FI94874B - Ferrosähköinen nestekidekoostumus - Google Patents

Description

FERROSÄHKÖINEN NESTEK IDEKOOSTUMUS 94874 1. Keksinnön alue Tämä keksintö koskee ferrosähköistä nestekidekoostumusta, jossa on kolesteerinen faasi. Tarkemmin se koskee ferrosähköistä nestekidekoostumusta, joka käsittää ainakin yhden akiraalisen smeettisen nestekideyhdisteen ja ainakin yhden optisesti aktiivisen yhdisteen ja jolla on erittäin nopeat reaktio-ominaisuudet ja erinomainen samansuuntaisuus, sekä myös valonkytkentäelementtiä, jossa käytetään mainittua koostumusta.

2. Tekniikan tason kuvaus

Nestekideyhdisteitä on käytetty laajalti materiaaleina neste-kidenäyttöelementteihin, mutta useimmat näistä nestekidenäyt-töelementeistä ovat TN-näyttömallia ja nestekidernaterlaaleina on käytetty sellaisia, jotka kuuluvat nemaattiseen faasiin.

Koska TN-näyttömalli on ei-emittoiva, sillä on tiettyjä ominaisuuksia, kuten että silmät eivät väsy ja tehonkulutus on hyvin pieni, mutta toisaalta haittoina voidaan mainita, että reagoiminen on hidasta ja näyttö ei näy riippuen katsomiskul-masta.

. Edellä mainitun mallin käyttöä on viime aikoina suunnattu siihen, että käytetään hyväksi sen ominaisuuksia, kuten lit-teä näyttö, ja erityisesti on vaadittu nopeita reaktio-omi-naisuuksia ja'leveää näkymiskulmaa.

Näiden vaatimusten tyydyttämiseksi on nestekideinatenaaleissa tehty erilaisia parannuksia, verrattuna kuitenkin muihin emittoiviin näyttöihin (kuten elektroluminensenssinäyttö, plasmanäyttö, jne.), TN-näyttömallin on havaittu eroavan huomattavasti edellä mainituista näyttömalleista reaktioajan ja näkymiskulman leveyden suhteen.

2 94874 jos halutaan hyödyntää ei-emittoivan mallin erityispiirteitä ja pientä tehonkulutusta ja myös reaktio-ominaisuuksien varmistamiseksi, jotka ovat yhdenvertaisia emittoivien näyttöjen kanssa, on uuden nestekidenäyttömallin kehittäminen TN-näyt-tömallin sijaan välttämätöntä.

Eräänä tällaisena ehdotuksena on julkaisussa N.A. Clark and S.T. Lagewall (katso Appi. Phys. Lett. _36, 899, 1980) esitetty näyttömali, joka käyttää hyväkseen ferrosähköisten neste-kiteiden valonkytkentäilmiötä·

Ferrosähköisistä nestekiteistä kertoivat ensimmäisenä R.B.Meyer et ai. vuonna 1975 (katso Journal de physique, 36, 69, 1975), ja kiteet kuuluvat nestekiderakenteen suhteen kiraaliseen smeettiseen C-faasiin, kiraaliseen smeettiseen I-faasiin, kiraaliseen smeettiseen F-faasiin, kiraaliseen smeettiseen G-faasiin ja kiraaliseen smeettiseen H-faasiin (lyhennetty tässä jäljessä vastaavasti SC -faasi, SI - faasi, SF*-faasi, SG*-faasi ja SH*-faasi. Kiraalisissa smeettisissä faaseissa molekyylit muodostavat kerroksia ja ovat kallistuneet vasten kerrosten pintoja, kierteisakselin ollessa kohtisuorassa pintoja vasten.

*

Kiraalisissa smeettisissä faaseissa muodostuu spontaani polarisaatio; siitä lähtien, kun tasavirran sähkökenttä muodostuu kerrosten suuntaisesti, molekyylit kääntyvät ylösalaisin pyö-röakselina olevan kierteisakselin ympäri, polaarisuudesta riippuen. Näyttöelementit, jotka käyttävät ferrosähköisiä kiteitä, käyttävät hyväkseen tätä kytkentäilmiötä.

Kiraalisten smeettisten faasien joukossa on SC*-faasi nyt erityisesti huomattu.

Mitä tulee näyttömalliin, joka käyttää hyväkseen SC*-faasin kytkentäilmiötä, voidaan huomioon ottaa seuraavat kaksi mallia : toinen malli on kahtaistaittava malli, jossa käytetään kahta 94874 polarisaattoria ja toinen malli on vieras-isäntä-malli (guest-host mode), jossa käytetään dikroista väriainetta.

Tällä näyttömallilla on seuraavat erityispiirteet: (1) reaktioaika on hyvin nopea; (2) sillä on muistiominaisuudet, (3) näkymiskulmariippuvuus on pieni; jne.; niinpä mallissa on mahdollisuus suuritiheyksiseen näyttöön ja sen vuoksi sitä on hyvin houkuttelevaa käyttää näyttöelement-teinä.

Ferrosähköiset nestekidemateriaalit, joita käytetään ferro-sähköisiin nestekidenäyttöelementteihin käytännössä, vaativat monia erityispiirteitä, mutta nykyään ei ole yksittäistä yhdistettä, joka tyydyttäisi nämä erityispiirteet; siksi on välttämätöntä käyttää ferrosähköisiä nestekidekoostumuksia, jotka saadaan sekoittamalla joitakin nestekideyhdisteitä tai ei-nestekideyhdisteitä.

Lisäksi ferrosähköiset nestekidekoostumukset eivät rajoitu * vain niihin, jotka koostuvat vain ferrosähköisistä nestekide-yhdisteistä, vaan japanilaisen patenttihakemuksen kuulutus-julkaisussa nro Sho 61-195187/1986 on myös esitetty, että kun ainakin yksi yhdisteistä, joilla on ferrosähköinen nestekide- k faasi, sekoitetaan yhdisteen (yhdisteiden) tai koostumuksen (koostumusten) kanssa, joilla on akiraalinen smeettinen c, F, G, H, I-faasi tai vastaava (tässä jäljessä lyhennetty SC-faasiksi tai vastaavaksi) perusaineena (-aineina), on mahdollista valmistaa kokonaan ferrosähköinen nestekidekoostumus.

