DD160312A3

DD160312A3 - Anwendung nematischer fluessiger kristalle

Info

Publication number: DD160312A3
Application number: DD23111981A
Authority: DD
Inventors: Dietrich Demus; Wolfgang Weissflog; Horst Kresse
Original assignee: Dietrich Demus; Wolfgang Weissflog; Horst Kresse
Priority date: 1981-06-25
Filing date: 1981-06-25
Publication date: 1983-06-01
Also published as: JPS6326739B2; JPS584746A

Abstract

Die Erfindung betrifft die Anwendung nematischer fluessiger Kristalle in optoelektronischen Bauelementen zur Modulation des Lichtes sowie zur Darstellung von Ziffern, Zeichen und Abbildungen. Ziel der Erfindung sind nematische fluessige Kristalle, die fuer optoelektronische Anordnungen, vorzugsweise fuer den Zweifrequenzbetrieb, gut geeignet sind. Es wurde gefunden, dass reine oder gemischte 2-n-Alkyl-1,4-bis-(4-acyloxy)-benzene der allgemeinen Formel, wobei R hoch 3 = n-C tief m H tief 2 m + 1 mit m = 3 bis 14 bedeutet, fuer die Anwendung in optoelektronischen Baulementen sehr gut geeignet sind.

Description

Anwendung nematischer flüssiger Kristalle

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Anwendung nematischer flüssiger Kristalle in optoelektronischen Bauelementen zur Modulation des durchgehenden oder reflektierten Lichtes sowie zur Darstellung von Ziffern, Zeichen und Abbildungen.

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

!Flüssige Kristalle zeigen auf Grund ihrer dielektrische;! Anisotropie eine spezielle Wechsel'wirkung mit elektrischen Feldern und können demzufolge orientiert werden, nematische flüssige Kristalle mit positiver dielektrischer Anisotropie orientieren sich parallel zum elektrischen Feld, solche mit negativer dielektrischer Anisotropie dagegen senkrecht sum Feld. Infolge dielektrischer Relaxation kann bei gewissen

1.5' Flüssigkristallen, die bei niedrigen Frequenzen eine positive dielektrische Anisotropie besitzen, oberhalb der Relaxa— tionsfrequenz eine negative, dielektrische Anisotropie auftreten. In der !iahe der Relaxationsfrequenz (Isotropiefrequenz) ist die dielektrische Anisotropie Hull, Es wurde bereits vorgeschlagen, diesen Effekt in optoelektronischen Displays nutzbar zu machen, indem das Display mit 2 Frequenzen betrieben wird (DD-WP 107 5oT).

Diese Art der Ansteuerung ermöglicht eine Veränderung sowohl, der Hin- als auch der Rückschaltzeit ausschließlich durch Veränderung der elektrischen Feldstärke, so daß. das- bei

normalem Betrieb sehr langsame Abklingen der dielektrischen Information bedeutend verkürzt werden kann, Die bisher bekannten Substanzen für diesen Effekt besitzen entweder eineunbequem hohe Relaxationsfrequenz (im Ι,Είζ-Bereich), zu hohe Schmelztemperaturen, oder sie sind chemisch und thermisch instabil.

Bei den bisher bekannten 2-3ubst.-1, 4-bis-/!--acyl0x37-bensener

1.0 D» Bemus, H. Dennis, H. Saschke, Flüssige Kristalle in Tabellen, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig 1.976, S. 84; . WP 106 933, 108 022, 1.08 023, 116 732, 13s 473, 139 575, 139 592; ferner A. G. Griffin et al. Mol. Cr.yst. liqu. Gryst. J4, 267 (1978); T.A. Rotinjran et al.Krisca logr.23,578 (1978) . entsprechen die 2-Substituenten verhältnismäjBig kleinen Gruppen, z.B. R^ = --Gl₅ -CH^, -G₂^, -GJ, -OHpClT. Diese. Koleküle entsprechen weitgehend den klassischen Vorstellungen vom Molekülbau flüssiger Kristalle, d.h. es liegen im wesentlichen langgestreckte. Lloleküle mit stäbche-nformiger Gestalt vor. Diese Verbindungen sind auf Grund ihrer hohen Relaxationsfrequenz ebenfalls für den Zweifrequenzbetrieb wenig geeignet. Deshalb wird ständig nach neuen Substanzen gesucht, welche diese !lachteile nicht oder in nur geringem Maße zeigen.

