DE2257588A1 - CRYSTALLINE LIQUID NEMATIC SUBSTANCES - Google Patents
CRYSTALLINE LIQUID NEMATIC SUBSTANCESInfo
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Description
VEB Werk für Perns ehelektronik O O C T C ο οVEB Werk für Perns ehelektronik O O C T C ο ο
116 Berlin-Oberschöneweide - £4P/OqQ116 Berlin-Oberschöneweide - £ 4P / OqQ
Ostendstraße 1-5Ostendstrasse 1-5
Kristallin-flüssige nematische SubstanzenCrystalline liquid nematic substances
Die Erfindung betrifft die Anwendung kristallinflüssiger nematischer Substanzen in elektrooptischen Anordnungen zur Modulation des durchgehenden oder auffallenden Lichtes sowie als Lösungsmittel in der Spektroskopie und als stationäre Phase in der Gaschromatographie.The invention relates to the use of crystalline liquids nematic substances in electro-optical arrangements to modulate the continuous or incident light and as a solvent in spectroscopy and as stationary Phase in gas chromatography.
Es ist bekannt, daß nematische kristallin-flüssige Substanzen in elektrischen Feldern orientiert werden können. Diese Möglichkeit zur Orientierung kann in elektrooptischen Anordnungen zur Lichtmodulation benutzt werden. Ferner ist bekannt, daß die Moleküle zugesetzter Stoffe in nematischen Flüssigkeiten orientiert werden. Diese Orientierung "ran Fremdmolekülen ist bei spektroskopischen Untersuchungen mit Hilfe der UV/VIS-Spektroskopie, der Kernresonanzspektroskopie sowie der Elektronenspinresonanzspektroskopie zur Ermittlung der Anisotropieeigenschaften der Moleküle sehr vorteilhaft. Es wurde ebenfalls vorgeschlagen, die Orientierbarkeit dichroitischer Moleküle in nematischen Flüssigkeiten in elektrooptischen Anordnungen zur Modulation des Lichtes auszunutzen· Nematische Flüssigkeiten wurden mit Erfolg auch als Trennflüssigkeiten in der GasChromatographie eingesetzt. It is known that nematic crystalline liquid substances are oriented in electric fields can. This possibility for orientation can be used in electro-optical arrangements for light modulation to be used. It is also known that the molecules of added substances orientate in nematic liquids will. This orientation "ran foreign molecules" is with the help of spectroscopic investigations UV / VIS spectroscopy, nuclear magnetic resonance spectroscopy and electron spin resonance spectroscopy to determine the anisotropy properties of the molecules very advantageous. It has also been suggested the orientability of dichroic molecules in nematic liquids in electro-optical arrangements to exploit the modulation of light · Nematic liquids have also been used with success as Separating liquids used in gas chromatography.
Es ist weiter bekannt, daß verdrillte nematische Schichten den Aufbau elektrooptischer Bauelemente gestatten.It is also known that twisted nematic layers form the structure of electro-optical components allow.
- 2 309826/07 46- 2 309826/07 46
Pur die Anwendung flüssiger nematischer Kristalle ist es oft notwendig, nur wenig oberhalb der Zimmertemperatur oder sogar bei Temperaturen unterhalb der Zimmertemperatur zu arbeiten. Die bisher bekannten Stoffe besitzen entweder Schmelzpunkte weit oberhalb der Zimmertemperatur oder sie sind auf Grund empfindlicher Gruppen in den Molekülen gegenüber thermischen und chemischen Einflüssen sowie elektrischen Feldern unbeständig, teilweise besitzen sie im sichtbaren Teil des Spektrums störende Absorptionsbanden. Um zu tiefer schmelzenden Systemen zu gelangen, kann man eutektische Gemische verwenden* Bei einigen bisher bekannten Substanzklassen ist die erreichbare Schmelzpunktserniedrigung jedoch nur gering.Purely the application of liquid nematic crystals it is often necessary just a little above room temperature or even to work at temperatures below room temperature. The so far known substances either have melting points well above room temperature or they are due to sensitive groups in the molecules to thermal and chemical influences as well as electrical fields inconsistent, sometimes they have disruptive ones in the visible part of the spectrum Absorption bands. In order to get to systems with a lower melting point, eutectic mixtures can be used use * For some previously known classes of substances, the lowering of the melting point is achievable but only slightly.
