FI94144C

FI94144C - Ferroelektrinen nestekidekoostumus

Info

Publication number: FI94144C
Application number: FI893988A
Authority: FI
Inventors: Fusayuki Takeshita; Makoto Kikuchi; Mitsuyoshi Ichihashi; Kanetsugu Terashima; Kenji Furukawa
Original assignee: Chisso Corp
Priority date: 1987-12-25
Filing date: 1989-08-24
Publication date: 1995-07-25
Also published as: DE3879511D1; EP0411122A4; DK411189A; KR930002767B1; FI893988A; DK411189D0; WO1989006265A1; BR8807389A; JP2525214B2; JPH01168793A; DE3879511T2; NO176612B; AU2905889A; FI94144B; EP0411122A1; EP0411122B1; ATE87022T1; NO176612C; FI893988A0; KR900700575A

Description

94144

Ferroelektrinen nestekidekoostumus 5 Esillä oleva keksintö koskee ferroelektristä nestekidemateriaalia. Tarkemmin sanottuna se koskee ferroelektristä nestekidekoostur.usia jolla on nopeat vasteominaisuudet ja joka koostuu smektisostä nestekideyhdisteestä sekä optisesti aktiivisesta yhdisteestä sek:', valoa kytkevästä elementistä, johon yllä mainittu koostumus 10 sisältyy.

Nestekidekoostumuksia käytetään laajalti nöyttöelomentti..·:. iu-riaaleina, ja useimmat näistä nestemäisistä kide-elementeistä, perustuvat TN-tyyppiseen näyttöjär jestelmään, ja nestekiöeinatoi iaa-15 lit ovat nemaattisen jakeen olomuodossa.

TH-tyyppisellä näyttöjärjestelmällä on etuina esimerkiksi se, että silmät väsyvät vähemmän, sekä erittäin pieni sähkövirran kulutus ei emissiivisen tyypin johdosta, kun taas haittoina ovat esimerkik-20 si hidas vaste sekä näytön häviäminen tietyissä näkökulmissa, viime vuosina tätä järjestelmää on parannettu esimerkiksi yhtenäisen näytön ominaisuuksien säilyttämiseksi, ja erityisesti on vaadittu nopeaa vastetta sekä näkökulman laajentamista.

25 Näiden vaateiden toteuttamiseksi on yritetty parantaa nestekide-materiaaleja. Kuitenkin verrattuna muihin emissiivistyyppisiin näyttöihin (esimerkiksi elektroluminesenssinäyttöihin ja plasma-. näyttöihin) on ilmeistä, että TN-tyyppinen näyttöjärjestelmä on paljon huonompi vasteajan ja näkökulman laajuuden puolesta.

30 Läheistä tekniikan tasoa on esitetty EP kuulutusjulkaisussa 206 228, ja siinä esitetyissä viitteissä.

Jotta nestemäisen näyttöelementin ominaisuudet, kuten esimerkiksi ei emissiivisen tyypin ominaisuudet ja sähkövirran pieni kulutus voidaan säilyttää ja että voidaan varmistaa nopea vaste, joka vastaa emissiivistyyppisten näyttöjen vastetta, on oleellista kehittää uusi nestemäinen näyttöjärjestelmä TN-tyyppisen näyttö järjestelmän tilalle.

Eräänä sellaisista yrityksistä N.A. Clark ja S.T. Lagerwall (katso Appi. Phys. Lett. 36, s. 988, 1980) ovat ehdottaneet näyttöjär- 94144 jestelmää, jossa käytetään hyväksi ferroelektristen nestekiteiden valonkytkentäilmiötä.

5 Ferroelektristen nestekiteiden läsnäolon R.B. Mayer et ai. (katso J. Phys., 36, s. 69, 1975) ovat julkaisseet ensimmäisen kerran, ja nestekiderakenteen suhteen nämä kiteet kuuluvat kiraaliseen, smektiseen C-jakeeseen, kiraaliseen smektiseen I-jakeeseen, kiraaliseen, smektiseen G-jakeeseen ja kiraaliseen, smektiseen H-10 jakeeseen (tässä yhteydessä myöhemmin nimitetty vastaavasti yksinkertaisesti Sc*-jae”, "SI+-jae", "SF*-jae" ja"SG*-jae ja "SH*~ jae").

Kiraalisessa, smektisessä jakeessa molekyylit muodostavat kerroksen 15 ja kallistuvat pintakerrosta kohti, ja spiraalimainen akseli on kohtisuorassa tätä kerroksen pintaa kohtaan. Kiraalisessa smektisessä jakeessa tapahtuu spontaani polarisaatio, ja sen tähden, kun DC-sähkökenttä sijoitetaan tähän kerrokseen, yhdensuuntaisesti sen kanssa, molekyylit kääntyvät ympäri, spiraalimainen akseli niiden 20 polariteetin mukaisesti. Näyttöelementit, jotka sisältävät ferro-elektrisiä nestekiteitä käyttävät hyväksi tätä kytkentäilmiötä.

Kiraalisista, smektisistä faaseista on erityisen paljon kiinnitetty huomiota·S^-faasiin. Näyttöjärjestelminä, joissa käytetään hyväksi 25 S^-faasin kytkentäilmiötä, on olemassa kaksitaitteisuustyyppinen järjestelmä, joka käyttää kahta polarisaattoria, sekä isäntä/vie-ras-tyyppinen järjestelmä, joka käyttää hyväksi dikorista väriä. •Tällaisten käyttöjärjestelmien ominaisuudet ovat seuraavat: (1) vaste on hyvin nopea.

30 (2) muistiominaisuudet ovat läsnä.

(3) näkökulma ei vaikuta näyttöön.

Täten näyttöjärjestelmillä on mahdollisuus saavuttaa hyvin tiivis näyttö, ja sen on ajateltu olevan näyttöelementeissä tehokkaasti 35 käyttökelpoinen.

Kuitenkin siinä tapauksessa, että tätä ferroelektristä nestekidettä käytetään käyttökelpoisissa näyttöelementeissä, on olemassa monia ongelmia, kuten esimerkiksi hitaat vasteominaisuudet ja hyvin 40 vaikea ryhmittyminen.