Lisäksi on esitetty, että kun ainakin yksi yhdisteistä, jotka ovat optisesti aktiivisia, mutta joilla ei ole ferrosähköistä nestekidefaasia, sekoitetaan yhdisteen (yhdisteiden) tai koostumuksen (koostumusten) kanssa, joilla on SC-faasi tai vastaava perusaineena (-aineina), on mahdollista valmistaa kokonaan ferrosähköinen nestekidekoostumus (Mol. Cryst. Liq. Cryst., 89 327 (1982)).

4 94874

Yhteenvetona näistä seikoista havaitaan, että kun ainakin yksi optisesti aktiivinen yhdiste, riippumatta sitä, onko yhdisteessä ferrosähköinen nestekidefaasi vai ei, sekoitetaan perusaineen (-aineiden) kanssa, on mahdollista muodostaa ferrosähköinen nestekidekoostumus.

Nykyään vaaditaan ferrosähköisiltä nestekidemateriaaleilta monia erityispiirteitä, mutta esimerkiksi silloin, kun niitä käytetään käytännössä oleviin näyttölaitteisiin (640 viivaa x 400 viivaa), vaaditaan erityisesti seuraavia piirteitä: (1) SC*-faasi on laajalla lämpötila-alueella käsittäen huoneenlämmön (ainakin 0°C-50°C); (2) reaktioaika on 100 yus tai vähemmän; ja (3) samansuuntaisuus on erinomainen. Nykyään ei kuitenkaan ole löydetty sellaista ferrosähköistä materiaalia (nestekide-koostumus), joka tyydyttäisi kaikki nämä ehdot.

Esimerkiksi virallinen lehti japanilaisen patenttihakemuksen kuulutusjulkaisusta nro Sho 61-291679/1986 ja pCT-pamfletti kansainvälisen patenttihakemuksen kuulutusjulkaisusta nro W086/06401 esittävät ferrosähköisen nestekideseoksen (-seokset) ,'jotka saadaan sekoittamalla akiraalinen 5-alkyyli-2-(4-alkoksifenyyli)pyramidiini, jossa on SC-faasi, optisesti aktiivisen yhdisteen (yhdisteiden) kanssa, jolloin seoksessa (seoksissa) on SC*-faasi laajalla lämpötila-alueella, joka sisältää huoneenlämpötilan. Lisäksi edellä mainittu lehti esittää, että koska pyrimidiinijohdannaisella on hyvin matala viskositeetti, sen käyttö perus-SC-seoksena on hyvin tehokasta parantamaan ferrosähköisten koostumusten reaktio-ominaisuuksia. Ferrosähköinen nestekidekoostumus (-koostumukset) kuitenkin tyydyttävät yllämainitun vaatimuksen mitä tulee SC*-faasin lämpötila-alueeseen, mutta reaktioaika on 300 ps - 500 jus (katso esim. edellämainitun lehden esimerkeissä 1 ja 2 ja pamfletin esimerkeissä 45 ja 46 kuvattuja ferrosähköisiä nestekidekoostumuksia); siksi näitä koostumuksia on vaikea pitää käytännöllisinä.

94874

Lisäksi japanilaisen patenttihakemuksen nro Sho 62-137883/ 1987 selitysosassa esitetään ferrosähköinen nestekidekoostu-mus (-koostumukset), jotka on saatu sekoittamalla akiraalinen 5-alkoksi-2-(4-alkyylifenyyli)pyrimidiini, jossa on SC-faasi, optisesti aktiivisen yhdisteen (yhdisteiden) kanssa, jolloin saadussa koostumuksessa (koostumuksissa) on SC*-faasi laajalla lämpötila-alueella, joka sisältää huoneenlämpötilan ja sillä on vielä erittäin nopeat reaktio-ominaisuudet. Esimerkiksi esimerkissä 5 kuvatussa ferrosähköisessä nestekidekoos-tumuksessa on SC*-faasi laajalla lämpötila-alueella 5°-52°C ja reaktioaika on 50 jisj siksi koostumus tyydyttää yllämainitut vaatimukset (1) ja (2). Niinpä koostumusta pidetään hyvin käytännöllisenä verrattuna edellä olevassa lehdessä ja pamfletissa kuvattuihin ferrosähköisiin nestekidekoostumuksiin.

Edellämainitun japanilaisen patenttihakemuksen nro Sho 62-137883/1987 selityksessä kuvatuilla ferrosähköisillä nestekidekoostumuksilla on kuitenkin vakava ongelma niitä käytettäessä. Nimittäin koostumuksella (koostumuksilla) ei ole kolesteerista faasia; siksi ei TN-nestekidemateriaa nykyään käytetyn samansuuntaistamistekniikan mukaan voiua saada aikaan yhdenmukaista samansuuntaisuutta.

*

Nykyään on ferrosähköisten nestekidemateriaalien samansuun-taistamlseksi käytetty kolmea menetelmää, leikkausmenetelmä, lämpötilagradienttimenetelmä ja pintakäsittelymenetelmä.

i

Leikkausmenetelmän mukaan samansuuntaistaminen tapahtuu käyttämällä leikkausjännitystä smeettisessä A-faasissa, ja lämpö-tilagradienttimenetelmä on samanlainen menetelmä kuin epitak-siaalinen kiteenkasvatusmenetelmä , jossa on otettu huomioon se tosiasia, että smeettistä faasia voidaan pitää yksidimen-sioisena kiteenä.

pintakäsittelymenetelmää on käytetty samansuuntaistamaan TN-nestekidemateriaaleja ja se on menetelmä, jossa solun substraatti peitetään suurimolekyylisellä kalvolla, kuten polyimidikalvolla, jonka jälkeen saadulle pinnalle suoritetaan hankauskäsittely kidemolekyylien samansuuntaistamiseksi.

Nestekidenäyttöelementtien kaupallisen tuotannon kannalta on edullisinta tehdä nestekidemolekyylit samansuuntaisiksi pin- takäsittelymenetelmällä.

6 94874

Ferrosähköisten nestekidemateriaalien faasinsiirtomuotoja ovat seuraavat neljä: (i) iso-faasi -> SC*-faasi, (ii) Iso-faasi -> N*-faasi -> SC*-faasi, (iii) Iso-faasi -> SA-faasi -> SC*-faasi ja (iv) iso-faasi -> N*-faasi -> SA-faasi -> SC*-faasi, jossa iso-faasi, N*-faasi ja SA-faasi ovat isotrooppinen nestefaasi, kolesteerinen faasi ja smeettinen A-faasi, tässä järjestyksessä.

