WO1989009252A1 - Liquid crystal mixtures with low refractive index - Google Patents

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WO1989009252A1
WO1989009252A1 PCT/EP1989/000312 EP8900312W WO8909252A1 WO 1989009252 A1 WO1989009252 A1 WO 1989009252A1 EP 8900312 W EP8900312 W EP 8900312W WO 8909252 A1 WO8909252 A1 WO 8909252A1
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Bernhard Rieger
Georg Weber
Volker Reiffenrath
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MERCK Patent Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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    • C09K19/3001Cyclohexane rings
    • C09K19/3003Compounds containing at least two rings in which the different rings are directly linked (covalent bond)

Abstract

Liquid crystal mixtures contain at least two components, the refractive index of the mixture no? being less than a value chosen from the interval 1.46-1.52, and the refractive index of the mixture ne? being at least equal to said value. The components of the mixture contain no (CF2?-CF2?)n? units. The mixtures are useful as overlay materials in integrated optics.

Description

FK-Mischungen mit niedrigem Brechungsindex LC mixtures with a low refractive index
Die Erfindung betrifft FΪüssigkristallmischungen mit niedrigem Brechungsindex und deren Verwendung als Overlay-Materialien in der integrierten Optik.The invention relates to liquid crystal mixtures with a low refractive index and their use as overlay materials in integrated optics.
Flüssigkristallmischungen haben aufgrund ihrer vielfältigen physikalischen und chemischen Eigenschaften bis heute eine immer breiter werdende technische Anwendung gefunden.Due to their diverse physical and chemical properties, liquid crystal mixtures have found ever increasing technical application.
Unter dem Einfluß elektrischer Felder können beispielsweise die optischen Eigenschaften wie Lichtabsorption, Lichtstreuung, Doppelbrechung, Reflexionsvermögen oder Farbe verändert werden. Die gezielte Auswahl der Mischungskomponenten erlaubt dabei in vielen Fällen die Einstellung von für eine spezielle technische Anwendung geeigneten Parametern.Under the influence of electric fields, for example, the optical properties such as light absorption, light scattering, birefringence, reflectivity or color can be changed. In many cases, the targeted selection of the mixture components allows the setting of parameters suitable for a specific technical application.
Ganz allgemein werden für die technische Anwendung dieser Effekte in elektronischen und optischen Bauelementen Flüssigkristallphasen benötigt, die einer Vielzahl von Anforderungen genügen müssen. Besonders wichtig sind hier die chemische Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit, Luft und physikalischen Einflüssen wie Wärme, Strahlung im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Bereich und elektrischen Gleich- und Wechselfeldern. Das schnelle Wachstum der integrierten Optik macht die Entwicklung neuer optischer Komponenten wie Schalter, Koppler, Modulatoren und Polarisatoren notwendig. Solche Komponenten finden Anwendung in der optischen Datenübertragung und optischen Sensortechnik.In general, liquid crystal phases are required for the technical application of these effects in electronic and optical components, which must meet a variety of requirements. The chemical resistance to moisture, air and physical influences such as heat, radiation in the infrared, visible and ultraviolet range and electrical DC and AC fields are particularly important here. The rapid growth of integrated optics makes it necessary to develop new optical components such as switches, couplers, modulators and polarizers. Such components are used in optical data transmission and optical sensor technology.
Diese Komponenten basieren in der Regel auf elektrooptischen Schaltelementen. Während es oft sehr schwierig ist, den Wellenleiter selbst elektrooptisch aktiv zu gestalten, ermöglicht das Ausnutzen evaneszenter Felder in elektrooptisch aktiven Overlay-Materialien die gewünschte Beeinflussung des Lichtausbreitungsverhaltens auf einfachere Weise.These components are usually based on electro-optical switching elements. While it is often very difficult to design the waveguide itself to be electro-optically active, the use of evanescent fields in electro-optically active overlay materials enables the desired influencing of the light propagation behavior in a simpler manner.
Infolge der hohen feldinduzierten Brechnungsindex-Änderungen, die sich mit flüssigkristallinen Materialien erzielen lassen, eignen diese sich besonders für Anwendungen als Overlay-Materialien in planaren Wellenleitern sowie als elektrooptisch aktive Cladding-Materialien in optischen Glas- oder Polymerfasern. Für diese Anwendungen ist es erforderlich, daß zumindest einer der Brechungsindizes des Flüssigkristalls niedriger als der des Wellenleiters ist. Um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen, müssen die Brechungsindizes zudem an die spezielle Wellenleiter-Konfiguration angepaßt werden.Due to the high field-induced refractive index changes that can be achieved with liquid-crystalline materials, these are particularly suitable for applications as overlay materials in planar waveguides and as electro-optically active cladding materials in optical glass or polymer fibers. These applications require that at least one of the refractive indices of the liquid crystal be lower than that of the waveguide. In order to achieve optimal efficiency, the refractive indices must also be adapted to the special waveguide configuration.