^ O

2.5 Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung Bind neue nematische flüssige Kristalle, die für elektrooptische Anordnungen, vorzugsweise für den Zweifrequenzbetrieb, gut geeignet sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nematische flüs-

— 3

sige: Kristalle mit niedrigen Relajcationsfre-quenzer, niedrigen Schmelztemperaturen und guter thermischer und chemischer Stabilität aufzufinden.

Es v.Tirde gefunden, daß reine oder gemischte 2—n—Alkyl-1,4~ bis-/" 4-acjlosy?-benaene der allgemeinen Formel

R -GOOhS)-OOC-R

1 2

R , R=Cf

>-' °η^Η2η₊1°-<2)-' ⁰Ii^i₊1^0C0°-

mit η = 1 bis 16

- π-C IT

mit m =3 bis 14

für die Anwendung in. entsprechenden optoelektronischen Bauelementen sehr gut geeignet sind.

Die Relaxatioiisfre-quenzen von nematisch en flüssigen Kristallen mit positiver dielektrischer Anisotropie werden durch Zusatz dieser Substanzen stark zu niedrigen Werten verschoben. Die Moleküle von Flüssigkristallen müssen, wie bereits die Untersuchungen von Vorländer /"D* Vorländer, Chemische. Kristallographie der Flüssigkeiten, Leipzig 1924_? sowie auch die gesamte neuere Literatur /"D. Demus, E. Demus und H. Zaschke, Flüssige Kristalle 'in Tabellen, VS3 Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 2. Aufl., Leipzig 1976/,zeigen, einen möglichst langgestreckten liolekülbau besitzen, In Substanzen vom üyp der 2—subst.-1,4-bis-/4-acyloxv7~ben~ z:ene sind deshalb nur bei kleinen 2-Suostituenten kristal- lin-flüssige . Eigenschaften zu erwarten, Ss'ist völlig überraschend, daß. die in' 2-Stellung mit längeren n-Alkylketten substituierten Derivate kristallin—flüssige Eigenschaften besitzen, denn die Llolekülgestalt ist bei den Verbindungen mit längerer Alkylkette R auch nicht mehr annähernd stab— chenförmig.

Λ _

Die zweite völlig überraschende Eigenschaft ist die hohe Viskosität dieser Substanzen, wie folgende Zusammenstellun ausweist:

CH

3"

) -C E=Ii-

-OQO

' 4 9

-ClT

Viskosität bei 2.0 c St

30

1088

1-0 Hur auf Grund dieser beiden überraschenden Eigenschaften ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Substanzen in Displays mit 2weifrequenzansteuerung überhaupt möglich und sinnvoll, denn einerseits müssen die Stoffe nematisch sein und andererseits niedrige 5.elas:a.tionsfrequenzen, die durch eine hohe Viskositat zustande kommen, besitzen.

Die erfindungsgemäßen Substanzen besitzen gute thermische und chemische Stabilität und teilweise sehr niedrige Umv/andlungst emp eraturen.

Ausführungsb elspiele

20 Beispiel 1

Die nachfolgenden Tabellen 1 und 2 zeigen die Umwandlungstemperaturen einiger erfindungsgemäßer Substanzen,

-X-

S - 4 -

23

2-n-Alkyl-1,4-

Tabelle 1

=R

R-

CH₃O	°3^Η7	. 127	♦ 135,5
CH₃O		• 122-124,5	.(105,5)
CH₃O	C₅H₁₁	. 98-100	♦ ( 85)
CH₃O	^C6^H13	. 90-91,5	♦ ( 77)
CH₃O	C₇H₁₅	. 81-82	.(70)
CH-, 0	^C8^H17	. 81-82	;( 67) .---
CH,0	C₉H₁₉	. 90-91	.( 64-65)
	^C10^H21	♦ 83-83,5	.(60-61)
/t"f.T /\		. 81-81,5	.(58)
CH₃O	^G12^H25	• 89-90	.( 5-6)
C₂H₅O	C₃H₇	. 150-153	. 155-156
Ο( TT I^-N	C₄H₉	. 148-151 (	♦ 130-131)
C₃H₇O	CH	. 87- 89	120-121,5
C₃H₇O		. 109-111 (	. 99-100)
A Q		. 84- 86	. 125,5-126
A. Q	C₄H₉	. 104-105	. 110
C₅H₁₁O	C₃H₇	. 81- 83	. 106-106,5
C₅H₁₁O	^C4^H9	. 85- 86	.94
CgH₁₃O	C₃H₇	. 56- 59	. 107-107,5
	C₄H₉	. 67- 68	. 96,5
C₆H₁₃O		♦ 77-78,5	• 88
	^C6^H13	. '60-61	. 83
		. 59-61	. 79-79,5
CgH₁₃O	C₈H₁₇	. 66-68,5	. 77
	C₉H₁₉	. 66-68	. 76,5
C₆H₁₃O	^C10^H21	. 67-68	. 72