Näiden joukossa sellaisia ferrosähköisiä nestekidemateriaale-ja, joihin nykyistä samansuuntaistamistekniikka (pintakäsit-telymenetelmä) voidaan käyttää sellaisenaan, ovat ne, joissa faasinsiirtomuoto on (iv) (katso esim. japanilaisen patenttihakemuksen kuulutusjulkaisu nro sho 61-250086/1986). Näin ollen sellaiset ferrosähköiset nestekidemateriaalit, joiden faasinsiirtomuoto on (iv), ovat olleet erittäin toivottuja.

*

Edellämainitussa japanilaisessa patenttihakemuksessa nro sho 62-137883/1987 esitetyissä ferrosähköisissä nestekidekoostu-muksissa ei ole kolesteerista faasia; siksi näiden koostumusten saattamiseksi yhdenmukaisesti samansuuntaisiksi tulisi k käyttää leikkausmenetelmää tai lämpötilagradienttimenetelmää, ja samansuuntaistamiseen menee pitkä aika, jolloin sitä ei voida helposti saada aikaan. Lisäksi koska nykyistä saman-suuntaistamistekniikkaa ei voida käyttää sellaisenaan, vaaditaan investointeja uuden laitteiston hankkimiseksi; siksi yllämainittuja , ferrosähköisiä nestekidekoostumuksia on vaikea pitää käytännöllisinä.

Kuten edelläolevasta ilmenee, nykyään tunnettuja ferrosähköisiä nestekidemateriaaleja ei vielä voida pitää käytännöllisinä; siksi on niiden erityispiirteiden edelleen parantamista voimakkaasti toivottu.

94874 Tämän keksinnön tekijät ovat-tehneet laajoja tutkimuksia tarkoituksenaan parantaa edelleen yllämainitussa japanilaisessa patenttihakemuksessa.nro Sho 62-137883/1987 kuvattua keksintöä. Tuloksena tästä on havaittu, että kun yhdisteitä yhdistetään jäljessä osoitetulla tavalla, saadaan ferrosähköinen nestekidekoostumus, jossa on SC*-faasi laajalla lämpötila-alueella huoneenlämpötila mukaanluettuna ja jossa vielä on kolesteerinen faasi ja jolla edelleen on erittäin nopeat reaktio-ominaisuudet,, ja tätä kautta tämä keksintö tehtiin.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Kuten edelläolevasta ilmenee, on tämän keksinnön ensimmäinen tarkoitus tarjota käyttöön ferrosähköinen nestekidekoostumus, jossa on SC*-faasi laajalla lämpötila-alueella huoneenlämpötila mukaanluettuna ja jossa vielä on kolesteerinen faasi ja edelleen erittäin nopeat· reaktio-ominaisuudet. Tämän keksinnön toinen tarkoitus on tarjota käyttöön valonkytkentäelementti, jossa on käytetty edellämainittua nestekidekoostumus-ta ja jolla pn erittäin nopeat reaktio-ominaisuudet.

Tämä keksintö koskee ensisijaisesti: * (1) ferrosähköistä nestekidekoostumusta, jossa on kolesteerinen faasi, ja joka koostuu 20-70 paino#:sta akiraalista yhdistettä, jota esittää seuraava kaava - ! 1 > jossa R^-.ja r2 ovat. kumpikin keskenään samanlainen tai erilainen lineaarinen tai haaroittunut alkyyliryhmä, jossa on 1-18 hiiliatomia; 3a 10-50 paino#:sta ainakin yhtä optisesti aktiivista yhdistettä, jossa on kolesteerinen faasi, ja joka optisesti 94874 aktiivinen yhdiste on valittu ryhmästä, johon kuuluvat seuraavien kaavojen (II) — (V) esittämät yhdisteet N CH3 ^"^Oy^Oy^OyH-CHa-^-CH-R4 ... ( n.) N C H 3 R 8 f C H atlir C H - R 8 ·♦♦ ( m ) n c H 3 0 R7CU 2-CH-Ö-C-R» ··· ( IV ) C H 3 O C H 3 . (o^-o-ch2-ch-o-c-c,|-r· 0 ... (v) joissa r3, r5< r7 ja r9 esittävät kukin lineaarista tai haaroittunutta alkyyliryhmää tai alkoksiryhmää, joissa kummassakin on i-18 hiiliatomia, R4, R6 ja rIO esittävät kukin lineaarista tai haaroittunutta alkyyliryhmää, joissa on 2-18 hn-* liatomia tai lineaarista tai haaroittunutta alkoksiryhmää, jossa on 1-18 hiiliatomia, r8 esittää lineaarista tai haa-.* roittunutta alkyyliryhmää tai alkoksiryhmää, joissa kussakin on 1-18 hiiliatomia, X, ja m esittävät molemmat kokonaislukua .-0-10 ja * osoittaa asymmetrisen hiiliatomin.

Toissijaisesti tämä keksintö koskee: . * (2) valon-ky tkentäelementtiä, jossa on käytetty kohdan (1) mukaista nestekidekoostumusta.

LYHYT KUVAUS PIIRROKSISTA

Kuvat 1, 2, 3, 4 ja 5 esittävät vastaavat faas.idiagrammit seossysteemistä, jossa on pohjan sc-seos A sekä kiraalinen yhdiste a, seossysteemistä, jossa on pohjana sc-seos A sekä 94874 kiraalinen yhdiste b, seosjärjestelmästä, jossa on pohjana SC-seos sekä kiraalinen yhdiste c, seosjärjestelmästä, jossa on pohjana SC-seos sekä kiraalinen yhdiste d ja seosjärjes-telmästä, jossa on pohjana SC-seos sekä kiraalinen yhdiste e, seoksen A ollessa tämän keksinnön mukainen.

YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS EDULLISISTA TOTEUTUSMUODOISTA

Edellä olevassa kohdassa (1) kuvatun kaavan (l) mukainen aki-raalinen yhdiste on yhdiste, josta tämän keksinnön tekijät ovat aikaisemmin jättäneet patenttihakemuksen (japanilainen patenttihakemus Sho 62-137884/1987, ei vielä kuulutettu) ja jossa vaivoin esiintyy nemaattinen faasi, mutta jossa on runsaasti smeettisiä C-ominaisuuksia ja joka toimii perus-SC-yhdisteenä ferrosähköisessä nestekidekoostumuksessa, jollainen on tarkoitettu tähän keksintöön (s.o. se toimii laajalla lämpötila-alueella). Niinpä edullisesti käytetään yhdisteitä, joissa on SC-faasi, mutta jopa yhdisteitä, joissa ei ole SC-faasia, voidaan myös käyttää rajoitetussa määrin alueella, jossa SC*-faasin lämpötila-alue ei ole huomattavan kapea.