Aufgabe der Erfindung ist die Anwendung niedrig schmelzender stabiler, farbloser nematischer kristalliner Flüssigkeiten in elektrooptischen Anordnungen auch mit verdrillter Struktur, sowie zur Spektroskopie und zur Gaschromatographie.The object of the invention is to use low-melting, stable, colorless nematic crystalline Liquids in electro-optical arrangements also with a twisted structure, as well as for Spectroscopy and gas chromatography.
Ee wurde gefunden, daß verschiedene neue Derivate des Pheny!pyrimidine der allgemeinen FormelIt has been found that various new derivatives of pheny! Pyrimidine of the general formula
(R1, Rp sind gleiche oder verschiedene Substituenten .ie Z. B. CnH2n+1-, CnH2nh,O-, Cn (R 1, Rp are the same or different substituents .ie For example, C n H 2n + 1 -, C n H 2 NH, O, C n
wobei η = 1 bis 12 ist) in elektrooptischen Anordnungen zur Modulation des durchgehenden oder auffallenden Lichtes, sowie als Lösungsmittel in der Spektroskopiewhere η = 1 to 12) in electro-optical arrangements for modulating the passing or incident light, as well as a solvent in spectroscopy
10 <) B 2 6 / 0 7 4 610 <) B 2 6/0 7 4 6
und als'stationäre Phase in der GasChromatographie angewendet werden können. Die erfindungsgemäßen Substanzen schmelzen bei niedrigen Temperaturen zu kristallin-flüssigen ηemetischen Phasen auf. Durch Herstellung von Gemischen, vorzugsweise von eutektischen Gemischen, aus zwei oder mehreren Phenylpyrimidinderivaten werden die Schmelzpunkte sehr stark ernie-. drigt, während die vorteilhaften Eigenschaften der reinen Substanzen erhalten bleiben. Zu den reinen oder gemischten erfindungsgemäßen Verbindungen kön-■ nen weitere Stoffe, wie z. B. dichroitische Farbstoffe oder andere kristallin-flüssige Verbindungen zugesetzt werden.and as a stationary phase in gas chromatography can be applied. The invention Substances melt at low temperatures crystalline-liquid ηemetic phases. By Preparation of mixtures, preferably eutectic Mixtures of two or more phenylpyrimidine derivatives have very low melting points. drigt while maintaining the beneficial properties of the pure substances. To the pure or mixed compounds according to the invention can ■ nen other substances, such as B. dichroic dyes or other crystalline liquid compounds are added will.
Die Phenylpyrimidinderivate werden durch Kondensation von p-substituiertem Benzamidin-HCL mit n-Alkylmalonestern bzw. n-Alkoxymalonestern in Gegenwart von Haiiriummethylat, Überführung der substituierten 4,6-Dihydroxypyrimidine in die entsprechenden Dichlorpyrimidine und nachfolgender Enthalogenierung in guten Ausbeuten als farblose Kristalle erhalten.The phenylpyrimidine derivatives are produced by condensation of p-substituted benzamidine HCL with n-alkylmalonic esters or n-alkoxymalone esters in the presence of halium methylate, conversion of the substituted 4,6-dihydroxypyrimidines in the corresponding dichloropyrimidines and subsequent dehalogenation in good Yields obtained as colorless crystals.
Das nachfolgende Reaktionsschema zeigt den Syntheseweg!The following reaction scheme shows the synthesis route!
NHNH
H5C2OOC.H 5 C 2 OOC.
