LIQUID-CRYSTAL MATERIAL

Abstract: Liq. crystalline material contg. dyestuff for use in guest-host displays contains a mixt. of at least 2 cpds., forming a nematic phase with positive dielectric anisotropy, of formula R1-(A1)m-Z1-A2-Z2-(A3)n-R2 (I) (where R1-2 = 1-10C alkyl or alkoxy opt. with 1 or 2 O atoms in the chain, F, Cl, Br, CN, CF3, or NO2; A1-3 = (substd.) 1,4- phenylene, 1,4-cyclohexylene, 1,3-dioxan-2,5-diyl, piperidin-1,4-diyl, 1,4-bicyclo-(2,2,2) -octylene or pyrimidin-2,5-diyl; Z1-2 = a direct bond, -O-C(O)-, -C(O)-O-, -CH2O, -OCH2- or -CH2CH2-; m = 1 or 2; n = 0 or 1). The mixt. contains 10-60(20-40) wt.% cpds(s). contg. CN gps. and 0-1(0-0.5)wt.% cpd(s). contg. ester gps.

Description: Flüssigkristallines Material In den letzten Jahren sind nematische flüssigkristalline Mischungen entwickelt worden, die einen weiten Temperaturbereich abdecken. Insbesondere konnte erreicht werden, auch bei tiefen Temperaturen, bis -400C zuverlässig, schaltbare Materialien zu erhalten. Dies ist ein Ergebnis einer ausgedehnten Materialforschung, die zur Verminderung der polare Gruppen enthaltende Verbindungsklassen in den flüssigkristallinen Mischungen geführt hat (Mol. Cryst. Liq. Cryst. 94, 139 (1983)). Während eine Mischung, die ganz oder überwiegend aus Cyangruppen enthaltenden Substanzen besteht, bei Temperaturen unter -10 C eine Viskositätszunahme erfährt, die sie für den technischen Einsatz unbrauchbar langsam macht, können Mischungen, bei denen dieser Anteil nur etwa die Hälfte oder weniger ausmacht, bis zu -400C ausreichend schnell sein. Diese Mischungen wurden speziell für die sogenannte TN-Zelle entwickelt und hier auch in technischem Umfang eingesetzt. Die Guest-Host-Zelle unterscheidet sich prinzipiell von der TN-Zelle dadurch, dass die Funktion des einen starren Polarisators von dem dichroitischen Farbstoff aber nommen wird. Der Farbstoff dient quasi als schaltbarer Polarisator. Es ist deswegen verständlich, dass erwartet wird, durch Lösen eines Farbstoffs in einer für TN-Zellen optimierten FK-Mischung, ein für Guest-Host-Zellen geeignetes Material zu erhalten. Neuere Untersuchungen haben gezeigt (Mol. Cryst. Liq. Cryst. 95, 71-89 (1983) und ibid. 94, 327 (1983)), dass diese Vermutung zutrifft und darüber hinaus wird die Auffassung vertreten, dass 2-3 % eines Farbstoffs die charakteristischen physikalischen Eigenschaften einer nematischen Phase praktisch nicht beeinflussen. Die genannten Literaturstellen behandeln vorzugsweise die Ab hängigkeit des Ordnungsgrads von verschiedenen flüssigkristallinen Mischungen. Um die Farbstoff-Guest-Host-Zelle auch bei niedrigen Temperaturen verwendbar zu machen, lässt sie sich aber nicht in der eben beschriebenen Weise optimieren, denn mit der Abnahme polarer Gruppen in der Mischung geht die Verminderung der Farbstofflöslichkeit einher. Eine gute Löslichkeit ist andererseits notwendig, um eine ausreichende Farbdichte zu erzielen. Darüber hinaus kann sich die Viskosität der Mischung durch die Wechselwirkung der Farbstoffe untereinander oder mit den Bestandteilen der nematischen Phase zusätzlich erhöhen. Als Folge davon erhöht sich die Schaltzeit der Zelle so weit, dass die Verwendung in Displays insbesondere bei tiefen Temperaturen unmöglich wird. Bis heute ist dieses Problem nicht befriedigend gelöst; dies hat die breite Einführung der technisch einfach und wirtschaftlich herstellbaren Guest-Host-Anzeige bisher behindert. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, flüssigkristallines Material für Farbstoff-Guest-Host-Zellen bereitzustellen, das eine ausreichende Farbdichte zulässt und auch bei tiefen Temperaturen ausreichend schnell geschaltet werden kann. Wir haben nun überraschend gefunden, dass farbstoffhaltiges flüssigkristallines Material, das ein Gemisch von mindestens zwei Verbindungen, die eine nematische Phase positiver dielektrischer Anisotropie bilden, der allgemeinen Formel R1-(Al)m-Zl-A2-Z2 (A3)n 1 wobei R1, R2 C1-C10-Alkyl, das durch 1-2 O-Atome unterbrochen sein kann, C1-Clo-Alkoxy, das durch 1 oder 2 O-Atome unterbrochen sein kann, F, cl, Br, -CN, -CF3, -NO2, A1, A2, A3 gegebenenfalls substituiertes 1,4-Phenylen-, 1,4-Cyclohexylen, 1,3-Dioxan-2,5-diyl-, Piperidinr 1,4-diyl-, 1,4-Bicyclo-/2,2,27-octylen- und Pyrimidin-2,5-diyl-Gruppen, Z1' Z2 eine direkte Bindung, EMI4.1 -CH20-, -OCH2-, -CH2CH2-, m 1 und 2 sowie n 0 und 1 bezeichnen, wobei für m = 2 die beiden Gruppen A1 gleich oder verschieden sind enthält, und dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gemisch 10-60 Gew.-% mindestens einer cyangruppenhaltigen Verbindung und 0-1 Gew.-% gegebenenfalls mindes tens einer estergruppenhaltigen Verbindung enthält, beim Einsatz in Guest-Host-Anzeigen zu erheblich verbesserten Schaltzeiten führt. Vorzugsweise werden solche Gemische eingesetzt, die 20-40 Gew.-t mindestens einer cyangruppenhaltigen Verbindung enthalten. Weiterhin bevorzugt sind Gemische, die 0-0,5 Gew.-% gegebenenfalls mindestens einer estergruppenhaltigen Verbindung enthalten. Die Gruppen A1, A2, A3 in Formel I können beispielsweise durch 1, 2, 3 oder 4 F-Atome, Cl-Atome, Br-Atome, -CN- oder -CF3-Gruppen substituiert sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem erfindungsgemBen flüssigkristallinen Material um ein Gemisch aus mindestens einer Verbindung der Formeln EMI5.1 und mindestens einer Verbindung der Formel EMI5.2 wobei erfindungsgemäss gelten muss, dass dieses Gemisch farbstoffhaltig sein muss und 10-60 Gew.-% einer cyangruppenhaltigen Verbindung und 0-1 Gew.-% einer estergruppenhaltigen Verbindung enthält. In den Formeln II-VI bezeichnen R' C1-Clo-Alkyl, das durch 1 oder 2 O-Atome unterbrochen sein kann. Beispiele für R' sind: Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Heptyl. Die erfindungsgemässen flüssigkristallinen Materialien enthalten vorzugsweise Farbstoffe der Azo- und/oder Anthrachinonreihe. Geeignete Azofarbstoffe sind z.R. aus DE-OS 2 627 215, US-P 4 128 497, EP 55 838, EP 87 248, EP 80 153, EP 67 354 und DE-OS 2 631 428 bekannt. Geeignete Anthrachinonfarbstoffe sind beispielsweise aus EP 26 004, DE-OS 2 920 730, DE-OS 3 036 853, EP 38 460, EP 49 035, EP 93 367 und EP 59 095 bekannt. Bevorzugt sind Farbstoffmischungen, die Anthrachinonfarbstoffe der Formel EMI6.1 enthalten, in der Y1, Y2' Y3, Y4 Wasserstoff, Halogen, Nitro, Amino, Alkylamino, Arylamino, Acylamino, Cycloal kylamino, Aralkylamino, Alkoxy, Cycloalkoxy, Aryloxy, Aralkoxy, Alkylthio, Cycloalkylthio, Arylthio, Aralkylthio, Hydroxy oder Mercapto, wobei die genannten Kohlenwasserstoffreste sub stituiert sein können, mit der Massgabe, dass mindestens einer der Substituenten