3 941 44

Sen tähden, vaatimukset, jotka ovat välttämättömiä ferroelektrisil- le nestekidemateriaaleille, ovat (1) lisäparannus vasteominaisuuksissa, 5 (2) S_+-faasin näyttö laajalla lämpötila-alueella,

C

huoneenlämpötilat mukaanluettuina, ja (3) parannus ryhmittymisessä.

Tällä hetkellä ei. ole mitään kiraalisia, smektisiä nestekideyhdis-10 teitä, jotka ovat yhdessä ainoassa tilassa ja jotka tyydyttävät esitetyt vaatimukset, ja täten eräänä yrityksenä on tarjota käyttöön ferroelektrinen nestekidekoostumus, joka tyydyttää yllä esitetyt vaatimukset, sekoittamalla useita, kiraalisia, smektisiä nestekideyhdisteitä tai useita ei nestemäisiä, kideyhdisteitä, 15 jotka voivat tyydyttää osan yllä esitetyistä vaatimuksista.

Ferroelektristen nestekidekoostumusten lisäksi, joista kukin sisältää nestekidekoostumuksen yksinään, japanilainen patenttihakemus no 195 187/1986 julkaisee ferroelektrisen nestekidekoostumuksen, 20 joka voidaan valmistaa sekoittamalla yksi tai useampia yhdisteitä, jotka ottavat ferroelektrisen nestekidejakeen yhdisteiden perusmateriaalien kanssa, sekä koostumuksia, jotka ottavat akiraaliset, smektiset faasit C, F, G, H ja I (tässä yhteydessä yksinkertaisuuden vuoksi riimitetty "S - ja muiksi faaseiksi").

25

Edelleen esitetään myös toinen ferroelektrinen nestekidekoostumus, "· jossa yksi tai useampia yhdisteitä, joilla on optista aktiivisuut ta, mutta jotka eivät ota mitään ferroelektristä nestekidefaasia, sekoitetaan yhdisteiden perusmateriaalien ja koostumusten kanssa, 30 jotka ottavat S - tai muita faaseja (Mol. Cryst. Liq. Cryst., 89, s. 327, 1982).

Yllä mainittua smektistä nestekid.eseosta, joka käsittää perusmateriaalin, joka ottaa ainakin yhden akiraalisista S^- ja muista 35 faaseista ja jolla on ainakin yksi S^- tai muita faaseja, nimitetään tässä yhteydessä perus-Sm-seokseksi.

Edullinen perus-Sm-seos on nestemäinen kideseos, joka ottaa s -faasin laajalla lämpötila-alueella, huoneenlämpötilat mukaan-40 4 94144 luettuina. Perus-Sm-seosta varten komponentit valitaan sopivasti nestemäisten kideyhdisteiden, kuten esimerkiksi fenyylibentsoli-sarjan, Schiffin emässarjan, fenyylipyridiinisarjän sekä 5-alkyyli-5 2-(4-alkoksifenyyli)pyridiinin joukosta.

Esimerkiksi japanilaisessa patenttihakemukseessa no 291 679/1936 sekä julkaisussa PCT International Publication τ·?Ο86/06401 ferro-elektrinen nestemäinen kide valmistetaan sekoittamalla 5-alkyyli-10 2-(4-alkoksifenyyli)pyrimidiiniä optisesti aktiivisen yhdisteen kanssa, joka voi ottaa S^^-faasin laajalla lämpötila-alueella, huoneenlämpötilat mukaan luettuina. liiemmassa julkaisussa kuvataan myös, että kun valonkytkentäelementti valmistetaan käyttämällä ferroelektristä, smektistä nestekidemateriaalia, jossa yllä mai-15 nittua pyrimidiinijohdannaista käytetään rjerus-Sm-seoksena, täten valmistetulla kytkentäelementillä on lyhentynyt vasteaika. Edelleen japanilaisessa patenttihakemuksessa no 291 679/1986 julkaistaan, että. ferroelektrinen nestekidemateriaali, joka käsittää 5-alkyyli-2-(4'-alkyylibifenylyyli-4)pyrimidiinin, 5-alkyyli-2-(4-alkoksi-20 fenyyli)pyrimidiinin ja optisesti aktiivisen yhdisteen, ottaa myös S^-faäsin laajalla lämpötila-alueella, huoneenlämpötilat mukaanluettuina, ja että se parantaa tehokkaasti vasteaikaa. Silti tarvitaan edelleen parannusta vasteajoissa huoneenlämpötiloissa.

25 Esillä olevan keksinnön ensimmäisenä kohteena on antaa käyttävin ferroelektrinen nestekidekoostumus, jolla on nopeat vasteominai-*; suudet, ja toisena kohteena on antaa käyttöön kytkentäelementti, joka sisältää‘nestemäisen kidekoostumuksen, jolla on nopeat vasteoninaisuudet.

30

Ferroelektrinen, nestemäinen kidekoostumus, joka on esillä olevan keksinnön ensimmäisenä aiheena, käsittää ainakin yhden akiraalisen yhdisteen* jota seuraava kaava (I) esittää 35 R 1 - R2 (I) 1 ... 2 jossa kumpikin R :stä ja R :sta on alkyyliryhmä, jossa on 1 - 18 hiiliatomia, ja ainakin yhden optisesti aktiivisista yhdisteistä, joita seuraa 94144 va, yleinen kaava (II) esittää 0 CHs R3( Π ) 5 ' · H5 jossa R^ on alkyyliryhmä tai aikoksiryhmä, jossa on 1 - IS hii-4 liatomia, R on alkyyliryhmä, jossa on 2 - 18 hiiliatomia, X on yksinkertainen sidos, -C00-, -OCO-, -N=CH-, -CH=N-, -OCH^- tai -Cf^O-, m ja n ovat kumpikin kokonaisluku 1 tai 2 ja symboli * 10 merkitsee asymmetristä hiiliatomia, ja on edullista, että kaavan (I) esittämän yhdisteen määrä on 20 - 98 painoprosenttia, ja että yhdistettä, jota kaava (II) esittää, on 1 - 40 painoprosenttia.