Für den Einsatz von Flüssigkristallen in Verbindung mit Glaswellenleitern ist z.B. erforderlich, daß einer derFor the use of liquid crystals in connection with glass waveguides e.g. required that one of the
Brechungsindizes den Wert von n = 1,457 nicht übersteigt, während bei polymeren Wellenleitern (z.B. auf der Basis von PMMA) einer der Brechungsindizes nicht größer als 1,483 bei einer Wellenlänge von 890 nm sein darf.Refractive indices do not exceed the value of n = 1.457, whereas with polymeric waveguides (e.g. based on PMMA) one of the refractive indices must not be greater than 1.483 at a wavelength of 890 nm.
Es ist bekannt, daß fluorierte Moleküle kleinere Brechungsindizes aufweisen als die entsprechenden hydrogenierten Verbindungen. Mischungen, die solche fluorier ten Komponenten enthalten, sind in der GB 87 02 126 beschrieben. Die entsprechenden Verbindungen sind jedoch zu einem hohen Anteil fluoriert [(CF2-CF2)n-Einheiten mit n ≥ 3]. Eine Zugabe von fluorierten Flüssigkristallkomponenten zu Flüssigkristallmischungen kann jedoch zu einer Destabilisierung der flüssigkristallinen Phasen führen. Weiterhin sind diese Materialien teilweise schwer löslich bis unlöslich in konventionellen FK-Mischungen, enthaltend im wesentlichen nicht fluorierte FlüssigkriStallverbindungen. Je höher der Fluorierungsgrad einer solchen Mischungskomponente, desto stärker treten die erwähnten Nachteile hervor.It is known that fluorinated molecules have smaller refractive indices than the corresponding hydrogenated compounds. Mixtures containing such fluorine th components are described in GB 87 02 126. However, the corresponding compounds are fluorinated to a high degree [(CF 2 -CF 2 ) n units with n ≥ 3]. However, adding fluorinated liquid crystal components to liquid crystal mixtures can lead to destabilization of the liquid crystalline phases. Furthermore, these materials are sometimes sparingly soluble to insoluble in conventional LC mixtures containing essentially non-fluorinated liquid crystal compounds. The higher the degree of fluorination of such a mixture component, the greater the disadvantages mentioned.
Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, neue FIÜSsigkristallmaterialien bereitzustellen, die insbesondere günstige no- und ne-Werte für die Anwendung als elektrooptisch aktive Materialien in Verbindung mit optischen Glas- oder Polymerwellenleitern besitzen und die die geschilderten Nachteile nicht oder nur in geringerem Maße aufweisen.The invention was therefore based on the object of providing new FIÜSsig crystal materials which, in particular, have favorable n o and n e values for use as electro-optically active materials in conjunction with optical glass or polymer waveguides and which do not or only to a lesser extent have the disadvantages described exhibit.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß sich auch Flüssigkristallmischungen, deren Komponenten keine (CF2-CF2)n-Einheiten enthalten, in hervorragender Weise als Overlay-Materialien in der integrierten Optik eignen.It has surprisingly been found that liquid crystal mixtures, the components of which contain no (CF 2 -CF 2 ) n units, are also outstandingly suitable as overlay materials in integrated optics.