Y1-Y4 f H ist, xl, X2, X3 Wasserstoff, Halogen, -T1, -OT1, -ST1, -CN, -CF31 -C0ZT1, Z -0- oder -NH-, T1 gegebenenfalls substituiertes Alkyl, wobei die Alkylkette durch ein O-Atom oder mehrere nicht nachbarständige O-Atome unterbrochen sein kann, vorzugsweise C1-C10-Alkyl, das durch 1 oder 2 O-Atome unterbrochen sein kann, gegebenenfalls substituiertes Aryl, gegebenenfalls substitu iertes Cycloalkyl, gegebenenfalls substituier tes Aralkyl, oder einen gegebenenfalls substi tuierten heterocyclischen Rest bezeichnen. Substituierte 1,4,5,8-Tetraaminoanthrachinone und Arylthiogruppen haltige Anthrachinonfarbstoffe sind besonders bevorzugt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen farbstoffhaltigen flüssigkristallinen Materialien ist, dass die bei Wegfall der estergruppenhaltigen Verbindung hervorgerufene Erniedrigung des Klärpunktes der Mischung durch den Farbstoffeinsatz aufgehoben und in einigen Fällen sogar überkompensiert wird, ohne dass eine Erhöhung der Viskosität mit abnehmender Temperatur eintritt. Beispiel In einer Flüssigkristallmischung enthaltend 22 Gew.-% 4-(4-Cyanophenyl)-cyclohexylalkane (C3: 7 %; C5: 15 %) 15 Gew.-% 4-Cyanobiphenyl-4'-alkane (C2: 6 %; C3: 3 %; C4: 6 %) 5,5 Gew.-% 4-(4-Cyanobiphenyl)-cyclohexylpentan 5,5 Gew.-% 4-Cyanoterphenyl-4'-pentan 18 Gew.-% l-(4-Pentylcyclohexyl)-4-(4-butylcyclo- hexylethylen)-benzol 8,5 Gew.-% 4-(4-Butylcyclohexyl)-4'-(4-pentylcyclo- hexylethylen)-2,2'-dihydrostilben 18 Gew.-% 4- (4-Ethoxyphenylcyclohexyl) -pentan 5,5 Gew.-% 4-Phenylcyclohexylpentan 2 Gew.-% 4-Butylperhydrostilben-4'-carbonsäure-4 cyanophenylester wurden folgende Farbstoffe gelöst: 0,7 Gew.-QO 1,4,5,8-Tetraamino-2,7-di-(4-methyl phenoxy)-anthrachinon 0,7 Gew.-% 1,4,5,8-Tetraamino-2,7-di-phenoxy- anthrachinon 0,3 Gew.-% 1-Amino-5,8-tetrahydronGphthylthio- anthrachinon 0,3 Gew.-% 1-Amino-5, 8-p-tolylthioanthrachinon 0,5 Gew.-% 4-(4-Benzyloxyphenylazo)-phenylazo-4' (4-oxyphenylazo)-2,2'-dichlordiphenyl 0,1 Gew.-% l,4-Diarnino-2- (4-propyloxycarbonyl) - phenoxy-anthrachinon Man erhält eine tiefschwarze Lösung mit den Ordnungsgraden 0,74 (395 nm), 0,76 (592 nm) und 0,75 (633 nm). Man füllt eine Schaltzelle handelsüblicher Bauart, mit In-Sn-Oxid-Elektroden und einer Orientierungsschicht, die parallel zur langen Achse gerichtet ist. Die Schichtdicke beträgt 11,5 p. Die Zelle wird in eine thermostatisierte Küvette gebracht und trit elektrischen Zuleitungen versehen. Die Schaltspannung beträgt 10 V, 100 Hz. Gemessen wird die Helligkeitsänderung hinter der Zelle, die von vorne auftreffendes weisses polarisiertes Licht durch die Orientierung des Farbstoffs erfährt. Es werden mit dieser Vorrichtung folgende Abklingzeiten (zwischen 90 bis 10 % Helligkeitänderung) gemessen. (Zeile a) +200C OOC -200C Schichtdicke a) 184 539 3 875 m sec 11,4 p b) 131 392 2 201 m sec 11,8 p Verwendet man eine Mischung obiger Zusammensetzung, die jedoch die Carbonsäureesterkomponenten nicht ehthält, so findet man in jeder Hinsicht gleiche Ordnungsgrade, Nuance und Farbstärke. Jedoch ist die Abklingzeit bei niedrigen Temperaturen bedeutend erniedrigt (Zeile b) Diese Reduktion der Abklingzeit um 40 % ist gut reproduzierbar. Der Klarpunkt der flüssigkristallinen Mischung beträgt im Beispiel a) ohne Farbstoff 86,80C, im Beispiel b) mit Farbstoff aber ohne Ester 86,70C.

Claims: Patentansprüche 1. Farbstoffhaltiges flüssigkristallines Material zur Verwendung in Guest-Host-Anzeigen, das ein Gemisch von mindestens zwei Verbindungen, die eine ne matische Phase positiver dielektrischer Anisotropie bilden, der allgemeinen Formel R1-(A1)m-Z1-A2-Z2-(A3)n-R2 I enthält, wobei R1, R2 C1-C10-Alkyl, das durch 1 oder 2 O-Atome unterbrochen sein kann, C1-Clo-Alkoxy, das durch 1 oder 2 O-Atomen unterbrochen sein kann, F, Cl, Br, -CN, -CF3, -NO2 A1, A2, A3 gegebenenfalls substituierte 1,4 Phenylen-, 1,4-Cyclohexylen-, 1,3-Dioxan 2,5-diyl-, Piperidin-1,4-diyl-, 1,4-Bicyclo /2,2,2/-octylen- und Pyrimidin-2,5-diyl Gruppen, Z1' Z2 eine direkte Bindung, EMI12.1 CH2 -OCH2-, -CH2CH2-, m 1 und 2 sowie n 0 und 1 bezeichnen, wobei für m = 2 die beiden Gruppen A1 gleich oder verschieden sind, dadurch gekennzeichnet, ist, dass das Gemisch 10-60 Gew.-% mindestens einer cyangruppenhaltigen Verbindung und 0-1 Gew.-% gegebenenfalls mindestens einer estergruppen haltigen Verbindung enthält. 2. Flüssigkristallines Material gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch 20-40 Gew.-% mindestens einer cyangruppenhaltigen Verbindung enthält. 3. Flüssigkristallines Material gemäss den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch keine estergruppenhaltige Verbindung oder maximal 0,5 Gew.-% mindestens einer estergruppenhaltigen Verbindung enthält. 4. Flüssigkristallines Material gemäss den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Verbin dungen der Formel I die Gruppen A1, A21 A3 durch 1, 2, 3 oder 4 F-Atome, Cl-Atome, Br-Atome, -CN oder -CF3-Gruppen substituiert sind. 5. Flüssigkristallines Material gemäss den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gemisch aus mindestens einer Verbindung der Formeln EMI14.1 und mindestens einer Verbindung der Formel EMI14.2 enthält. 6. Flüssigkristallines Material gemäss den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Azo farbstoff enthält. Flüssigkristallines Material gemäss den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Anthrachinonfarbstoff der Formel EMI15.1 enthält, in der yl, Y2, Y3, Y4 Wasserstoff, Halogen, Nitro, Amino, Alkylamino, Arylamino, Acylamino, Cyclo alkylamino, Aralkylamino, Alkoxy, Cyclo alkoxy, Aryloxy, Aralkoxy, Alkylthio, Cyclo alkylthio, Arylthio, Aralkylthio, Hydroxy oder Mercapto, wobei die genannten Kohlen wasserstoffreste substituiert sein können, mit der Massgabe, dass mindestens einer der Substituenten Y1-Y4 r H ist, xl, X2, X3 Wasserstoff, Halogen, -T1, -OT1, -ST1, -CN, -CF3, -COZT1, Z -0- oder -NH-, T1 gegebenenfalls substituiertes Alkyl, wobei die Alkylkette durch ein O-Atom oder mehrere nicht nachbarständige O-Atome unterbrochen sein kann, vorzugsweise C1 - C10-Alkyl, das durch 1 oder 2 O-Atome unterbrochen sein kann, gegebenenfalls substituiertes Aryl, gegebenenfalls substituiertes Cycloalkyl, gegebenenfalls substituiertes Aralkyl, oder einen gegebenenfalls substituierten heterocyclischen Rest bezeichnen.

Inventors: CLAUSSEN, UWE, DR.
Applicants: BAYER AG
Application year: 1985
Main classification: C09K19
IPC codes: C09K19, G02F1