Brevet FR2478120A1 — publié le 19810918

La présente invention se rapporte à une composition à base de cristal liquide contenant en solution un colo- rant pléochroique anthraquinonique et utilisable dans des dispositifs électro-optiques, plus particulièrement dans des dispositifs d'affichage. Pour qu'un colorant puisse être employé de façon appropriée en solution dans un cristal liquide pour dis- positif d'affichage, il doit présenter au moins les pro- priétés suivantes: - être suffisamment soluble dans le cristal liquide être parfaitement stable chimiquement (notamment inerte vis-à-vis du cristal liquide) et surtout photochimiquement (stable à la lumière UV); présenter une intensité d'absorption suffisante et - ne pas contenir de groupements ioniques ou ionisa- bles. En outre, un tel colorant doit présenter un paramè- tre d'ordre "SI' élevé, ce paramètre correspondant à la mesure du pouvoir d'orientation du colorant par les mo- lécules du cristal liquide, afin qu'un affichage à con- traste élevé puisse être obtenu. Enfin, la structure de base des composés envisagés doit bien entendu correspon- dre à une couleur appropriée pour l'utilisation dans un dispositif d'affichage, de préférence le bleu et le rouge. La demande de brevet suisse n' 7543/79 du 17 août 1979 de la même titulaire, décrit une composition à base de cristal liquide contenant en solution un dérivé an- thraquinonique ayant la formule générale suivante: 2. R O R y 3 0 R2 Rn utilisable comme colorant pléochrolque et présentant notamment un paramètre d'ordre élevé, ainsi qu'une gran- de stabilité à la lumière, cette composition étant éga- lement destinée à être utilisée dans des dispositifs électro-optiques notamment dans des dispositifs d'affi- chage. En poursuivant leurs recherches, les présents inven- teurs ont constaté que d'autres colorants anthraquino- niques du même type mais avec un substituant hétérocy- clique sont également des colorants pléochrolques de valeur, utilisables dans des compositions à base de cris- tal liquide. L'objet de la présente invention consiste donc en une composition à base de cristal liquide contenant au moins un colorant pléochroique de formule (I), (I) R R Y (1 R3 O R2 dans laquelle R1 est un groupe amino pouvant être alkylé ou acylé, ou un groupe hydroxy substitué ou non; R2, R3 et R4, identiques ou différents, sont chacun un atome d'hydrogène, un groupe amino pouvant être alkylé ou acy- lé, un groupe hydroxy substitué ou non, un groupe nitro, un atome d'halogène, ou un groupe cyano; A est un cy- cloalkane ayant au maximum 8 atomes de carbone, un cy- cloalkène ayant au maximum 8 atomes de carbone, ou un hétérocycle insaturé ou saturé à cinq ou six membres pouvant contenir jusqu'à 4 hétéroatomes; et Y est un 3. atome d'hydrogène ou une chaine latérale identique à - A tel que défini précédemment. Le groupement A peut avoir, par exemple, les formu- les préférées suivantes: H N----N N- N X; X; 2Io$X; J N-N N' N Otx;QX; O>0NX; X; --N X X N O X; 1 X; N 1 S X N-1. I O-X 4. o X est un atome d'hydrogène, un atome d'halogène, un groupe amino, un groupe hydroxy, un groupe mercaptan, un groupe cyano, une chaîne alkyle linéaire, ramifiée ou cyclique en Cl à C16, une chaîne alkoxyalkyle, une chaîne hydroxyalkyle, un groupe pyridyle, un groupe ben- zyle, un groupe phényle, un groupe para-alkylphénylène, un groupe para-alkoxyphénylène, un groupe para-cyanophé- nylène, ou un groupement choisi parmi OR', OAr, SR', SAr, OOCR', OOC-C6H4R', SOC-C6H4-R', NHR', NHAr, NHCOR', NHCOAr, OCOOR', OCOO-C6H4-R', o R' est un atome d'hydrogène, une chaine alkyle linéaire, ramifiée ou cyclique en C1 à C10, une chaîne alkoxy, une chaîne étho- xycarbonylalkyle, une chaîne cyanoalkyle, ou un groupe phényle, et n est un nombre entier valant de 3 à 7. De préférence, le groupement Y est en position 6 lorsque A est substitué en position 2 sur le noyau an- thraquinonique, et en position 7 lorsque A est substitué en position 3. Le paramètre d'ordre, mesuré dans un cristal liqui- de, du colorant de formule (I) est généralement plus élevé lorsque Y = A que lorsque Y = H. En ce qui concerne la longueur de la ou des chaîne(s) latérale(s), elle détermine en partie au moins la solu- bilité du composé de formule (I) et ne devrait par con- séquent pas dépasser environ 24 atomes de carbone. Les substituants X ont chacun de préférence au maximum 10 atomes de carbone, mais lorsque plusieurs de ces groupes sont présents simultanément, le total des atomes de car- bone ne dépasse en principe pas environ 24. Au-dessus, le composé (I) risque de ne pas être suffisamment solu- ble dans le cristal liquide et par conséquent inutili- sable comme colorant pour celui-ci. L'invention sera maintenant illustrée au moyen d'exem- ples dans lesquels les propriétés de deux composés de formule (I), respectivement No. (32) et (33} mentionnés 5. dans le Tableau I ci-après ont été étudiées. Plus par- ticulièrement, la solubilité et le paramètre d'ordre de ces composés ont été mesurés en utilisant les techni- ques connues suivantes - Mesure de la solubilité (par colorimétrie) Une solution saturée de chaque composé (I) est pré- parée dans un cristal liquide, et la solution obtenue est filtrée. Puis, 100 pl du filtrat sont prélevés et dissous dans 50 cc de chloroforme. Ensuite, la densité optique de chaque solution est mesurée spectroscopiquement, et la concentration du co- lorant à saturation est déduite de cette mesure, le coef- ficient d'absorption étant connu dans le chloroforme. Les résultats obtenus sont réunis sur le Tableau I ci-après. A propos des valeurs données pour la solu- bilité, il faut relever que les solutions ont été con- sidérées comme saturées lorsqu'elles contenaient des grains de colorant après chauffage en phase isotrope et agitation pendant 3 minutes. - Détermination du paramètre d'ordre (S) Une solution à 0,5 % de chaque composé étudié dans un cristal liquide est introduite dans une cellule de verre de 30 p d'épaisseur revêtue d'un film d'aligne- ment (SiOX évaporé tangentiellement en polyimide frot- té). Puis la densité optique de chacune de ces solutions est mesurée à son maximum d'absorption en lumière pola- risée d'une part lorsque la direction du polariseur est parallèle (D,1), d'autre part perpendiculaire (DI), à la direction d'alignement, et le paramètre d'ordre est calculé d'après la relation suivante S = r 1 6. o r est le rapport dichrolque, correspondant au rapport DII. D. Les résultats obtenus ont également été reportés sur le Tableau I ci-après. TABLEAU I Propriétés des composés de formule (I) No. Composé (I) Propriétés physiques Propriétés optiques Paramètre Point de Solubilité A max (nm) d'ordre fusion ( C) dans CL (%) CHC3 C CL CL H.N 0 OH C2H5 189-191 > 300 1,2 0,2 {596 LL. 0,65 t0,66 0,71 0,71 -j du paramètre (32) (33) N.B. Le cristal liquide (CL) dans lequel les mesures de solubilité et d'ordre ont été effectuées est'le "E7" de BDH Chemicals Limited. _ _ _ 8. Les composés de formule (I) utilisables comme colorants en solution dans des cristaux liquides pour dispositifs d'affichage peuvent être préparés par les méthodes con- ventionnelles de synthèse des composés anthraquinoniques décrites dans la littérature. Dans la composition selon l'invention, on peut uti- liser un seul type de cristal liquide ou de préférence un mélange decristaux liquides tels que ceux commercia- lisés par exemple par BDH Chemicals Limiited sous les références E3, E7, E8 ou E9 et dont les compositions respectives sont mentionnées dans la demande d brevet européen publiée No. 78300487.2 ou par Hoffmann-La-Ro- che sous les références ROTN-103 ou ROTN-404. Il s'agit de préférence de cristaux liquides nématiques à aniso- tropie positive ou négative, pouvant contenir ou non en plus un agent optiquement actif. En outre, la composition selon l'invention peut com- porter plusieurs colorants de formule (I) ou éventuel- lement d'autres types de colorants anthraquinoniques, de même qu'un agent de cholestérisation et/ou un agent d'alignement. Comme agent cholestérique, on peut mention- ner celui connu par BDH Chemcas Lliited sous la réfé- rence "CB 15", qui est ajouté de préférence en une quan- tité d'environ 3 % par rapport à la composition totale. Comme agent d'alignement destiné à disperser les molé- cules des cristaux liquides perpendiculairement aux pa- rois du dispositif électro-optique, on peut utiliser environ 2 % d'un surfactant, par exemple un monoester de sorbitol, le monolaurate de sorbitol convenant par- ticulièrement bien. Enfin, le colorant pléochrolque de formule (I) est présent en général dans la composition selon l'invention en une quantité correspondant à environ 0,5 à 5 % de la composition totale, par exemple de préférence environ 1,5 %. 