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Flüssigkristallmischung, frei von flüssigkristallinen Komponenten mit (CF2-CF2)n-Einheiten, worin n eine natürliche Zahl bedeutet dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Brechungsindex n der Mischung kleiner und der Wert des Brechungsindex n der Mischung mindestens so groß ist wie ein Wert, ausgewählt aus dem Intervall 1,46-1,52. Ein bevorzugter Gegenstand der Erfindung ist eine derartige Mischung, enthaltend eine dielektrisch positive Komponente, ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln I und II,The invention therefore relates to a liquid-crystal mixture free of liquid-crystalline components having (CF 2 -CF 2 ) n units, where n is a natural number, characterized in that the value of the refractive index n of the mixture is smaller and the value of the refractive index n of the mixture is at least as large as a value selected from the interval 1.46-1.52. A preferred object of the invention is a mixture of this type, comprising a dielectrically positive component, selected from the group of the compounds of the formulas I and II,
Figure imgf000006_0001
und gegebenenfalls eine dielektrisch neutrale Komponente, ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln III und IV,
Figure imgf000006_0001
and optionally a dielectric neutral component selected from the group of the compounds of the formulas III and IV,
R2-Q2-Q3-R3 III R2-Q2-Q3-Z-Q1-R3 IVR 2 -Q 2 -Q 3 -R 3 III R 2 -Q 2 -Q 3 -ZQ 1 -R 3 IV
worinwherein
Q1 1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Phenylen,Q 1 1,4-cyclohexylene or 1,4-phenylene,
Q2, Q3 1,4-Cyclohexylen, einer der Ringe Q2 oder Q3 auch 1,4-Cyclohexenylen,Q 2 , Q 3 1,4-cyclohexylene, one of the rings Q 2 or Q 3 also 1,4-cyclohexenylene,
R1, R2, R3 unpolare Flügelgruppen,R 1 , R 2 , R 3 non-polar wing groups,
x eine polare Flügelgruppe,x a polar wing group,
Z ein Brückenglied oder eine EinfachbindungZ a bridge link or a single bond
bedeuten.mean.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung derartiger Mischungen als Overlay-Materialien in der integrierten Optik. Gegenstand der Erfindung ist schließlich ein elektrooptisches Schaltelement, welches im wesentlichen aus einem Wellenleiter und einem optischen Schaltelement besteht, wobei das Overlay-Material aus mindestens einer derartigen Mischung besteht.The invention further relates to the use of such mixtures as overlay materials in the integrated optics. Finally, the invention relates to an electro-optical switching element, which essentially consists of a waveguide and an optical switching element, the overlay material consisting of at least one such mixture.
Mit dielektrisch neutralen Komponenten sind hier Verbindungen gemeint, deren Wert für die dielektrische Anisotropie -2 ≤ Δε < +2 beträgt, mit dielektrisch positiven solche mit einem deutlich darüber liegendem Wert (Δε ≥ +5), vorzugsweise ≥ +7.Dielectric neutral components here mean compounds whose value for the dielectric anisotropy is -2 ≤ Δε <+2, with dielectrically positive components with a value significantly higher (Δε ≥ +5), preferably ≥ +7.
Die Reste R1, R2, R3, X und Z haben die in der FK-Chemie üblichen Bedeutungen. In diesem Zusammenhang wird auf die Standardwerke D. Demus, Flüssige Kristalle in Tabellen, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1974 (Vol. I) und 1984 (Vol. II) und H. Kelker, R. Hatz, Handbook of Liquid Crystals, Verlag Chemie, Weinheim 1980, verwiesen, worin eine Vielzahl gebräuchlicher und geeigneter Reste beschrieben ist.The radicals R 1 , R 2 , R 3 , X and Z have the meanings customary in LC chemistry. In this context, reference is made to the standard works D. Demus, Liquid Crystals in Tables, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1974 (Vol. I) and 1984 (Vol. II) and H. Kelker, R. Hatz, Handbook of Liquid Crystals, Verlag Chemie, Weinheim 1980, referenced, which describes a variety of common and suitable residues.
In den Formeln I bis IV bedeuten R1, R2 und R3 unpolare Flügelgruppen, und zwar jeweils unabhängig voneinander vorzugsweise einen Alkyl-, Alkenyl-, Alkoxy- oder einenIn the formulas I to IV, R 1 , R 2 and R 3 denote non-polar wing groups, in each case independently of one another preferably an alkyl, alkenyl, alkoxy or one
Oxaalkylrest mit jeweils 1 bis 12 C-Atomen.Oxaalkyl radical with 1 to 12 carbon atoms each.
Falls R1, R2 und/oder R3 Alkylreste und/oder Alkoxyreste bedeuten, so können diese geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise sind die geradkettig und bedeuten demnach bevorzugt Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl, Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, Pentoxy, Hexoxy oder Heptoxy, ferner Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl, Dodecyl, Octoxy, Nonoxy, Decoxy, Undecoxy. Oxaalkyl bedeutet vorzugsweise geradkettiges 2-Oxapropyl (= Methoxymethyl), 2- (= Ethoxymethyl) oder 3-Oxabutyl (= 2-Methoxyethyl), 2-, 3- oder 4-Oxapentyl, 2-, 3-, 4-oder 5-Oxahexyl, 2-, 3-, 4-, 5- oder 6-Oxaheptyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder 7-Oxaoctyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder 8-Oxanonyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder 9-Oxadecyl.If R 1 , R 2 and / or R 3 are alkyl radicals and / or alkoxy radicals, these can be straight-chain or branched. They are preferably straight-chain and accordingly are preferably methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl, methoxy, ethoxy, propoxy, butoxy, pentoxy, hexoxy or heptoxy, furthermore octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, octoxy, nonoxy , Decoxy, undecoxy. Oxaalkyl preferably means straight-chain 2-oxapropyl (= methoxymethyl), 2- (= ethoxymethyl) or 3-oxabutyl (= 2-methoxyethyl), 2-, 3- or 4-oxapentyl, 2-, 3-, 4- or 5- Oxahexyl, 2-, 3-, 4-, 5- or 6-oxaheptyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- or 7-oxaoctyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6 -, 7- or 8-oxanonyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- or 9-oxadecyl.
