DE4240821A1

DE4240821A1 - Elektrooptisches System

Info

Publication number: DE4240821A1
Application number: DE4240821A
Authority: DE
Inventors: Eike Poetsch; Ludwig Pohl; Michael Junge; Rudolf Dr Eidenschink
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1994-06-09

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches System, welches zwischen 2 Substratplatten, die Elektroden- und ggf. Polari sationsschichten aufweisen, mikroporöses Wirtsmaterial enthält, in dessen Poren stäbchenförmige Moleküle, welche einen Querdipol aufweisen, im wesentlichen längs ihrer Längsachse eingelagert sind.

Beispiele für anorganische mikroporöse Wirtsmaterialien sind Alumosilikate wie z. B. Zeolithe oder Alumophosphate, die ein mehr oder weniger starres Porensystem aufweisen, wobei Mate rialien mit unterschiedlichsten Porendurchmessern und Poren geometrien (1-, 2- oder 3-dimensional; Kanäle, Käfige etc.) synthetisiert wurden. Beispiele für anorganische, mikroporöse Wirtsmaterialien finden sich z. B. in M.E. Davies und Raul F. Lobo, Chem. Mater., 4 (1992), 756-768 sowie in der dort zitierten Literatur.

Als mikroporöse Wirtsmaterialien kommen daneben auch organi sche Materialien wie z. B. Cyclodextrine in Frage, deren Porenöffnungen in einem weiten Bereich variabel sind (s. z. B. J.F. Stoddart, Angew. Chem., 104 (1992), 860; J. Szejtli et al., Kontakte, Darmstadt 1988 (2), 30).

Es ist bekannt, daß Zeolithe in Abhängigkeit von ihrem Poren durchmesser chemische Verbindungen in den Poren einlagern, wobei diese Fähigkeit zur Durchführung formselektiver Reak tionen genutzt werden kann, z. B. zur Bildung parasubstituier ter Xylole, Diethyl- und Diisopropylbenzole (s. z. B. A. Tißler et al., Nachrichten aus Chemie, Technik und Laborato rien, 1988, 626-630; M.E. Davies, loc.cit).

Weiterhin ist es bekannt, Einschlußkomplexe aus Zeolithen und stäbchenförmigen Molekülen wie z. B. p-Nitroanilin zur Erzeu gung nichtlinearer optischer Effekte (insbesondere second harmonic generation) zu verwenden. Besonders geeignet sind hierzu Zeolithmaterialien mit ausgeprägter Formanisotropie der Hohlräume, d. h. z. B. Zeolithe mit eindimensionalen Kanalsystemen wie z. B. AlPO₄-5, ZSM-5, ZSM-12 oder VPI-5; die p-Nitroanilinmoleküle werden dabei unidirektional in die Poren individueller Zeolithkristalle eingelagert. Da die genannten Zeolithe quader- oder stäbchenförmige Kristalle bilden und die Formanisotropien der Poren und der Kristalle gleichgerichtet verlaufen, kann der Effekt wesentlich ver stärkt werden, wenn die individuellen Zeolith-Kristalle in einer "Kopf-Schwanz-Anordnung" hausgerichtet werden (s. z. B. J. Caro et al., 4. Deutsche Zeolith-Tagung, 08.-10.03.92, Mainz, Abstracts, S. 159; F. Marlow et al., ebenda, S. 105).

Es besteht ein großes Interesse an elektrooptischen Effekten, die z. B. für Displayanwendungen oder auch für andere Anwen dungen geeignet sind. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich die Aufgabe gestellt, elektrooptische Systeme auf der Basis von Einschlußkomplexe aus mikroporösem Wirts material und darin eingelagerten anisotropen Molekülen zu entwickeln.

Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe durch die elektroopti schen Systeme gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst wird.

Gegenstand der Erfindung sind somit elektrooptische Systeme, welche zwischen 2 Substratplatten, die Elektroden- und ggf. Polarisationsschichten aufweisen, mikroporöses Wirtsmaterial enthalten, in dessen Poren stäbchenförmige Moleküle, welche einen Querdipol aufweisen, im wesentlichen längs ihrer Längsachse eingelagert sind.

