DD245895A1 - Anwendung nematischer kristallin-fluessiger gemische - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft nematische kristallin-fluessige Gemische, die in optoelektronischen Bauelementen genutzt werden koennen. Das Ziel der Erfindung sind Substanzen, welche die Eigenschaften von Mischungen in Richtung hoher Klaertemperaturen bei gleichzeitig guenstigen Schaltzeiten beeinflussen. Es wurde gefunden, dass Verbindungen der allgemeinen Formel bedeuten, in nematischen Gemischen in Mengen von 5 bis 40% die Klaerpunkte bedeutend erhoehen, ohne die Viskositaet wesentlich zu vergroessern, so dass guenstige Schaltzeiten erzielt werden. Die Erfindung kann zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente (Displays) fuer Uhren, Rechner und andere Geraete genutzt werden.

Description

^CD^H2D₊1

-qp-

^R = ^Cm^H2m₊1

mit n, m = 1 bis 10

bedeuten, in Mengen von 5 bis 40% zugesetzt werden.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft nematische kristallin-flüssige Gemische, die in optoelektronischen Bauelementen (Displays) zur Modulation des durchgehenden oder auffallenden Lichtes sowie zur Darstellung von Ziffern, Zeichen und'Abbildungen genutzt werden können.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist eine sehr große Zahl von kristallin-flüssigen, überwiegend nematischen Verbindungen bekannt [D. Demus, H. Demus, H.Zaschke: Flüssige Kristalle in Tabellen, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig, 2. Aufl. 1976]. Keine der bekannten Verbindungen besitzt in reinem Zustand solche Eigenschaften, die einen unmittelbaren Einsatz in optoelektronischen Bauelementen ermöglichen würden. Esistjedoch bekannt, daß man durch Mischen mehrerer Verbindungen die Eigenschaften in einer Weise verändern kann, daß die Schmelz- und Klärtemperaturen, die Schwellspannung, die dielektrische und optische Anisotropie, die Viskosität und andere Eigenschaften einen Einsatz des Gemisches in optoelektronischen Bauelementen zulassen. Für die Veränderung der Eigenschaften der Gemische benötigt man immer wieder neue Komponenten, welche die Gemische in Richtung der durch die technische Weiterentwicklung geforderten Richtung verbessern. Ein wichtiges Ziel besteht darin. Mischungen mit hohen Klärtemperaturen, jedoch gleichzeitig günstigen Schaltzeiten zu erhalten. Zur Erreichung hoher Klärtemperaturen kann man Substanzen mit einem ausgedehnten linearen Ringsystem zusetzen, wobei jedoch auch die Viskositäten und damit die Schaltzeiten stark ansteigen [H. Kelker, R. Hatz: Handbookof Liquid Crystals, Verlag Chemie, Weinheim 1980]. - ^:

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung sind Substanzen, welche die Eigenschaften von Mischungen in Richtung hoher Klärtemperaturen bei gleichzeitig günstigen Schaltzeiten beeinflussen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist das Auffinden geeigneter flüssig-kristalliner Mischungskomponenten

Es wurde gefunden, daß Verbindungen der allgemeinen Formel

v/ob ei R =

^Gn^H2n+1

^{R = C}m^H2rn+1

mit n, m = 1 bis 10

bedeuten, in nematischen Gemischen in Mengen von 5 bis 40% die Klärpunkte bedeutend erhöhen, ohn-e die Viskosität

wesentlich zu vergrößern, so daß günstige Schaltzeiten erzielt werden.

Die meisten der neuen Verbindungen sind im reinen Zustand smektisch, jedoch in geeigneten Gemischen nematisch und '

deshalb für optoelektronische Bauelemente, z. B. auf der Basis des TNP-Effektes, verwendbar.

Die neuen Verbindungen sind farblos und sehr stabil gegenüber Feuchtigkeit, Wärme und elektrischen Feldern.

Die neuen Verbindungen werden erhalten durch Umsetzen von 4-Methoxyphenylessigsäure und Alkylbenzen sowie

anschließender Reduktion zu einem substituierten Diphenylethan, das nach Etherspaltung durch Hochdruckhydrierung zunächst zu einem substituierten Di-cyclohexyl-ethan 2 hydriert und danach mit einem Säurechlorid zu einem 1-[4-Acyloxy-cyclohexyl]-2-[4-alkylcyclohexyl]-ethan 3 verestert wird.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1

Herstellung der Verbindungen

Die Synthese erfolgt nach folgendem Schema:

\5/^2~^2 2

+ R¹-/ A VGOGl

-GOO-/ HY-CH₂-GH₂-< H VR'

oder

Das subst. Phenol 1 wird nach bekannten Verfahren aus 4-Methoxyphenylessigsäure und Alkylbenzenen hergestellt.