24 78 120 9. Bien que les colorants de formule (I) possèdent les propriétés souhaitées dans tous les cristaux liquides commerciaux usuels, il est avantageux d'adapter le subs- tituant A de la formule (I) à la nature du cristal li- quide utilisé. En effet, de nombreux cristaux liquides utilisés couramment ont la formule générale suivante, Rg B-R' o R et R' identiques ou différents sont une chaîne al- kyle, alkoxy ou un groupe polaire tel que -CEN; et B est un cycloalkane ou un hétérocycle. Ainsi, on obtiendra des propriétés optimales, tant au point de vue du paramètre d'ordre du colorant qu'à sa solubilité en associant un colorant (I) à un cristal liquide de formule ci-dessus, o A est B sont identiques. Bien entendu diverses modifications peuvent être ap- portées par l'homme de l'art à la composition qui vient d'être décrite uniquement à titre d'exemples non limi- tatifs sans sortir du cadre de l'invention. 10. REVENDICATIONS 1. Composition à base de cristal liquide contenant un colorant pléochrolque et destinée à être utilisée dans un dispositif électrooptique, caractérisée par le fait que le colorant est un composé anthraquinonique repré- senté par la formule générale (I), R. 0 R y 3 R2 dans laquelle R1 est un groupe amino pouvant être alkylé ou acylé, ou un groupe hydroxy substitué ou non; R2, R3 et R4, identiques ou différents, sont chacun un atome d'hydrogène, un groupe amino pouvant être alkylé ou acy- lé, un groupe hydroxy substitué ou non, un groupe nitro, un atome d'halogène, ou un groupe cyano; A est un cyclo- alkane ayant au maximum 8 atomes de carbone, un cyclo- alkène ayant au maximum 8 atomes de carbone, ou un hé- térocycle insaturé ou saturé à cinq ou six membres pou- vant contenir jusqu'à 4 hétéroatomes, et Y est un atome d'hydrogène ou une chaîne latérale identique à A tel que défini précédemment. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait que Y est en position 6 du noyau anthraqui- nonique lorsque A est substitué en position 2 et en po- sition 7 lorsque A est substitué en position 3. 3. Composition selon la revendication 1 ou la revendi- cation 2, caractérisée par le fait que la chaîne laté- rale A est choisie parmi le groupe comprenant: 2478 120 11. -Ox K]; H _, N-ON N-N N e; x \ toWLx; s Lx; x NN N H)n ",,(CH2) n o. sf)-; i X; X; N N X;N x; x;X O-NX; KX; N O X; 1 x; s N-- 0 -x 12. o X est un atome d'hydrogène, un atome d'halogène, un groupe amino, un groupe hydroxy, un groupe mercaptan, un groupe cyano, une chaine alkyle linéaire, ramifiée ou cyclique en C1 à C16, une chaîne alkàxyalkyle, une chaîne hydroxyalkyle, un groupe pyridyle, un groupe ben- zyle, un groupe phényle, un groupe para-alkylphényle, un groupe para-alkoxyphénylène, un groupe para-cyanophé- nylène, ou un groupement choisi parmi OR', OAr, SR', SAr, OOCR', OOC-C6H4R', SOC-C61t4-R', NHR', NHAr, NHCOR', NHCOAr, OCOOR', OCOO-C6H4-R', o R' est un atome d'hy- drogène, une chaîne alkyle linéaire, ramifiée o cycli- que en C1 à C10, une chaine alkoxy, une chaîne éthoxy- carbonylalkyle, une chaine cyanoalkyle, ou un groupe phényle, et n est un nombre entier entre 3 et 7. 4. Composition selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la structure de base anthra- quinonique substituée en position 2,ou 2 et 6,ou 3, ou 3 et 7, est choisie parmi le groupe comprenant l'amino- l-anthraquinone, la diamino-l,4-anthraquinone, la dia- mino-l,5-anthraquinone, l'amino-l-hydroxy-4-anthraquino- ne, la diamino-l,8-dihydroxy-4,5-anthraquinone, la di- amino-l,4-nitro-5-anthraquinone, la tétramino-l,4,5,8- anthraquinone, la diamino-l,5-dihydroxy-4,8-anthraqui- none et l'amino-l-nitro-4-anthraquinone. 5. Composition selon la revendication 3 et la revendi- cation 4, caractérisée par le fait que le colorant est représeté par la formule: H2N O OH C2 5 HO 0 NH2 13. 6. Composition selon la revendication 3 et la revendi- cation 4, caractérisée par le fait que le colorant est représenté par la formule: 0 NH2 O NH2 7. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte un ou plusieurs cristaux liquides nématiques à anisotropie positive ou négative. 8. Composition selon la revendication 7, caractérisée par fait qu'elle comporte un agent optiquement actif induisant une structure cholestérique et/ou un agent d'alignement. 9. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle contient une solution de 0,5 à 5 % d'un colorant anthraquinonique de formule (I). 10. Composition selon les revendications 8 et 9, carac- térisée par le fait qu'elle comporte environ 1,5 % d'un colorant anthraquinonique de formule (I), environ 3 % d'un agent cholestérique et environ 2 % d'un agent d'a- lignement. 11. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins un autre colorant anthraquinonique de formule (I). 14. 12. Composition selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins un autre colorant anthraquinonique différent de ceux représentés par la formule (M).