DE3034249A1

DE3034249A1 - Fluessigkristall-zusammensetzung

Info

Publication number: DE3034249A1
Application number: DE19803034249
Authority: DE
Inventors: Seiichi Kawasaki Kanagawa Imahori; Shuji Imazeki; Masaharu Yamato Kanagawa Kaneko; Hirosada Hitachi Ibaraki Morishita; Akio Mukoh; Hitoshi Yokohama Kanagawa Ono
Original assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1979-09-11
Filing date: 1980-09-11
Publication date: 1981-03-19
Also published as: US4324455A; GB2064572A; GB2064572B

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Zusammensetzung oder eine Flüssigkristall-Masse und insbesondere eine Flüssigkristall-Zusammensetzung für die Verwendung in einer elektro-optischen Zelle, bei der die Flüssigkristall-Zusammensetzung zwischen zwei gegenüberliegenden Elektrodenplatten angeordnet ist, wodurch die gute Farbanzeige unter Verwendung einer Gast-Wirt-Wirkung der Flüssigkristalle realisiert wird.

Im allgemeinen werden Anzeigevorrichtungen, bei denen Flüssigkristalle verwendet werden, in zwei Gruppen eingeteilt. Bei einer Gruppe wird die elektro-optische Wirkung des Flüssigkristall-Materials per se ausgenutzt. Bei der anderen Gruppe wird die elektro-optische Wirkung ausgenutzt, die durch gegenseitige Einwirkung zwischen Flüssigkristall-Materialien und anderen Bestandteilen erzeugt wird. Typische Beispiele des letzteren sind Zusammensetzungen, die hergestellt werden, indem man einen Farbstoff, der als pleochroitischer Farbstoff bezeichnet wird, in nematischen, cholesterinischen oder smektischen Flüssigkristallen löst. Die pleochroitischen Farbstoffen werden grob in zwei Arten eingeteilt. Eine Art von Farbstoffen ist die, bei denen die Richtung des Übergangsmoments der sichtbaren Lichtabsorption fast parallel zu der längsaxialen Richtung des Moleküls ist und die, wenn sie als Gastmolekül in dem oben beschriebenen Flüssigkristall gelöst sind, die Eigenschaft aufweisen, daß die lange Achse des Farbstoffmolekuls und die Molekularachse der Flüssigkristalle im wesentlichen in gleicher Richtung orientiert sind. Diese Farbstoffe besitzen die Eigenschaft, die als Paralleldichroismus bezeichnet wird. Die andere Art von Farbstoffen sind solche, bei denen die Richtung des Übergangsmoments der sichtbaren Lichtabsorption fast senkrecht zu der längsaxialen Rich-

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— ο —

tung des Moleküls ist und die, wenn sie in dem oben beschriebenen Flüssigkristall als Gast gelöst sind, die Eigenschaften aufweisen, daß die lange Achse des Farbstoffmoleküls und die Molekularachse des Flüssigkristalls im wesentlichen in gleicher Richtung orientiert sind. Diese Farbstoffe sind somit pleochrcüische Farbstoffe, die die Eigenschaft besitzen, die als vertikaler Dichroismus bezeichnet wird. Von diesen beiden Arten betrifft die vorliegende Erfindung Flüssigkristall-Zusammensetzungen, die die erstere Art von Farbstoffen enthalten, d.h. pleochroitische Farbstoffe, die einen parallelen Dichroismus aufweisen. Der Grad der Orientierung des pleochroitischen Farbstoffs, der in dem Flüssigkristall-Material gelöst ist, kann im wesentlichen quantitativ in Form eines Ordnungsparameters S, der im folgenden näher erläutert wird, ausgedrückt werden.

Werden nematische oder cholesterinische Flüssigkristalle, die einen pleochroitischen Farbstoff enthalten, zwischen zwei gegenüberliegende Elektrodenplatten gesetzt und wird ein elektrisches Potential längs der Elektroden angelegt, so findet eine Störungsbewegung der Flüssigkristallmoleküle statt oder es wird eine molekulare Ausrichtung, orientiert in Richtung des elektrischen Felds, erzeugt, abhängig von den dielektrischen Eigenschaften und der Fließfähigkeit der Flüssigkristalle. Unter solchen Bedingungen bewegen sich die pleochroitischen Farbstoffmoleküle zusammen mit den Flüssigkristall-Molekülen, was eine Änderung in der relativen Beziehung zwischen der Richtung des Absorptions-Übergangsmoments der pleochroitischen Farbstoffmoleküle und der Richtung des einfallenden Lichts verursacht. Als Folge erleidet die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eine Änderung in ihren Lichtabsorptionseigenschaften. Dieses Phänomen ist gut als "Gast-Wirt-Effekt" bekannt, und eine elektrisch kontrollierbare Farbanzeige-

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vorrichtung kann unter Verwendung dieser Wirkung gebaut werden [vergl. "Guest-Host Interaction in Nematic Liquid Crystalls: A New Electro-Optic Effect", G.H.Heilmeier und L.A.Zanoni, Applied Physics Letters, Band 13, Seite 91 (1968)].

Wird beispielsweise ein nematischer Flüssigkristall, der einen pleochroitischen Farbstoff enthält, der parallelen Dichroismus aufweist, zwischen zwei transparenten Elektrodenplatten angeordnet, die einer homogenen Orientierungsbehandlung unterworfen worden sind und die parallel zueinander angeordnet sind, ergeben die Flüssigkristall-Moleküle eine homogene Anordnung, wobei die langen Achsen der Moleküle in einer Richtung, parallel zu den Elektrodenebenen, ausgerichtet sind. In diesem Fall sind die Moleküle des pleochroitischen Farbstoffs, der in den Flüssigkristallen gelöst ist, ebenfalls so ausgerichtet, daß ihre langen Achsen ebenfalls parallel zu den Elektrodenebenen verlaufen. Wird weißes Licht, das in einer Richtung senkrecht zu der Elektrodenebene einfällt, durch das Gast-Wirt-Material bei der oben beschriebenen Anordnung durchgelassen, so ist der elektrische Vektor des einfallenden weißen Lichts parallel zu der langen Achse der pleochroitischen Farbstoffmoleküle und somit wird ein spezifischer Wellenlängenbereich des einfallenden Lichts stark durch das pleochroitische Farbstoff-Gastmaterial absorbiert. Als Folge erscheint das Gast-Wirt-Material farblos (vergl. Fig. 1). Wird ein elektrisches Fels an das Flüssigkristall-Material in der oben beschriebenen Anordnung angelegt, so besitzt es eine positive dielektrische Anisotropie, die Wirt-Flüssigkristallmoleküle ,und die pleochroitischen Gast-Farbstoffmoleküle nehmen eine homeotropische Anordnung ein, bei der die Achsen der Moleküle senkrecht ausgerichtet sind, bezogen auf die Elektrodenebenen, bedingt durch die positive

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dielektrische Anisotropie der Wirt-Flüssigkristalle (vergl. Fig. 2). In diesem Fall verläuft der elektrische Vektor des einfallenden weißen Lichts senkrecht zu den Achsen der pleochroitischen Farbstoffmoleküle, und somit wird das einfallende Licht nur gering von den pleochroitischen Farbstoffmolekülen absorbiert und das Gast-Wirt-Material erscheint transparent. Dementsprechend erlaubt der Unterschied in der Farbe zwischen dem gefärbten Zustand und dem transparenten Zustand die Erzeugung optischer Anzeigevorrichtungen.