23 11 19

1. .Fortsetzung Tab, 1:

R¹ = R² R³ K Ή

. 69-71 . 69

♦ 62-65 . . 67

C₆H₁₃O C₁₆H₃₃ . 58-61 ♦ 64-64,5

C₇H₁₅O C₃H₇ . 56-58 . 99

Q₇H₁₅O C₄H₉ . 65-67 . 90

C₇H₁₅O C₅H₁₁ . 74-75 . 83

C₇H₁₅O C₆H₁₃ . 59-60 . 79

ΊΟ ^σ7^Η ₁₅° C₇H₁₅ . 54-56 . 75,5

C₇H₁₅O C₈H₁₇ . 59-60 . 74

C₇H₁₅O C₉H₁₉ . 60-61 . 73,5

C₇H₁₅O C₁₀H₂₁ . 58-60 . 69,5

C₇H₁₅O C₁₁H₂₃ . 66-67,5 . 67,5 '

-J₅ C₇H₁₅O ^σ ₁₂ ^Η25 ^{# β1}-⁶¹'⁵ · ^δ5>⁵

C₇H₁₅O °16^Η33 * ^δ6~⁶⁷ (' ^δ2 )

C₈H₁₇O C₃H₇ . 51-52,5 . 97,5-98

C₈H₁₇O C₄H₉ . 57-58 ♦ 91

C₈H₁₇O C₅H₁₁ . 68-69,5 ♦ 84,5

C₈H₁₇O C₆H₁₃ . 61-62 . 81,5

C₈H₁₇O C₇H₁₅ ♦ 52-53 . 78,5

C₈H₁₇O C₈H_n . 57-58,5 . 77,5

C₈H₁₇O C₉H₁₉ . 65-67 . 77

C₈H₁₇O °10^Η21 * ⁵⁹~⁶° * ⁷⁴

C₈H₁₇O C₁₁H₂₃ . 49-51,5 ♦ 72

C₈H₁₇O ^G12^H25 * ⁵⁵~⁵⁶ * ^β9>5

C₈H₁₇O ^C16^H33 * ⁶⁵~⁶⁷ ' ^β9~⁶⁹»⁵

C₉H₁₉O C₃H₇ . 49-51 . 91-91,5

C₉H₁₉O C₄H₉ . 58-61 -. 84-85

C₉H₁₉O C₅H₁₁ . 64-66 . 78 ·

C₉H₁₉O C₆H₁₃ . 64-65 . 76-76,5

C₉H₁₉O C₇H₁₅ . 53-54 . 73-73,5

C₉H₁₉O C₈H_{17 ο} 54-56 . 72,5

i 23111

2. Fortsetzung Tab, 1:

R¹ = R² R³ K Ή

5	σ	9^Η19°
	σ	9^Η19°
	σ η	9^Η19° TT
	Vv C	10^η21 3^Η7
10	C C	4^Η9
	C	5 11 6^Η13
	σ	6^Η13
	C	6^Η13
15	C	6^Η13
	C	6^Η13
	C	6^Η13
	C	6^Η13
	C	6^Η13
20	σ	β^Η13
	C	6^Η13
	σ	6^Η13

C₉H₁₉ . 60-61 .73

C₁₀H₂₁ . 60-61 . 70

C₁₁H₂₃ . 52-53,5 . 67,5

C₁₂H₂₅ . 41-43 . 66

C₁₆H₃₃ . 64-66 . 66-66,5

C₃H₇ . 60-63 . 92-92,5

C₆H₁₃ . 63-65 . (33-33,5)