Als stäbchenförmige Moleküle kommen einfache, nicht flüssigkristalline organische Moleküle in Betracht, die

- eine gewisse Formanisotropie und
- einen Querdipol aufweisen.

Dabei handelt es sich vorzugsweise um Verbindungen, welche einen planaren Ring bzw. ein planares Ringsystem aufweisen, welches unsubstituiert sein kann oder insbesondere in "Kopf- und/oder Schwanzposition" substituiert sein kann. Besonders geeignet sind 6-Ringe bzw. 6-Ringsysteme, welche ausgewählt werden aus einer Gruppe, welche trans-1,4-Cyclohexylen, worin auch 1 oder 2 nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -NH- und/oder -O- ersetzt sein können, 1,4-Phenylen, worin auch 1 oder 2 CH-Gruppen durch N-Atome substituiert sein können und weiter auch kondensierte Systeme wie z. B. Naphtalin-2,6-diyl umfaßt. Die 1,4-Phenylengruppe kann auch durch 1 oder 2 F und/oder Cl-Atome lateral substituiert sein. Daneben kommen auch andere im wesentlichen planare Ringsysteme mit weniger oder mehr Ringatomen in Betracht, wie z. B. Bicyclo(2,2,2) octylen.

Das Querdipolmoment, welches sich aus einem permanenten und/oder einem polarisierbaren Anteil zusammensetzen kann, kann auf verschiedene Weise in das Molekül eingeführt werden.

So weisen z. B. Stilbene wie z. B.:

oder Tolane wie z. B.:

ein auf der Polarisierbarkeit des π-Elektronensystems (π-Elektronen der Mehrfachbindungen und der Benzolringe) basierendes polarisierbares Querdipolmoment auf.

Das Querdipolmoment von

ist im wesentlichen auf die Polarisierbarkeit der freien Elektronenpaare der Disulfidbrücke zurückzuführen.

Ein permanentes Querdipolmoment kann z. B. in ein 6-Ringsystem durch Einbau eines oder mehrerer Heteroatome eingeführt werden, z. B.:

In dieser schematischen Skizze sind die Dipolmomente durch Pfeile dargestellt; die Skizze ist dabei rein qualitativ zu verstehen, d. h. die Länge der Pfeile gibt nicht die Stärke der Dipolmomente wieder.

Ein permanentes Querdipolmoment weisen auch lateral durch F, Cl, NO₂ und/oder weitere polare Gruppen substituierte 1,4-Phenylenringe auf, z. B.:

oder auch lateral z. B. durch CN oder andere polare Gruppen substituierte trans-1,4-Cyclohexylgruppen, z. B.:

Das Querdipolmoment von:

weist einen permanenten und einen polarisierbaren Anteil auf.

Ein Querdipolmoment kann weiter durch terminale Gruppen eingeführt werden, die den Ring bzw. das Ringsystem in "Kopf- und/oder Schwanzposition" substituieren; so weisen z. B. Gruppen, welche ein freies Elektronenpaar aufweisen, wie z. B. Aminogruppen, einen im wesentlichen durch dessen Polarisier barkeit resultierendes Querdipolmoment auf.

Neben den beschriebenen zyklischen Verbindungen können natürlich auch acyclische Verbindungen eingesetzt werden, so z. B. geeignete substituierte n-Alkane. Die Alkane können in der Hauptkette z. B. durch -CH=CH-, -C=C-, -O-, -S- etc. substituiert sein, und die H-Atome der CH₂-Gruppen der Haupt kette können auch durch Halogen, OH oder andere Gruppen ersetzt sein; weiter können die terminalen CH₃-Gruppen durch polare Reste ersetzt sein.

Der Fachmann kann ohne weiteres ein Vielzahl geeigneter organischer Verbindungen angeben, die die o.g. Kriterien erfüllen, wobei er sich von den angegebenen allgemeinen Leitlinien bzw. von seinem allgemeinen Fachwissen leiten läßt.