Wird weiterhin ein pleochroitischer Farbstoff, der einen parallelen Dichroismus aufweist, in dem Wirtmaterial, wie in einem nematischen Flüssigkristall mit Spiralstruktur (die durch Zugabe eines optisch aktiven Materials verursacht sein kann) oder in einem cholesterinischen Flüssigkristall mit inhärenter Spiralstruktur, gelöst, so werden die pleochroitischen Farbstoffmoleküle in ihrer Spiralstruktur ähnlich dem Wirtmaterial ausgerichtet (vergl. Fig. 3). Wenn Licht parallel zu den spiralartigen Achsen des Gast-Wirt-Materials einfällt, läßt das Gast-Wirt-Material das einfallende weiße Licht entsprechend den beiden normalen Arten durch, von denen jede eine rechtshändige oder linkshändige elliptische Polarisierung bildet. Die Richtung des elektrischen Vektors, die jeweils diese Arten anzeigt, steht in enger Verwandtschaft zu den langen Achsen der Gastmoleküle. Ein spezifischer Wellenlängenbereich des einfallenden Lichts wird von dem Gastmaterial absorbiert, und als Folge nimmt das Gast-Wirt-Material einen gefärbten Zustand an. Wenn ein elektrisches Feld daran in einer Richtung parallel zu den spiralförmigen Achsen des Gast-Wirt-Materials angelegt wird, wird die spiralförmige Struktur des Gast-Wirt-Materials entwickelt, und es wird ein nematischer Zustand erzeugt, bei dem die langen Achsen der Flüssigkristallmoleküle und der Farbstoffmoleküle in der Richtung des elektrischen Felds ausgerichtet sind, solange die dielektrische Anisotropie des

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Gast-Flüssigkristalls positiv ist (vergl. Fig. 4). Bei dieser Ausrichtung ist die Richtung des Absorptions-Übergangsmoments der pleochroitischen Farbstoffmoleküle senkrecht zu dem elektrischen Vektor des einfallenden weißen Lichts, und somit wird das einfallende Licht kaum von den Gastmolekülen absorbiert. Das Gast-Wirt-Material erscheint transparent. Ein solches Farbanzeigeverfahren wird in Einzelheiten z.B. in der JA-OS 127645/74 beschrieben.

Werden smektische Flüssigkristalle als Wirt-Flüssigkristalle verwendet, so ist die Anzeige ebenfalls möglich, indem man eine geeignete Zellstruktur und ein Antriebsverfahren verwendet, bei dem der Unterschied zwischen dem gefärbten Zustand und dem transparenten Zustand ähnlich wie bei nematischen und cholesterinischen Flüssigkristallen ausgenutzt wird. Beispiele von smektisehen Flüssigkristallen werden z.B. in "New electro-thermo-optic effect in a certain smectic liquid crystal with a pleochroic dye added" von C. Tani und T. Ueno in Applied Physics Letters, Band 33» Seite 275 (1978), beschrieben.

Um einen ausgezeichneten "Kontrast zwischen dem "EIN-Zustand" und dem "AUS-Zustand" der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungszelle unter Verwendung des oben beschriebenen Gast-Wirt-Effekts zu erhalten, muß der Gast aus pleochroitischem Farbstoff solche Eigenschaften aufweisen, daß er in einem Zustand stark gefärbt erscheint und daß er in einem anderen Zustand fast transparent und farblos erscheint. Damit man so eine starke Verfärbung erhält, muß der Absorptionsübergangsmoment des pleochroitischen Farbstoffs parallel, bezogen auf den Vektor des einfallenden weißen Lichts, oder senkrecht zu der Lichtbewegungsrichtung sein. Um andererseits einen fast transparenten, farblosen Zustand zu erhalten, muß das Absorptions-Übergangsmoment der pleochroitischen Farbstoffmoleküle senkrecht, bezogen auf den elektri-

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sehen Vektor des einfallenden weißen Lichts, oder parallel zu der Lichtbewegungsrichtung sein.

Die Verwendung von Flüssigkristallmolekülen und Farbstoffmolekülen ergibt eine ungeordnete thermische Fluktuation in der Orientierung, bezogen auf die Ausrichtung, und es ist somit unmöglich, daß das Absorptions-Übergangsmoment vollständig senkrecht oder parallel zu der Lichtbewegungsbzw, -einfallrichtung ist. Der Grad der Ordnung der Ausrichtung der Farbstoffmoleküle in dem Flüssigkristall in einer spezifischen Richtung übt somit einen starken Einfluß auf den Kontrast der Zelle aus. Der Grad der Orientierung der Farbstoffmoleküle in dem Flüssigkristallmedium wird im allgemeinen als numerischer Wert angegeben, der als Ordnungsparameter bezeichnet wird. Der Ordnungsparameter S zeigt den parallelen Grad des Absorptions-Übergangsmoments der Farbstoffmoleküle, bezogen auf die orientierte Richtung der Flüssigkristallmoleküle, an (normalerweise als Vektor, der als Direktor bezeichnet wird, angegeben) und wird wie folgt definiert:

=^ (3cos²9 - 1)

worin der Ausdruck "cos Θ" der zeitliche Durchschnittswert ist und den Winkel darstellt, bei dem das Absorptions-Übergangsmoment des pleochroitischen Farbstoffs die orientierte Richtung des Flüssigkristalls (Direktor) trifft. Der Ordnungsparameter S eines in einem Flüssigkristall gelösten, pleochroitischen Farbstoffs kann gemäß der folgenden Formel bestimmt werden:

Lj₁ - A j

ji + AJ.

worin A / / und A JL die Absorptionen der Farbstoffmoleküle für das Licht, das parallel oder in senkrechter Richtung, bezogen auf die Orientierungsrichtung der Wirt-Flüssigkri-

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stalle (Direktor), polarisiert ist, bedeuten. Dementsprechend kann man durch Bestimmung von A / / und A J_ durch Messung der Absorptionsspektren den Ordnungsparameter S des Farbstoffs in einem Wirt-Flüssigkristall erhalten und dadurch die Orientierungseigenschaften des Farbstoffs bestimmen. Ein Verfahren für die Bestimmung des Ordnungsparameters pleochroitischer Farbstoffe, die in Flüssigkristallen als Gast gelöst sind, wird in "Absorption and Pitch Relationship in Dichroic Guest-Host Liquid Crystal Systems von H.S.Cole Jr. und S. Aftergut in Journal of Chemical Physics, Band 68, Seite 896 (1978),beschrieben.

Der Ordnungsparameter S eines pleochroitischen Farbstoffs, der in einem Wirt-Flüssigkristall gelöst ist, kann theoretisch die Werte von -0,5 bis 1 annehmen. Bei pleochroitischen Farbstoffen, die parallelen Dichroismus aufweisen, ist, je näher der Ordnungsparameter an 1 ist, der Ordnungsgrad der Farbstoffanordnung in dem Flüssigkristall umso größer. In einer Anzeigezelle, bei der ein pleochroitischer Farbstoff mit parallelem Dichroismus verwendet wird, kann der Kontrast der Zelle verbessert werden, indem man einen Farbstoff mit einem Ordnungsparameter verwendet, der so nahe wie möglich bei 1 liegt.