Verzweigte Gruppen dieser Art enthalten in der Regel nicht mehr als eine Kettenverzweigung. Bevorzugte verzweigte Reste R1, R2 und R3 sind Isopropyl, 2-Butyl (= 1-Methylpropyl), Isobutyl (= 2-Methylpropyl),Branched groups of this type usually contain no more than one chain branch. Preferred branched radicals R 1 , R 2 and R 3 are isopropyl, 2-butyl (= 1-methylpropyl), isobutyl (= 2-methylpropyl),
2-Methylbutyl, Isopentyl (= 3-Methylbutyl), 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 2-Ethylhexyl, 2-Propylpentyl, Isopropoxy, 2-Methylpropoxy, 2-Methylbutoxy, 3-Methylbutoxy, 2-Methylpentoxy, 3-Methylpentoxy, 2-Ethylhexoxy, 1-Methylhexoxy, 1-Methylheptoxy.2-methylbutyl, isopentyl (= 3-methylbutyl), 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 2-ethylhexyl, 2-propylpentyl, isopropoxy, 2-methylpropoxy, 2-methylbutoxy, 3-methylbutoxy, 2-methylpentoxy, 3-methylpentoxy, 2-ethylhexoxy, 1-methylhexoxy, 1-methylheptoxy.
Falls R1, R2 und/oder R3 Alkenylreste bedeuten, so können diese geradkettig oder verzweigt sein. Vorzugsweise sind sie geradkettig und haben 2 bis 10 C-Atome. Sie bedeuten demnach besonders Vinyl, Prop-1-, oder Prop2-enyl, But-1-, 2- oder But-3-enyl, Pent-1-, 2-, 3-oder Pent-4-enyl, Hex-1-, 2-, 3-, 4- oder Hex-5-enyl, Hept-1-, 2-, 3-, 4-, 5- oder Hept-6-enyl, Oct-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder Oct-7-enyl, Non-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder Non-8-enyl, Dec-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder Dec-9-enyl.If R 1 , R 2 and / or R 3 are alkenyl radicals, these can be straight-chain or branched. They are preferably straight-chain and have 2 to 10 carbon atoms. Accordingly, they mean in particular vinyl, prop-1- or prop2-enyl, but-1-, 2- or but-3-enyl, pent-1-, 2-, 3- or pent-4-enyl, hex-1 -, 2-, 3-, 4- or hex-5-enyl, hept-1-, 2-, 3-, 4-, 5- or hept-6-enyl, oct-1-, 2-, 3- , 4-, 5-, 6- or oct-7-enyl, non-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- or non-8-enyl, dec-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- or Dec-9-enyl.
Q1 bedeutet 1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Phenylen, Q2 und Q3 1,4-Cyclohexylen und 1,4-Cyclohexenylen, wobei jedoch in einer Verbindung, die Q2 und Q3 enthält, nur einer dieser beiden Ringe 1,4-Cyclohexenylen sein kann. Unter den. Doppelbindungsisomeren des 1,4-Cyclohexenylens sind diejenigen ganz besonders bevorzugt, in denen eines der Atome C1 oder C4 Teil der Doppelbindung ist. X bedeutet eine polare Flügelgruppe, und zwar vorzugsweise -CF3, -NO2, -CN und F. Ganz besonders bevorzugt sind -CF3, -CN und F. Das Brückenglied Z bedeutet vorzugsweise -CO-O-, -O-CO-, -CH2O-, -OCH2- oder -CH2CH2-. Weiterhin bedeutet Z auch eine Einfachbindung. Besonders bevorzugt sind -CO-O-, -O-CO-, -CH2CH2- und Einfachbindung.Q 1 represents 1,4-cyclohexylene or 1,4-phenylene, Q 2 and Q 3 1,4-cyclohexylene and 1,4-cyclohexenylene, but only one of these two in a compound containing Q 2 and Q 3 Rings can be 1,4-cyclohexenylene. Among the. Double bond isomers of 1,4-cyclohexenylene are very particularly preferred those in which one of the atoms C 1 or C 4 is part of the double bond. X denotes a polar wing group, preferably -CF 3 , -NO 2 , -CN and F. -CF 3 , -CN and F are particularly preferred. The bridge member Z preferably denotes -CO-O-, -O-CO -, -CH 2 O-, -OCH 2 - or -CH 2 CH 2 -. Z also means a single bond. -CO-O-, -O-CO-, -CH 2 CH 2 - and single bond are particularly preferred.