■»■ »
CH-R,CH-R,
09826/074609826/0746
Srfindungsgemäß werden die Derivate des Phenylpyrimidins zur Heratellung von nematischen Schichten mit verdrillter Struktur, die durch Reiben der Elektrodenflächen und Einstellung eines bestimmten Winkels der Reiberichtung der beiden Elektroden, am günstigsten 90°, erzeugt wird, angewendet. Besonders günstig ist dabei die Anwendung von Gemischen, vorzugsweise eutektischen Gemischen aus 2 oder mehreren Phenylpyrimidinderivaten oder Gemischen unter Zusatz von weiteren kristallinflüssigen oder nicht kristallin-flüssigen Stoffen, z. B. p-Cyanbenzal-butylanilin, p-Chlorbenzalphenetidin, Diphenyläther, n-Octylbenzol. Vorteilhaft kann die Flüssigkristall-Substanz nach der Montage der geriebenen Elektrodenflachen in die Zelle eingebracht werden«According to the invention, the derivatives of phenylpyrimidine for the creation of nematic layers with twisted structure made by rubbing the electrode surfaces and setting a certain Angle of the rubbing direction of the two electrodes, preferably 90 °, is generated. The use of mixtures, preferably eutectic mixtures, is particularly advantageous of 2 or more phenylpyrimidine derivatives or mixtures with the addition of other crystalline liquid or non-crystalline liquid substances, z. B. p-cyanobenzal-butylaniline, p-chlorobenzalphenetidine, Diphenyl ether, n-octylbenzene. The liquid crystal substance can advantageously after the assembly of the rubbed electrode surfaces are introduced into the cell «
Vorteile der erfindungsgemäßen Verbindungen sind die niedrigen Schmelzpunkte und die starke Schmelzpunktserniedrigung in Gemischen aus zwei oder mehreren dieser Verbindungen. Sie sind farblos und auch bei stundenlangem Erhitzen auf Temperaturen Über 100 0C stabil, zersetzen sich nicht durch Luft, Feuchtigkeit oder Lichteinwirkung und bleiben auch nach tagelanger Einwirkung elektrischer Felder (Gleich- oder Wechselspannung) unverändert. Sie besitzen im nematiechen Zustand eine positive Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten. Zudem sind diese Verbindungen farblos.Advantages of the compounds according to the invention are the low melting points and the marked reduction in melting point in mixtures of two or more of these compounds. They are colorless and stable even when heated for hours at temperatures above 100 ° C., do not decompose through the action of air, moisture or the action of light and remain unchanged even after the action of electrical fields (direct or alternating voltage) for days. In the nematic state they have a positive anisotropy of the dielectric constant. In addition, these compounds are colorless.
Die Erfindung soll nachstehend an 7 Beispielen näher erläutert werden.The invention is explained in more detail below by means of 7 examples explained.