Beispielhaft seien im folgenden einige besonders geeignete Verbindungen genannt, wobei diese Aufzählung die Erfindung lediglich erläutern und keinesfalls begrenzen soll:

Ganz besonders bevorzugt können als stäbchenförmige Moleküle weiterhin auch Flüssigkristallmoleküle verwendet werden, die in der Literatur vielfach beschrieben sind. Die Flüssig kristallmoleküle werden vorzugsweise ausgewählt aus den Verbindungen der Formel I

worin

unabhängig voneinander trans-1,4-Cyclohexylen, worin auch 1 oder 2 nicht benachbarte -CH₂-Grup pen durch -O- und/oder -NH- ersetzt sein können, 1,4-Phenylen, worin auch 1 oder 2 -CH-Gruppen durch N ersetzt sein können, Naphtalin-2,6-diyl oder Bicyclo(2,2,2)octylen, wobei diese Gruppen lateral auch durch F, Cl, CN und/oder NO₂ mono- oder disubstituiert sein können,
Z¹ und Z² unabhängig voneinander eine Einfachbindung, -CH₂CH₂-, -COO-, -OCO-, -C≡C-, -CH₂O- oder beliebige Kombinationen dieser Brückengruppen,
Y¹ und Y² unabhängig voneinander H, F oder Cl oder einer von Y¹ und Y² NO₂ oder CN und der andere H,
R¹ und R² unabhängig voneinander unsubstituiertes oder durch F, Cl, CN und/oder NO₂ mono- oder polysub stituiertes Alkyl mit 1-12 C-Atomen, worin auch eine oder 2 nicht benachbarte CH₂-Gruppen durch -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -HC=CH- und/oder -C≡C- ersetzt sein können, CN, Cl, F, CF₃, OCF₃, OCHF₂ oder NCS, und
m 0, 1, 2 oder 3 bedeuten.

Ein Querdipol wird dabei in den Flüssigkristallmolekülen vorzugsweise auf dieselbe Weise realisiert wie dies oben für einfache, nicht flüssigkristalline organische Moleküle beschrieben ist.

Die flüssigkristallinen Verbindungen der Formel I weisen vorzugsweise 2, 3 oder 4 Ringe auf; dabei enthält mindestens einer der Ringe vorzugsweise mindestens ein Heteroatom und/oder mindestens einer der Ringe ist lateral zumindest monosubstituiert.

Die beiden terminalen Gruppen R¹ und R² können sowohl polar als auch unpolar sein, da nicht das im wesentlichen in Richtung der Moleküllängsachse zeigende Längsdipolmoment, sondern das Querdipolmoment geschaltet wird. Einer der beiden Reste R¹ und R² ist allerdings vorzugsweise polar, um die Einlagerung des Moleküls in die i.a. polaren Poren des mikroporösen Materials zu erleichtern und um eine stärkere Bindung zu erzielen. Der Begriff "polare Gruppe" umfaßt dabei sowohl die stark elektronegativen Gruppen CN, Cl, F, CF₃, OCF₃, OCHF₂ und NCS als auch Alkyl, welches durch F, Cl, CN und/oder NO₂ mono- oder polysubstituiert ist, und/oder in welchem eine oder mehrere CH₂-Gruppen durch -S-, -O-, -CO-, -CO-O-, -O-CO-, -HC=CH- und/oder -C≡C- ersetzt sind. Der Begriff Alkyl bedeutet insbesondere n-Alkyl oder verzweigtes Alkyl, insbesondere jedoch n-Alkyl oder nur wenig verzweigtes Alkyl, welches z. B. nur eine oder einige laterale Methyl- oder Ethylgruppen aufweist.