In einer elektro-optischen Zelle, die Flüssigkristalle umfaßt, die darin gelöst einen pleochroitischen Farbstoff enthalten und zwischen zwei gegenüberliegenden Elektrodenplatten angeordnet sind, die die Bildung einer Farbanzeige aufgrund des Gast-Wirt-Effekts erlauben, muß der pleochroitische Farbstoff (1) einen hohen Ordnungsparameter S in dem Wirt-Flüssigkristall aufweisen, so daß ein großer Kontrast zwischen dem gefärbten Zustand un dem farblosen Zustand auftritt; (2) einen großen molekularen Ertinktionskoeffizienten aufweisen, so daß eine ausgeprägte Farbe realisiert wird, wenn man den Farbstoff zu einem Wirt-Flüssig-

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kristallmaterial in einer geringen Menge zugibt; (3) eine ausgezeichnete Stabilität, bezogen auf Licht, Wärme, Wasser und Sauerstoff, aufweisen; (4) eine Löslichkeit besitzen, die hoch genug ist,daß der Flüssigkristall eine beliebige Konzentration innerhalb des notwendigen Bereichs ergibt; und (5) keine ionen-dissoziierten Eigenschaften besitzen, die die elektrischen Eigenschaften der Zelle nachteilig beeinflussen würden. Von diesen ändert sich der Ordnungsparameter S (1) normalerweise in gewissem Ausmaß, abhängig von der Art des Wirt-Flüssigkristalls, der Farbstoff konzentration, der Temperatur usw., selbst wenn der gleiche Farbstoff verwendet wird. Hinsichtlich der Löslichkeit (4) sollte der Farbstoff vorzugsweise eine ausreichende Löslichkeit aufweisen, so daß die notwendige Konzentration erreicht wird.

Die Farbstoffkonzentration wird in Abhängigkeit von der Dicke der Flüssigkristallschicht der Flüssigkristallzelle und von dem Extinktionskoeffizienten der Farbstoffmoleküle ausgewählt.

Von den bekannten Farbstoffen gibt es extrem wenige Verbindungen, die alle oben beschriebenen Bedingungen (1) bis (5) erfüllen, und zufriedenstellend in Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen des Gast-Wirt-Typs verwendet werden können. Farbstoffe der Merocyanin-Reihen, der Azo-Reihen, der Azomethin-Reihen und der Anthrachinon-Reihen wurden als pleochroitische Farbstoffe für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen des Gast-Wirt-Typs in den JA-OSen 56386/75, 2885/77, 126033/78 und 71088/79, den US-PSen 4 122 027, 4 128 496, 4 128 497 und 4 137 193, der GB-PS 1 459 046 usw. beschrieben. Diese Farbstoffe erfüllen jedoch die oben beschriebenen Bedingungen (1) bis (5) nur teilweise.

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Farbstoffe der gelben Reihe sind nicht nur als eine gelbe Farbe bildende Bestandteile nützlich, sondern sie sind ebenfalls als Bestandteile für Zusammensetzungen nützlich, die eine orange, grüne, schwarze oder ähnliche Farbe aufweisen.

Gegenstand der Erfindung sind gelbe pleochroitische Chinophthalonfarbstoffe, die erfindungsgemäß synthetisiert wurden und die in allen zuvor erwähnten Eigenschaften, wie dem Ordnungsparameter, dem Extinktionskoeffizienten, der Stabilität und den Löslichkeitseigenschaften, ausgezeichnete Werte besitzen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Flüssigkristall-Zusammensetzung, die mindestens einen Farbstoff der Chinophthalon-Reihen enthält, der durch die Formel

COR

dargestellt wird, worin X Wasserstoff, ein Chloratom oder

1 1 ein Bromatom bedeutet und R eine Gruppe -OR oder SR , worin R für eine Alkylgruppe, eine Cycloalkylgruppe, eine Alkoxyalkylgruppe, eine Phenylgruppe, eine p-Hydroxyphenylgruppe, eine p-Cycloalkylphenylgruppe, eine p-Alkylphenylgruppe, eine p-Alkoxyphenylgruppe oder eine Aralkylgruppe

R²

steht; eine Gruppe -N. _x , worin R und R je für Wasser-

^XR⁵

stoff, eine Alkylgruppe, eine Hydroxyalkylgruppe, eine Alkoxyalkylgruppe, eine Cycloalkylgruppe, eine Phenylgruppe, eine p-Alkylphenylgruppe, eine p-Hydroxyphenylgrujpe, eine p-Alkoxyphenylgruppe oder eine Aralkylgruppe stehen; oder einen gesättigten heterocyclischen Ring bedeutet.

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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Anzeigezelle in einem Zustand, bei dem keine Spannung angelegt ist; mit 1 sind die transparenten Glassubstrate bezeichnet; mit 2 die pleochroitischen Farbstoffmoleküle; mit 3 die Wirt-Flüssigkristallmoleküle; mit 4 die transparenten Elektroden; mit 5 das sichtbare Licht und mit 6 das Auge des Beschauers;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Anzeigezelle in einem Zustand, bei dem die Spannung angelegt ist; mit 1 sind die transparenten Glassubstrate bezeichnet; mit 2 die pleochroitischen Farbstoffmoleküle; mit 3 die Wirt-Flüssigkristallmoleküle; mit 4 die transparenten Elektroden; mit 5 das einfallende Licht und 6 das Auge des Beschauers;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Anzeigezelle in einem Zustand, bei dem keine Spannung angelegt ist; mit 1 sind die transparenten Glassubstrate bezeichnet; mit 2 die pleochroitischen Farbstoff moleküle ; mit 3 die Wirt-Flüssigkristallmoleküle; mit 4 die transparenten Elektroden; mit 5 das einfallende Licht und mit 6 das Auge des Beschauers;

Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Anzeigezelle in einem Zustand, bei dem die Spannung angelegt ist; mit 1 sind die transparenten Glassubstrate bezeichnet; mit 2 die pleochroitischen Farbstoff moleküle; mit 3 die Wirt-Flüssigkristallmoleküle; mit 4 die transparenten Elektroden; mit 5 das einfallende Licht; und mit 6 das Auge des Beschauers;

Fig. 5 die spektralen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anzeigezelle von Beispiel 2 in einem Zustand, bei dem keine Spannung angelegt ist, und einem Zustand, bei dem Spannung angelegt ist, wobei Kurve 7 die spektralen Eigen-

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schäften in einem spannungsfreien Zustand und die Kurve 8 die spektralen Eigenschaften bei angelegter Spannung zeigen;

Fig. 6 die Änderung mit der Zeit in der Absorption der Zelle, die den erfindungsgemäßen Chinophthalon-Farbstoff von Beispiel 2 enthält, und die von Zellen» die typische, bekannte dichroitische Farbstoffe enthalten, gegenüber der Zeit bei der beschleunigten Zersetzung auf einem Sonnenschein -Weather-0-Meter in der horizontalen Achse und das Verhältnis der Absorption A bei jedem Punkt bis zur Anfangsabsorption A^, A/A*, senkrecht, wobei Kurve 9 die Änderungen im Verlauf der Zeit in der Absorption des Chinophthalonfarbstoffs von Beispiel 2 zeigt, Kurve 10 einen bekannten pleochroi ti sehen Merocyaninfarbstoff zeigt, Kurve 11 einen bekannten pleochroitischen Azofarbstoff zeigt und Kurve 12 einen bekannten pleochroitischen Azoraethinfarbstoff zeigt;

Fig. 7 die spektralen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anzeigezelle gemäß Beispiel 4 in spannungsfreiem Zustand und in einem Zustand angelegter Spannung, wobei die Wellenlänge auf der horizontalen Achse und die Absorption senkrecht dazu aufgetragen sind und wobei Kurve 13 die spektralen Eigenschaften in spannungsfreiem Zustand und Kurve 14 die spektralen Eigenschaften bei angelegter Spannung zeigen;

Fig. 8 die spektralen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anzeigezelle gemäß Beispiel 5 in spannungsfreiem Zustand und in einem Zustand angelegter Spannung, wobei die Wellenlänge auf der horizontalen Achse und die Absorption senkrecht dazu aufgetragen sind und wobei Kurve 15 die spektralen Eigenschaften in spannungsfreiem Zustand und Kurve 16 die spektralen Eigenschaften bei angelegter Spannung zeigen;