15 Edelleen, eräs toinen esillä olevan keksinnön mukainen ferro- elektrinen, nestemäinen kidekoostumus käsittää seoksen, jossa on kaavan (I) esittämää akiraalista yhdistettä sekä optisesti aktiivista yhdistettä, jolla on kaava (II), yhdisteen kanssa, jolla on seuraava kaava (III) 20 CHg o r5 - c h2 ~ c h - o c - z cm) % jossa kukin seuraavista osista

25 ja merkitsee -<QH

:·· tai -<§>- , R^ on alkyyliryhmä tai alkoksiryhmä, jossa on 1 - 18 hiiliatomia, Y on yksinkertainen sidos, -CH„0- tai -OCH -, p on kokonaisluku 0 tai 1 ja Z on 2 6 30 alkyyliryhmä, jossa on 1 - 18 hiiliatomia tai -C*H(CH )-0-R , jossa R on alkyyliryhmä, jossa on 1 - 18 hiiliatomia ja symboli * merkitsee asymmetristä hiiliatomia, ja on edullista, että kaavan (I) esittämää yhdistettä on 20 - 98 painoprosenttia, kaavan (II) esittämää yhdistettä on 1 - 40 35 painoprosenttia ja että kaavan (III) mukaista yhdistettä on 1 - 40 painoprosenttia.

6 94144

Esillä olevan keksinnön toisena kohteena on valonkytkentäelementti, joka sisältää ferroelektrisen, nestemäisen kidekoostumuksen, joka sisältää ainakin yhtä akiraalista yhdistettä, jolla on kaava (I) 5 ja ainakin yhtä optisesti aktiivista yhdistettä, jolla on kaava (II).

Esillä olevan keksinnön eräs toinen suoritusmuoto kohdistuu valonkytkentäelementtiin, joka sisältää yhdistettä, jota kaava (I) 10 kuvaa, yhdistettä, jota kaava (II) kuvaa sekä yhdistettä, jota kaava (III) kuvaa.

Esimerkkeihin esillä olevan keksinnön mukaisista, kaavan (II) esittämistä, optisesti aktiivisista yhdisteistä sisältyy yhdis-15 teitä, joilla on seuraavat kaavat O C Hg RS -(O^-^-OCH, -<S>-C0-CH-R4 (Π-Α), * 20 O CHg R3 -@M^-ch2 o-^)-co-ch-r4 (ft — b) s 25 * 0 CH3 R3 -^-OCH,-(Ö)-CO-CH-R4 (Π-C).

30 — * '—' * 0 CH3 r9_<@”CH2 °-<§>-C0-CH-R4 ( Π — D ) * 35 3 joissa R on alkyylxryhma tax alkoksiryhma, jossa on 1 - 13 " 4 .. hiiliatomia ja R on alkyyliryhmä, jossa on 2 - 10 hiiliatomia.

40 7 94144

Kaavan (II) esittämien, optisesti aktiivisten yhdisteiden tyypillisiin esimerkkeihin kuuluvat 5 0 CH3 n-Cg HnO-@H<§)-CO-CH-Ce Hjg H' io 0 C H g n-C8 H170-^)-CH“N-<§>-C0~CH-C3 Hy jotka on julkaistu japanilaisessa patenttihakemuksessa no 118744/ 15 1984 ja julkaisussa Ferroelectrics 58, 21 (1984). Lisäksi samanlai sia yhdisteitä kuvataan japanilaisessa patenttihakemuksessa no 149547/1985.

Esillä olevan keksinnön kaavan (III) esittämiin optisesti aktiivi-20 siin yhdisteisiin kuuluu yhdisteitä, joita seuraavat kaavat esittävät ch9 o R5-^)-^-o-ch2 -ch-oc-r8 (m-a) .

* 25 ·! ’ CHg 0 CHg R5-@H©)-<<§>-0-ch2-ch-oc-ch-o-r6 (m-B).

^ H' * 30 CHg 0 CHg R5 -<SK5)-<S>-0-CH, -CH-OC-CH-O-R6 un-o, H-' N ψ CHg O CHg r5-^-^-o-ch2 -ch-o-c-ch-o-r6 (m-D) •H H* 35 β 94144 joissa on alkyyliryhmä tai alkoksiryhmä, jossa on 1 - 18 hii-0 liatomia ja R on alkyyliryhmä, jossa on 1 - 18 hiiliatomia.

5 Kaavan (III) esittämien, optisesti aktiivisten yhdisteiden tyypillisiä esimerkkejä ovat seuraavat yhdisteet: CHS 0 C8 Hi7°-<^“@--0-CH2 -CH-OC-C4 Hg H' 10 (Japanilainen patenttihakemus no 133269/1936) CHg 0 CHg C8 H170-^-(§>-0-CH2 -CH-0C-CH-0-C4 Hg 15 (Japanilainen patenttihakemus no 49796/1987) CHg 0 CHg C7 “CH-OC-ClI-O-e, H* (Japanilainen patenttihakemus no 220824/1937) 20 CHg 0 CHg cr, Hif@"©-<§>-o-cH2 -ch-oc-ch-o-c4 h3 (Japanilainen patenttihakemus no 103977/1987) 25

CHg O

C8 H17OH@M!QhCH2 0-<0>-OCH2 -CH-0-C-Cg H.

sf* (Japanilainen patenttihakemus no 25234/1987) 30 ja 4'-heptyyli-4-/4- 4-^2-(butanoyylioksi)-propoksi^-fenoksimetyy-li^-bi'fenyyli ja 41 -nonyyli-4-/4-^2- (pentanoyylioksi )-propoks^· -f enoksimetyyli] -bifenyyli.

Ennen kaikkea, muita yhdisteitä voidaan lisätä esillä olevan 35 keksinnön mukaiseen nestekidekoostumukseen, sikäli kuin ne eivät häiritse esillä olevan keksinnön kohteiden toteuttamista.