Die dielektrisch positiven Verbindungen der Formel I entsprechen somit denen der Teilformeln Ia und Ib.The dielectric positive compounds of formula I thus correspond to those of sub-formulas Ia and Ib.
Ia
Figure imgf000009_0001
Ib
I a
Figure imgf000009_0001
Ib
Die dielektrisch positiven Verbindungen der Formel II entsprechen somit denen der Teilformeln IIa und IIb.The dielectric positive compounds of formula II thus correspond to those of sub-formulas IIa and IIb.
IIa Ilb
Figure imgf000009_0002
I Ia Ilb
Figure imgf000009_0002
Die bevorzugten dielektrisch neutralen Verbindungen der Formel III entsprechen denen der Teilformein IIIa bis IIIcThe preferred dielectric neutral compounds of formula III correspond to those of subforms IIIa to IIIc
IIIb
Figure imgf000009_0003
II10
I IIb
Figure imgf000009_0003
II10
Die bevorzugten dielektrisch neutralen Verbindungen der Formel IV entsprechen denen der Teilformeln IVa bis IVj. _* The preferred dielectrically neutral compounds of the formula IV correspond to those of the sub-formulas IVa to IVj. _ *
- 8 ¬- 8 ¬
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001
Dementsprechend sind insbesondere diejenigen Verbindungen der Teilformeln la, Ib, Ila, Ilb, IIIa bis IIIc und IVa bis IVj bevorzugt, in denen R1, R2, R3, X und Z die angegebenen bevorzugten Bedeutungen besitzen. Von den Verbindungen der Teilformeln IVa sind somit solche derAccordingly, those compounds of the sub-formulas la, Ib, Ila, Ilb, IIIa to IIIc and IVa to IVj in which R 1 , R 2 , R 3 , X and Z have the preferred meanings given are particularly preferred. Of the compounds of sub-formulas IVa, those of
Unterformeln IVaa bis IVac ganz besonders bevorzugt.Sub-formulas IVaa to IVac are particularly preferred.
Figure imgf000010_0002
Von den Verbindungen der Teilformel IVb sind somit solche der Unterformeln IVba bis IVbc ganz besonders bevorzugt.
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000010_0002
Of the compounds of sub-formula IVb, those of sub-formulas IVba to IVbc are therefore particularly preferred.
Figure imgf000011_0001
Die einzelnen Verbindungen der Formeln I-IV der erfindungsgemäßen Flüssigkristallphasen sind entweder bekannt oder ihre Herstellungsweisen sind für den einschlägigen Fachmann aus dem Stand der Technik ohne weiteres abzuleiten, da sie auf in der Literatur beschriebenen Standardverfahren basieren.The individual compounds of the formulas I-IV of the liquid-crystal phases according to the invention are either known or their mode of preparation can be readily derived from the prior art for the person skilled in the art, since they are based on standard processes described in the literature.
Entsprechende Verbindungen werden beispielsweise in derCorresponding connections are for example in the
DE 27 02 598, 26 36 684, 29 22 236, 32 33 641, 33 21 373, 28 00 553, 32 11 601, 33 17 597 und 30 23 368 und der EP 00 94487 beschrieben.DE 27 02 598, 26 36 684, 29 22 236, 32 33 641, 33 21 373, 28 00 553, 32 11 601, 33 17 597 and 30 23 368 and EP 00 94487.
Von den erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen sind insbesondere diejenigen bevorzugt, die mindestens eine dielektrisch positive Komponente I oder II und mindestens eine dielektrisch neutrale Komponente III oder IV, oder diejenigen, die mindestens zwei dielektrisch positive Komponenten enthalten, wobei mindestens eine der Komponenten I oder II keinen 1,4-Phenylrest enthält.Of the liquid crystal mixtures according to the invention, preference is given in particular to those which contain at least one dielectrically positive component I or II and at least one dielectrically neutral component III or IV, or those which contain at least two dielectrically positive components, at least one of components I or II not having 1, Contains 4-phenyl radical.
Im ersten Fall enthält die Mischung vorzugsweise 2 bis 60, insbesondere 5 bis 40 % einer dielektrisch positiven Komponente und 40 bis 98, insbesondere 60 bis 95 % einer oder mehrerer dielektrisch neutraler Komponenten.In the first case, the mixture preferably contains 2 to 60, in particular 5 to 40% of a dielectrically positive component and 40 to 98, in particular 60 to 95% of one or more dielectrically neutral components.