Fig. 9 die Änderungen im Verlauf der Zeit in der Absorption einer Zelle, die den erfindungsgemäßen Chinophthalonfarbstoff von Beispiel 5 enthält, und von Zellen,

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die typische, bekannte dichroitische Farbstoffe enthalten (die Absorption wird bei der maximalen Absorptionswellenlänge von jedem Farbstoff bestimmt), bei der beschleunigten Zersetzung in einem Sunshine Weather meter und das Verhältnis der Absorption A zu jedem Zeitpunkt der Anfangsabsorption A^, A/A., senkrecht dazu aufgetragen, wobei Kurve 15 die Änderungen im Verlauf der Zeit in der Absorption des Chinophthalonfarbstoffs von Beispiel 5 zeigt, die Kurve 18 die Änderungen im Verlauf der Zeit in der Absorption eines bekannten pleochroitischen Merocyaninfarbstoff, Kurve 19 die Änderungen im Verlauf der Zeit in der Absorption eines bekannten Azofarbstoffs und Kurve die Änderungen im Verlauf der Zeit in der Absorption eines bekannten pleochroitischen Azomethinfarbstoffsj und

Fig. 10 spektrale Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anzeigezelle von Beispiel 6, wobei die Wellenlänge auf der horizontalen Achse und die Absorption senkrecht dazu aufgetragen sind und wobei Kurve 21 die spektralen Eigenschaften in spannungsfreiem Zustand und Kurve 22 die spektralen Eigenschaften bei angelegter Spannung zeigen.

Die gelben pleochroitischen Farbstoffe, die in die erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Zusammensetzungen eingearbeitet werden, sind Farbstoffe der Chinophthalon-Reihen, die durch die Formel (I)

dargestellt werden, worin X Wasserstoff, ein Chloratom oder

1 1

ein Bromatom bedeutet und R eine Gruppe -OR , -SR , worin R für eine Alkylgruppe, eine Cycloalkylgruppe, eine Alkoxyalkylgruppe, eine Phenylgruppe, eine p-Hydroxyphenylgruppe, eine p-Cycloalkylphenylgruppe, eine p-Alkylphenylgruppe,

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eine p-Alkoxypheny!gruppe oder eine Aralkylgruppe steht;

-N. , ,worin R und R-^ je für Wasserstoff, eine Alkyl-

gruppe, eine Hydroxyalkylgruppe, eine Alkoxyalkylgruppe, eine Cycloalkylgruppe, eine Phenylgruppe, eine p-Alkylphenylgruppe, eine Hydroxyphenylgruppe, eine p-Alkoxyphenylgruppe oder eine Aralkylgruppe stehen; oder einen gesättigten heterocyclischen Ring bedeutet.

Insbesondere sind spezifische Beispiele von Alkylgruppen, die in der obigen Formel (I) durch R , R oder R-' dargestellt werden, Alkylgruppen mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, wie eine Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl-, Hexyl-, Octyl-, Nonyl-, Decyl-, Dodecyl-, Octadecylgruppe etc.. Spezifische Beispiele von Alkoxyalkylgruppen sind Niedrigalkoxy-niedrigalkyl-Gruppen (d.h. Alkoxyalkylgruppen, bei denen sowohl der Alkyl- als auch der Alkoxyteil jeweils relativ wenige Kohlenstoffatome, z.B. 1 bis 6, enthält), wie eine Methoxyäthyl-, Äthoxyäthyl-, γ-Methoxypropyl-, γ-Isopropoxypropylgruppe etc..Spezifische Beispiele von Cycloalkylgruppen umfassen eine Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, 4-Cyclohexylcyclohexylgruppe etc.. Spezifische Beispiele von p-Alkylphenylgruppen sind p-Alkyl(C^^q)-phenyl-Gruppen, wie p-Tolyl-, p-Äthylphenyl-, p-Propylphenyl- p-Butylphenyl-, p-Pentylphenyl-, p-Hexylphenyl-, p-Octylphenyl-, p-Nonylphenyl-, p-Decylphenyl-, p-Dodecylphenyl-, p-Octadecylphenylgruppen etc.. Spezifische Beispiele von p-Alkoxyphenylgruppen umfassen eine P-AIkOXy(C_1-18)-phenylgruppe, wie eine p-Methoxyphenyl-, p-Äthoxyphenyl-, p-Propoxyphenyl-, p-Butoxyphenyl-, p-Hexyloxyphenyl-, p-Heptyloxyphenyl-, p-Octyloxyphenyl-, p-Dodecyloxyphenyl-, p-Octadecyloxyphenylgruppe usw.. Spezifische Beispiele von Aralkylgruppen umfassen eine Benzylgruppe, eine Phenäthylgruppe und dergl..

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Die durch R dargestellten p-Cycloalkylphenylgruppen umfassen z.B. eine p-Cyclohexylphenylgruppe etc.; und die

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durch R oder R dargestellten Hydroxyalkylgruppen sind beispielsweise eine Hydroxy-niedrigalkylgruppe mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie eine Hydroxymethyl-, Hydroxyäthyl-,

Hydroxypropylgruppe etc..

Der durch R dargestellte gesättigte heterocyclische Ring kann beispielsweise ein Piperidinring, ein Morpholinring, ein Piperadinring etc. sein und insbesondere eine Piperidinogruppe, eine Morpholinogruppe, eine Piperadingruppe etc..

Die nematischen Flüssigkristalle, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können aus einem großen Bereich ausgewählt werden, solange sie bei dem Bereich der Betriebstemperatur einen nenatischen Zustand aufweisen. Die Zugabe einer optisch aktiven Verbindung, die im folgenden näher erläutert wird, kann einen cholesterinischen Zustand bewirken. Als Beispiele nematischer Flüssigkristalle sind Substanzen, wie sie in der folgenden Tabelle 1 erläutert werden, und ihre Derivate nützlich.

	Art	Tabelle	1	für Beispiele
Nr.	Cyclohexylcyclohexan- Reihen »		Formel
1	Phenylcyclohexan- Reihen	R^f —	\^H /	-Ο—
2	, ^RI —	\ ^H /

3 Biphenyl -rReihen

' 4 Terphenyl r-Reihen

5 cyclohexylcyclohexanoat-Reihen.

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ORIGINAL INSPECTED

303A249

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Nr. Art

Formel für Beispiele

Phenylcyclohexylcarboxylat-Reihen

Ester -Reihen

Diester-Reihen

Biphenyl-cyclohexylcarboxylat -Reihen

Pyrimidin-Reihen

B iphenyl-e s ter-Reihen

iliioester r-Reihen R'-^T^S-COS—/ ^- X¹

Schiffsche Basen-Reihen X¹

Dioxani-Reihen.

K--

R·—\Y.—/~^-χ'

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ORIGINAL INSPECTED

_₂₂_ 3Q34249

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Nr. Art Formel für Beispiele

15 Cyclohexy!methyl-

¹⁶ R^ce5^onitril" ^RI a!V ~w~ ^CH==CH-^X'

In der obigen Tabelle bedeutet R¹ eine Alkylgruppe oder eine Alkoxygruppe und X¹ eine Nitrogruppe, eine Cyanogruppe oder ein Halogenatom.