Esimerkkeinä annetaan kaavan (i) esittämästä yhdisteestä kaavan (i) mukaiset pyramidiinijohdannaiset, joissa r! esittää lineaarista alkyyliryhmää, jossa on 4-18 hiiliatomia, ja R2 esittää lineaarista alkyyliryhmää, jossa on 7-18 hiiliatomia. Tässä keksinnössä on edullista käyttää useita tällaisia pyrimidiinijohdannaisia. Erityisen edullisia pyrimidiinijohdannaisia, joissa on SC-faasi, on esitetty taulukossa 1.

94874 10

Taulukko 1 «' -(0)-(6)-0 R1

Kaavan N-' esittämät yhdisteet R* ‘ R2 R1 R2 C e Hi3 - C? His" C#Hi7- CbH19- M Cg H 17 _ N C1oH j 1 - M CgH19- tt Ci 1 H 2 3 » p I o H 2 1 - » C 1 2 H 2 5 - ^ Ci 1 H 2 s m C 1 s H 2 7 h C 1 2 H 2 5· C e H 1 e - C e H 1 7 - )} C 1 j H 2 7 ” f f C e H 1 g - m C 1 4 H 2 e f f C 1 o H 2 1 * C 1 5 H 3 1 - N G 1 1 H 2 3 ~ C 7 H 1 5 - C7H1S- N C 12 H 2 5 » C e H , 7 - » C , a H 2 7 - n C 9 H 19 C10H21” C e H 1 7 - » C 1 o H 2 1 - n C 9 H , g - 'Ή Ci 1 H 2 3 “ n C 1 o H 2 1 " tt C 1 a H 2 s - U C i i H 2 3 -

CeHi?- C 7 H 15 —_ n C 1 2 H 2 5 ~ l> C « H 1 7 -

Kuten edellä kuvattiin, tämän keksinnön ferrosähköisessä nes-tekidekoostumuksessa on erityisen edullista yhdistää vain useita kaavan (1) esittämiä yhdisteitä, joissa on edellä kuvattu SC-faasi, mutta on myös mahdollista yhdistää ainakin yksi edellämainituista yhdisteistä ainakin yhden tunnetun nestekideyhdisteen kanssa SC-faasin lämpötila-alueen säätämiseksi. Esimerkkejä näistä tunnetuista yhdisteistä ovat neste-kideyhdisteet, joissa on runsaasti smeettisiä C-ominaisuuk-sia, kuten bifenylyylibentsoaatit, fenyylisykloheksaanit, atsoyhdisteet, atsoksiyhdisteet, fenyylipyridiinit, 2,5-di-fenyylipyrimidiinit, yms. Erityisen edullisia yhdisteitä näi- 94874 11 den joukossa ovat 5-alkyyli-2-(4-alkoksifenyyli)pyrimidiini-yhdisteet tai 5-alkyyli-2-(4-alkyylibifenyyli)pyrimidiiniyh-disteet ja näitä voidaan käyttää alueella, jossa tämän keksinnön tarkoitus ei vahingoitu.

Edelläolevassa kohdassa (2) kuvatut kaavojen (Il)-(v) mukaiset kiraaliset yhdisteet ovat yhdisteitä, joista tämän keksinnön tekijät ovat aikaisemmin jättäneet patenttihakemuksen (japanilainen patenttihakemus nro Sho 62-103977/1987), ja joissa on runsaasti kolesteerisia ominaisuuksia, ja niillä on suuri merkitys, koska ne aiheuttavat N*-faasin ilmaantumisen tämän keksinnön tarkoittamaan £errosähköiseen nestekide-koostumukseen. Lisäksi, koska kaavojen (IV) ja (v) esittämillä yhdisteillä on suuri spontaani polaroitumisarvo, ne ovat myös tärkeitä, koska antavat erittäin nopeita reaktio-ominaisuuksia tämän keksinnön tarkoittamaan ferrosähköiseen neste-kidekoostumukseen.

Kaavojen (Il)-(v) esittämiä yhdisteitä, joissa on N*-faasi, on esitetty alla: N fHs C.sHi i-^0^-^0^-{6^“CH2CH-ciH5 N CHa C 3.Π 0 -^C H 2-H- C H - c 2 H 5 N CHa c 3 H 0 “f C H 2-H-c H - C 2 H 5

N

'_ . Hj C H 3 c 3 H 7-^><0><.6>- o -f C H 2-)-5- c H - C 2 H 5

N

N c H 3 0 C H 2&T- C H - C 2 H 5 12 /—\ /—\ /"λ ΪΗ3 94874

CeH ‘ 3 \Q/\Q/\Q/~0~^cH2j-5~CH-C2H5 N c H a C a H 7-<5X5X6)- 0~CH-C6Ht3 c . H I 3'-(0)-(0)-( Ö)~ 0-J H - C .B, , N CHs n c , H . s-(o)-^o)-(o)-0 - c N > - J H - 0 C - C - H » N CHs 0 CH3

CsH,~^O^-^)-(0^”0-CH’-CH-0C-5H-0C"He N CHj'O CH3 -K2X0Xp> 0-CH2-CH-0C-CH-0CbH13 ’ N CH3 0 CHa C5Hll^X5^6>-0-CH2-CH-0C-CH-0C.Hfl

I N

N CH3 0 CH3 C,H,,-^Oy-<!Oy-(o)-ll-CH,-CH-0C-€H-0C4H.