Für den Fall, daß die Mischung mindestens zwei dielektrisch positive Komponenten enthält, wobei mindestens eine der Komponenten I oder II keinen 1,4-Phenylenrest enthält, so sind vorzugsweise 50 bis 95 %, insbesondere 70 bis 90 % der 1,4-Phenylen-freien Verbindung in der Mischung enthalten.In the event that the mixture contains at least two dielectrically positive components, at least one of components I or II having no 1,4-phenylene radical contains, so preferably 50 to 95%, in particular 70 to 90% of the 1,4-phenylene-free compound in the mixture.
In den erfindungsgemäßen Flüssigkristallmischungen sind vorzugsweise 50 bis 100 %, insbesondere 80 bis 95 %. Einzelverbindungen, ausgewählt aus der Gruppe der Formeln I bis IV enthalten.The liquid crystal mixtures according to the invention are preferably 50 to 100%, in particular 80 to 95%. Contain individual compounds selected from the group of formulas I to IV.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung enthält die Mischung ausschließlich Fluor-freie Komponenten.In a particular embodiment of the invention, the mixture contains only fluorine-free components.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Mischungen erfolgt in an sich üblicher Weise. In der Regel wird die gewünschte Menge der in geringerer Menge verwendeten Komponenten in der den Hauptbestandteil ausmachenden Komponenten gelöst, zweckmäßig bei erhöhter Temperatur. Es ist auch möglich, Lösungen der Komponenten in einem organischen Lösungsmittel, z.B. in Aceton, Chloroform oder Methanol, zu mischen und das Lösungsmittel nach Durchmischung wieder zu entfernen, beispielsweise durch Destillation.The mixtures according to the invention are prepared in a conventional manner. As a rule, the desired amount of the components used in smaller amounts is dissolved in the components which make up the main constituent, advantageously at elevated temperature. It is also possible to use solutions of the components in an organic solvent, e.g. in acetone, chloroform or methanol, and to remove the solvent after mixing, for example by distillation.
Die erfindungsgemäßen Mischungen eignen sich als Overlay-Materialien für polymere oder Glaswellenleiter und zeichnen sich durch kleine Viskosität sowie einen breiten Mesophasenbereich aus. Als Polymere können die gebräuchlichen Poly(meth)acrylate, Polysiloxane, Polyimide oder auch andere, dem Fachmann bekannte Materialien Verwendung finden.The mixtures according to the invention are suitable as overlay materials for polymeric or glass waveguides and are notable for their low viscosity and a wide mesophase range. The usual poly (meth) acrylates, polysiloxanes, polyimides or other materials known to the person skilled in the art can be used as polymers.
Wichtige Einsatzgebiete dieser mit Overlay-Materialien bedeckten Wellenleiter sind elektrooptische Schalter, Koppler, Modulatoren und Polarisatoren in der integrierten Optik auf dem Gebiet der Datenübertragung und optischen Sensortechnik. Die beiliegende Zeichnung (Fig. 1) zeigt beispielhaft den Aufbau eines elektrooptischen Schaltelemtes. Der Übersichtlichkeit halber wurde hier auf eine maßstabsgerechte Wiedergabe der Komponenten 1 bis 6 zueinander verzichtet.Important areas of application for these waveguides covered with overlay materials are electro-optical switches, couplers, modulators and polarizers in integrated optics in the field of data transmission and optical sensor technology. The accompanying drawing (Fig. 1) shows an example of the structure of an electro-optical switching element. For the sake of clarity, components 1 to 6 are not reproduced to one another to scale.
Das Element besteht aus einem Substrat (1) mit einem eingeschriebenen Wellenleiter (2). Auf beiden Seiten des Wellenleiters ist eine auf der Substratoberfläche aufgebrachte Elektrode (3) angeordnet, die mit einer Spannungsquelle (nicht abgebildet) verbunden sind. Der Raum oberhalb des Wellenleiters und eines Teils der Elektroden wird vom Overlay-Material, der Flüssigkristallmischung (4), ausgefüllt. Dieser Raum ist seitlich durch Spacer (5) und nach oben durch eine Glasplatte (6) abgegrenzt. Der Wert des Brechungsindexes des Wellenleitermaterials ist dabei größer als der des Substrats und liegt zwischen den Werten für no und ne derThe element consists of a substrate (1) with an inscribed waveguide (2). An electrode (3), which is applied to the substrate surface and is connected to a voltage source (not shown), is arranged on both sides of the waveguide. The space above the waveguide and part of the electrodes is filled by the overlay material, the liquid crystal mixture (4). This space is delimited on the side by spacers (5) and on the top by a glass plate (6). The value of the refractive index of the waveguide material is larger than that of the substrate and lies between the values for no and ne
Flüssigkristallmischung, ist aber höchstens so groß wie der für ne.Liquid crystal mixture, but is at most as large as that for n e .
Dieses Element kann auf verschiedene Weise verwendet werden. In einer Anwendung sind die Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle im feldfreien Zustand so vororientiert, daß die Vorzugsrichtung zwischen den Elektroden senkrecht zur Substratoberfläche steht (homöotrop). Das Anlegen eines elektrischen Feldes führt zum Umklappen der Moleküle in Feldrichtung und damit zur Änderung der Wellenleitungseigenschaften. So wird beispielsweise nach Anlegen des Feldes eine im Wellenleiter ankommende TE-Welle nicht mehr weitergeführt. Damit kann dieses Bauelement beispielsweise als Polarisator für unpolarisiertes Licht oder als EIN/AUS-Schalter für linear polarisiertes Licht dienen. Bei variierter Ansteuerung ist auch die Verwendung als Modulator möglich. Alternativ dazu können auch die Elektroden oberhalb und unterhalb des Wellenleiters angebracht und auch die Flüssigkristallmoleküle parallel zur Substratoberfläche vororientiert werden. Das Schaltprinzip bleibt dabei unverändert.This element can be used in different ways. In one application, the longitudinal axes of the liquid crystal molecules are so pre-oriented in the field-free state that the preferred direction between the electrodes is perpendicular to the substrate surface (homeotropic). The application of an electric field causes the molecules to flip in the direction of the field and thus to change the waveguide properties. For example, once the field has been created, a T E wave arriving in the waveguide is no longer continued. This component can thus serve, for example, as a polarizer for unpolarized light or as an ON / OFF switch for linearly polarized light. If the control is varied, it can also be used as a modulator. Alternatively, the electrodes can also be attached above and below the waveguide and the liquid crystal molecules can also be pre-oriented parallel to the substrate surface. The switching principle remains unchanged.
Das folgende Beispiel soll die Erfindung erläutern, ohne sie zu begrenzen.The following example is intended to illustrate the invention without limiting it.
Es bedeutetIt means
S-N Phasenübergangs-Temperatur smektisch-nematisch Klp KlärpunktS-N phase transition temperature smectic-nematic Klp clearing point
Vor- und nachstehend sind alle Temperaturen in Grad Celsius angegeben. Die Prozentzahlen sind Gewichtsprozente.All temperatures above and below are given in degrees Celsius. The percentages are percentages by weight.
Beispiel 1example 1
Ein Gemisch ausA mixture of
15 % p-trans-4-Propylcyclohexyl-benzonitril15% p-trans-4-propylcyclohexyl benzonitrile
10 % trans,trans-4-Methoxy-4'-propylcyclohexylcyclohexan 15 % trans,trans-4-Propoxy-4'-propylcyclohexylcyclohexan 10 % trans,trans-4-Methoxy-4'-pentylcyclohexylcyclohexan 10 % trans,trans-4-Ethoxy-4'-pentylcyclohexylcyclohexan10% trans, trans-4-methoxy-4'-propylcyclohexylcyclohexane 15% trans, trans-4-propoxy-4'-propylcyclohexylcyclohexane 10% trans, trans-4-methoxy-4'-pentylcyclohexylcyclohexane 10% trans, trans-4- Ethoxy-4'-pentylcyclohexylcyclohexane
5 % trans,trans-4-Propylcyclohexyl-cyclohexan-4'-carbonsäure-trans-4-propyl-cyclohexylester 5 % trans,trans-4-Propylcyclohexyl-cyclohexan-4'-carbonsäure-trans-4-pentyl-cyclohexylester 5 % trans,trans-4-Butylcyclohexyl-cyclohexan-4'-carbonsäure-trans-4-propyl-cyclohexylester5% trans, trans-4-propylcyclohexyl-cyclohexane-4'-carboxylic acid-trans-4-propyl-cyclohexyl ester 5% trans, trans-4-propylcyclohexyl-cyclohexane-4'-carboxylic acid trans-4-pentyl-cyclohexyl ester 5% trans, trans-4-butylcyclohexyl-cyclohexane-4'-carboxylic acid-trans-4-propyl-cyclohexyl ester
5 % trans,trans-4-Butylcyclohexyl-cyclohexan-4'-carbonsäure-trans-4-pentyl-cyclohexylester 5 % trans,trans-4-Propylcyclohexyl-cyclohexan-4'-carbonsäure-4-propyl-phenylester 5 % trans,trans-4-Propylcyclohexyl-cyclohexan-4'-carbonsäure-4-pentyl-phenylester 5 % trans,trans-4-Butylcyclohexyl-cyclohexan-4'-carbonsäure-4-propyl-phenylester 5 % trans,trans-4-Butylcyclohexyl-cyclohexan-4'-carbonsäure-4-pentyl-phenylester5% trans, trans-4-butylcyclohexyl-cyclohexane-4'-carboxylic acid-trans-4-pentyl-cyclohexyl ester 5% trans, trans-4-propylcyclohexyl-cyclohexane-4'-carboxylic acid-4-propyl-phenyl ester 5% trans, trans-4-propylcyclohexyl-cyclohexane-4'-carboxylic acid-4-pentyl-phenyl ester 5% trans, trans- 4-Butylcyclohexyl-cyclohexane-4'-carboxylic acid-4-propyl-phenyl ester 5% trans, trans-4-butylcyclohexyl-cyclohexane-4'-carboxylic acid-4-pentyl-phenyl ester
zeigt S-N < -20°, Klp 91° und folgende no- und ne-Werte, gemessen bei 20°:shows SN <-20 °, Klp 91 ° and the following n o and n e values, measured at 20 °:
no ne λ [nm] n o n e λ [nm]
1.4768 1.5441 5891.4768 1.5441 589
1.4720 1.5414 6331.4720 1.5414 633
1.4690 1.5339 9001.4690 1.5339 900
1.4664 1.5300 1300 1.4664 1.5300 1300

Claims

Patentansprüche Claims
1. Flüssigkristallmisöhung, frei von flüssigkristallinen Komponenten mit (CF2-CF2)n-Einheiten, worin n eine natürliche Zahl bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Brechungsindex no der Mischung kleiner und der Wert des Brechungsindex ne der Mischung mindestens so groß ist wie ein Wert, ausgewählt aus dem Intervall 1,46-1,52.1. Liquid crystal mixture, free of liquid crystalline components with (CF 2 -CF 2 ) n units, in which n is a natural number, characterized in that the value of the refractive index n o of the mixture is smaller and the value of the refractive index n e of the mixture is at least is as large as a value selected from the interval 1.46-1.52.
2. Mischung nach Anspruch 1, enthaltend eine dielektrisch positive Komponente, ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln I und II,2. Mixture according to claim 1, comprising a dielectric positive component selected from the group of compounds of the formulas I and II,
II
Figure imgf000016_0001
und gegebenenfalls eine dielektrisch neutrale Komponente, ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln III und IV,
II
Figure imgf000016_0001
and optionally a dielectric neutral component selected from the group of the compounds of the formulas III and IV,
R2-Q2-Q3-R3 III R2-Q2~Q3-Z-Q1-R3 IVR 2 -Q 2 -Q 3 -R 3 III R 2 -Q 2 ~ Q 3 -ZQ 1 -R 3 IV
worinwherein
Q1 1,4-Cyclohexylen oder 1,4-Phenylen, Q2, Q3 1,4-Cyclohexylen, einer der Ringe Q2 oder Q3 auch 1,4-Cyclohexenylen,Q 1 1,4-cyclohexylene or 1,4-phenylene, Q 2 , Q 3 1,4-cyclohexylene, one of the rings Q 2 or Q 3 also 1,4-cyclohexenylene,
R1, R2, R3 unpolare Flügelgruppen,R 1 , R 2 , R 3 non-polar wing groups,
x eine polare Flügelgruppe,x a polar wing group,
Z ein Brückenglied oder eine EinfachbindungZ a bridge link or a single bond
bedeuten.mean.
3. Mischung nach Anspruch 2, enthaltend mindestens eine Verbindung der Formeln I oder II, worin Q1 1,4-Cyclohexylen bedeutet, und mindestens eine weitere dielektrisch positive Komponente, ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln I und II.3. Mixture according to claim 2, comprising at least one compound of the formulas I or II, in which Q 1 is 1,4-cyclohexylene, and at least one further dielectrically positive component, selected from the group of the compounds of the formulas I and II.
4. Mischung nach Anspruch 2, enthaltend mindestens eine dielektrisch neutrale Komponente, ausgewählt aus der Gruppe der Verbindungen der Formeln III und IV.4. Mixture according to claim 2, comprising at least one dielectric neutral component, selected from the group of compounds of the formulas III and IV.
5. Verwendung der Mischung nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2, 3 und 4 als Overlay-Materialien in der integrierten Optik.5. Use of the mixture according to at least one of claims 1, 2, 3 and 4 as overlay materials in the integrated optics.
6. Elektrooptisches Schaltelement, im wesentlichen bestehend aus einem Wellenleiter und einem OverlayMaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das OverlayMaterial aus einer Mischung nach mindestens einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4 besteht. 6. Electro-optical switching element, consisting essentially of a waveguide and an overlay material, characterized in that the overlay material consists of a mixture according to at least one of claims 1, 2, 3 or 4.
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