DE3200967C2

DE3200967C2 - 1,2-Di-[trans-(äquatorial-äquatorial)-cyclohexyl]-äthane und deren Verwendung als elektro-optische Anzeigematerialien

Info

Publication number: DE3200967C2
Application number: DE3200967A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Yokohama Fujita; Hiroyuki Kawagoe Saitama Ohnishi; Hisato Sato; Haruyoshi Tokyo Takatsu; Kiyofumi Urawa Takeuchi; Masayuki Urawa Saitama Tazume
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1981-01-14
Filing date: 1982-01-14
Publication date: 1983-12-15
Also published as: CH648013A5; US4431853A; DE3200967A1; JPS57118526A; JPH0210810B2

Abstract

Die Erfindung betrifft als neue Verbindungen 1,2-Di-[trans-(äquatorial-äquatorial)-cyclohexyl]-äthan-Derivate der folgenden allgemeinen Formel (Formel) worin R und RΔ unabhängig voneinander eine lineare Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen darstellen, die als elektrooptische Anzeigematerialien verwendbar sind und bei denen es sich um flüssig-kristalline Substanzen handelt.

Description

(Q

worin R und R' beide Äthyl-, n-Propyl- oder n-Butylgruppen sind oder worin R eine Methylgruppe und R' eine n-Octylgruppe oder R eine Äthylgruppe und R' eine n-Heptylgruppe ist.

2. Verwendung der l^-Di-ftrans^äquatorial-äquatorial)-eyclohexyf]-äthane gemäß Anspruch 1 als elektro-optische Anzeigematerialien.

Die Erfindung betrifft neue Flüssigkristall-Verbindungen, die als elektro-optische Anzeigematerialien verwendbar sind.

Bei diesen Verbindungen handelt es sich um 1,2- Di-{trans-(äquatorial-äquatorial)-cyclohexyl]-äthane der allgemeinen Formel (I)

-CH₂CH

White et aL [Journal of Applied Physics. 45,4718 (1974)]. Flüssigkristall-Substanzen bzw. flüssig-kristalline Substanzen, die bei diesen flüssig-kristallinen Anzeigezellen verwendet werden, müssen verschiedene Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise sind niedrige Viskositäten erforderlich, um die Ansprechgeschwindigkeiten zu erhöhen, ußd bei diesen handelt es sich um. wichtige Eigenschaften die sämtliche dieser Zellen-Typui gemeinsam erfordern. Ein niedriger Anisotropie-Wert {Δη) der Doppelbrechung ist die Eigenschaft die zur Erhöhung des dichroitischen Verhältnisses der Zellen der Gast-Wirt-Methode erforderlich ist.

Die Verbindungen der Formel (I) besitzen eine sehr nitdrige Anisotropie {Δη) der Doppelbrechung. Demzufolge kann durch Mischen einer geringen Menge einer Verbindung der Formel (I) mit verschiedenen nematischen flQssigkristallinen Materialien der 4n-Wert. dieser Materialien effektiv vermindert werden. Weiterhin kann, da die Verbindungen der Formel (I) eine geringe Viskosität aufweisen, ihre Zugabe in einer geringen Menge zu verschiedenen nematischen flüssigkristallinen Materialien wirksam zu einer Abnahme der Viskosität dieser Materialien führen. Die Verbindungen der Formel (I) können daher als Mittel zur Verminderung der Viskositäten und Doppelbrechungs-Anisotropien von verschiedenen nematischen flüssigkristallinen Materialien verwendet werden, und sie sind besonders als flüssigkristalline bzw. Flüssigkristall-Materialien für Zellen der Gast-Wirt-Methode verwendbar.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel (1) werden beispielsweise hergestellt, indem man eine Verbindung der Formel (II)

Typische Flüssigkristall-Anzeigezellen umfassen Zellen der Feldeffekt-Methode, vorgeschlagen von M. Shadt [Applied Physics Letters, 18, 127-128 (1971)], Zellen der dynamischen Streuungs-Methode, vorgeschlagen von G. H. Heilmeier et al. [Proceedings of the I.E.E.E.. 56, 1162-1171 (1968)] und Zellen der Gast-Wirt-Methode, vorgeschlagen von G. H. Heilmeieret al. [Applied Physics Letters, 13,91 (1968)] oder D. L

CH₂Br

(ID

mit einem trans-4-n-Alkylcyclohexylmethyl-lithiumhalogenid oder trans-4-n-Alicylcyclohexylmethyl-magnesiumhalogenid, vorzugsweise einem trans-4-n-AlkyIcycIohexylmethyl-magnesiumbromid (worin jeweils der n-AI-kylrest die für R' angegebene Bedeutung besitzt).

umsetzt, das erhaltene Produkt hydrolysiert, das Hydrolysat im Vakuum destilliert und das erhaltene Produkt umkristallisiert. Dieses Reaktionsverfahren wird nachstehend schematisch gezeigt (R und R' in den Formeln sind wie vorstehend definiert).