Die Flüssigkristallkomponente der erfindungsgemäßen elektro optischen Systeme kann dabei auf Einzelverbindungen oder auf Mischungen basieren, wobei nicht alle in der Mischung enthal tenen Verbindungen ein Querdipolmoment aufweisen müssen. Die zusätzlichen Verbindungen werden vorzugsweise ausgewählt aus den Substanzklassen der Azoxybenzole, Benzylidenaniline, Biphenyle, Terphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylbenzoate, Cyclohexan-carbonsäurephenyl- oder cyclohexyl-ester, Phenyl- oder Cyclohexylester der Cyclohexylbenzoesäure, Phenyl- oder Cyclohexylester der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Cyclo hexylphenylester der Benzoesäure, der Cyclohexancarbonsäure, bzw. der Cyclohexylcyclohexancarbonsäure, Phenylcyclohexane, Cyclohexylbiphenyle, Phenylcyclohexylcyclohexane, Cyclohexyl cyclohexane, Cyclohexylcyclohexene, Cyclohexylcyclohexylcy clohexene, 1,4-Bis-cyclohexylbenzole, 4,4′-Bis-cyclohexyl biphenyle, Phenyl- oder Cyclohexylpyrimidine, Phenyl- oder Cyclohexylpyridine, Phenyl- oder Cyclohexyldioxane, Phenyl- oder Cyclohexyl-1,3-dithiane, 1,2-Diphenylethane, 1,2-Dicyclohexylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexylethane, 1-Cyclo hexyl-2-(4-phenyl-cyclohexyl)-ethane, 1-Cyclohexyl-2- biphenylylethane, 1-Phenyl-2-cyclohexylphenylethane, gegebenenfalls halogenierten Stilbene, Benzylphenylether, Tolane und substituierten Zimtsäuren. Die 1,4-Phenylen- und trans-1,4-Cyclohexylengruppen in diesen Verbindungen können auch lateral durch polare Atome bzw. Gruppen wie z. B. F, Cl, CN und/oder NO₂ substituiert sein.

Als Bestandteile erfindungsgemäß verwendeter Flüssigkristalle werden vorzugsweise Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 verwendet:

R′-L-E-R′′ (1)
R′-L-COO-E-R′′ (2)
R′-L-OOC-E-R′′ (3)
R′-L-CH₂CH₂-E-R′′ (4)
R′-L-C≡C-E-R′′ (5).

In den Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 bedeuten L und E, die gleich oder verschieden sein können, jeweils unabhängig voneinander einen bivalenten Rest aus der aus -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -Pyr-, -Dio-, -G-Phe- und -G-Cyc- sowie deren Spiegelbilder gebildeten Gruppe, wobei Phe unsubsti tuiertes oder durch Fluor substituiertes 1,4-Phenylen, Cyc trans-1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Cyclohexenylen, Pyr Pyrimi din-2,5-diyl oder Pyridin-2,5-diyl, Dio 1,3-Dioxan-2,5-diyl und G 2-(trans-1,4-Cyclohexyl)-ethyl, Pyrimidin-2,5-diyl, Pyridin-2,5-diyl oder 1,3-Dioxan-2,5-diyl bedeuten.

Vorzugsweise ist einer der Rest L und E Cyc, Phe oder Pyr. E ist vorzugsweise Cyc, Phe oder Phe-Cyc. Vorzugsweise enthal ten die erfindungsgemäßen Medien eine oder mehrere Komponen ten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin L und E ausgewählt sind aus der Gruppe Cyc, Phe und Pyr und gleichzeitig eine oder mehrere Komponenten aus gewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin einer der Reste L und E ausgewählt ist aus der Gruppe Cyc, Phe und Pyr und der andere Rest ausgewählt ist aus der Gruppe -Phe-Phe-, -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-, und gegebenenfalls eine oder mehrere Komponenten ausgewählt aus den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5, worin die Reste L und E ausgewählt sind aus der Gruppe -Phe-Cyc-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe- und -G-Cyc-.