N cH 3 0 CH3

O-CH2-CH-OC-CH-OC5H I I

jq CHs 0 CHs

CeH , 0^— O-CHa-CH-OC-CH-OCeHi 3 94874 N CH3 0 CHa C 7 H , 5 -(5)^Κ Ο}- 0-CH2-CH-OC-CH-OC4He CH3OCH3 C β H , 3 0 -(5><Q>-< 0>- O-CH2-CH-OC-CH-OC4H9 N C H 3 0 · C H 3 C6H 1 aO-^Qy-^Oy^Q^-O-CHa-CH-oll-CH-OCeH t 3 N C H 3

CeH.aO-^Ö^-^O^O^-OH-CHatT- C H-C a H 5 N f H 3 c B H , 3 00^->° H atT-c H - C a H 3 N CH3 C 5 H 1 1 — 0-CH2-CH-0CeHi3 94874 14 C β H i 3-<5VoM 5)- O C —fC H 2 C H - C 2 H s v__/ n * _ _ N O C H s C e H i 3 O o)~~^ o)—^ o)— O G f'G H 2)2 C H _ C 2 H g N O C H 3

GeH 1 3 0\Q/\Q/( 0)” OC—tCH2)-T· CH-C2H5 O C H 3 e.»..-(7^-CH2CHC2H5 O CH3 C e H 1 7 O -^0^- O C —^o)—^ θ)~ CH2CHC2H5 o ch3 e e H , 3 °-^0>- O Z-(py(py C H 2 e H e 2 H 5 * o ch3 O - C H C e H , 3 O / CH3 oc- {o)-(0} - O - C H C e H 1 3 O _,CN CH3 C e H n O —^o)~" (5> G G h(ÖV GH2CHC2H5 94874 15

Kuten edellä on kuvattu, voidaan tämän keksinnön tarkoittama ferrosähköinen nestekidekoostumus saada pääasiassa yhdistämällä kaavan (I) esittämä akiraalinen fenyylipyrimidiiniyh-diste (-yhdisteitä) yhdisteiden kanssa, joissa on runsaasti kolesteerisia ominaisuuksia, erityisesti sellaisten kanssa, joita esittävät kaavat (il)-(v), mutta näiden yhdisteiden ohella voidaan kierteisen rakenteen saamiseksi käyttää myös seuraavia kiraalisia yhdisteitä kunhan ne eivät vahingoita tämän keksinnön tarkoitusta: CH3 0 ch3 C s H i 7 0 —O-CHj-CH-OC-CH-OC^Hfl • C H s C e H 1 7 o 0 - c H 2 - J H - O C e H 1 3 CH3 C 7 H ! 50 - C H 2 - C H-. ° C e H t 3 Tämä keksintö perustuu havaintoon, että kun kaavan (i) esit-* tämä akiraalinen yhdiste tai yhdisteet yhdistetään kiraalisen yhdisteen tai yhdisteiden kanssa, joilla on runsaasti kolesteerisia ominaisuuksia, erityisesti sellaisten kanssa, joita esittävät kaavat (il)-(v), saadulla koostumuksella (koostumuksilla) on ylivoimaiset erityispiirteet.

Kaavan (i) esittämät 5-alkoksi-2-(4-alkyylifenyyli)pyrimidii-niyhdisteet, jotka on kuvattu tämän keksinnön tekijöiden aikaisemmin jättämässä japanilaisessa patenttihakemuksessa nro Sho 62-1378Q3/1987, esiintyvät huonosti nemaattisessa faasissa, mutta niillä on runsaasti smeettisiä C-ominaisuuk-sia, niillä on SC-faasi huoneenlämpötilan läheisyydessä, niillä on matala viskositeetti ja ne vaikuttavat nostaen fer-rosähköisten nestekidekoostumusten spontaania polaroitumisar-voa; sen vuoksi tämän keksinnön nestekidekoostumuksessa ne toimivat perus-sC-yhdisteenä ja aikaansaavat liikevoiman 94874 16 SC*-faasin saamiseksi laajalle lämpötila-alueelle, joka käsittää myös huoneenlämpötilan.

Kaavojen (II)-(V) esittämissä kiraalisissa bifenyylipyrimi-diiniyhdisteissä on runsaasti kolesteerisia ominaisuuksia, ja näiden yhdisteiden joukossa kaavojen (IV) ja (v) esittämillä on hyvin suuri spontaanin polarisoitumisen arvo; siksi nämä yhdisteet ovat erittäin tärkeitä N*-faasin kehityksessä ja myös kehitettäessä erittäin nopeita reaktio-ominaisuuksia tämän keksinnön mukaiseen ferrosähköiseen nestekidekoostumuk-seen.

perus-SC-seos A valmistettiin seuraavista yhdisteistä, joita kaikkia esittää kaava (I):

perus-SC-seos A

N

C e H i Q/ 0C*H 1 7 2 5 P“% C. Hl, -(0)-(0)- OC.H.» 15 " _ K — °c.h.. 25 "

N

ceH 0CeH‘e 10 "

N

cbh180CbH 19 25 Tällä perus-sc-seoksella A oli seuraavat faasinsiirtokohdat ja sillä ei ollut nemaattista faasia, mutta oli sc-faasi laajalla lämpötila-alueella käsittäen huoneenlämpötilan;

1.0 t: 7 2 1: 8 4tJ

Cr > SC-> SA-> Iso jossa Cr on kide.

94874

Kuten japanilaisen patenttihakemuksen nro Sho 62-137883/1987 selityksestä ilmenee, ferrosähköisellä nestekidekoostumuksel-la, joka sisältää kaavan (I) esittämää yhdistettä perus-SC-yhdisteenä, on suorastaan ylivoimaiset reaktio-ominaisuudet; mutta sillä ei ole N*-faasia; siksi sitä on ollut vaikea käyttää nykyisin käytössä olevassa samansuuntaistamisteknii-kassa sellaisenaan. Lisäksi, jos halutaan valmistaa koostumus, joka sisältää N*-faasin, tulisi kaavan (I) esittämän yhdisteen konsentraation olla niin matala, että kaavan (i) mukaisen yhdisteen erityispiirteet häviävät. Niinpä tärkeän ongelman muodostaa se, miten voidaan valmistaa koostumus, jossa on N*-faasi, vahingoittamatta kaavan (i) mukaisen yhdisteen erityispiirteitä. Tämän keksinnön tekijät ovat tehneet laajoja tutkimuksia ja tuloksena niistä on havaittu, että kun kaavojen (II)—(v) esittämiä kiraalisia yhdisteitä, joissa on runsaasti kolesteerisia ominaisuuksia, yhdistetään kaavan (I) esittämän yhdisteen kanssa, saadaan ferrosähköinen nestekidekoostumus, jossa on sc*-faasi laajalla lämpötila-alueella, joka käsittää huoneenlämpötilan, ja silti siinä on N*-faasi ja erittäin nopeat reaktio-ominaisuudet.

