DE2752975A1 - CRYSTALLINE LIQUID SUBSTANCES - Google Patents
CRYSTALLINE LIQUID SUBSTANCESInfo
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Description
Titel der Erfindung
Kristallin-flüssige Substanzen
Anwendungsgebiet der ErfindungTitle of the invention
Crystalline liquid substances
Field of application of the invention
Die Erfindung betrifft die Anwendung kristallin-flüssiger nematischer Substanzen in elektrooptischen Anordnungen zur Modulation des durchgehenden oder auffallenden Lichtes sowie zur Wiedergabe von Ziffern, Zeichen und Bildern; ferner als orientierendes Medium zur Spektroskopie und Gaschromatographie.The invention relates to the use of crystalline liquid nematic Substances in electro-optical arrangements for modulating the light passing through or incident, as well as for reproducing digits, characters and images; also as an orienting medium for spectroscopy and gas chromatography.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristics of the known technical solutions
Es ist bekannt, daß nematische flüssige Kristalle in elektrischen Feldern umorientiert werden können und somit zur Herstellung von elektrooptischen Anordnungen verwendbar sind /M. Tobias, International Handbook of Liquid Crystal Displays 1975-1976 Ovum Ltd. London 1976/.It is known that nematic liquid crystals can be reoriented in electric fields and thus for production of electro-optical arrangements can be used / M. Tobias, International Handbook of Liquid Crystal Displays 1975-1976 Ovum Ltd. London 1976 /.
Weiterhin sind flüssige Kristalle als orientierendes Medium in der Spektroskopie im sichtbaren und nahen UV-Gebiet, in der Kernresonanzspektroskopie sowie in der Gaschromatographie vorteilhaft einsetzbar /G. Meier, E. Sackmann, J.G. Grabmaier, Applications of Liquid Crystals, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York 1975/.Furthermore, liquid crystals are used as an orienting medium in spectroscopy in the visible and near UV range, in in nuclear magnetic resonance spectroscopy as well as in gas chromatography / G. Meier, E. Sackmann, J.G. Grabmaier, Applications of Liquid Crystals, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York 1975 /.
809833/0689809833/0689
Pur die genannten Zwecke wurden bisher vielfach die subatitu-For the purposes mentioned, the subatitu-
ierten Benzoesäure-phenylester /DDR WP 86 269; R. Steinsträsser, Z. Naturforsch. 27b, 774 (1972)/ eingesetzt. Diese Ester besitzen eine relativ hohe Viskosität, was besonders bei tiefen Temperaturen in elektrooptischen Bauelementen unerwünscht hohe Ein- und Ausschaltzeiten verursacht. Teilweise liegen die Klärpunkte unerwünscht niedrig oder die Schmelzpunkte besitzen zu hohe Werte.ated phenyl benzoate / DDR WP 86 269; R. Steinsträsser, Z. Naturforsch. 27b, 774 (1972) / used. These esters have a relatively high viscosity, which is especially true at low Temperatures in electro-optical components cause undesirably long switch-on and switch-off times. Partly they are Clear points are undesirably low or the melting points are too high.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht in der Verwendung neuer kristallin-flüssiger Substanzen, die eine hohe chemische und thermische Stabilität, keine Eigenfärbung im sichtbaren Spektralgebiet, genügend hohe Klärpunkte bei hinreichend niedrigen Schmelzpunkten sowie niedrige Werte der Viskosität besitzen, in elektrooptischen Anordnungen zur Modulation des durchgehenden oder auffallenden Lichtes sowie zur Wiedergabe von Ziffern, Zeichen und Bildern, ferner als orientierendes Medium zur Spektroskopie und Gaschromatographie.The aim of the invention is to use new crystalline liquid Substances that have a high chemical and thermal stability, no inherent color in the visible spectral range, have sufficiently high clearing points with sufficiently low melting points and low viscosity values, in electro-optical arrangements for modulating the passing or incident light and for reproducing digits, Signs and images, as well as an orienting medium for spectroscopy and gas chromatography.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplain the essence of the invention