Synthese des 4-(4-Pentylcyclohexyl-ethyl)-cyclohexanols 2

Es werden 28g (0,096 mol) 4-[2-(4-Pentylcyclohexyl)-ethyl]-phenol in 300 ml absolutem Alkohol gelöst und mit 50 g RANEY-Nickel yersetzt. Bei 12,6MPa (125at) Wasserstoffdruck und 15°C wird das Produkt etwa 10 Stunden im Autoklaven geschüttelt, bis kein Druckabfall mehr zu beobachten ist. Nach Abkühlen des Reaktionsgefäßes wird der Katalysator vom Lösungsmittel abgetrennt und das Lösungsmittel am Rotationsverdampfer entfernt. Nach fraktionierter Destillation wird eine konstant siedende,

sirupartige Flüssigkeit erhalten.

Der Siedepunkt beträgt 180⁰C bei 0,2 Torr. Die Ausbeuten an hydriertem Produkt liegen bei 75%.

Veresterung

2,82g (0,01 mol) des Cyclohexanols werden in 50 ml trockenem Pyridin mit deräquimolaren Menge Säurechlorid tropfenweise

versetzt. Nach gutem Rühren wird der Ansatz bei Raumtemperatur 12h stehen gelassen, dann weitere 5 bis 6h unter Rühren im

Wasserbad erhitzt. Das abgekühlte Reaktionsgemisch wird auf schwefelsaures Eiswasser gegossen und wie üblich

aufgearbeitet.

Die Ester 3 werden aus Methanol bis zur Konstanz der Schmelz- und Phasenübergangstemperaturen umkristallisiert.

Beispiel 2

Tab. 1 gibt die Umwandlungstemperaturen einiger Substanzen der allgemeinen Formel

R¹ -

Tabelle 1

Verb.

R¹

C₄H

4Π9

C₂H₅

44

66

•126

•134

^C5^H11°-(O>-

^C4^H9

UA¹S

C₂H₅

C₂H₅

C₅H₁

C₅H

₅H₁₁

C<iHq

C₅H₁

58

64

34

40

•103

45 '

•183

•187

•169

117

118

•143

Es bedeuten: K — kristallin-fest

Sb — smektisch B

N — nematisch

is — isotrop

Tabelle 2 gibt die Umwandlungstemperaturen einiger Substanzen mit der allgemeinen Formel

Tabelle 2

Verb. R¹

C₂H₅

C₅H₁

99

•118

83

•223

164

•122

Beispiel 3 -

Die Mischung Mi 14 besitzt folgende Zusammensetzung:

4-n-Propylcyclohexancarbonsäure-4-cyanphenylester 34,5mol-% 4_:n-Butylcyclohexancarbonsäure-4-cyanphenylester 31,0mol-% 4-n-Pentylcyclohexancarbonsäure-4-cyanphenylester 34,5 mol-% Zu dieser Mischung wurden einige von den genannten Substanzen zugesetzt; es ergaben sich die in Tab. 3 zusammengestellten Eigenschaftsänderungen.

Tabelle 3	mol-%	Mi 14 KIp. ' Fp.	η	U0	τΕ 50	_ 50 -^A	d
Verb.	—	mol-% [0C] [0C]	[cP]	[ν]	[ms]	[ms]	[μπ\]
Nr.	10	100 72 10-14	31,1	1,3	90	227	24
—	10	90 84	38,3	—	—	—	—
5	10	90 · 84	—	1,6	290	500	22,5
6	: KIp.	90 83	35,1	—.	—	—	—
8	Fp.	— Klärpunkt
Es bedeuten	η	— Schmelzpunkt
	U0	—Viskosität bei 25°C
	τΕ 50	— Schwellspannung 2O0C, 500 Hz
	ta50		— Einschaltzeit U = 2 U0,20°C, 500 Hz
	d	— {Ausschaltzeit) Abklingzeit
		— Schichtdicke

Beispiel 4

Zur Überprüfung der Klärpunkterhöhung wurde zu einer Mischung Mi D', bestehend aus

50 iaol-%

50 mol-%

10mol-% der Substanz Nr.5 zugegeben. Tab.4 zeigt das Ergebnis.

Tabelle 4

Verb.-Nr.

mol-%

Mi D mol-% KIp. [⁰C]

100 90

43

54

5

Die Klärpunkte der hier untersuchten Mischungen verhalten sich entsprechend einer linearen Funktion der Konzentration.

Beispiel 5

Für zwei Substanzen wurden die Schmelzenthalpien bestimmt.

Tabelle 5	ApHIkJ-mor1]
Verb.-Nr.	22
5	16,55
6

Diese sehr geringen Werte der Schmelzenthalpie bedeuten eine starke Depression der Schmelzpunkte in Gemischen und damit einen großen Existenzbereich der nematischen Phase.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Nematische kristallin-flüssige Gemische für den Einsatz in optoelektronischen Bauelementen, gekennzeichnet dadurch, daß neue Verbindungen der allgemeinen Formel

   R¹ -COO-Z]TV-CH₀-CH₀-ZhV-R²

   ' ^Ca^H2D+1

   ^Co^H2n+1

   ^Cn^H2n+1