Kaksikomponenttisia seosjärjestelmiä vastaavasti, jotka sisälsivät edelläolevan perus-SC-seoksen A ja kunkin kiraalisen yhdisteen, joita esittävät seuraavat kaavat (a)-(e), saatiin faasidiagrammit, ja konsentraatioita, joissa N*-faasi oli, verrattiin vastaaviin yhdisteisiin. Kuvat 1-5 esittävät kukin faasidiagrammeja vastaavilla seosjärjestelmillä: 0 _,C N C H 3 (a) (S) CaH , 70 OC-^pVcHa CHC2H5 8 ,_/F CHs (b) (S) CeH ) a-^Q^-OC 0-CHC6Hl3 N C H a <c> <s) CH,CH(:2H5 94874 ^ (S,S) N CH3 0 CH3

CeH t 3 0-^0^^0^0^0-CH 2-CH-PC-CH-OC^H 9 (e) (S,S) C H 3 O C 11 s

CeH l a-^O^Q^-(o^-0-CH2-CH-0C-CH-0C8H . ,

Kuten kuvista 1-5 nähdään, kaavojen (II) ja (v) esittämillä yhdisteillä c, d ja e on runsaasti kolesteerisia ominaisuuksia verrattuna yhdisteisiin a ja b (yhdisteet kuvattu japanilaisen patenttihakemuksen Sho 62-137883/1987 selityksessä), ja yhdisteiden a ja b tapauksessa, elleivät yhdisteiden a ja b konsentraatiot ylitä 75 paino-%:a, ei ole N*-faasia, kun taas yhdisteiden c, d ja e tapauksessa N*-faasi on, kun yhdisteiden c, d ja e konsentraatiot ovat noin 25 paino-%. Tämä kertoo, että saadaan ferrosähköinen nestekidekoostumus, jolla on hyvät yhdensuuntaisuusominaisuudet ilman että kaavan (i) mukaisten akiraalisten yhdisteiden ylivoimaisille erityispiirteille aiheutuu haittaa. Seuraava ferrosähköinen neste-* kidekoostumus B valmistettiin edellämainitusta perus-SC-seok-sesta ja kaavojen (II) ja (V) esittämistä yhdisteistä:

Ferrosähköinen nestekidekoostumus B

perus-sc-seos 60 P-% N 01,8

(S) C s H i i O)— CH2CHC2HB

2 0. p-% ^ CH9 0 CH, (S , S) C 5 II 1 i-\O^-\O//O/-0"CH2-CH-0C-CH-0C4Hfl 2 0 p-%

Il 4·I lllll l*4«t ' i 94874 Tämän ferrosähköisen nestekidekoostumuksen B faasinsiirtokoh-dat olivat seuraavat: -5*C 56*C 7 7 TC . 82t C r-> Sc -> S a -> N -> Iso

Lisäksi spontaani polarisaatioarvo 25c>C:ssa oli 55 nc/cm2, nousukulma oli 26° ja reaktioaika oli 70 s sähkökentän intensiteetissä 5 v/um (vastaten d=2^um ja Vpp=20 V). Lisäksi yhdensuuntaisuusominaisuudet olivat erittäin hyvät, ja kun koostumus pantiin kennoon, jossa oli 2 yttmm kennotasot ja joka oli varustettu läpinäkyvillä elektrodeilla, joista kukin oli saatu päällystämällä pinta pvA-kalvolla samansuuntaista-vana aineena, ja sen jälkeen käsiteltiin hankaamalla, saatiin yhdenmukainen yhdensuuntaisuus ilman että havaittiin vikoja; näin oli todettu, että nykyistä yhdensuuntaistamistekniikkaa voidaan käyttää sellaisenaan. Lisäksi saatiin nestekidenäyt-töelementti, jolla oli erittäin hyvä kontrasti (1:20).

Kuten edelläolevasta ilmenee, on havaittu, että kun tämän keksinnön kaavan (i) ja kaavojen (Il)-(v) mukaiset yhdisteet yhdistetään, saadaan ferrosähköinen nestekidekoostumus, joka tyydyttää kaikki nyt voimakkaasti toivotut erityispiirteet, s.o., on sc*-faasi laajalla lämpötila-alueella huoneenlämpötila mukaanluettuna, N*-faasi ja on vielä erittäin nopeat reaktio-ominaisuudet.

i

Kaavojen (i) ja (II)-(V) mukaisten yhdisteiden suhteelliset osuudet sellaisen ferrosähköisen nestekidekoostumuksen saamiseksi, jolla on tämän keksinnön mukaiset ylivoimaiset erityispiirteet, hyödyntämällä vastaavien yhdisteiden erityispiirteitä, ovat 20-70 paino-% kaavan (I) esittämän yhdisteen tapauksessa ja 10-50 paino-% kaavojen (il)-(v) esittämien yhdisteiden tapauksessa, ottaen huomioon kaavan (i) mukaisen yhdisteen toiminta perus-SC-yhdisteenä sekä myös kaavojen (II)-(V) mukaisten yhdisteiden toiminta, jonka avulla saadaan koostumukseen N*_faasi.

94874 20 Tätä keksintöä kuvataan nyt tarkemmin esimerkkien avulla, mutta ei tulisi käsittää sen rajoittuvan niihin.

Esimerkeissä spontaani polarisaatioarvo (ps) mitattiin Sawyer-Towerin menetelmällä, kierteinen rakenne (p) haettiin käyttäen 200 pm-.n paksuista, homogeeniseen samansuuntaistami-seen tarkoitettua kennoa, ja mittaamalla suoraan etäisyys dekiralisaatioviivojen välillä, jotka vastasivat kierteistä rakennetta polaroivassa mikroskoopissa. Kallistuskulma (#0 etsittiin aiheuttamalla riittävän suuri sähkökenttä, joka ylitti kriittisen sähkökentän, homogeeniseen samansuuntaista-miseen tarkoitettuu kennoon kierteisen rakenteen lakkauttamiseksi, edelleen invertoimalla polaarisuus ja toteamalla kulma, jolla lakkautuskohta liikkui (vastaten kulmaa 20), ris-tinikolien alla.

