmittel dienen.
Die Eeaktionstemperatur kann zwischen 0 0C und +250 0C liegen,
vorzugsweise zwischen 100 0C und 140 0C. Bei diesen Temperaturen
sind die Veresterungsreaktionen in der Hegel nach 30 Minuten bis 24 Stunden beendet.
[Die Moleküle von Flüssigkristallen müssen, wie bereits die Untersuchungen von Vorländer/ D. Vorländer, Chemische Kristallographie
der Flüssigkeiten, Leipzig 1924J sowie auch die gesamte neuere Literatur [ D. Dennis, H. Demus und H. Zaschlce, Flüssige
Kristalle in Tabellen, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 2. Aufl., Leipzig 1976J zeigen, einen möglichst
^ I.lolekUlbau besitzen.
In Substanzen vom Typ der 2-subsl;.-1,4-bis- |_aoyloxy 7 benzene
sind deshalb nur bei kleinen 2-Substltuenten kristallin-flüssi ge Eigenschaften zu erwarten. Es ist völlig Uberrasohend, daß
die in 2-3tellung mit längeren n-Alkylketten substituierten Ue rl.vale kriüLa'J.lJri-i'lUuiii^o iii/ionnolitt-I'Uin boui-tzon und darliborhlruuiH in (!om.l uohori d.lu Hol ;i.x».LJ nri;i rrequoriKun uebr υ lark
sind deshalb nur bei kleinen 2-Substltuenten kristallin-flüssi ge Eigenschaften zu erwarten. Es ist völlig Uberrasohend, daß
die in 2-3tellung mit längeren n-Alkylketten substituierten Ue rl.vale kriüLa'J.lJri-i'lUuiii^o iii/ionnolitt-I'Uin boui-tzon und darliborhlruuiH in (!om.l uohori d.lu Hol ;i.x».LJ nri;i rrequoriKun uebr υ lark
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Die naulifol^enden Tabellen. 1 und 2 zellen die Umwandlungatompe
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R1 « Κ" U3 K N-
G3II7
3 C7II15
127 | , 135,5 |
122-124,5 | .(105,5) |
90-100 | . (ϋί>) |
90-91,5 | . (77) |
81 -02 | . (70) |
αϊ -82 | . (67) |
90-91 | . (G4-G5) |
Β3-Η),5 | . (G0-G1) |
»1-Π 1,5 | . (58> |
89-90 | . (5G) |
150-1'/) | . 155-15G |
1/MJ-151 | . (1 30-131; |
-■ | B3 | Q | K | Έ | 120-121 | .:.- | ) | 3221577 | I | |
R1 = B2 | C3Ii7 | . 87-89 | .(99-100, | 26 | 6 · | 0 | ||||
G3H7O | G4H9 | . 109-111 | . 12S,5-1 | ,5 | * | |||||
C3H7O | C3H7 | . 84-86 | . 110 | ,5 | • | |||||
C4V | O4H9 | . 104-105 | . 106-106 | |||||||
C4II9O | G3H7 | . 81 -83 | . 94 | ,5 | * | |||||
5 | C5H11O | C4H9 | . 85-86 | . 107-107 | ||||||
C5H11O | C3H7 | . 56-59 | . 96,5 | |||||||
GgH13O | . 67-68 | . 88 | * | |||||||
C6Ii13O | C5H11 · | . 77-78,5 | . 83 | |||||||
G6H13 | . 60-61 | . 79-79,5 | ||||||||
10 | C6H13O | C7H15 | . 59-61 | . 77 | ||||||
C6H13O | O8H17 | . 66T68,5 | . 76,5 | |||||||
C6H1 30 | G9H19 | . 66-68 | . 72 | * | ||||||
C6H13O | . 67-68 | . 69 | . | |||||||
C6H13O | C11H23 | . 69-71 | . 67 | |||||||
15 | G6H13O | C12H25 | . 62-65 | . 64-64,5 | . | |||||
C6Ii13O | G16H33 | . 58-61 | . 99 | |||||||
C6H13O | CH | . 56-58 | . 90 | |||||||
C7H15O | -^ f Ji \^i |
. 65-67 | . 83 | |||||||
C7Ii1 5o | O5H11 | . 74-75 | . 79 | |||||||
20 | C7II15O | °6H13 | . 59-60 | . 75,5 | ||||||