Esillä olevan keksinnön kaavan (I) mukaisena akiraalisena yhdistee-* nä materiaali, jolla on smektinen faasi C, on erityisen edullinen, 40 li 5 9 94144 mutta materiaalia, jolla ei ole smektistä faasia, voidaan myös käyttää, vaikka sen määrä rajoittuu alueeseen, jossa Sc~faasin lämpötila-alue ei erityisesti laske.

Sen laatuisista pääyhdisteistä esitetään esimerkkejä taulukossa 1.

Taulukossa 1 esitettyjä yhdisteitä (I) kuvataan seuraavalla kaavalla (I) 10 R1-©KC5>-or2 CI) 1 2 -jossa R = n-C H, ia R = n-C H„ .

J x 2x+l J y 2y+l 15

Mitä tulee faasitiloihin, Cr ilmaisee kiteistä tilaa, tuntematonta smektistä faasia, smektistä C-faasia, S. smektistä A-

C A

faasia, N nemaattista faasia ja I isotrooppista, nestemäistä ou faasia. Symbolit · ja - ilmaisevat vastaavasti kukin faasin läsnä-20 oloa ja puuttumista.

ίο. 94144 o CO.............

M

(N

Ό Z 1 I I I I I I t I I .11 ^ I I I I I I I I I I TT I | .u vo :0 ' · a e :.T3 :o3 ε r^VOCN^OLD^T— COVO CNOr-Ul w .2 r^r^cocococococococovar^r- •H · · * * · · · * · * f

«H W

O C

O

^ en 3 *-«<T3 ^oincN^mvor^cNm o % ^ u ..........Il ph n3 w lor^r-rM^rinfNjLDro i ·( tn

•n inUir-OOCQCOCOODCO

V-i ········· ·

fO

w

:<C

I.

•U ^ ^ (N ro ^ o o\ rs [2^· i i i * · · · · ’ · i i i w tn i i i iincNr^co^voi ι i •h „ m ^ tn in (λ ·*—* · · · · · <3 ·

<TJ

U->

, omor^T-coor^Kromi— tN

,f ..............

• Ur^cNr-'r-cocomi-^c^^rc^csj ^mrsi^rcoroco^m^^r^m • 4 * · · · 4 · · 4 · · · 4 rö-

CO

10

(N

CC

>h kor-ooa^Or-iNro^intnior^ t— r· ^ r“ r“ r“

M

ΣΠ3

0) W M W W

••H rH

lOVOtQ^tDVOtDVOVOVOt^-r^r" tl

> X

94144

O

...............

H

Z · l » I I I ^ I lii

r-\ I I I I I I «- I III

♦H VO

:¾ a

E

:ro

rH

:2 t— r**· vo ro r- o m vo vo _ g, <.............

HIjW^Tl/lhCOOl | Γ-- CN VO [— CO ^ CO

m u co co co co co n vo r^*· co co co w ‘H · · · · · .......

Ή

r-l CO

O c X <D

tl ^ ΓΜ ΓΜ CO

•H ^ · · · · I I I I I I I · •h f/) i I ro m i t i ι ι ι i <n w „ co in ro . · · · co <TJ * rtj fc • cofNCNr-comcoo^t-Trofo ·< Μ·«········«··

Uo^Tfscoinr-r^^^incooo γογογογο^γ^τγ^γ^^'γο^^γ • · * · · · · · · · · · · · ro

CO

CM

Oi cocnor— (Nro^rtnvor-coeno >-t T— r- r-*

H

:(ΰ

Q) (0 +J CO CO

ie 0¾ r^-r^r^r^r^oooooooocococooo

-C

:* x ϊ-2 .

94144

O

CO.........

M * * ' * * * 2 1 1 1 ^ I I I I I I I I °.

«) 1 1 1 ^ I I l I I I I O

3 £ 4J . ' · :0 a ε n «X» 'i- in ^ _ c: 1 1 ι ••••«iii m >, w 1 1 I iinr^^trr^i ι ισ\ ΰ ti f" r^- co co co m tl -H ..... · *H »

rH CO

O c

3 ^ CN (N ( ( O en o o ^ CO

^ co co co ι ι ι co ro ro r^· co co i CO CO CO . m r- S £ £ *g 1 ^ .£ ... ......

M

<0 10 2 rö ? ^ ^ "· : ' . ι . ^ Λ n. , ?.....£ S £ S ' •H - w · · · CO · 03 ro Cu u md in r-* o ° m in o o o in o in cj in o '«q· r- m CO m en in io <N en • in^inooTrmmrom^r^Lnm *······ ro -

CO

(0

CN

cc '-<NmiNior'COcno^<Nmin X r- r- r- ^ ^

H

Σ<0 (D co +J co co *« •h h cocococr»cncncncncricna\cr\r-> Ό Oi Ä 5h x 1"3 .

94144

O

co.......

H

Z I I I I I I I

« I I I I I I I

H

•H

4J

!R

E

ifC

rH O VO 00 CO O

•j2 · · · · · i i Λ co^rinrsiror^. I i > $ r- r-1 co co co M V-| · · · · ·

' «H •H

<-( ta o c λ: tu ·1 “ o o id γί fH ro U I I.....

3 co i im«— oiooo rt) -q· r~ CO CO 00 H Π3 · · » · · •n p 03 w :o3 E — j? o "1 u rn liiti · · -H (OI I I I II— <T\ •H LT) ω w .

•s - 03 <Ö

Cu (N o vx> o -^r ^1«•»11» • Um^f-vofNT-f- *; ^ ^ n ^ m m ······· 03 ·.

(0

CO

CN

cc vd r-1 oo σ> o T- cn ><

M

<V :<G •P CO (0 (0 •H ·· TJrH o o o o o o o >iQS r— i— i— 1— r· r1 r-

•C

S» X

« 14 94144

Kaavan (I) mukainen yhdiste esillä olevan keksinnön mukaisessa nestemäisessä kidekoostumuksessa voidaan valmistaa seuraavalla valmistusmenetelmällä A.

Valmistusmenetelmä A.