Reaktioaika mitattiin transmittoituneen valon intensiteetin muutoksesta, joka havaittiin, kun vastaavat koostumukset täytettiin kukin elektrodeilla varustettuun kennoon, joka oli tarkoitettu samansuuntaistamiskäsittelyyn ja jossa elektrodien välissä oli 2 yum:n väli, ja sen jälkeen aiheutettiin Vpp:n sakara-aalto (20 V, 100 Hz).

*

Lisäksi esimerkit käsittävät joitakin yhdisteitä, jotka sisältävät kiraalisia yhdisteitä tai akiraalisia yhdisteitä tarkoituksena pitkittää N*-faasin tai sc*-faasin kierteistä rakennetta tai laajentaa sc*-faasin lämpötila-aluetta, kaavan (i) tai kaavan (II) mukaisten yhdisteiden ohella, mutta edellämainittujen yhdisteiden sisältäminen ei vahingoita tämän keksinnön mukaisten ferrosähköisten nestekidekoostu-musten erityispiirteitä eikä mitään ongelmaa synny.

Esimerkit 1-10

Taulukossa 2 esitetään esimerkeissä 1-10 kuvattujen ferrosähköisten nestekidekoostumusten vastaavat osuudet ja niiden vastaavat erityispiirteet on esitetty taulukossa 3.

94874 21

Edelleen, symbolit (S) ja (r) taulukossa 2 esittävät, että yhdisteiden optisesti aktiivisten ryhmien absoluuttiset konfiguraatiot ovat S-muodossa ja R-muodossa, tässä järjestyksessä.

% 94874 o O Vt CO o o o rt ' Ci 0(0 o ^ o o o

H rt H H

: GO O IA IA IA

pH H

! o t_ o in o ; U< Ö «

10 10 <0 H· . H· O O

^ ή pj

! *H

---- ·* in o v « o ω ιλ u <y ^ ** **« : ε____

•H

CO ^ O<0 O O IA

W rt rt rt rt

(0 IA 0) IA (A LA O

«H H H M

M O ^ CO O 03 O

_ i Ϊ ** rt · ^ ™ !__,_s___

O h θ> ^*(0(0lA O

M rt M

3 , _I____

rH

o ; co

H

n > ·

, U

O

• " 1

M U —u M

n υ i 5 ·: V......... ί ί

^-SBasaseasasseaeess V Y

Ό ►···>«··»·· I I

e* o ' u 1 o u υ υ υ υ o u yV

" rSi Ä A Ä A ά A foi rli γ τ

m) (¾ C9 ($) (3) (o) (o) (3) (3) C3) I T

j β,’β· ···*··►►·· s s

***SCÄÄaBÄ3== o J

···►►►·#·· υυυυυυυυυο to cc S·» Sk"

; βλββ^~“ I Γ „ „ I! I I ” Z I

1—J_:_ _ >1 1» t lii ii l i i il 94874 O O O 10 10 —< N ·“· O) o o o d go o in t~ co io in in o I *4 *4 *-“· C _ _ u c t*- © o o in in in d -· H to in o in o ^___

(H

Q) 10 10 O 10 10 O

•5 - CO.........

Caj ^ O 10 10 10

M

CO O

3 W

3--- d o in in o 3d -<

H O

cm « 0 ' ·* £ X “ 3 o r-H © · _ «Il s as as * 3 u—u m o n * A H * o - aa ^ Osu n i as « n o as as · o - i» I . U—U ♦* m u n i as as as i - o as s « υ·υ * ο·υ as n i u—u m o i o · as as i n i m ** i u u—u m « as as aa ss as o i as υ—u m U u—un n i m x u i i i as as as o j o <D o « u»u « u v/N. u. a .« Voi i i . " = i © Voi •h »·*··> o u y\ τ L'Ji •H T " U u I li I osu s Φ ,4-ΦΦ Φ φ φ φ i .TΦ|1τ?Φ?φ

·» e I I · - - - M

u "-«USSSS

#—> — · — s · ► · tf co sssmoouu • · * ► · ✓—«* Λ Λ Λ co uoucoasoecoco ^ w w w w w eABB3 >. 5vmw t 24 94874 tncncsiocscotnin o m co co to es tn

»-1 I

©csos's· — toes en — tn t— tn es tn — eocooroeorotn co — tn e- co s· es in moicoeseocof-fn h- — to e» co in es co o 1_ μ — ζ_) c incns'co — S'lnt- o <o tn f- e— to es to 1/1 ----- «o

•H W

£ cocnoicsr-rncno en j»iin tn t-~ co tn es to ® S--!_ i es — — tn-ens-o o.

v ta •S· — t-~ co co en es r~ E

s '__!_;_ ” o to eoeof-csincDcnt- > eo m e- co tn es to ^ I ^ oteoeocoens'tncn ^ ' es — tn to i'· to rs s· * tncseooos-cn —

(O f· co to es (O

: I

es

s . .e g o '3 K

, « * · s s»“iy 5 O ^nw w 2 r; tn eO C ^

4J O >— CO B C -K

a MO* t » . Λ O i—l Oi |d) -H w I I T T * -H 3 .ii <0

CO 0) ' -H - 4J ^ CO M

. -H 4J (0 -H CO 0} ti -r-t

• t^u a -***< e eo d to ra 4J-H Ή fl U CO CO 2 CO m 4-t ·Η O

H -H CO U β Ή M «J Ή

ao. eO XI 4J ti ·Η +J 4J

ρα to o ceOiHtn^i

Cu ^ O iH r-( ω CO

a o co ·η ra CO Cu ^ M 06 » II. — _ _ .

•I I# i mut I I t !» < 94874 25

Esimerkki 11

Esimerkissä 2 valmistettu ferrosähköinen nestekidekoostumus täytettiin kennoon, jonka kennoväli oli 2 yum ja joka oli varustettu läpinäkyvillä elektrodeilla, joista kukin oli saatu pinnoittamalla pVA:lla samansuuntaistavana aineena, jonka jälkeen suoritettiin hankauskäsittely saadulle pinnalle sen saattamiseksi yhdensuuntaistamiskäsittelyyn. Tuloksena saatiin yhdenmukainen samansuuntaisuus ilman vikoja, saatu nes-tekidekenno pantiin kahden polarisaattorin väliin, jotka oli järjestetty ristinikoleiksi, jonka jälkeen kytkettiin matala-taajuinen vaihtovirta (0,5 Hz ja 20 V)· Tuloksena saatiin saatiin kirkas kytkentätoiminto, jolla oli erittäin hyvä kontrasti (1:20), ja nestekidenäyttöelementti, jonka reaktioaika oli niinkin lyhyt kuin 30 yus 25°C:ssa.