C7H15O | O7H15 | . 54-56 | . 74 | |||||||
C7II15O | G8H17 | . 59-60 | . 73,5 | |||||||
C7H15O | C9H19 | . 60-61 | ♦ 69,5 | |||||||
O7Il15O | C1OH21 | ♦ 58-60 | . 67,5 | |||||||
25 | C7II15O | C11H23 | . 66-67,5 | . 65,5 | ||||||
C7H15O | G12H25 | . 61-61,5 | . (62) | * | ||||||
G7H15O | °1 6H33 | . 66-67 | . 97,5-98 | * | ||||||
C7H15O | C3H7 | . 51-52,5 | . 91 | |||||||
G8H1 70 | . 57-58 | . 84,5 | ||||||||
30 | GgH1?o | C5H11 | . 68-69,5 | .81,5 | ||||||
CgIi1 ?O | G6H13 ■ | . 61-62 | . 78,5 | |||||||
CgII1 70 | C7H15 | . 52-53 | . 77,5 | |||||||
C8H17O | C8H17 | . 57-58,5 | . 77 | • | ||||||
C8H1 70 | O9Ii19 | . 65-67 | . 74 | |||||||
35 | G8H1 ?0 | . 59-60 | . 72 | . | ||||||
C8H17O | Ci1H0- | . 49-51,5 | ||||||||
CoH1 -0 | ||||||||||
R1 = R2 | R3 | K | 5 | N I | |
C8H17O | C12H25 | - 55-56 | .69,5 | ||
C8HnO | C16H33 | . 65-67 | . 69-69,5 . | ||
CgH^O | C3H7 | . 49-51 | . 91-91,5 . | ||
VJI | CgHig0 | C4Hg | . 58-61 | . 84-85 | |
Q 1 Q | C5H11 | . 64-66 | . 78 | ||
Q *i Q | C6H13 | . 64-65 | 5 | . 76-76,5 . | |
C7H15 | • 53-54 | . 73-73,5 . | |||
QI Q | C8H17 | • 54-56 | . 72,5 | ||
10 | CgHig0 | C9H19 | . 60-61 | .73 . | |
QI Q | . 60-61 | . 70 | |||
QI Q | C11H23 | . 52-53, | .67,5 | ||
CgH19O | C12H25 | . 41-43 | 5 | . 66 | |
15 | CgH19O | C16H33 | . 64-66 | 5 | . 66-66,5 . |
C10H21O | C3H7 | . 60-63 | 5 | . 92-92,5 . | |
C3H7 | G6H13 | . 63-65 | . (33-33,5). | ||
C6H13 | . 59-62 | . (18-19) . | |||
C6H13 | . 31-33, | . 40,5-41 . | |||
20 | C6H13 | C3H7 | . 46-48 | . 51-52 | |
C6H13 | C4H9 | . 54-57 | . (37-38) . | ||
C6H13 | C5H11 | . 48-51 | . (30-31) . . | ||
C6H13 | C6H13 | . 27-29 | 5 | . 28 | |
V> I-/ C6H13 |
C7H15 | . 44-45 | . (23,5) | ||
25 | C6H13 | C8H17 | . 48-49, | . (20,5-21). | |
C6H13 | C9H19 | . 52-53, | • (18) | ||
C6H13 | . 56-56, | . (17) | |||
C6H13 | C11H23 | . 62-64 | . (15-15,5). | ||
C6H13 | C12H25 | . 45-47 | . (15) | ||
30 | C6H13 | C16H33 | . 41-43 | . (15) | |
C7H15 | C3H7 | . 45-47 | . 60-62 | ||
C7H15 | C6H13 | . 18-19 | . 40,5-41,5. | ||
C8H17COO | C6H13 | . 70-72 | . 94-95 | ||
C8H17COO | C7H15 | . 78-79, | . 87-89 . | ||
35 | C4H9OCOO | C6H13 | . 79-82 | . 81-84 | |
C4H9OCOO | C7H15 | . 63-65 | . 73-75 | ||
2-n-Alkyl-1,4-bis- |T4-n-pentyl-cyclohexancarbonyloxyJ7 -benzene
G5H1
B/ K N I Ausbeute (%)
C3H7 . 58-58,5 . 99-100 . 57,0
r3 | N |
. 99-100 | |
58-58,5 | . 79 |
59-60 | . 66,5-67 |
64-65 | . 58,5 |
41-43 | . 52 |
46-48 | |
51,4 46,5
C6H13 . 41-43 . 58,5 . 38,1
C7H15 . 46-48 .52 . 44,6
Hohe Viskositäten verursachen niedrige Relaxationsfrequenzen nematischer flüssiger Kristalle.
Viskositäten von 2-n-0ctyl-1,4-bis-^4-n-octyloxybenzoyloxyJ7
benzenen (in nematischer Phase i7+)
t/°c | 25 | 56 | 64 | 76 | 80 |
-,/cSt | 960 | 167 | 115 | 72 | 87 |
Im Vergleich dazu ist die Viskosität von 4-n-Alkyloxy-benzoe
säure-4-n-alkyloxyphenylestern um den Paktor 10 kleiner.