N H

R1 -@-</ -HCi (1) 'nh2

CH, O-CH- (COOR) j pH

-> R1 CH3 C 2) N a 0 R DH.

P0Ci3 ,Cj) -> Rl ~©~<C>-0-CH3 (3)

Ci

Pd/C, H2 -> R 1 -©KC3>-0 C H 3 (4)

E ‘s N

OH' --> R1-®—(<S)-OH ¢5) dietyleeniglykoli

R2 -X

--*· R1-(g>-<5)-o-R2 CI)

0 H N

15 94144 jossa R on alkyyliryhmä, kuten esimerkiksi metyyli tai etyyli, ja X on eliminaatioryhmä, kuten esimerkiksi kloori, bromi, jodi, p-tolueenisulfonyylioksiryhmä, bentseenisulfonyylioksiryhmä tai metaanisulfonyyliryhmä.

5

Se merkitsee, että p-alkyylibentsamidiinin hydrokloridin (1) annetaan reagoida metoksimalonihapon diesterin kanssa natriumalkoholaa-tin läsnäollessa, jotta muodostuu dioli (2), ja viimeksimainittu yhdiste sitten halogenoidaan (3) halogenointiaineella, kuten 10 esimerkiksi fosforioksikloridilla. Jälkeenpäin halogeenin poistaminen suoritetaan emäksen läsnäollessa, jotta muodostuu dehalogenoitu yhdiste (4), ja viimeksi mainittua yhdistettä käsitellään sitten termisesti dietyleeniglykolissa alkalin läsnäollessa, jotta saadaan yhdiste (5). Edelleen, viimeksi mainitulle yhdisteelle suoritetaan 15 eetteröinti halutun yhdisteen (I) valmistamiseksi.

Kaavan (I) mukainen yhdiste voidaan vaihtoehtoisesti valmistaa myös seuraavan valmistusmenetelmän B avulla.

20 Valmistusmenetelmä B.

' NH

R[ ~(d)-C ♦ H Ci (1) V- 25 VN H 2 30 - N M e g E t O - C ·· Ci 04 (6) · 'c - N M e g 35 :: -'-*Rl-®-<j^-oEt (7)

N a OR

5 16 94144 OH" -* R1-<§>-<δ>-0 H (5) dietyleeniglykoli **

R2 -X

> r[ ~^}-(Öyo-R2 (n

OH- "-S

10 Tämä merkitsee, että yhdisteen (6), jota kuvataan julkaisussa Collection Czechoslov. Chem. Commun., 38, s. 1168 (1973), annetaan 15 reagoida p-alkyylibentsamidiinin hydrokloridin (1) kanssa natrium-alkoholaatin läsnäollessa, jotta muodostuu yhdiste (7), ja viimeksi mainittua käsitellään sitten alkalilla yhdisteen (5) saamiseksi.

Tätä seuraava toiminta tapahtuu samalla tavalla kuin yllä mainitussa valmistusmenetelmässä A. Lähtöainetta p-alkyylibentsamidiinin 20 hydrokloridia on helposti saatavissa, ja sitä voidaan valmistaa p-alkyylibentsonitriilistä tunnetuin menetelmin.

Esillä olevart keksinnön mukaisella, ferroelektrisellä, nestemäisellä kidekoostumuksella on erinomaisen nopeat vasteominaisuudet, ja 25 kun tätä koostumusta käytetään, voidaan antaa käyttöön kytkentäele-·' menttejä, joilla on hyvin nopeat vasteominaisuudet.

Kuva 1. esittää faasia siinä tapauksessa, että koostumusta A esimerkissä 1 sekoitetaan kaavan (a) esittämän yhdisteen kanssa.

30

Esillä olevaa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisesti viitaten esimerkkeihin, mutta sitä ei tulisi rajoittaa näihin esimerkkeihin.

Esimerkki 1 35 Valmistettiin kaavan (I) mukainen koostumus A, ja sitten mitattiin sen fysikaaliset ominaisuudet.

• · • * 40 it 94144 5

Komponentit: cb His-<©>-<P>-0-C8 HI7 C I H !3-<§H"Q>-0 - C 9 H 13 10 C7 Hl5-^H^O-C9 H 19 25 Paino'4 15 c * H 17-<O>-<"O>-0 - c , H 19 20 Cg Hlg-<gMp>-0-C9 H19 paino-% 10 °c 70

Koostumuksen faasisiirtymälämpötila oli Cr-► S ·- - ¢.

84* 25 S -i->1 . Kuva 1 ilmaisee faasin siinä tapauksessa, että

A bU

koostumusta A sekoitettiin kaavan (II) mukaisen yhdisteen kanssa 0 CH3 30 c8 H17'<^_©'OCH2-<@>-CO_CH_CG H13 (a).

•k * *

Kuten esitettiin kuvassa 1, -faasi ilmenee Sc -faasin alemman lämpötilan puolella, kun yhdisteen (a) konsentraatio on 40 % tai * 35 enemmän. Jotta -faasi saadaan ilmenemään huoneenlämpötilassa, on toivottavaa, että yhdisteen (a) konsentraatio on 40 % tai vähemmän.

• · 5 18 94144

Lisäksi, aineiden erilaisilla konsentraatioilla vasteajat {V/yas) 25 °C:ssa ja spontaanin polarisaation arvot (Ps/nCcm ) ovat seuraavat: -2- T /«s Ps/nCcm

Koostumus A 90 paino-% 80 7,0

Yhdiste (a) 10 paino-% 10 Koostumus A 80 paino-% 40 14,5

Yhdiste (a) 20 paino-%

Koostumus A 70 paino-% 35 25,0

Yhdiste (a) 30 paino-% 15

Kuten yllä kuvattiin, kun kaavan (I) esittämää akiraalista yhdistettä sekoitetaan optisesti aktiivisen, kaavan (II) esittänän yhdisteen kanssa, voidaan saada ferroelektrinen, nestemäinen kidekoostumus, jolla on S -faasin korkea ylärajalämpötila ja cw 20 aivan erinomaiset vasteominaisuudet.