CH₃Br + R'

CH₂MgBr (ID

CH₂CH₂

R'

Die Übergangstemperaturen für typische Beispiele der Verbindungen der Formel (I), die auf diese Weise hergestellt werden, sind in der Tabelle I angegeben.

32 UO 967

Tabelle I

CH₂CH₂

Verbindung	R
Nr.	C₂H₅-
1	U-C₃H₇
2	U-C₄H₉
3	CH₃-
4	C₂H₅-
5

R'

Ubergangstemperatur (° Q	29
c-»-s	73
17	97
35	76
20	73
15
13

C₂H₅-

n-C₃H₇-

H-C₄H₉-

n-C₈H₁₇-

n-C₇H_I5-

Anmerkung:

Ia Tabelle I bedeutet C eine kristallin;' Phase;S eine smektische Phase; I eine isotrope flüssige Phase;

und der Pfeil den Phasenübergang.

Die Verbindungen der Formel (I) sind wirksam als viskositätsmindernde Mittel oder Doppelbrechungs-Anisotropie-vermindernde Mittel für sämtliche nematischen Flüssigkristalle. Daher kann die Zugabe der Verbindungen der Formel (I) zu nematischen Flüssigkristallen zu einer Verbesserung der Reaktions- bzw. Ansprech-Geschwindigkeiten von verschiedenen flüssigkristallinen Zellen und der Anzeigeklarheit bzw. des Anzeigekontrastes von Flüssigkristallzellen der Gast-Wirt-Methode führen. Typsche Beispiele für solche nematischen Flüssigkristalle umfassen

4,4'-disubstituiertesPhenylbenzoat,

4,4'-disubstituiertes S- Phenylthiobenzoat,

4,4'-disul/stituiertesBenzylidenanilin,

4,4'-disubstituiertesAzoxybenzol,

4,4'-disubstituiertes Biphenyl,
4,4'-disubstituiertesPhenyl-cycIohexan-

carboxylat,

4,4'-disubstituiertes Phenylcyclohexan und
jo 4,4'-BiphenylcycIohexan.

Die nachstehende Tabelle II zeigt die Viskositäten und Doppelbrechungs-Anisotropien von nematischen Flüssigkristall-Zusammensetzungen, bestehend aus 90 Gew.-% eines gemischten nematischen Flüssigkristalls (A) mit einer geringen Viskosität, der gegenwärtig weit verbreitet angewandt wird, und 10 Gew.-% der Verbindungen Nr. 1 bis 5 der Formel (I), sowie des gemischten nematischen Flüssigkristalls (A) selbst Der gemischte nematische Flüssigkristall (A) besteht aus

18Gew.-%

lSGew.-% n-C₅H„—/hV-COO

10Gew.-% n-CHii—< H >— COO

18Gew.-% U-C₃H₇-< H

18 Gew.-% U-C₅H_n-^ H

—n-C₅H₁₁

CN

18Gew.-%

Tabelle II Flüssigkristall

(A)+ (Nr. 1)
(A) + (Nr. 2)
(A) + (Nr. 3)
(A) + (Nr. 4)
(A) + (Nr. 5)

Viskosität	Doppel
	brechungs-
	Anisotropie
(mPas	(Δ /i/25°C)
bei 25° C)
20	0,0944
15,9	0,0871
16,1	0,0875
16,4	0,0878
16.3	0,0878
16,3	0,0877

IO

15

Aus den in Tabelle Il gezeigten Daten wird ersic-liuich, daß der Zusatz einer geringen Menge einer Verbindung der Formel (I) in hohem Ausmaß die Viskosität und den Doppelbrechungs-Anisotropie-Wert des gemischten nematischen Kristalls (A) reduzieren kann. Die Viskosität (20 mPas/25°C) und der Doppelbrechungs-Anisotropie-Wert (0,0944/25° C) des gemischten nematischen Flüssigkristalls (A) sind weitaus geringer als diejenigen von verschiedenen durchschnittlichen nematischen Flüssigkristall-Zusammensetzungen, die sich gegenwärtig in kommerzieller Verwendung befinden.

Die Verbindungen der Formel (I) besitzen einen hohen Anwendungswert insoweit, als sie derart niedrige Viskositäts- und Doppelbrechungs-Anisotropie-Werte des nematischen Flüssigkristalls (A) weiter in hohem Ausmaß reduzieren können.

Die Effekte der Erfindung werden durch einen nachstehend gezeigten Vergleichsversuch veranschaulicht.