Die in Tabelle 1 aufgeführten Flüssigkristalle besitzen alle eine positive dielektrische Anisotropie, es können jedoch auch andere Verbindungen der Ester-Reihen, der Azoxy-Reihen, der Schiffsche Basen-Reihen, der Pyrimidin-Reihen, der Diester-Reihen und der Biphenylester-Reihen, die Flüssigkristalle sind, von denen bekannt ist, daß sie negative dielektrische Anisotropie haben, mit den Flüssigkristallen mit positiver dielektrischer Anisotropie vermischt werden, vorausgesetzt, daß die Anisotropie des entstehenden Gemisches positiv ist. Zusätzlich können Flüssigkristalle mit negativer dielektrischer Anisotropie per se verwendet werden, indem man eine geeignete Zellenkonstruktion und ein geeignetes Antriebsverfahren verwendet.

Als Wirt-Flüssigkristallmaterial kann man bei der vorliegenden Erfindung irgendwelche der Flüssigkristall-Verbindungen, die in Tabelle 1 aufgeführt sind, und man kann Flüssigkristalle bildende Gemische verwenden. Es wurde gefunden, daß die Flüssigkristallmaterialien ZLI-1132, die von E.M. Merck % Company als Gemisch der folgenden vier Flüssigkristall-Verbindungen

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verlauft werden, "bei der vorliegenden Erfindung "besonders nützlich sind.

Beispiele optisch aktiver Verbindungen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen chiraüßnematische Verbindungen, die z.B. erhalten werden, indem man in nematische Flüssigkristall-Verbindungen eine optisch aktive Gruppe, wie eine 2-Methylbutylgruppe, eine 3-Methylbutoxygruppe, eine 3-Methylpentylgruppe, eine 3-Methylpentoxygruppe, eine 4-Methylhexylgruppe, eine 4-Methylhexyloxygruppe etc., einführt. Selbstverständlich kann man optisch aktive Verbindungen verwenden, wie Alkoholderivate gemäß der JA-OS 45546/76 (z.B. 1-Menthol, d-Boraeol etc.), Ketonderivate (z.B. oc-Campher, 3-Methy!cyclohexanon etc.), Carbonsäurederivate (z.B. cc-Citronellsäure, 1-Camphersäure, etc.), Aldehydderivate (z.B. cc-Citronellal etc.), Alkenderivate (z.B. oc-Linonen etc.), Amine, Amide, Nitrilderivate usw..

Als Zellen, in denen die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Zusammensetzung verwendet werden kann, kann man irgendwelche bekannten Zellen für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen verwenden. Man kann diejenigen verwenden, die normalerweise so gebaut werden, daß man transparente Elektroden mit beliebigem Muster auf zwei Glassubstraten anbringt, von denen mindestens eines transparent ist, und wobei die beiden Glassub^trate einander gegenüberliegen und die Elektroden-

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ebenen einander gegenüberliegen und wobei ein geeigneter Abstandshalter verwendet wird, so daß die Substrate parallel zueinander gehalten werden. In diesem Fall wird der Spalt in der Zelle durch den Abstandshalter bestimmt. Vom praktischen Standpunkt aus beträgt der Zellspalt bevorzugt 3 bis 100/um und mehr bevorzugt von 5 bis 50/um.

Die gelben, pleochroitischen Chinophthalone, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können z.B. hergestellt werden, indem man eine 2-Methyl-3-hydroxychinolin-4-carbonsäure mit Trimellitsäureanhydrid in der Wärme in an sich bekannter Weise unter Bildung einer Chinophthaloncarbonsäure kondensiert, die durch die folgende Formel

^i^ ^^ rw

:ooH

dargestellt wird, die entstehende Säure mit einem Halogenierungsmittel, wie Thionylchlorid, Phosphoroxychlorid oder dergl., umsetzt, um sie in das Säurehalogenid zu überführen, dann mit einem Alkohol, einem Phenol, einem Thiol oder einem Amin umsetzt. Zur Einführung eines Chlor- oder Bromatoms in die 4-Stellung des Chinolinkerns kann die Halogenierung in an sich bekannter Weise durchgeführt werden.

Die so erhaltenen Farbstoffe können nach Reinigungsverfahren, wie durch Säulenchromatographie, ümkristallisation, Sublimation oder dergl., gereinigt werden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

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Beispiel 1

Beispiele von pleochroitischen Farbstoffen, die in die erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Zusammensetzungen eingearbeitet werden können und ihre maximalen Wellenlängen und Ordnungsparameter sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle

Nr.

-OH

-0-f

Maximale Ab- . sorpt'ions- wellenlänge	Ordnungs par ameter
(nm)	S
448	0.61
446	0.52

CH₃

-°-f_V^H2^H5

~° \ / ^C5^Hll⁽ⁿ⁾

-0-^J -C₈H₁₇ (η)

CH₃ CH₃ -Οψ\- C-CH₂-C-CH₃

448

⁴⁴⁷

447

0.63

. 0.64

0.61

0.62

O.J56

-°-\_V^C18^H37⁽ⁿ⁾

0.61

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Tabelle 2 (Fortsetzxmg) X

11 Br

12 13 14 15 16 17 18 19

20

Wr. X_ R

10 Ci ~^O~V=/~^C6^H13⁽ⁿ⁾

(n)

~⁰~V/~

^0CH

(n)

-OCH-

OC₆H₁₃(n)

-OCH

α/

^C2^H5

Maximale -Absorptions- 'wellenlänge	Ordnungs-= parameter
(nm)	S
450	0^64
449	0.6Ό
448 '	0.60·
447	0.61
448'	0.62
448	0.63
447	0.63
448	0.56
448	0.61
448	0.61

451

0.55

21

-OC₉H₁₉(n) 448

0.56

22 23

-OC-H₃₇(Ii) 448 448

0.62 0.62

130012/0885

Tabelle 2 (Fortsetzung) X

OR

"Nr. X

24 Br

25 H

26 "

27 "

28 "

29 "

30 "

31 "

32 " 33' ⁿ

34 "

35 "

(η)

-OCH,

(η)

-OC₂H₄CH

I₇ (η) -CH₃

CH₀

Maximale Absorptions-
wellenlänge

Ordnungsparameter

(nm) S

45X 0.60

448 0.61

448 0.63 450 0.55 448- 0.61

449 0.58 449 0.62 448 0.63

448 0.61

449 0.61

448 0.63

449 0.54

130012/0885

Tabelle	2	(Fortsetzung)	Maximale Ab- - sorptions- wellenlärige	" Ordnungs parameter
C		ί /^0Η ' ΡϊΤ Γ Il ,LCÜ I I) vN^ ,^-ccr^	(nm)	S ■
Nr.	X	R	45Γ	0,54
36	H	-N ^D
		^C₂H₅	452	0.52
37	η*	,C₃H₇ (η) -N
		^ C₃H ₇(n)	449	0.53
38	Il	/C₄H_{9 (n}, ' ^C₄H (η)

-N'

449

0.54

4i "■ -n;

449

0.54

0.53

(n)

446

0.55

43 ^M -NHC₁₈H₃₇(n)

447

0.54

44 "' -NH-< H

447

0.55

130012/0 8

Tabelle 2 (Fortsetzung)

Nr. X 45 H -N

/CH₃ Maximale Absorptionswellenlänge

' (ran)

447

Ordnungs-. parameter

0.54

46 " -NHCH₂CH₂CH₂OCH₃ 447

47 " -NHCH₂CH₂CH₂OC₃H₇(iso) 447

- 0.55 0.54

-NH

CH-448

0.56

49 " -NH-// \\—C₂H₅

50 " -NH-^M-C₄H₉(Ii)

51 52

54 CÄ -NH

₅(n) (n)

OH

55 H -NH-^ \)—OCH-449 449

449 449 449 449 4-49

0.57 0.57

0.54 0.57

0.57

0.56

0.55

449

0.56

130012/0885

Tabelle 2 (Fortsetzung)

H.