R′ und R′′ bedeuten in den Verbindungen der Teilformeln 1a, 2a, 3a, 4a und 5a jeweils unabhängig voneinander Alkyl, Alkenyl, Alkoxy, Alkenyloxy oder Alkanoyloxy mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen. Bei den meisten dieser Verbindungen sind R′ und R′′ voneinander verschieden, wobei einer dieser Reste meist Alkyl oder Alkenyl ist. In den Verbindungen der Teil formeln 1b, 2b, 3b, 4b und 5b bedeutet R′′ -CN, -CF₃, F, Cl oder -NCS; R hat dabei die bei den Verbindungen der Teil formeln 1a bis 5a angegebene Bedeutung und ist vorzugsweise Alkyl oder Alkenyl. Aber auch andere Varianten der vorgesehe nen Substituenten in den Verbindungen der Formeln 1, 2, 3, 4 und 5 sind gebräuchlich. Viele solcher Substanzen oder auch Gemische davon sind im Handel erhältlich.

Die beschriebenen Substanzen - sowohl die einfachen organi schen nicht-flüssigkristallinen Verbindungen als auch die Flüssigkristallverbindungen - sind vielfach kommerziell erhältlich; in jedem Fall aber sind sie nach literatur bekannten Methoden oder in Analogie dazu herstellbar.

Als mikroporöses Material kommen sowohl anorganische als auch organische Materialien in Betracht.

Besonders bevorzugte mikroporöse anorganische Materialien sind Zeolithe (= Alumosilikate), Alumophosphate oder smektische Tone.

Zeolithe und Alumophosphate können nach verschiedenen Krite rien klassifiziert werden (s. M.E. Davies et al., Chem. Mater., 4 (1992), 756-768). So kann man nach der Kristall morphologie zwischen eindimensionalen Faserzeolithen bzw. Alumophosphaten, welche eine im wesentlichen stäbchenförmige Morphologie aufweisen, und 2-dimensionalen Blätterzeolithen bzw. Alumophosphaten sowie 3-dimensionalen oder Würfelzeolithen bzw. -alumophosphaten unterschieden.

In den erfindungsgemäßen elektrooptischen Systemen können Zeolithe bzw. Alumophosphate unterschiedlichster Morphologie verwendet werden. Vorzugsweise werden jedoch ein- oder zwei dimensionale und insbesondere eindimensionale Zeolithe bzw. Alumophosphate benutzt.

Es können zwar auch Mischungen verschiedener Zeolithe und/oder Alumophosphate benutzt werden, was jedoch i.a. nicht bevorzugt ist. Die elektrooptischen Systeme gemäß der vorlie genden Erfindung basieren vorzugsweise auf einem einzigen Zeolith bzw. Alumophosphat.

Die Zeolith- bzw. Alumophosphatkristalle sind vorzugsweise mehr oder weniger einheitlich ausgerichtet. Dies kann häufig durch einfaches mechanisches Schütteln erreicht werden, da die Zeolith- bzw. Alumophosphatstäbchen oder -plättchen sich vorzugsweise parallel zueinander anordnen. Daneben ist es vielfach auch möglich, Zeolithe bzw. Alumophosphate durch Anlegen eines starken Gleichspannungsfeldes zu orientieren, wobei typischerweise Feldstärken zwischen 2-3 kV cm⁻¹ erforderlich sind (s. J. Caro et al., loc.cit., S. 160). Bei einer Ausrichtung der Zeolith- bzw. Alumophosphate durch ein starkes elektrisches Gleichspannungsfeld erfolgt die Orientierung vorzugsweise vor Zugabe des Flüssigkristalls, um dessen teilweise oder vollständige Zersetzung zu vermeiden.

Eine mehr oder weniger einheitliche Orientierung der Zeolith- bzw. Alumophosphatkristalle ist nicht unbedingt erforderlich, aber vorteilhaft, da hierdurch auch eine in einer bzw. in zwei Dimensionen im wesentlichen einheitliche Orientierung der anisotropen Moleküle resultiert, was zu gut definierten Schwellenspannungen und zu relativ steilen elektrooptischen Kennlinien führt; daneben wird ein verbesserter Kontrast erhalten.