C₆H₁₃ . 59-62 . (18-19)

C₆H₁₃ . 31-33,5 . 40,5-41

C₃H₇ . 46-48 . 51-52

C₄H₉ . 54-57 .( 37-38)

C₅H₁₁ . 48-51 .( 30-31)

CgH₁₃ . 27-29 . 28

C₇H₁₅ . 44-45 .( 23,5)

C₈H₁₇ . 48-49,5 .(20,5-21)

C₉H₁₉ . 52-53,5 .( 18 )

C₁₀H₂₁ . 56-56,5 ·( 17 )

C₁₁H₂₃ . 62-64 .(15-15,5)

. 45-47 .( 15 )

C₁₆H₃₃ . 41-43 .( 15 ) ·

J₇H₁₅ C₃H₇ . 45-47 .60-62

C₇H₁₅ C₆H₁₃ · 18-19 · 40,5-41,5

25 C₈H₁₇COO C₆H₁₃ . 70-72 . 94-95

C₈H₁₇GOO C₇H₁₅ . 78-79,5 . 87-89

C₄H₉OCOO CgH₁₃ . 79-82 . 81-84

C_AH_g0C00 C₇H₁₅ . 63-65 . 73-75

231 1 13 k

Tabelle 2 2-n-Alkyl-1,4-bis-/_>""4-n-pentyl-cyclohexancarbonylosy_7-

R² K H . I Ausbeute (%

G₃H₇ . 58-58,5 . 99-100 , 57,0

C₄H₉ . 59-60 .79 . 51,4

C₅H₁₁ . 64-65 . 66,5-67 . 46,5

C₆H₁₃ . 41-43 . 58,5 ♦ 38,1

-IO C₇H₁. ♦ 46-48 . 52 . 44,6

Beispiel 2

Hohe Viskositäten verursachen niedrige Relaxationsfrequenzen nematischer flüssiger Kristalle.

Viskositäten von 2-n-0ctyl-1,4-bis-/~4-n-octyloxybenzoyloxy_i_7-benzen (in nematischer Phase V¹^₁)

t/°C 25 56 64 76 ^₁ZcSt 960 167 115 72

Im Vergleich dazu ist die Viskosität von 4-n-Alkyloxy-benzoesäure-4^f-ii-alkylo2:yphenylestern um den Paktor 10 kleiner.

Beispiel 3

Isotropiefrequenzen f einer Mischung von 60 Mol-% 2-n~0ctyl-1,4-"bis-_J/~"4-n-octyloxybenzoylo2y_7'-'benzenen und 40 Mol-% 4-n-0ctylozybenzoesäure-4-(ß-cyanethyl)-phenylester:

t/°C 20 25 33 48 f_o/kHz 8 16 47 250

Der Klärpunkt der Mischung beträgt 68 ⁰C. Bei Raumtemperatur beträgt die Schwel!spannung im jtfiederfrequenzbereich 2,5 V.

231119 4

Beispiel 4

Das Gemisch entsprechend Beispiel 3 wird in einer Zelle folgender Bauart verwendet: Sine dürme Schicht (5 "bis 30 /Um Schichtdicke) des Plüssigkristalls wird zwischen zwei Glasscheiben, welche innen mit einer transparenten, elektrisch leitenden Schicht (SnOp oder In₂O^) versehen ist, gebracht und der Abstand durch Einfügen von Abstandshaltern konstant gehalten. Diese Anordnung befindet sich zwischen gekreuzten Polarisatoren. Bei einer Spannung von 5 7/50 :Mz löscht die Zelle das Licht vollständig aus, bei 5 V/12 kHz stellt sich dagegen der transparente Zustand ein.

Claims

231

Erfindungsanspruch

1. Anwendung nematischer flüssiger Kristalle in opto elektronischen Anordnungen, vorzugsweise mit Zwei frequenzansteuerung, gekennzeichnet dadurch, daß reine oder gemischte 2-n-Alkyl-1 ^-"bis-^^ oxy_7~benzene der allgemeinen Formel

- OCC -R²

^Cn^H2n-f1^0C0°-

^Cn^H2n₊1°

mit η = 1 bis

E³ = n-C_mH_2m+1 mit m = 3 bis eingesetzt werden.