F.ine Verbindune der Formel

n-CjH

COO

n-C,H₇

(Verbindung B) mit einer geringen Viskosität und einer ähnlichen chemischen Struktur wie die erfindungsgemäßen Verbindungen der Formel (I) [Mol. Cryst. Liq. Cryst. 56, 157 (1980)] wurde in verschiedenen Anteilen mit dem gemischten nematischen Flüssigkristall (A) gemischt. Ähnlich wurde die folgende eifindungsgemäße Verbindung

n-CjH,

CH₂CH

n-C,H₇ (Nr. 2)

in verschiedenen Anteilen mit dem gemischten nematischen Flüssigkristall (A) gemischt. Die Viskositäts- und Doppelbrechungs-Anisotropie-Werte der erhaltenen zwei Typen von nematischen Flüssigkristall-Zusammen-Setzungen wurden gemessen. Fig. 1 der Zeichnungen zeigt die Ergebnisse der Viskositätsmessung und F i g. 2 die Ergebnisse der Doppelbrechungs-Anisotropie-Messung. Wurden die Verbindungen Nr. 1 und 3 bis 5 der Erfindung verwendet, erhielt man ähnliche graphische Darstellungen wie im Fall der Verbindung Nr. 2.

Der vorstehende experimentelle Tatbestand zeigt klar, daß die Verbindungen der Formel (I) der Erfindung in hohem Ausmaß die Viskositäts- und Doppelbrechungs-Anisotrovie-Werte von nematischen Flüssigkristallen im Vergleich zu den typischen bekannten analogen Verbindungen vermindern können.

Bisher gab es keine Verbindung, die in hohem Ausmaß sowohl die Viskosität als auch den Doppelbrechungs-Anisotropie-Wert von Flüssigkristallen reduzieren kann, wenn sie in einer so geringen Menge wie etwa 10 bis 20% verwendet wird. Demzufolge sind die Verbindungen der Formel (I) gemäß der Erfindung sehr wertvoll für die Schaffung von praktisch einsetzbaren Flüssigkristallen, indem man sie mit bekannten Flüssigkristallen mischt

Aus der Chemikerzeitung 104,269-271 (1980) waren zwar bereits l,2-Di-(trans-4-aIkyl-cyclohexyl)-äthane bekannt, die für die Herstellung von elektrooptischen Anzeigeelementen geeignet sind. Wie jedoch anhand von Versuchen gezeigt werden konnte, zeichnen sich die erfmdungsgemäßen Verbindungen gegenüber den bekannten Verbindungen dadurch aus, daß sie in besonders hohem Ausmaß die Viskosität und den Wert für die Doppelbrechungsanisotropie von gemischten nematischen Flüssigkristallen zu vermindern imstande sind. Dies bedeutet, daß die erfindungsgemäßen Verbindungen einen gemischten nematischen Flüssigkristall mit einer besonders kurzen Ansprechdauer ergeben, wobei das Bild gut aus schräger Richtung lesbar ist.

Werden weiterhin die erfindungsgemäßen Verbindungen zu einem gemischten nematischen Flüssigkristall in einer praktikablen Menge von etwa 20% zugegeben, tritt im Vergleich zu den Verbindungen der vorstehenden Literaturstelle kaum eine smektische Phase auf. Demzufolge besitzen die erfindungsger-äßen Verbindungen bezüglich ihrer Anwendbarkeit als Material für elektrooptische Anzeigevorrichtungen einen weiteren Spielraum.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Man gab 80 cm³ wasserfreien Äther zu 2,43 g (0,10MoI) Magnesium und fügte unter Rühren 215 g (0,10 Mol) einer Verbindung der folgenden Formel

n-CjH

CH₂Br

zu. Die Mischung wurde 1 Stunde zum Sieden unter Rückfluß erhitzt Hiernach gab man tropfenweise nach

und nach 21,9 g (0,10 Moljeiner Verbindung der folgenden Formel

CH₂Br

zu und erhitzte die Mischung 5 Stunden zum Sieden

unter Rückfluß. Nach der Umsetzung gab man tropfenweise 200 ml O,5n-Chlorwasserstoffsäure zu. Die Reaktionsmischung wurde mit einer 5%igen wäßrigen Natriumbicarbonatlösung und mit Wasser gewaschen und dann über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Der Äther wurde anschließend abdestilliert. Das erhaltene Reaktionsprodukt wurde destilliert und aus Äthanol umkristallisiert, um 10,8 g (0,0388 Mol) einer Verbindung der folgenden Formel zu ergeben:

Ausbeute: 38,8%

Übergangstemperatur: 35^SC (C —► S), 73°C (S <=? ϊ)

Beispiel 2 Analog zu Beispiel 1 wurden die folgenden Verbindungen hergestellt:

-C₂H₅

C₂H₃

CH₂CH₂

Ausbeute: 32,0% Übergangstemperatur: 17°C (C —♦ S), 29°C (S ♦=> I)

U-C₄H,

CH₂CH₂

n-C₄H,

I H

Ausbeute: 35,9%

Übergangstemperatur: 20⁰C (C —»S), 97°C (S i^ I)

CH₂CH

Ausbeute: 31,1%

Übergangstemperatur: 15°C (C —»S), 76°C (S *=+1)

Ausbeute: 30,4%

Übergangstemperatur: 13°C (C —» S), 73°C (S ^ Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

32 OO Patentansprüche:

1. l^-Di-Jtrans-iäquatorial-äquatorialJ-cyclohexyl]-äthane der allgemeinen Formel (i)

R-

R'