Erfindungsgemäß werden vorzugsweise synthetische Zeolithe oder Alumophosphate verwendet, deren Porengrößen durch die Synthesebedingungen in einem weiten Bereich variiert und definiert eingestellt werden können (s. M.E. Davies et al., loc. cit.). Die Porengrößen variieren typischerweise zwischen etwa 4 und 13 oder mehr Å. So weist z. B. der Zeolith ZSM-5 einen Porendurchmesser von etwa 6 Å auf, was zur Einlagerung von Sechsringen wie z. B. Cyclohexan- oder Benzolderivaten ausreicht; dagegen weist das sehr weitporige Alumophosphat VPI-5 Porendurchmesser von etwa 12 Å auf, was z. B. zur Einlagerung relativ großer Amine wie z. B. (C₄F₉)₃N ausreicht.

Die erfindungsgemäß verwendeten Zeolithe weisen vorzugsweise Porendurchmesser von mindestens 5 Å und insbesondere von nicht weniger als 6 Å auf.

In Zeolithen kann die Oberflächenpolarität und damit insbe sondere die Polarität der inneren Oberfläche der Poren durch Variation des SiO₂-Gehaltes in einem weiten Bereich variiert werden; dabei nimmt die Hydrophilie der Zeolith-Oberfläche mit steigendem SiO₂-Gehalt zu. Im Unterschied dazu weisen Alumophosphate als 3-5-Systeme immer eine relativ hohe bis hohe Hydrophilie auf.

Die in den erfindungsgemäßen elektrooptischen Systemen ver wendeten anisotrope, stäbchenförmigen Moleküle und das anor ganische mikroporöse Material sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, daß die Flüssigkristallmoleküle eine stärkere Bindungsaffinität zu den Poren als zur Oberfläche der Zeolithkristalle aufweisen. Da die Polarität von "Kopf bzw. Schwanz" der anisotropen Moleküle durch Auswahl entspre chender terminaler Gruppen in einem weiten Bereich variiert werden kann und da auch die Polarität der Zeolithkristalle in einem weiteren Bereich gezielt eingestellt werden kann, ist die erforderliche Anpassung von stäbchenförmigen Molekülen und Zeolithkristall unproblematisch und kann vom Fachmann leicht durchgeführt werden; ggf. sind einige Routi neversuche erforderlich, um die Abstimmung zu optimieren, wobei es zur Durchführung dieser Routineversuche keiner erfinderischen Tätigkeit bedarf.

Die anorganischen mikroporösen Materialien basieren insbeson dere auf Alumosilikaten oder Alumophosphaten, daneben kommen auch Oxide bzw. Phosphate von Ga, Ge, B, Be und Zn in Betracht.

Neben diesen Hauptbestandteilen können die mikroporösen Materialien weitere Zusätze wie z. B. Ti, Fe, Co, Cr, V, Mg oder Mn als Bleimischung in kleineren Mengen enthalten. Eine ganze Reihe geeigneter mikroporöser Zeolithe und Alumo phosphate ist in M.E. Davies et al., loc. cit. angeführt; dort sind die Zeolithe in Tabelle II nach ihrem SiO₂-Anteil, d. h. nach ihrer Polarität sortiert.

Ganz besonders bevorzugt sind AlPO₄-5, ZSM-5 und VPI-5, die eine eindimensional Kristallmorphologie und kanalartige Poren aufweisen, wobei die Formanisotropien der Kristalle und der Poren im wesentlichen gleichgerichtet sind.

Als weiteres Beispiel für anorganische mikroporöse Materia lien seien 2-dimensionale Strukturen wie z. B. smektische Tone genannt, welche sogenannte Keggin-Ionen-Analoga als Abstands halter zwischen den Substratschichten besitzen (s. z. B. J.M. Thomas, Angewandte Chemie, 100 (1988), 1735-1753; J.M. Tho mas, Spektrum der Wissenschaft, Heidelberg, Juni 1992, 88). Die anisotropen, stäbchenförmigen Moleküle werden zwischen den Schichten eingelagert. Der Abstand der Schichten kann durch Auswahl geeigneter Keggin-Ionen-Analoga variiert werden.