.. Tällöin faasin siirtymälämpötila mitattiin koostumushavainnon perusteella DSC:n ja polarisaatiomikroskoopin avulla. Nestemäinen kide-elementti asetettiin ensin kahden polaroivan levyn väliin 25 kohtisuoraan toisiaan vastaan, ja sitä kohti suunnattiin sakara-aalto + 10 V/um ja 1 KHz, niin että läpäisseen valon voimakkuus muuttui. Vasteaika määritettiin tämän muutoksen perusteella.

Edelleen, spontaanit polarisaatioarvot mitattiin Sowyer-Tower-menetelmällä. Alla mainituissa esimerkeissä arvot saatiin samoissa 30 olosuhteissa.

Esimerkki 2

Koostumus B valmistettiin sekoittamalla koostumusta A seuraavien, kaavan (III) esittämien yhdisteiden kanssa, ja sen fysikaaliset 35 ominaisuudet mitattiin.

Komponentit: .. Koostumus A 60 paino-%

II

40 i9 941 44 0 C H3 C8 H C 112 -@-C 0 - C H - C 6 H13 5 20 paino-% CHg o c H» C9 H19-<OHgH5>-0-CH2 — CH —OC — CH — O — C, H0 " 1 1 49 10 20 paino-%

3 °C

Koostumuksella B faasin siirtymälämpotila oli Cr-^SC

15 — Edelleen, vasteaika 25 °C;ssä oli 28 mik-

A SO

rosekunttia. Ottaen huoraionn, että useimmilla tavanomaisilla, tunnetuilla ferroelektrisillä nestekidekoostumuksilla vasteaika on 100 mikrosekunttia, on selvää, että esillä olevan keksinnön mukaisella ferroelektrisellä nestekidekoostumuksella 20 on erittäin nopeat vasteominaisuudet.

Koostumus C valmistettiin seuraavista komponenteista, joita kaavat (I) ja (II) esittävät, ja mitattiin sen fysikaaliset ominaisuudet.

25 Komponentit:

Cg H J y~(0) (O)"0C9 H 19 80 paino-% 30 0 CH3 C 8 H17^Q>-<Q>-OCH2 -^-CO-CH-Cj H18 'I1 20 paino-% 35 71 9c

Koostumuksella C faasin siirtymälämpötila oli S^, -» • · « 20 94144

Q2 32&C

--1S — -- ·->1 - Koostumuksessa C vasteaika (τ)

A SO

25 C oli 43 mikrosekunttia, spontaani polarisaatioarvo (Ps) oli -2 o 19,2 nCcm , kallistuskulma oli 22,5 .

5

Koostumus D, jossa on seuraavat komponentit, valmistettiin yhdisteistä, joita kaavat (I) ja (II) esittävät, ja mitattiin sen fysikaaliset ominaisuudet.

Koostumuksella D faasin siirtymälämpötila oli S 1 —^

74 fic C o A

---Kl__. Koostumuksessa D vasteaika CC) 25 C:ssa oli 45 SO _2 mikrosekunttia, spontaanin polarisaation (Ps) oli 15,0 nCcm , ja kallistuskulma oli 20,9°.

25

Esimerkki 5

Koostumus E valmistettiin seuraavista komponenteista, joita kaavat (I) ja (II) esittävät, ja mitattiin sen fysikaaliset ominaisuudet. Komponentit: 30 Koostumus A 80 paino-% 0 CIi3 C 7 H 15“©H§>-0 C H 2 -<0>-C 0 - C H - C 5 H? H1 35 ' 20 paino-%

60 §C

Koostumuksella E faasin siirtymälämpötila oli S > S

1 81 4?c '"o ” -:-»I . Koostumuksessa E vasteaika (T) 25 C:ssä oli 41

SO

-2 21 94144 mikrosekunttia, spontaanin polarisaation arvo oli 14,0 nCcm , o ja kallistuskulma oli 20,8 .

5 Esimerkki 6

Valmistettiin koostumus F, joka käsitti seuraavat komponentit, joilla on kaavat (I), (II) ja (III), ja mitattiin sen fysikaaliset ominaisuudet.

Komponentit.

10 C8 C9 H 19 60 paino-% 0 C Hg 15 C 8 H17~<§)“h@kOCH2 -©-C°-CH-Cg H13 20 paino-% r-\ /-x 9 Hs 0 ch, 20 C8 H17-0"©-<§>-°-CH2 -CH-OC-CH-O-C, H.

^ Jk 4 9 5 paino-% 25 CH, O CH, c6 his^§H§H(^-o-ch2 -CH-OC-CH-O-C, H„ »k »μ 4 9 15 paino-% 53

30 Koostumuksella F faasin siirtymälämpötila oli S * ---&S

77*' QC ^ o ” -:-. Koostumuksessa F vasteaika (T) 25 Ctssa oli 23 -2 mikrosekunttia, spontaanin polarisaation arvo oli 57,1 nCcm , ja o kallistuskulma oli 20 35 Esimerkki 7

Valmistettiin koostumus G, joka käsittää seuraavat komponentit, joita kaavat (I), (II) ja (III) esittävät, ja mitattiin sen fysikaaliset ominaisuudet.

» · 94144

Komponentit: C8 H17^§H(3>-0-C9 H„ 5 55 paino-% 0 CHg C8 HnHgH@^OCH2-<ghCO-CH-C6 Hu 10 20 paino-% CHg O CHg C8 Hi7“0-<§H§)-0-CH2 -CH-0C-CH-0-C4 Hg H* 15 5 paino-% CHg O CHg C9 H19-#-<OH©-0-CH2 -CH-OC-CH-C, H, 20 * * 4 a 20 paino-% - '63 3c

Koostumuksella G faasin siirtymälämpötila oli S_,. -:-*S

S3 pc· 81 ÖC

25 -—-►S —-¢,1. Koostumuksessa G vasteaika (Ό 25

A oU

C:ssa oli 33 mikrosekunttia, spontaanin polarisaation arvo oli 87,5 nCcm ja kallistuskulma oli 23,7 °, ja vasteaika 30 °C:ssa oli 28 mikrosekunttia, spontaanin polarisaation arvo oli 81,4 nCcm ja kallistuskulma oli 23,6°.