OR

65 ·

68 Cl

-NH-(/_\>-OC₈H₁₇ (n) Maximale. Absorptionswellenlänge

(mn)

449'

- Ordnungsparameter

58 "

59 "

60 61 62 63

64 Br -N'

.CH.

Η©

X₃H₇ (η)

₃Η₇(η)

-NH

66. Cl -NHC₄H₉(η) 67 ¹Br -NH-f VoC₄H₉

CH.

C₄H₉ (η) 449

449

- 449

449

0.55

449	0.54
449	0.52
449	- 0.53
448	0.57
449	0.54
449	0^55
454	0.49

0.55

0.53

0.54

0,53

130012/0885

Die maximale Absorptionswellenlänge und der Ordnungsparameter von jedem Farbstoff, die in Tabelle 2 angegeben sind, werden wie folgt bestimmt. Das zuvor erwähnte Flüssigkristall-Gemisch der Phenylcyclohexan-Reihen, ZLI-1132, hergestellt von E.M.Merck & Company (nematischer Flüssigkristall-Temperaturbereich s -6 bis 7O°C) und 4-(2-Methylbutyl)-4'-cyanobiphenyl, hergestellt von BDH Ltd., als optisch aktive Substanz werden in einer Menge von etwa 7 Gew.?6, bezogen auf die Menge des Flüssigkristall-Gemisches, zugegeben. Dazu gibt man einen der in Tabelle 2 aufgeführten Farbstoffe als pleochroitischen Farbstoff und erhitzt dann auf mindestens 7O°C. Dieses Gemisch wird gut in einem isotropischen Flüssigkeitszustand gerührt. Die Masse kann dann abkühlen. Zur Auflösung des Farbstoffs werden völlig analoge Stufen durchgeführt.

Die so hergestellte Flüssigkristall-Zusammensetzung wird in einer Zelle mit einem Spalt von 10/um versiegelt. Die Zelle umfaßt zwei Glassubstrate mit transparenten Elektroden und deren Ebene, die mit dem Flüssigkristall in Berührung ist, wird mit einem Polyamidharz beschichtet, gehärtet und einer Reibbehandlung unterworfen. In der oben beschriebenen Zelle, die einer Orientierungsbehandlung unterworfen wurde, nimmt die oben beschriebene Flüssigkristall-Zusammensetzung einen cholesterin!sehen Zustand an, der als Grandjean-Orientierung bezeichnet wird. Die spiralförmigen Achsen sind senkrecht, bezogen auf die Substratebenen, wenn keine Spannung längs der Elektroden angelegt wird. Die Farbstoffmoleküle, die die gleiche Orientierung aufweisen, folgen dem Wirt-Flüssigkristall. Als Folge erscheint die Zelle stark gefärbt. Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht der oben beschriebenen Zelle in spannungsfreiem Zustand. Wird ein Wechselstrompotential von 30 V und 50 Hz längs der Elektroden angelegt, so nimmt die Flüssigkristall-Zusammensetzuig eine homeotrope Orientierung ein, wobei die Orientierungsrichtung senkrecht zu den Substratebenen ist und wobei die

130 012/0885

Farbstoffmoleküle die gleiche Orientierung annehmen und dem Wirt-Flüssigkristall folgen. So erscheint die Zelle farblos. Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht der oben beschriebenen Zelle, an die Spannung angelegt ist. Wird ein Kupferblock, der einen Heizdraht enthält, in engen Kontakt mit der oben beschriebenen Zelle gebracht und auf mindestens 7O°C erhitzt, so nimmt die Flüssigkristall-Zusammensetzung einen isotropischen Flüssigkeitszustand an, bei dem die Flüssigkristallmoleküle und die Farbstoffmoleküle in Randomzustand vorliegen. Das Absorptionsspektrum des sichtbaren Lichts der oben beschriebenen Gast-Wirt-Zelle wird jeweils hinsichtlich des oben beschriebenen Grandjean-Zustands, des homeotropen Zustande und des isotropischen Flüssigkeitszustands gemessen, um die Absorption und maximale Absorptionswellenlänge jedes Farbstoffs zu bestimmen. Bei der Bestimmung der Absorption des Farbstoffs werden Korrekturen, bezogen auf die Absorption durch die Wirt-Flüssigkristalle und den Reflexionsverlust der Zelle, durchgeführt. Der Ordnungsparameter wird unter Verwendung der Absorptionsdaten der Farbstoffe in den oben beschriebenen entsprechenden Zuständen gemäß dem zuvor erwähnten, in "Absorption and Pitch Relationships in Dichroic Guest-Host Liquid Crystal System" von H.S. Cole Jr. und S.Aftergut, Journal of Chemical Physics, Band 68, Seite 896 (1978), beschriebenen Verfahren berechnet.

Die Mengen an Farbstoffen, die zu den Wirt-Flüssigkristallen bei der Bestimmung der in Tabelle 2 aufgeführten Ordnungsparameter zugegeben werden, variieren in Abhängigkeit von dem besonderen Farbstoff. Im allgemeinen liegen sie jedoch innerhalb eines Bereichs von etwa 0,3 bis 3 Gew.56, bezogen auf die Menge an Flüssigkristall-Gemisch*

Die Ordnungsparameter-Werte hängen zum Teil von der Art der Wirt-Flüssigkristalle und der Konzentration des pleochroitischen Farbstoffs ab. Sie können daher geringfügig variiert

130012/0885

werden, indem man die Art der Wirt-Flüssigkristalle oder die Konzentration des Farbstoffs ändert.

Jeder der in Tabelle 2 aufgeführten und in ZLI-1132 (hergestellt von E.M.Merck & Company) gelösten Farbstoffe wird in einer Flüssigkristall-Anzeigezelle abgedichtet, die zwei 3 mm dicke transparente Glassubstrate aufweist. Die Zelle wird dann einem beschleunigten Zersetzungstest unter Verwendung eines Sunshine Weather Meters unterworfen. Jeder Farbstoff zeigt eine Verringerung in der Absorption von nur 1096 oder weniger nach 10Oh beschleunigter Zersetzung. Daher zeigen die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Farbstoffe eine extrem hohe Lichtstabilität. Das bei diesem Beispiel verwendete Sunshine Weather Meter bestrahlt die Probe kontinuierlich mit starkem, fast weißem Licht, das von einem Kohlebogen emittiert wird, und dann wird gleichzeitig auf die Probe während 18 min während jeweils 120 min Wasser gespritzt. Die Bedingungen innerhalb des Weather Meters werden bei Atmosphärendruck bei einer Temperatur von 35 bis 6O⁰C und einer relativen Feuchtigkeit von 30 bis 7O9Ä gehalten.

Beispiel 2

1 Gew.% Farbstoff 8 von Tabelle 2, d.h.

C₉H₁₉ (n)

wird zu den gleichen Flüssigkristallen, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurden, gegeben (enthaltend 7 Gew.96 optisch aktive Substanz, bezogen auf die Menge an Flüssigkristall-Gemisch). Man erhitzt auf mindestens 70⁰C, und nachdem dieses Gemisch in isotropischem Flüssigkeitszustand gut gerührt worden war, läßt man das entstehende Gemisch abküh-

130012/0885

len. Zur Auflösung des Farbstoffs werden vollständig analoge Schritte wiederholt.

Die so hergestellte Flüssigkristall-Zusammensetzung wird in der gleichen Zelle, wie in Beispiel 1, abgedichtet und das Absorptionsspektrum wird in spannungsfreiem Zustand und im Zustand angelegter Spannung bestimmt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 5 dargestellt. Unter Verwendung des oben beschriebenen pleochroitischen Farbstoffs erscheint die Zelle ausgeprägt gelb in spannungsfreiem Zustand und leicht gelb in einem Zustand angelegter Spannung. Man erhält so einen guten Kontrast zwischen dem "EIN"-Zustand und dem "AUS"-Zustand. Der Farbstoff dieses Beispiels zeigt eine maximale Absorptionswellenlänge von 447 nm und einen Ordnungsparameter von 0,66 in dem oben beschriebenen Wirt-Flüssigkristall.

Um weiterhin Werte hinsichtlich der praktischen Stabilität des Farbstoffs dieses Beispiels zu erhalten, wird der beschleunigte Zersetzungstest durchgeführt. Das heißt, die oben beschriebenen Flüssigkristalle, die den oben beschriebenen Farbstoff darin gelöst enthalten, werden in der oben beschriebenen Zelle versiegelt und . 100 h in einem Sunshine Weather Meter stehengelassen, um das Reduktionsverhältnis der Absorption zu prüfen. Zum Vergleich werden typische bekannte Farbstoffe auf ähnliche Weise in den Zellen versiegelt und einem beschleunigten Zersetzungstest gleichzeitig mit dem obigen Chinophthalon-Farbstoff unterworfen. Die Ergebnisse des oben beschriebenen beschleunigten Zersetzungstests unter Verwendung des Weather Meters sind in Fig. 6 dargestellt. In Fig. 6 zeigen: Kurve 9 die Änderung in der Absorption (die bei der maximalen Absorptionswellenlänge jedes Farbstoffs gemessen wird), Kurve 10 den Merocyaninfarbstoff der folgenden Formel

130012/0885

CH-CH

Kurve 11 den Azofarbstoff der folgenden Formel

N=N-C⁷ V-N^

^CH3

und Kurve 12-den Azomethinfarbstoff'der folgenden Formel ' !

'CH,

-H-C*/ Vn/

CH₃

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß, verglichen mit bekannten dichroitischen Farbstoffen, der erfindungsgemäße Farbstoff eine extrem hohe Stabilität aufweist. Das Absorptions-Reduktionsverhältnis des Farbstoffs beträgt nur 10% oder weniger nach 100 h beschleunigter Zersetzung.

Zusätzlich zeigen die transparenten Glassubstrate, die in diesem Beispiel verwendet wurden, eine prozentuale Transmission von fast Null für das Licht von 300 nm oder weniger.

Beispiel 3

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung, die hergestellt wurde durch Zugabe von 1 Gew.% des Farbstoffs 15 in Tabelle 2, d.h.

als pleochroitischer Farbstoff zu dem gleichen Flüssigkristall, wie er in Beispiel 1 verwendet wurde (enthaltend

3 0 012/0885

7 Gew.% optisch aktive Substanz), wird in der gleichen Zelle , wie in Beispiel 1, versiegelt und das Absorptionsspektrum in spannungsfreiem Zustand und im Zustand angelegter Spannung wird bestimmt. Auch in diesem Fall wird ein guter Kontrat zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand erhalten. Der Farbstoff dieses Beispiels zeigt eine maximale Absorptionswellenlänge von 448 nm und einen Ordnungsparameter von 0,63 bei dem oben beschriebenen Flüssigkristall.

Bei Durchführung des beschleunigten Zersetzungstestes während 100 h auf gleiche Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, beträgt das Absorptions-Reduktionsverhältnis des Farbstoffs 10% oder weniger. Somit zeigt der Farbstoff eine ausgezeichnete Stabilität.

Beispiel 4

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung, hergestellt durch Zugabe von 3 Gew.% des Farbstoffs 22 in Tabelle 2, d.h.

als pleochroitischer Farbstoff, zu dem gleichen Flüssigkristall, wie er in Beispiel 1 verwendet wurde (enthaltend 7 Gew.% optisch aktive Substanz), wird in der gleichen Zelle, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, versiegelt und das Absorptionsspektrum in spannungsfreiem Zustand und im Zustand angelegter Spannung wird bestimmt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 7 gezeigt. Man erhält wiederum einen guten Kontrast zwischen dem EIN- und dem AUS-Zustand. Der Farbstoff dieses Beispiels zeigt eine maximale Absorptionswellenlänge von 448 nm und einen Ordnungsparameter von 0,62 in dem obigen Flüssigkristall.

130012/0885

Bei Durchführung des beschleunigten Zersetzungstests während 10Oh auf gleiche Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, beträgt das Reduktionsverhältnis der Absorption 10% oder weniger. Somit besitzt der Farbstoff eine ausgezeichnete Stabilität.

Beispiel 5

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung, die hergestellt wurde durch Sättigung des gleichen Flüssigkristalls, wie er in Beispiel 1 verwendet wurde (enthaltend 7 Gew.% optisch aktive Substanz),mit dem pleochroitischen Farbstoff 51 in Tabelle 2, d.h.

CONH

wird in der gleichen Zelle, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, versiegelt und das Absorptionsspektrum wird in spannungsfreiem Zustand und im Zustand angelegter Spannung (30 V, 50 Hz) bestimmt. Die so erhaltenen Spektren sind in Fig.8 dargestellt. Der Farbstoff dieses Beispiels zeigt eine maximale Absorptionswellenlänge von 449 mn und einen Ordnungsparameter von 0,54 in dem oben beschriebenen Flüssigkristall.

Weiterhin wird, um die Werte hinsichtlich der praktischen Stabilität des Gast-Farbstoffs dieses Beispiels zu erhalten, der beschleunigte Zersetzungstest durchgeführt. In Fig.9 sind die Ergebnisse des beschleunigten Zersetzungstests unter Verwendung des zuvor beschriebenen Weather Meters dargestellt.

In Fig. 9 zeigen: Kurve 17 die Änderung in der Absorption der den Farbstoff dieses Beispiels enthaltenden Zelle

130012/0885

Kurve 18 den Merocyaninfarbstoff der folgenden Formel

CH - CH

'^C2^H5

Kurve 19 den Azofarbstoff der folgenden Formel

α CH₃ N •JM- CH₃

und Kurve 20 den Azomethinfarbstoff der folgenden Formel

Aus Fig. 9 ist erkennbar, daß der erfindungsgemäße Farbstoff stabiler als bekannte Farbstoffe ist. Das heißt, der Wert A/M des Chinophthalon-Farbstofs dieses Beispiels beträgt 0,93 nach lOOstündiger beschleunigter Zersetzung. Weiterhin zeigen die in diesem Beispiel verwendeten, transparenten Glassubstrate eine prozentuale Transmission von fast Null bei 300 nm oder weniger.

Beispiel 6

Eine Flüssigkristall-Zusammensetzung, die hergestellt wurde durch Zusatz von 1,0 Gew.% des pleochroitischen Farbstoffs 40 in Tabelle 2, d.h.

C₆H₁₃(n)

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zu dem gleichen Flüssigkristall, wie er in Beispiel 1 verwendet wurde (enthaltend 7 Gew.% optisch aktive Substanz), wird in der gleichen Zelle, wie in Beispiel 2, versiegelt und die Absorption wird in spannungsfreiem Zustand und im Zustand angelegter Spannung (30 V, 50 Hz) bestimmt. In Fig. 10 ist das dabei erhaltene Spektrum dargestellt«, Der Farbstoff dieses Beispiels zeigt eine maximale Absorptionswellenlänge von 449 nm und einen Ordnungsparameter von 0,54 in dem oben beschriebenen Flüssigkristall.

Man stellt fest, daß die Löslichkeit dieses Farbstoffs in dem Wirt-Flüssigkristall, ZLI-1132, 2 Gew.% oder mehr bei Zimmertemperatur beträgt.