Neben den beschriebenen anorganischen mikroporösen Materia lien können auch organische mikroporöse Materialien als Wirtsmaterialien eingesetzt werden. Besonders geeignet sind Cyclodextrine, die hohlzylinderförmige Strukturen bilden (s. z. B. J.F. Stoddart, Angew. Chem., 104 (1992) 860).

Der Durchmesser der Cyclodextrinringe, d. h. die Porenweite, kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden (s. z. B. J.F. Stoddart, loc. cit.; J. Am. Soc., 111 (21), 8296-7; J. Szejth et al., Kontakte, Darmstadt, 1988 (2), 30).

Der Fachmann kann Geometrie und Oberflächeneigenschaften der Cyclodextrinringe ohne weiteres erfinderisches Zutun vari ieren und optimieren, so daß mit bestimmten stäbchenförmigen Molekülen stabile Einschlußkomplexe gebildet werden.

Erfindungsgemäße elektrooptische Systeme, die Cyclodextrine und insbesondere β-Cyclodextrine als mikroporöses Wirts material enthalten, sind bevorzugt.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Systeme wird i.a. zunächst das mikroporöse Wirtsmaterial zwischen 2 mit Elek trodenschichten und ggf. Polarisatoren versehene Substrat platte gebracht. Das mikroporöse Material wird vorzugsweise ausgerichtet, da hierdurch ein besserer Kontrast und ein verbessertes Schaltverhalten erzielt wird. Eine Ausrichtung kann insbesondere mechanisch erfolgen, bei Zeolithen oder Alumophosphaten auch durch Anlegen eines elektrischen Feldes.

Zumindest eine der Substratplatten ist transparent, während die andere bei reflektiv betriebenen Displays mit einem Reflektor versehen sein kann; geeignete Substratmaterialien sind z. B. Glas, Polyacryl o. ä.

Neben den angeführten Elektrodenschichten und den ggf. vor handenen Polarisatoren können die Substrate auch noch mit weiteren Schichten wie z. B. Isolierschichten, Farbfilter schichten etc. versehen sein, bei den Elektrodenschichten kann es sich um einfache ITO-Schichten handeln, die ggf. z. B. in Form von Zeilen bzw. Spalten strukturiert sind (passive Matrixansteuerung), oder es kann sich auch um aktive Elektro denschichten handeln, bei den die einzelnen Bildpunkte durch aktive Elemente (z. B. TFT, MIM etc.) angesteuert werden.

Die beiden Substrate werden üblicherweise mit einem Klebe rahmen versehen, in dem zunächst noch eine kleine Öffnung zur Einfüllung des anisotropen "Gastmaterials" (welches i.a. flüssig ist) gelassen wird; die Einfüllung des Gastmaterials erfolgt üblicherweise durch Vakuumbefüllung. Das anisotrope, stäbchenförmige Gastmaterial wird vorzugsweise im Überschuß eingesetzt; nicht in die Hohlräume des Wirtsmaterials einge lagerte Gastmoleküle können dann i.a. einfach durch Erwärmen, z. B. im Inertgasstrom, entfernt werden oder auch abgepumpt werden.

Die Flüssigkristallkomponente kann verschiedene Zusätze enthalten wie z. B. pleochroitische Farbstoffe, oberflächen aktive Substanzen zur Verbesserung des Einlagerungsverhaltens der anisotropen Gastmoleküle etc.; derartige Zusätze und auch weitere Zusätze sind dem Fachmann bekannt, und er wird sie ggf. auswählen und zusetzen, um das elektrooptische System im Hinblick auf die jeweilige Anwendungsart zu optimieren. Der Massenanteil der Zusätze ist, bezogen auf die Masse des Flüssigkristalls, vorzugsweise nicht zu groß und insbesondere nicht größer als 20%; vorzugsweise beträgt der Massenanteil der Zusätze 0-15%.

Die nach Einfüllen des Flüssigkristalls und Verschließen des Kleberahmens erhaltene Zelle wird durch Hinzufügen der Treiberelektronik zum elektrooptischen System komplettiert; ggf. kann zur Erhöhung der Helligkeit noch eine Hintergrund beleuchtung (LED, Elektroluminiszenzfolie, CFL oder andere Beleuchtungsquellen) vorgesehen werden.

Die in den elektrooptischen Systemen verwendeten anisotropen, stäbchenförmigen Moleküle werden im wesentlichen längs ihrer Längsachse in die Poren des Wirtsmaterials eingelagert. Da die elektrooptischen Systeme vorzugsweise mit Wechselspannung angesteuert werden, um eine Gleichstromdegradation der einge lagerten anisotropen Moleküle zu vermeiden, bedeutet dies, daß ein in Richtung der Moleküllängsachse etwaig vorhandenes Dipolmoment (bzw. ein im wesentlichen in diese Richtung zeigendes Dipolmoment) sich nicht in Feldrichtung drehen kann; die Moleküle sind in Längsrichtung mehr oder weniger unbeweg lich in den Poren des Wirtsmaterials fixiert. Das Wirtsmate rial selbst ist viel zu träge, um in dem Wechselfeld orien tiert zu werden.

Demgegenüber sind die eingelagerten anisotropen Moleküle um die Moleküllängsrichtung drehbar, und die Querdipole werden bei anliegender Spannung in Feldrichtung gedreht. Bei Abschalten der Spannung kehren die Moleküle in ihren vorherigen, energetisch günstigeren und wesentlich weniger geordneten Zustand zurück.

Die durch die Änderung der Molekülorientierung bewirkt Änderung der Doppelbrechung kann durch geeignet angeordnete Polarisationsfolien sichtbar gemacht werden.

Wenn der stäbchenförmigen, anisotropen Komponente ein pleochroitischer Farbstoff zugesetzt wird, kann auf die Polarisationsfolien verzichtet werden. Dies gilt z. B. auch, wenn als stäbchenförmige Komponente Polyacrylnitril verwendet wird, das anschließend pyrolysiert wird. P. Enzel and T. Bein beschreiben in Chem. Mater., 4 (1992), 818-824 die Einlage rung von Acrylnitril in ein Zeolith-Wirtsmaterial. Durch nachfolgende radikalische Polymerisation wird Polyacrylnitril erhalten, welches anschließend zu einer schwarzen Substanz pyrolisiert wird. Elektrooptische Systeme gemäß der vorlie genden Erfindung, die derartige Einschlußkomplexe enthalten, können durch Anlegen einer Spannung von schwarz nach farblos bzw. hell geschaltet werden, ohne daß es Polarisationsfilter bedürfte.

Die erfindungsgemäßen elektrooptischen Systeme basieren auf einem neuen elektrooptischem Effekt. Sie zeichnen sich durch gute elektrooptische Eigenschaften und insbesonders durch einen guten Kontrast und vorteilhafte Schaltspannungen aus. Den erfindungsgemäßen elektrooptischen Systemen kommt daher eine beträchtliche wirtschaftliche Bedeutung zu.

Claims

1. Elektrooptisches System, enthaltend zwischen 2 Substrat platten, welche Elektrodenschichten und ggf. Polarisa tionsschichten aufweisen, mikroporöses Wirtsmaterial, in dessen Poren anisotrope, stäbchenförmige Moleküle, welche einen Querdipol aufweisen, im wesentlichen längs ihrer Längsachse eingelagert sind.

2. System nach Anspruch 1, worin das mikroporöse Wirts material im wesentlichen einheitlich orientiert ist.

3. System nach Anspruch 1, worin es sich bei dem mikroporösen Wirtsmaterial um mikroporöse Alumophosphate, Alumosilikate, Tone oder β-Cyclodextrine handelt.

4. System nach Anspruch 1, worin es sich bei den anisotro pen, stäbchenförmigen Molekülen um Flüssigkristall moleküle handelt.