Esimerkki 12

Esimerkissä 7 valmistettuun ferrosähköiseen nestekidekoostu-mukseen lisättiin antrakinoniväriainetta D-16 (valmistanut BDH Co., Ltd.), jota esittää seuraava kaava ' 0 NH —/oV-°c»H ‘ » 0¾) 0 3 paino-% vieras-isäntä-mallin (guest-host mode) valmistamiseksi .

Tämä koostumus täytettiin kennoon, jossa kennoväli oli 8 ^im, ja sille suoritettiin sama käsittely kuin esimerkissä 11, jonka jälkeen järjestettiin yksi polarisaattori siten, että sen polaroiva pinta saattoi olla yhdensuuntaisena molekyylien akselien kanssa ja kytkettiin matalataajuinen vaihtovirta (0,5 Hz ja 40 V)· Tuloksena saatiin kirkas kytkentätoiminto, jolla oli erittäin hyvä kontrasti (1:10) ja värinestekide- 94874 26 nestekidenäyttöelementti, jonka reaktioaika oli niinkin lyhyt kuin 80 fis lämpötilassa 25°C.

Esimerkit 13-15

Taulukossa 4 on esitetty esimerkeissä 13-15 kuvattujen tämän keksinnön ferrosähköisten nestekidekoostumusten suhteelliset osuudet ja taulukossa 5 on esitetty niiden vastaavat erityispiirteet. Taulukossa 4 esitetyt suhteelliset osuudet ovat paino-%:na.

Lisäksi symbolit (s) ja (R) taulukossa 4 osoittavat, että yhdisteiden optisesti aktiivisten ryhmien absoluuttiset konfiguraatiot ovat (s)-muodossa ja (R)-muodossa, tässä järjestyksessä.

« 4 • I i Ul-t Hitit lit t bh

Taulukko 4 27 94874

Esimerkki

Kaava Yhdiste ___13 14 15 f C6H13-<^0)-OC7H15 5 5

N

I C6H13-<2>-<Ö)-OC8H17 15 5 5

N

1 15 5 5

N

X C7H15-@KÖ>-OC7H1s 5 5

N

X c7h15h§K<5)-oc8h17 5

N

x c8h17-<§K(5>-oc8h17 5

N

X c8h17^>-<o)-oc9h19 5

N

N ch3 II (s)c5h11-(o)-(o)-<(5)-ch2chc2h5 10 * ^ N ch3 O ch3 V (ss)c5h xx<^>1°> O CH2CH OC CH OC^Hg 10 io io

N

Taulukko 4 (jatkuu) 28 94874

Yhdiste _________13 14 15 C6K130—^ C8HX7 7 7 8·7 SH19°-@-<0>-C7H15 2 2 2-5

N

C9H19°“^)^9)“C8H17 4 4 5

N

C5«u-^)h®-{<5)-c6hi3 4 4 5

N

C6H13-<§>-^>{ö>-C6H13 5

N

N

Muut C7Hl5~^)^0)-<Ö)-C6H13 3 8 3.8

N

C5Hll"^)~^)“(j^-C8H17 5

N

SH15-<0>^)-fö)-C8H17 5

N

O /CN ch3 (S)C8H17°“^2X2)"0^"^/ CH2SHC2H5 5 15 15 O /F CH3 (S)C6^3"<!2)"0^“®H®-4HC6H13 10 10 20 ch3 0 ch3 (SS)C7H15H®^M^0"CH2SH-°^-SH"0C4H9 5 5 5

fc" 1 1 — i I- L

il - Ml··» Mil I I 1411 1

Taulukko 5 29 94874

Esimerkki

Erityispiirteet--- ______ 13__14__15

Faasinsiirtokohta (°C)

Cr -* Se* -5 -8 -19

Se* 1- SA 62 60 52 SA N* 82 86 78 N* -» Iso 90 88 81

Spontaani polarisaatio-^ 2 39 40 43 (nC/cm ) arvo '

Kallistuskulma *) (°) 25 22 22

Kierteisrakenne *) (ym) 20 12 10

Reaktioaika *) (^is) ^ ^5

Arvo lämpötilassa 25°C

*

Claims (2)

30 94874

1. H 8 0 RT“(o)^)-(ö)-0-CH*-SH-0"c“,ie “ (IV > • ch9 0 CHa Β'^^Χ^^Ο-ΟΗ,-ΟΗ-Ο-Ο-ΟΗ-, 0 ... ( v ) 51 94874 3 5 7 9 joissa R , R , R ja R esittävät kukin lineaarista tai haaroittunutta alkyyliryhmää tai alkoksiryhmää, joissa kummassakin on 1-18 hiiliatomia, R^, R^ ja R*^ esittävät kukin lineaarista tai haaroittunutta alkyyliryhmaa tai alkoksiryhmää, joissa kummassakin on 2-18 hiiliatomia tai lineaarista tai 0 haaroittunutta alkoksiryhmää, joissa on 1-18 hiiliatomia, R esittää lineaarista tai haaroittunutta alkyyliryhmää tai alkoksiryhmää, joissa kummassakin on 1-18 hiiliatomia, 1 ja m esittävät kumpikin kokonaislukua 0-10 ja * osoittaa asymmetrisen hiiliatomin.

1. Ferrosähkölnen nestekidekoostumus, jossa on koles-tesrinen faasi, tunnettu siitä, että se koostuu 20-70 painosteta akiraalista yhdistettä, jota esittää seuraava kaava R0R8 ··· (I) H 1 2 jossa R ja R ovat kumpikin keskenään samanlainen tai erilainen lineaarinen tai haaroittunut alkyyliryhmä, jossa on 1-18 hiiliatomia ja 10-50 painoista ainakin yhtä optisesti aktiivista yhdistettä, jossa on kolesteerinen faasi, ja joka optisesti aktiivinen yhdiste on valittu ryhmästä, johon kuuluvat seuraavien kaavojen (II) - (V) esittämät yhdisteet [s| C H 3 N CHa Ββ“^θ)τ^θ)^Ο^0-^0Η2·^»-CH-Re··· (lii)

2. Valokytkentäelementti, tunnettu siitä, että se sisältää patenttivaatimuksen 1 mukaista ferrosähköistä nes-tekidekoostumusta. 32 94874 PAIEHIKRAV