30

Esimerkki 8

Valmistettiin koostumus H, joka käsitti seuraavat komponentit, joita kaavat (I), (II) ja (III) esittävät, ja sitten mitattiin sen fysikaaliset ominaisuudet.

35 Komponentit: C9 H19"^MO)“0_C9 H 19 65 paino-% 40 94144 O CHj 5 C8 H,XcH§^0CH2-<gH:0-CH-C6 «13 'f' 10 paino-% io CHj 0 C8 H17-0_<§H§>-0-CH2 -CH-OC-C4 Hg 5 paino-% 15 CHg 0 CHg C8 Hn-°^HO^O-CH2 -CH-OC-CH-tO-C. h, * * 4 b 20 ^5 paino-% 25 c9 «IST®-®-©-0-^ -CH-OC-CH-O-C. H, H< $ 4 a 15 paino-%

57 c° C

30 Koostumuksella H faasin surtymalampotila oli Τβ if? o O " -—1-el . Koostumuksessa H, vasteaika (·£") 25 C:ssa oli 25 S0 -2 mikrosekunttia, spontaanin polarisation arvo oli 59,9 nCcm , ja kallistuskulma oli 22,1 °.

35 Esimerkki 9

Valmistettiin koostumus I, joka käsitti seuraavat komponentit, joita kaavat (I), (II) ja (III) esittävät, ja mitattiin sen fysikaaliset ominaisuudet, • · * 24 94144

CHg O

C8 H17^©Hg>-0-CH2 -CH-OC-C('H, 20 5 paino-% CHg O CHg 25 Cg H17-@-@-0-CH2 -ch-oc-ch-o-c4 Hg 5 paino-% 30 CHg O CHg C5 hu-^H5H^-o-ch2 -ch-oc-ch-o-c, Hq ♦ # 4 y 35 20 paino-% 52 flc

Koostumuksella I faasin siirtymälämpötila oli S * -;- V 7 3c o .. -£>I . Koostumuksessa I vasteaika ('t) 25 C:ssa oli 24 SO _2 mikrosekunttia, spontaanin polarisaation arvo oli 66,9 nCcm , ja 40 25 94144 o kallistuskulma oli 22,1 Esimerkki 10 5 Valmistettiin koostumus J, joka käsitti seuraavat komponentit, joita kaavat (I), (II) ja (III) esittävät, ja mitattiin sen fysikaaliset ominaisuudet.

Komponentit: 10 /——\ H~\ C7 Η15^Ο>-<ΝΦ0-ε9 H 19 20 paino-% C 8 Hir©-<^-0-C9 H 19 20 paino-% 20 c9 Hlg 25 paino-% 25 O CHg

h H* 10 paino-% 30 CHg 0

Cg hi7-o-<§H§)-o-ch2 -ch-oc-c5 Hu H' 35 5 paino-% 40 26 94144 CHg 0 CHg C8 %“0_®“®~°''CH2 ~CH — OC — CH — 0 — C„ Hr * * Λ 1 5 5 paino-* CHg 0 CHg io C5 H11“^—0 — CH2 -CH-0C-CH-0.-C4 Hg 10 paino'% CHg 0 CHg

Cg Hjg-^Q^—^^-O — CHg -CH —OC-CH —0-C4 Hg 5 paino-*

-1 8C

20 Koostumuksella J faasin siirtymälämpötila oli Cr ----► S * 55 ÖC "79 QC ^ --^I__. Koostumuksessa J vasteaika (*£)

A SO

25 Csssa oli 24 mikrosekunttia, spontaanin polarisaation arvo oli 57,0 nCcm ja kallistuskulma oli 22,3°.

25 Esillä olevan keksinnön mukaisella koostumuksella voi olla S_.- C* faasi laajalla lämpötila-alueella, huoneenlämpötilat mukaan-.·: luettuina, ja sen tähden se voi ratkaista tavanomaisten nestekide- • elementtien, "joiden täytyy kestää pitkän aikaa, ongelman. Ennen kaikkea, käyttämällä tätä nestekidekoostumusta voidaan saada 30 kytkentäelementtejä, joilla on nopeat vasteominaisuudet.

Il

Claims

27 941 44

1. Ferroelektrinen nestekidekoostumus, tunnettu siitä, että se koostuu ainakin yhdestä akiraalisesta yhdisteestä, .iota 5 esittää seuraava kaava (I) R1-<§HC^>-o - r 2 ,I! 1 . 2 1C jossa kumpikin R :stä ja R ;sta on alkyyl iryhn..., jossa ur: hiiliatomia, ja ainakin yhdestä optisesti aktiivisista yhdisteistä, joita esittää seuraava kaava (II)

0 CHs R 3c 0 - C H - R 4 * 20 jossa R^ on alkyyliryhmä tai alkoksiryhmä, jossa on 1 - IS hiiliatomia, R^ on alkyyliryhmä, jossa on 2 - 10 hiiliatomia, ” on yksinkertainen'· sidos, -COO-, -OCO-, -M=CH-, -CII=n-, -OCH_- tai -CHjO-, kumpikin m:stä ja n:stä on kokonaisluku 1 tai 2, ja symboli * merkitsee asymmetristä hiiliatomia. t;

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ferroelektrinen nestekide-koostumus,' tunnettu siitä, että kaavan (I) esittämän yhdisteen osuus on 20 - 98 paino*·% ja että kaavan (TI) esi ttä:. yhdisteen osuus bn 1 - 40 paino-%. 30 ' :

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ferroelektrinen neste): vh·-· koostumus, tunnettu siitä, että kaavan (I) mukainen ‘ ‘ yhdiste sisältää ainakin yhtä yhdisteistä, joissa R1 = n-CA*tl ja r2 = n-CyH2y+l* 35 kun x = 6, y = 6 - 15, kun x = 7, y = 5 - 12, kun x = 8, v=3-13, . kun x = 9, y = 2 tai 6 - 13, tai kun x = 10, y = 5 - 12. -•0 28 941 44