Es wurde gefunden, daß nematische kristallin-flüssige Substan zen der allgemeinen FormelnIt has been found that nematic crystalline liquid substances zen of the general formulas
wobei R1 =where R 1 =
r4 ■ r4 ■
X-RX-R
sowieas
mit η = 1 bis 9with η = 1 to 9
-> °ηΗ2η+1°-· CnH2n+1C0°-' CnH2n+10C0°--> ° η Η 2η + 1 ° - C n H 2n + 1 C0 ° - ' C n H 2n + 1 0C0 ° -
η - 1 bis 9 η - 1 to 9
-CH, -Cl, -Br, -C2H4CJN-CH, -Cl, -Br, -C 2 H 4 CJN
oder -00C-(hor -00C- (h
H, -CH3, -C2H5, -Cl, -Br, -CH,H, -CH 3 , -C 2 H 5 , -Cl, -Br, -CH,
°QH2n+1° Q H 2n + 1
oder CnH2n+1°" or C n H 2n + 1 ° "
η = 0 bis 9η = 0 to 9
809833/0689809833/0689
■ V■ V
bedeuten, in elektrooptischen Anordnungen zur Modulation des durchgehenden oder auffallenden Lichtes sowie zur Wiedergabe von Ziffern, Zeichen und Bildern, ferner als orientierendes Medium zur Spektroskopie und GasChromatographie eingesetzt werden können. Die Substanzen besitzen hohe chemische und thermische Stabilität, keine Eigenfärbung im sichtbaren Spektralbereich, hohe Klärpunkte bei hinreichend niedrigen Schmelzpunkten sowie niedrige Werte der Viskosität.mean in electro-optical arrangements for modulating the passing or incident light as well as for reproduction of numbers, characters and images, also used as an orienting medium for spectroscopy and gas chromatography can be. The substances have high chemical and thermal stability, no inherent color in the visible Spectral range, high clearing points with sufficiently low melting points and low viscosity values.
Durch die Herstellung von Mischungen, insbesondere eutektische Mischungen, werden die Schmelzpunkte noch stark gesenkt und bei wenig veränderten Klärpunkten die Betriebstemperaturbereiche noch wesentlich erhöht. Die Umwandlungstemperaturen erfindungsgemäßer Substanzen befinden sich in den nachfolgenden Tabellen 1 bis 3.By producing mixtures, in particular eutectic mixtures, the melting points are still greatly reduced and with little change in the clearing points, the operating temperature ranges are still significantly increased. The transition temperatures substances according to the invention can be found in Tables 1 to 3 below.
Durch Zusatz von Farbstoffen in Konzentrationen bis zu 5 % lassen sich die Gemische anfärben und sind dann für elektrooptische Bauelemente auf der Basis des guest-host-Effektes verwendbar.The mixtures can be colored by adding dyes in concentrations of up to 5 % and can then be used for electro-optical components based on the guest-host effect.
809833/0689809833/0689
R1 -R 1 -
H)-CH) -C
- O- O
Nr. RNo. R
em—em· am—Hem. em - em - am - Hem.
( ) moaotrope Umwandlung 809833/0689 () moaotropic conversion 809833/0689
Nr... R1 R2 R3 Pp. Umwandl. KIp.No ... R 1 R 2 R 3 Pp. Conversion. KIp.
sm-sm. sm-nem.sm-sm. sm-nem.
( ) monotrope Umwandlung() monotropic conversion
809833/0689809833/0689
809833/0689809833/0689
-COO--COO-
-COO-(H)-R-COO- (H) -R
R.R.
Pp.Pp
Urawandl. am—nein.Urawandl. am — no.
KIp.KIp.
VoJVoJ
809833/0689809833/0689
Die Verbindungen mit X = -C00-^3~ werden dargestellt durch Reaktion der 4-n-Alkylcyclohexanoylchloride mit den substituierten 4-Hydroxybenzoesäurephenylestern nach dem SchemaThe compounds with X = -C00- ^ 3 ~ are prepared by reacting the 4-n-Alkylcyclohexanoylchloride with the substituted 4-Hydroxybenzoic acid phenyl esters according to the scheme
-C-Cl + B-C-Cl + B
H)-COO-(O)-COOH) -COO- (O) -COO
Die Umsetzung erfolgt in Fyridin bei Raumtemperatur, eine Reinigung der Substanzen wird durch wiederholtes Umkristallisieren aus Methanol erreicht.The reaction takes place in fyridine at room temperature, the substances are purified by repeated recrystallization achieved from methanol.
10 Beispiel 2:10 Example 2:
Die Verbindungen mit X * -0CC-/hV werden dargestellt durch Umsetzen der 4-n-Alkylcyclohexanoylchloride mit den 2-substituierten Hydrochinonen nach dem SchemaThe compounds with X * -0CC- / hV are prepared by reacting the 4-n-alkylcyclohexanoyl chlorides with the 2-substituted hydroquinones according to the scheme
2 R1 2 R 1
Die Umsetzung erfolgt in Pyridin bei Raumtemperatur, eine Reinigung der Substanzen wird durch wiederholtes Umkristallisieren aus Methanol erreicht.The reaction takes place in pyridine at room temperature, the substances are purified by repeated recrystallization achieved from methanol.
Die Substanz Nr. 51 zeigt in den üblichen elektrooptischen An-Ordnungen den dynamischen Streueffekt· Bei 50 Hz Wechselspannung wird eine Schwellspannung von U0 « 7,5 V gefunden, bei Gleichspannung eine Schwellspannung von UQ = 5,5 V. Es werden bei Spannungen, die den 2,5-facheη Wert von U ausmachen, gute Kontraste von 20:1 oder höher erreicht. Auch bei Anlegen von Spannungen bis 60 V werden keinerlei Zersetzungserscheinungen be obachtet.Substance no. 51 shows the dynamic scattering effect in the usual electro-optical arrangements · At 50 Hz alternating voltage, a threshold voltage of U 0 «7.5 V is found, with direct voltage a threshold voltage of U Q = 5.5 V. Tensions that make up 2.5 times the value of U, good contrasts of 20: 1 or higher are achieved. Even when voltages up to 60 V are applied, no signs of decomposition are observed.
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Die Substanz Nr. 57 besitzt positive dielektrische Anisotropie una ist für elektrooptische Anordnungen auf der Basis der Feldeffekte (Fresdericksz-Umlagerung, Schadt-Helfrich-Effekt, Guest-Host-Effekt) geeignet. In einer Schadt-Helfrich-Zelle (twist-Zelle) wurde eine Schwellspannung von 4 V/50 Hz gefunden, die vollständige Umorientierung war bei 8 V/50 Hz erreicht.Substance No. 57 has positive dielectric anisotropy and a is for electro-optical arrangements based on field effects (Fresdericksz rearrangement, Schadt-Helfrich effect, guest-host effect) suitable. In a Schadt-Helfrich cell (twist cell) a threshold voltage of 4 V / 50 Hz was found, the complete reorientation was reached at 8 V / 50 Hz.
Zur Substanz Nr. 57 wird 1 7o Methylrot gemischt und ein orientiertes Präparat mit liegender Schicht hergestellt. Bei Durchstrahlung mit polarisiertem Licht wir die typische Absorptionsbande des Methylrot gefunden, wenn die Polarisationsebene des Lichtes parallel zur Vorzugsrichtung der nematiachen Schicht angeordnet ist. Dagegen ist keine Absorption nachweisbar, wenn die Polarisationsebene des Lichtes senkrecht zur Vorzugsrichtung der nematischen Schicht angeordnet ist. Dieser Nachweis des Dichroismus des Farbstoffes Methylrot beruht auf der gerichteten Einlagerung der Färbstoffmoleküle gemäß der Orientierung der nematischen Matrix. Da die erfindungsgemäßen Substanzen im sichtbaren Spektralgebiet keine Absorption ausweisen, können sie vorteilhaft zur Spektroskopie in diesem Bereich eingesetzt werden. Mit Hilfe elektrischer Felder (5 V/50 Hz) wird in elektrooptischen Bauelementen die ursprünglich liegende Schicht aufgerichtet und damit ein Farbumschlag von rot zu blaßrosa erreicht. 17o methyl red is mixed with substance no. 57 and an oriented preparation with a horizontal layer is made. When irradiated with polarized light, the typical absorption band of methyl red is found when the polarization plane of the light is arranged parallel to the preferred direction of the nematic layer. In contrast, no absorption can be detected if the plane of polarization of the light is arranged perpendicular to the preferred direction of the nematic layer. This proof of the dichroism of the dye methyl red is based on the directional incorporation of the dye molecules according to the orientation of the nematic matrix. Since the substances according to the invention show no absorption in the visible spectral region, they can advantageously be used for spectroscopy in this region. With the help of electric fields (5 V / 50 Hz) the originally lying layer is erected in electro-optical components and a color change from red to pale pink is achieved.
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