Isotropiefrequenzen f einer Mischung von 60 Mol-% 2-n-0ctyl
1 ,4-bis-£4-n-octyloxybenzoyloxy 7-benzenen und 40 Mol-%
4-n-0ctyloxybenzoesäure-4-(ß-cyanethyl)-phenylester:
t/°C 20 25 33 48 fQ/kHz 8 16 47 250
Der Klärpunkt der Mischung beträgt 680C. Bei Raumtemperatur
beträgt die Schwellspannung im Niederfrequenzbereich 2,5 V.
Das Gemisch entsprechend Beispiel 3 wird in einer Zelle folgender Bauurt verwendet: Eine dünne Schicht (5 "bis 30 /um
Schichtdicke) des Flüssigkristalle wird zwischen zwei Glasscheiben,
welche innen mit einer transparenten,' elektrisch leitenden Schicht (SnO2 oder In2O,) versehen ist, gebracht
und der Abstand durch Einfügen von Abstandshaltern konstant gehalten. Diese Anordnung befindet sich zwischen gekreuzten
Polarisatoren. Bei einer Spannung von 5 V/50 kHz löscht die Zelle das Licht vollständig aus, bei 5 V/12 kFz stellt sich
dagegen der transparente Zustand ein.
Herstellung von 2-n-Butyl-bis- /*4-n-hexyloxy-benzoyloxy_/-benzenen
Zu einer Lösung von 1,66 g (0,01 mol) 2-n-Butyl-hydrochinon
in 50 ml trockenem Pyridin werden bei 0 0C unter Rühren
4,81 g (0,02 mol) 4-n-Hexyloxy-benzoylchlorid zugetropft.
Man läßt 24 Stunden bei Raumtemperatur unter Ausschluß von Luftfeuchtigkeit stehen, erwärmt anschließend 30 Minuten auf
110 0G uiid gießt nach dem Abkühlen in eine Mischung aus 200 g
Eis und 100 ml koriz. Salzsäure. Der Niederschlag wird abgesaugt, mit Wasser und wenig kaltem Ethanol nachgewaschen und
mehrfach aus Ethanol umkristallisiert. Ausbeute: 4,15 g = 72,3 % der Theorie
F. 67-68 0C, nematisch bis 96,5 0C
HertitelLung von 2-n-Hexyl-1 ,4-bis-/" 4-n-heptyl-benzoyloxyy^-
benzen
Zu einer Lösung von 1,94 g (0,01 mol) 2-n-Hexyl-hydrochinon
und 3 g Pyridin in 50 ml Toluen wird bei 100 0C unter Rühren
eine Lösung von- 4,77 g (0,02 mol) 4-n-Heptyl-benzoyl-chlorid
in 20 ml Toluen zugetropft. Das Reaktionsgemisch wird anschließend 2 Stunden zum Sieden erhitzt und nach dem Abkühlen filtriert,
■"■■-::: ■:: 322Ί577
-/ta-
Das Piltrat wird mit je 50 ml Wasser, 5 %-iger Natriumhydrogencarbonat-Losurig
und Wasser gewaschen, über Natriumsulfat getrocknet und im Vakuum eingeengt. Das zurückbleibende öl
wird in Ethanol aufgenommen und bei -15 0C zur Kristallisation
gebracht. Die Umkristallisation wird bis zur Konstanz des Schmelz- und Klärpunktes wiederholt.
Ausbeute: 3,70 g = 61,9 % der Theorie P. 18-19 0C, KIp. 40,5-41,5 0C
Claims (2)
- 322157Patentanspruch-( 1. Nematische flüssige Kristalle der allgemeinen Formel·R1 -COO-^-OOC-R2wobei fürR1, R2 =. CnH2n+1-^ CnH2n+10-<g>-,mit η = 1 bis 16mit m = 3 biseingesetzt werden.
- 2. Verfahren zur Herstellung der neuen kristallin-flüssigen 2-n-Alkyl-1,4-bis- Γacyloxyj -benzene für optoelektronische Bauelemente nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß eine entsprechend substituierte Benzoesäure oder Cyclohexancarbonsäure oder ein reaktionsfähiges Derivat, insbesondere ein Säurechlorid, mit dem betreffenden 2-n-Alkyl-hydrochinon auch in Form seines Phenolates - bei O "0C bis 250 °C gegebenenfalls in Gegenwart eines inerten organischen Lösungsmittels sowie einer Base bei Verwendung eines Säurechlorides umgesetzt wird.
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DD23112081 | 1981-06-25 |
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Family Applications (1)
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GB2061256A (en) * | 1979-10-02 | 1981-05-13 | Bdh Chemicals Ltd | Liquid crystal ester compounds exhibiting a negative dielectric anisotropy and liquid crystal materials and devices containing such compounds |
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- 1982-06-24 GB GB08218331A patent/GB2106099B/en not_active Expired
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