5-n-Hexyl-2-(4-n-hxyloxyphenyl)-pyrimidin. Zur Lösung von 3,5 g (0,15 Mol) Natrium in 100 ml abs. Methanol werden nacheinander 0,05 Mol p-n-Hexyloxybenzamidin-HCl (über P3O5 getrocknet) und5-n-Hexyl-2- (4-n-hydroxyloxyphenyl) pyrimidine. To dissolve 3.5 g (0.15 mol) of sodium in 100 ml of abs. 0.05 mol of pn-hexyloxybenzamidine-HCl ( dried over P 3 O 5 ) and methanol in succession
■ ' - 5 309826/0746 ■ '- 5 309826/0746
MqI n^exy^stalosjesteF i§geken* ünte !Uhren MqI n ^ exy ^ stalosjesteF i§geken * ünte! Clocks
man & Stuaten auf SQ aG (Iadtemgeratur) läßt danach, iifcer lacht stellen. Mit konzentrier-* tesi HCiJ, yitijpd da® lyrimidian gefällt, abgefiltert tl~ abfiltriebt * wit lapse**, ÄllüeiliQl viiid Äther hei ISO 0G fetpQtQteft» für die Aaal^ae wird: aoieiMan & Stuaten on SQ a G (old temperature) can be put afterwards, iifcer laughs. With concentrated- * tesi HCiJ, yitijpd da® lyrimidian precipitated, filtered tl ~ filtered off * wit lapse **, ÄllüeiliQl viiid ether is called ISO 0 G fetpQtQteft »for the eel ^ ae becomes: aoiei
0,05 lol 5*n«He^l^«C^^B^he^lQxyj)heB^ dihydroxy^yrimgldiri (loh^radWkt) * t2 ml I und 1QO raO, BOGl^ werden |Q Sti*nden untej? Eloleftoft gekocht·. Ba& tihe^eich^s&igei PQGl1^ wi^d ίτ heiße ölige Iftctestanfl yitter üüweEfc m£ eto demiaeh0.05 lol 5 * n «He ^ l ^« C ^^ B ^ he ^ lQxyj) heB ^ dihydroxy ^ yrimgldiri (loh ^ radWkt) * t2 ml I and 1QO raO, BOGl ^ be | Q Sti * nden untej? Eloleftoft cooked ·. Ba & tihe ^ eich ^ s & igei PQGl 1 ^ wi ^ d ίτ hot oily Iftctestanfl yitter üüweEfc m £ eto demiaeh
tOO g Sig gegoasen,, $&$ alkaliaehej ; mit Äthe^ eaetrahiei't·, ler Äthiej?extj?akt wij?di t-^ 50 m]^ halhkon^eifetr$eite^ Mß3k aws^ms^hiittelti. mit gewasfchestit mtt ^θ^^ fe^oiJkneit; y^dl danach; #aa ah<|e®%i|Mei?ty B^e erhaltene- E-^iataJlhrei ; awa JlktOO g Sig gased ,, $ & $ alkaliaehej; with Äthe ^ eaetrahiei't ·, ler Äthiej? extj? akt wij? di t- ^ 50 m] ^ halhkon ^ eifetr $ eite ^ Mß3k aws ^ ms ^ hiittelti. mit gewas f chestit mtt ^ θ ^^ fe ^ oiJkneit; y ^ dl after; #aa ah <| e®% i | Mei? ty B ^ e received- E- ^ iataJlhrei; awa Jlk
309.8 26/07309.8 26/07
In Tabelle 1 sind Beispiele für die Schmelz-Klärpunkte der erfindungegeraäßen !erbindungen dkgrTable 1 shows examples of the melting clearing points of the invention! connections dkgr
allgemeinen Formelgeneral formula
angegebext.indicated.
Tabelle 1 Ir. RTable 1 Ir. R.
1IpC0C)1IpC 0 C)
amektiscii/nematiachamektiscii / nematiach
C10H21° C 10 H 21 °
C6H13 C 6 H 13
44th
56,5.56.5.
60,5 6160.5 61
63 6563 65
60*560 * 5
88'88 '
In Tabelle 2 sind. Beispiele für binäre Gemische der er findungsgemäßen Verbindungen enthalten.In Table 2 are. Examples of binary mixtures of the er inventive compounds included.
Miaemung Substanz- Hol % ff.C°C)Miaemung Substance- Hol % ff.C ° C)
Hr. Hr* Mr. Mr*
t 2 t 2
68,5 ν *5 68.5 ν * 5
3t3t
74 26.74 26.