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ferroelektrinen nestekide-koostumus, tunnettu siitä, että kaavan (II) esittämä yhdiste käsittää ainakin yhden yhdisteistä, joita seuraavat 5 haavat esittävät R 3 C II2 -φ-g 0 - C H - R 4 * O-^-CO-CH-R4 *

0. H 3 R 3 -@>-0 C II2 -@>-C 0 - C II - R 4

0. H S R 3 ~^)~C 11 2 0X5)"C 0 - c II - r'4 * 20 joissa R3 on alkyyliryhmä tai alkoksiryhmä, jossa on 1 - 12 hi i-4 1iatomia, ja R on alkyyliryhmä, jossa on 2 - 18 hiiliatomia,

0. H 3 n -Cfi H170'-<g>-CH-N-^O>-C0-CH-C3 II, . k

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen ferroelektrinen neste-kidekoostumus, tunnettu siitä, että se käsittää ainakin 25 yhden kaavan (I) esittämän yhdisteen ja ainakin yhden kaavan (TT) esittämän yhdisteen lisäksi ainakin yhtä yhdistettä, jota esitti!”, seuraava kaava (III) 40 29 94144 C H o O R 5 -(<α)*ίγη(Ϊ^Υ-(£)-0 - C H 2 -CH-OC-Z 'f' 5. r t t jossa kukin kaavamerkinnöistä -(h)- , -(b)-. -<£> "erkitsee täi \0/ , on alkyyliryhnä, alkoksiryhnä, joissa : - \— N 18 hiiliatomia, Y on yksinkertainen sidos, -CH^O- tai -OCH^-, p on kokonaisluku 0 tai 1 ja Z on alkyyliryhnä, jossa on 1 - 18 hii-* 6 6 1 iatomia, tai -C HiCH^J-O-R , jossa R on alkyyliryhru·., '.n : 15 - 18 hiiliatomia, ja symboli * merkitsee asymmetristä hiiliatomia.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen fcrroelektriner. neste!; ι ό·.·- koostumus, tunnettu siitä, että kaavan (III) esittämä yhdiste käsittää ainakin yhtä-yhdisteistä, joita seuraavat kaa- 20 vat esittävät CHg 0 R5 -<§H©“0_CH2 -CH-OC-R0 25 CHg 0 CHg R5-{§)-@-((^-0-CH2 -ch-oc-ch-o-rg m >!< ψ , r _ CH, O CH, . R -CH-0C-CH-0-RB * * 35 CHg 0 CHg R5 -®-©-0-CH2 -CH-O-C-CH-O-R6 40 3° 94144 joissa on alkyyliryhmä tai alkoksiryhmä, jossa on 1 - 18 hiiliatomia, ja R^ on alkyyliryhmä, jossa on 1 - 18 hiiliatomia.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen ferroelektrinen nestekide- koostumus, tunnettu siitä, että kaavan (III) esittämä yhdiste käsittää ainakin yhtä seuraavista yhdisteistä 10 CHg 0 e. H.70-©-@-0-CHj -ch-oc-c4 h9 15 CH3 o CHg c8 hi70-<2H^O-CH2 -CH-0C-CH-C4 Hg 20 CHg o CHg C7 H15"(SH^H§>-0-CH2 -CH-OC-CH-O-C, H„ H' ifi " 25 CHg 0 CHg C6 Hlf<SHgH(3)-0-CH2 -CH-0C-CH-0-C4 Hg % if* 30 tai CHg O Cg Η170-@-@ΚΗ2 0-^-0 CH2 -CH-OC-Cg h7 tai 41 -heptyyli-4-/4- -^2-(butanoyylioksi )-propoksiJ -fenoksimetyyli] -bifenyyli tai 4'-nonyyli-4-[4-|2-(pentanoyylioksi)-propoksij-fenoksimetyylij -bifenyyliä. li 35 94144

8. Valonkytkentäelementti, tunnettu siitä, että se sisältää ferroelektrisen nestekidekoostumuksen, joka käsittää ainakin yhtä akiraalista yhdistettä, jota seuraava kaava (I) 5 esittää r1^QH§>-0-r2 10 1 ... 2 jossa kukin R :sta ja R :sta on alkyyliryhmä, jossa on ainakin 1 -18 hiiliatomia, ja ainakin yhtä optisesti aktiivisista yhdisteistä, joita esittää seuraava kaava (II) 15

0 CH3 r3 0 ~ C H “ R4 (II) 'K 20 3 jossa R on alkyyliryhmä tai alkoksiryhmä, jossa on 1 - 18 hii- 4 liatomia, R on alkyyliryhmä, jossa on 2 - 18 hiiliatomia, X on yksinkertainen sidos, -COO-, -OCO-, -N=CH-, -CH=N-, -OCH^- tai 25 -CH^O-, kumpikin m:stä ja n:stä on kokonaisluku 1 tai 2 ja sym boli * on asymmetrinen hiiliatomi.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen valonkytkentäelementti, tunnettu '-siitä, että se sisältää ferroelektrisen nestekide- 30 koostumukseni, jossa on ainakin yhden kaavan (I) esittämän yhdisteen ja ainakin yhden kaavan (II) esittämän yhdisteen lisäksi yhdiste, . - jota seuraava kaava (III) esittää R 5 XZ)^-X^Y-{c)-0 - C H 2 - C H - 0 C - Z 4C 32 94144 jossa kukin kaavamerkinnöistä -®- , -<£> merkitsee ^O)-' tai , R^ on alkyyliryhmä tai alkoksiryhmä, jossa on 1 - 18 hiiliatomia, Y on yksinkertainen sidos, -CH^O- tai -OCH^, p on kokonaisluku 0 tai 1 ja Z on alkyyliryhmä, jossa on 1 - 18 * 6 6 hiiliatomia tai -C H(CH )-0-R , jossa R on alkyyliryhmä, jossa on 10 1-18 hiiliatomia, ja symboli * merkitsee asymmetristä hiili- atomia . » 33 9 4 1 44