Bei Durchführung des beschleunigten Zersetzungstests während 100 h auf gleiche Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, stellt man fest, daß das Absorptions-Reduktionsverhältnis 10% oder weniger beträgt. Somit zeigt der Farbstoff eine ausgezeichnete Stabilität.

Ende der Beschreibung.

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Zusammenfassung

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Zusammensetzung, die mindestens einen Farbstoff der Chinophthalon« Reihen enthält, der durch die Formel

COR

dargestellt wird, worin X Wasserstoff, ein Chloratom oder

1 1 ein Bromatom bedeutet und R die Gruppen -OR oder SR ,

worin R für eine Alky!gruppe, eine Cycloalkylgruppe, eine Alkoxyalkylgruppe, eine Phenylgruppe, eine p-Hydroxyphenylgruppe, eine p-Cycloalkylphenylgruppe, eine p-Alkylphenylgruppe, eine p-Alkoxyphenylgruppe oder eine Aralkylgruppe steht; -ET" -, , worin R und R^ je für Wasserstoff,

eine Alky!gruppe, eine Hydroxyalkylgruppe, eine Alkoxyalky!gruppe, eine Cycloalkylgruppe, eine Phenylgruppe, eine p-Alkylphenylgruppe, eine p-Hydroxyphenylgruppe, eine p-Alkoxyphenylgruppe oder eine Aralkylgruppe stehen, oder einen gesättigten heterocyclischen Ring bedeutet.

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L e e r s e i t e

Claims

PATRNTAN WALTE

MITSUBISHI CHEMICAL INDUSTRIES LTD. 5-2, Marunouclii 2-chome, CMyoda-ku Tokyo / Japan

HITACHI LTD.

5-1, Marunouchi 1-eh.ome, CMyoda-ku

Tokyo / Japan

M. «RÜNECKER H. KINKELDEY

DR-ING.

W. STOCKMAIR

DR-ING. · AA(CALTECH)

K. SCHUMANN

DR RER MAT- DlPL-PHYS

P. H. JAKOB

DIPL-ING.

G. BEZOLD OR BER NXT- DtPL-CHEM.

8 MÜNCHEN 22 MAXIMIUANSTRASSE 43

P 15 433

11. September 1980

Flüssigkristall-Zusammensetzung

Patentansprüche

1J Flüssigkristall-Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Farbstoff der Chinophthalon-Reihen enthält, der durch die Formel

dargestellt wird, worin X Wasserstoff, ein Chloratom oder

1

ein Bromatom "bedeutet und R -OR oder -SR , worin

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R für eine Alky!gruppe, eine Cycloalkylgruppe, eine AIkoxyalky!gruppe, eine Phenylgruppe, eine p-Hydroxyphenylgruppe, eine p-Cycloalkylphenylgruppe, eine p-Alkylphenylgruppe, eine p-Alkoxyphenylgruppe oder eine Aralkylgruppe steht,

öS 2 3

-N. -z , worin R und R je für Wasserstoff, eine Alkyl- \_R3

gruppe, eine Hydroxyalkylgruppe, eine Alkoxyalkylgruppe, eine Cycloalkylgruppe, eine Phenylgruppe, eine p-Alkylphenylgruppe, eine p-Hydroxyphenylgruppe, eine p-Alkoxy« phenylgruppe oder eine Aralkylgruppe stehen oder einen substituierten heterocyclischen Ring bedeutet.

2. Flüssigkristall-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Farbstoff der Chinophthalon-Reihen enthält, der durch die Formel

COZ

dargestellt wird, worin X Wasserstoff, ein Chloratom oder ein Bromatom bedeutet und R Wasserstoff, eine Hydroxygruppe, eine Cyclohexylgruppe, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeutet.

3· Flüssigkristall-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Farbstoff der Chinophthalon-Reihen enthält, der durch die Formel

.COOR⁵

130012/0885

dargestellt wird, worin X Wasserstoff, ein Chloratom oder

5
ein Bromatom bedeutet und R eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, eine Cyclohexylgruppe, eine 4-Cyclohexylcyclohexylgruppe, eine Niedrigalkoxy-niedrigalkylgruppe, eine Benzylgruppe oder eine Phenäthylgruppe bedeutet .

4. Flüssigkristall-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Farbstoff der CIiinophthalon-Reihen enthält, der durch die Formel

dargestellt wird, worin X ein Wasserstoffatom, ein Chloratom oder ein Bromatom bedeutet und R eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeutet.

5. Flüssigkristall-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Farbstoff der Chinophthalon-Reihen enthält, der durch die Formel

dargestellt wird, worin X Wasserstoff, ein Chloratom oder

7 8 ein Bromatom bedeutet und R' und R je Wasserstoff, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, eine Hydroxyniedrigalkylgruppe, eine Niedrigalkoxy-niedrigalkylgruppe, eine Cyclopentylgruppe, eine Cyclohexylgruppe, eine Benzylgruppe oder eine Phenäthylgruppe bedeuten.

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6. Flüssigkristall-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Farbstoff der Chinophthalon-Reihen enthält, der durch die Formel

dargestellt wird, worin X Wasserstoff, ein Chloratom oder

ein Bromatoa bedeutet, R^ Wasserstoff oder eine niedere

10
Alkylgruppe bedeutet und R Wasserstoff, eine Hydroxygruppe, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeutet.

7. Flüssigkristall-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Farbstoff der Chinophthalon-Reihen enthält, der durch die Formel

dargestellt wird, worin X Wasserstoff, ein Chloratom oder

11
ein Bromatom bedeutet und R eine Piperidinogruppe, eine Morpholinogruppe oder eine Piperadinogruppe bedeutet.

8. Flüssigkristall-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1, 2, 31 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Hauptkomponente nematische Flüssigkristalle mit positiver dielektrischer Anisotropie enthält.

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ORIGINAL INSPECTED

9. Flüssigkristall-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine optisch aktive Substanz enthält.

10. Flüssigkristall-Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine optisch aktive Substanz enthält.

11. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung aus

(a) einem Paar von Substraten, von denen mindestens eines transparent ist;

(b) transparenten Elektroden, die an gegenüberliegenden Oberflächen des Paars von Substraten vorhanden sind;

(c) einer Flüssigkristallschicht, die zwischen dem Paar von Substraten mit den transparenten Elektroden vorhanden ist; und

(d) einer Einrichtung, um gegebenenfalls ein elektrisches Feld an die Flüssigkristallschicht durch die transparenten Elektroden anzulegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristalle mindestens einen Farbstoff der .Chinophthalon-Reihen enthalten, der durch die Formel

dargestellt wird, worin X Wasserstoff, ein Chloratom oder ein Bromatom bedeutet und R für die Gruppen -OR oder

1 1
-SR , worin R für eine Alkylgruppe, eine Cycloalkylgruppe, eine Alkoxyalkylgruppe, eine Phenylgruppe, eine Hydroxyphenylgruppe, eine p-Cycloalkylphenylgruppe, eine p-Alkylphenylgruppe, eine p-Alkoxyphenylgruppe oder eine Aralkyl-

gruppe steht; -N_x , worin R² und B? Je Wasserstoff, eine

^XR⁵

130012/0885

Alkylgruppe, eine Hydroxyallcylgruppe, eine Alkoxyalkylgruppe, eine Cycloalkylgruppe, eine Phenylgruppe, eine p-Alkylphenylgruppe, eine p-Hydroxyphenylgruppe, eine p-Alkoxyphenylgruppe oder eine Aralkylgruppe bedeutet, oder für einen gesättigten heterocyclischen Ring steht.

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