1 41 4
6060
5»5 »
- f - f
30982&/074S30982 & / 074S
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Verbindungen und ihrer Gemische kann in elektrooptischen Anordnungen der folgenden Bauart geschehen (Abb.1):The compounds according to the invention and their mixtures can be used in electro-optical arrangements of the following design (Fig.1):
In einer Zelle, die aus 2 Glasscheiben 2;3 mit elektrisch leitenden 'durchsichtigen Elektroden 4;5 besteht, befindet sich die nematische flüssigkeit 1. Der Abstand der Elektroden 4; 5 wird durch feine Teflon- oder Polyäthylenstreifen 6 festgelegt· Die Zelle kann in der. angezeigten Richtung mit .Licht durchstrahlt werden, das außerdem den Polarisator 7 und den Analysator 8 passiert. Die beiden leitenden Elektroden 4; 5 wurden vor dem Einfüllen der Substanz gleichmäßig gerieben und so eingesetzt, daß die Reiberichtung parallel zueinander Btehen. Die nematische Flüssigkeit 1 orientiert sich dann mit ihrer Vorzugsrichtung parallel zur Reiberichtung· Reiberichtung und Schwingungsrichtung des Polarisators 7 bilden einen Winkel von 45°· Zwischen gekreuztem Polarisator 7 und Analysator 8 ergibt sfch ein gleichmäßig gefärbtes Gesichtsfeld. Durch Anlegen von Gleich- oder Wechselspannung durchläuft das Gesichtsfeld in Abhängigkeit von der angelegten Spannung eine Folge von Interferenzfarben und wird schließlich dunkel.In a cell consisting of 2 glass panes 2; 3 with electrically conductive 'transparent electrodes 4; 5, There is a nematic liquid 1. Distance the electrodes 4; 5 is fixed by fine Teflon or polyethylene strips 6 · The cell can be in the. direction indicated by .light shone through, which also passes through the polarizer 7 and the analyzer 8. The two conductive electrodes 4; 5 were Rubbed the substance evenly before filling and inserted so that the rubbing direction is parallel to each other Btehen. The nematic liquid 1 is oriented then with their preferred direction parallel to the rubbing direction the rubbing direction and the direction of oscillation of the polarizer 7 form an angle of 45 ° A uniformly colored field of view results between the crossed polarizer 7 and the analyzer 8. By applying direct or alternating voltage, the field of view passes through depending on the applied voltage Stress is a series of interference colors and eventually becomes dark.
309826/0746309826/0746
Die Mischung I zeigt bei 20 C und einem Elektrodenabe t and von 10 /Um mit 50 Hz-Wechselspannung folgend«« Verhalten ιMixture I shows at 20 C and an electrode hub t and of 10 / Um with 50 Hz alternating voltage following «« Behavior ι
Die Zelle zeigt nach 2000 Stunden Betriebsdauer beiThe cell shows after 2000 hours of operation
20 C keine Änderung der Eigenschaften.20 C no change in properties.
Die Verwendung kristallin-flüssiger Phenylpyrimidinderivate bzw. von Gemischen dieser Verbindungen zur Modulation der Intensität durchgehenden oder auffallenden Lichtes soll in einem AusfUhrungsbeispiel ebenfalls an Abb.. 1 beschrieben werden.The use of crystalline liquid phenylpyrimidine derivatives or mixtures of these compounds for modulating the intensity of passing or incident light is intended in an exemplary embodiment can also be described in Fig. 1.
Die Zelle hat einen wie bereits im Beispiel 4 beschriebenen Aufbau. Die beiden Elektrodenflächen 4; 5 werden ebenfalls vor dem Zusammenbau der Zelle und dem Einfüllen der nematischen Flüssigkeit gerieben und so eingesetzt, daß die Reiberichtungen einen Winkel von vorzugsweise 90 miteinander bilden·The cell has a structure as already described in Example 4. The two electrode surfaces 4; 5 become also rubbed before assembling the cell and pouring in the nematic liquid and such used so that the rubbing directions form an angle of preferably 90 with each other
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Nach dam Einfüllen orientiert eich die nematische Flüssigkeit mit ihrer Vorzugsrichtung in der Nähe der Elektrodenflächen 4; 5 parallel zu den Reiberichtungen. Im ganzen ergibt sich eine verdrillte Struktur. Die Anordnung, die noch aus dem Polarisator 7 und dem Analysator 8 besteht, wird in der angezeigten Richtung mit Licht durchstrahlt.After filling in, the nematic liquid orients itself with its preferred direction in the vicinity of the electrode surfaces 4; 5 parallel to the rubbing directions. On the whole, the result is a twisted one Structure. The arrangement, which still consists of the polarizer 7 and the analyzer 8, is shown in FIG Direction indicated shines through with light.
Je nach dem Winkel, den die Schwingungsebenen von Polarisator7und Analysator 8 miteinander bilden, bestehen z. B. die folgenden beiden Möglichkeiten zur Intensitätsmodulation des durchfallenden Lichtes (Abb. 2): .Depending on the angle that the planes of oscillation of polarizer 7 and analyzer 8 form with one another, exist z. B. the following two possibilities for intensity modulation of the light passing through (Fig. 2):.
Fall a: Sind die Schwingungsebenen von Polarisator und Analysator 8 parallel, so ist die Intensität des austretenden Lichtes sehr klein. Durch Anlegen einer Gleich- oder Wechselspannung von 5 bis 7 V an eine Zelle mit einem Elektrodenabstand von 10 ,um verschwindet die optische Aktivität; das durchgehende Licht zeigt maximale Helligkeit.Case a: Are the planes of oscillation of polarizer and analyzer 8 in parallel, the intensity of the emerging light is very small. By applying a direct or alternating voltage of 5 to 7 V to a cell with an electrode spacing of 10 µm, the optical activity disappears; the continuous Light shows maximum brightness.
Fall b: Sinddie Schwingungsebenen von Polarisator und Analysator 8 gekreuzt, so hat das durchgehende Licht im spannungslosen Zustand maximale Helligkeit. Bei angelegter Spannung tritt dagegen Verdunkelung in Durchstrahlrichtung auf.Case b: If the planes of oscillation of polarizer and analyzer 8 crossed, then that has a continuous Light maximum brightness when de-energized. When voltage is applied on the other hand, darkening in the direction of radiation.
In Abb. 2 ist die Intensität des durchfallenden Lichtes (in willkürlichen^ Einheiten) gegen die angelegte Spannung für die Fälle a%und b aufgetragen. Die verwendete Zelle enthält eine Mischung aus.68,5 Mol % 5-n-Hexyl-. 2-(4-n-hexyloxyphenyl)-pyrimidin und 31»5 Mol % 5-n-Hexyl-2-(4-n-nonyloxyphenyl)-pyrimidin, die im Temperaturbereich von 4° bis 60 0C nematisch ist, in einer 10,um dicken Schicht. Es wird bei 20 0C 50 Hz-Wechselspannung verwendet.In Fig. 2 the intensity of the transmitted light (in arbitrary ^ units) is plotted against the applied voltage for the cases a% and b. The cell used contains a mixture of 68.5 mol % 5-n-hexyl-. 2- (4-n-hexyloxyphenyl) pyrimidine and 31 "5 mole% n-5-hexyl-2- (4-n-nonyloxyphenyl) pyrimidine, which is nematic in the temperature range of 4 ° to 60 0 C, in a 10 to thick layer. It is used at 20 ° C., 50 Hz alternating voltage.
Das elektrische Feld der genannten Anordnung kann durch ein magnetisches Feld ersetzt werden.The electric field of the arrangement mentioned can be replaced by a magnetic field.
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Der Eineatz der erfindungsgemäßen Verbindungen kann auch in einer im Auf licht betriebenen Zelle mil; einer spiegelnden Rücfcelektrode erfolgen. Die Elektroden können aus Segmenten bestehen, die einzeln an die Spannung gelegt werden können und so die Wiedergabe farbiger Zeichen und Ziffern ermöglichen. Durch Anwendung von streifenförmigen Leitern auf beiden Elektroden in gekreuzter Anordnung kann die nematische Flüssigkeit punktweise angesteuert werden und ermöglicht die Wiedergabe von Zeichen und Bildern.The use of the compounds according to the invention can also in a cell operated in incident light mil; one reflective back electrode. The electrodes can consist of segments that can be individually connected to the voltage and thus playback colored characters and numbers. By using strip-shaped conductors on both electrodes in a crossed arrangement, the nematic liquid can be controlled point by point and made possible the reproduction of characters and images.
Die Zelle gemäß Abb. 1, jedoch ohne Polarisator pad Analysator wird mit der Mischung 1 unter Zusatz von 1 % liethylrot oder einem anderen dichroitischen Farbstoff gefüllt. Während ohne angelegte Spannung eingestrahltes weißes Licht nach dem Durchtritt durch die Zelle rot erscheint, verändert sich die Farbe mit 20 V Wechselspannung von 50 Hz nach gelb.The cell according to Fig. 1, but without the polarizer pad Analyzer is with mixture 1 with the addition of 1% diethyl red or another dichroic dye filled. While there is no voltage applied white light appears red after passing through the cell, the color changes at 20 V. AC voltage from 50 Hz to yellow.
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |