DE3038372C2 - Flüssigkristallzusammensetzungen und ihre Verwendung - Google Patents

Flüssigkristallzusammensetzungen und ihre Verwendung

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DE3038372C2
DE3038372C2 DE3038372A DE3038372A DE3038372C2 DE 3038372 C2 DE3038372 C2 DE 3038372C2 DE 3038372 A DE3038372 A DE 3038372A DE 3038372 A DE3038372 A DE 3038372A DE 3038372 C2 DE3038372 C2 DE 3038372C2
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    • C09B1/56Mercapto-anthraquinones
    • C09B1/58Mercapto-anthraquinones with mercapto groups substituted by aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aryl radicals

Description

(bl) -COSR' mit
R' = Alkyl, Cycloalkyl oder Aryl oder eine dieser Gruppen mit einem oder mehreren Sub-
stituenten
oder
(b2) -COXR'" mit
X=O oder NH
und
R'" = Methyl, C6-24-Alkyl, substituiertes Alkyl, substituiertes Cycloalkyl oder substituiertes Aryl.
2. Flüssigkristallzusammensetzungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anthrachinonfarbstoff der Formel I mit R = OH und Y = m-(Diethylamino)-phenoxy.
3. Flüssigkristallzusammensetzungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anthrachinonfarbstoff der Formel I mit R = OH und Y = p-(Di-n-butylamino)-phenoxy.
4. Flüssigkristallzusammensetzungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anthrachinonfarbstoffder Formel I mit R = OH und Y = p-(Di-n-butylaminosulfonyl)-phenoxy.
5. Flüssigkristallzusammensetzungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anthrachinonfarbstoff der Formel I mit R = OH und Y = p-(2-Phenoxyethoxy)-phenoxy.
6. Flüssigkristallzusammensetzungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anthrachinonfarbstoff der Formel I mit R = OH und Y = p-(p-n-Butylbenzyloxy)-phenoxy.
7. Flüssigkristallzusammensetzungen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anthrachinonfarbstoff der Formel I mit R = OH und Y = n-Octadecyloxy.
8. Flüssigkristallzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall ein nematischer Flüssigkristall ist.
9. Flüssigkristallzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall ein nematischer Flüssigkristall ist und eine optisch aktive Substanz enthält.
10. Flüssigkristallzusammensetzungen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch aktive Substanz eine chirale nematische Verbindung ist.
11. Verwendung der Flüssigkristallzusammensetzungen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für elektrooptische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen.
Die Erfindung betrifft sog. Guest-Host-Flüssigkristallzusammensetzungen sowie ihre Verwendung für Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen.
In Anzeigevorrichtungen auf Flüssigkristall-Basis werden allgemein entweder die elektrooptischen Eigenschaften der Flüssigkristallmaterialien selbst oder die elektrooptischen Eigenschaften ausgenützt, die durch die Wechselwirkung des Flüssigkristalls mit einem Fremdmaterial hervorgerufen werden.
Typische Beispiele hierfür sind etwa die sog. pleochroitischen Farbstoffe, die als Fremdmaterial (»Guest«) in
ϋίΠϋΓιΐ riüäSigiinSuiii "wie ct'wä έϊΠέϊΠ ncüläuSCiicn, ΐιιϋι£5Ϊ€Πηϊ5ϊιΐ€Π, 5ίΰ6Κίΐ50ιι€ΐϊ 0u6r αιιΐϊιϊΟιιϋϊϊ i:iü5Sigiiüstall (»Host«) gelöst werden.
Die pleochroitischen Farbstoffe lassen sich in zwei Gruppen einteilen. Die pleochroitischen Farbstoffe der ersten Gruppe sind so gebaut, daß bei ihnen die Richtung des Absorptions-Ubergangsmoments im sichtbaren Bereich nahezu parallel zur Richtung der Moleküllängsachse liegt, wobei die Längsachse der Farbstoffmoleküle gut in der Richtung der Achse der Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet ist, wenn der Farbstoff als Fremdmolekül im obigen Flüssigkristall gelöst ist. Derartige Farbstoffe werden als pleochroitische Farbstoffe mit parallelem Dichroismus bezeichnet.
Bei den pleochroitischen Farbstoffen der zweiten Gruppe ist die Richtung des Absorptions-Übergatigs-
moments im sichtbaren Bereich nahezu senkrecht zur Richtung der Molekiillängsachse, wobei die Längsachse der Farbstoffmoleküle gut in der Richtung der Achsen der Flüssigkristallmoleküle ausgerichtet ist, wenn der Farbstoff als Fremdmolekül im obigen Flüssigkristall gelöst ist. Derartige Farbstoffe werden als pleochroitische Farbstoffe mit senkrechtem Dichroismus bezeichnet.
s Die Erfindung betrifft Flüssigkristallzusammensetzungen, die einen pleochroitiscrien Farbstoff der ersten Gruppe enthalten, d. h. einen pleochroitischen Farbstoff mit parallelem Dichroismus. Der Grad der Ausrichtung der in einem derartigen Flüssigkristallmaterial gelösten pleochroitischen Farbstoffmoleküle kann durch den im folgenden näher erläuterten Ordnungsparameter S quantitativ ausgedrückt werden.
Wenn ein nematischer oder cholesterinischer Flüssigkristall, der einen derartigen pleochroitischen Farbstoff
ίο enthält, zwischen zwei einander gegenüberliegende Elektrodenplatten eingebracht und eine Spannung daran angelegt wird, zeigen die Flüssigkristallmoleküle je nach den dielektrischen Eigenschaften oder den Fließeigenschäften des Flüssigkristalls eine turbulente Bewegung oder werden in Richtung des elektrischen Feldes gleichmäßig ausgerichtet. Da sich die Moleküle des pleochroitischen Farbstoffs ebenfalls in Wechselwirkung mit den Flüssigkristallmolekülen bewegen, tritt eine Änderung der relativen Richtung des Absorptions-Übergangsmo-
IS ments der Moieküle des pleochroitischen Farbstoffs in bezug auf das einfallende Licht auf, wodurch sich die Lichtabsorptionseigenschaften derartiger Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen entsprechend verändern. Dieses Phänomen ist allgemein als sog. »Guest-Host«-Effekt bekannt; durch Ausnutzung dieses Effekts lassen sich elektrisch gesteuerte farbige Anzeigevorrichtungen realisieren.
Derartige Guest-Host-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen sind beispielsweise aus den US-PS 4154 746 und 39 60 751 sowie den GB-OS 20 24 844 A und 2011940 A bekannt.
Zur Erzielung eines möglichst hohen Kontrastes zwischen dem EIN- und AUS-Zustand in auf dem Guest-Host-Effekt beruhenden Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen sollte der als Fremdmaterial eingesetzte pleochroitische Farbstoff im einen Zustand tiefgefarbt und im anderen Zustand fast farblos sein. Zur Erzielung einer tiefen Färbung ist es daher erforderlich, daß das Absorptions-Übergangsmoment des pleochroitischen Farb-Stoffs parallel zum elektrischen Vektor des einfallenden weißen Lichts ausgerichtet ist, d. h. senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts. Um andererseits möglichst keine Färbung zu erzielen, ist es erforderlich, daß das Absorptions-Übergangsmoment der Moleküle des pleochroitischen Farbstoffs senkrecht zum elektrischen Vektor des einfallenden Lichts, d. h. parallel zu seiner Ausbreitungsrichtung, ausgerichtet ist.
Die Flüssigkristallmoleküle sowie die Farbstoffmoleküle unterliegen allerdings hinsichtlich ihrer Ausrich-
tung einer thermischen Fluktuation, so daß das Absorptions-Übergangsmoment nicht stets genau senkrecht oder parallel zur Ausbreitungsrichtung des Lichts orientiert sein kann. Der Grad der Ausrichtung in einer bestimmten Richtung im Flüssigkristall ist daher von großem Einfluß auf den Kontrast einer entsprechenden Anzeigevorrichtung. Der Orientierungsgrad der Farbstoffmoleküle im Flüssigkristallmedium wird üblicherweise als numerischer Wert des Ordnungsparameters S angegeben, der sich aus folgender Beziehung ergibt:
All - Al.
S =
2A± + All
wobei A Il und A J. das Absorptionsvermögen der Farbstoffmoleküle für Licht bedeuten, das parallel bzw. senkrecht zur Orientierungsrichtung des Flüssigkristalls polarisiert ist. Wenn All und AL durch Messung der Absorptionsspektren ermittelt wurden, kann folglich der Ordnungsparameter des Farbstoffs im Trägermedium Flüssigkristall errechnet und die Orientierung des Farbstoffs ermittelt werden (zur Messung des Ordnungsparameters pleochroitischer Farbstoffe vgl. »Absorption and Pitch Relationships in Dichroic Guest-Host Liquid Crystal Systems«, H. S. Cole Jr., S. Aftergut, Journal of Chemical Physics 68 [1978] 896).
Der Wert des Ordnungsparameters des im Flüssigkristall gelösten pleochroitischen Farbstoffs kann theoretisch -0,5 bis 1 betragen. Bei pleochroitischen Farbstoffen mit parallelem Dichroismus steigt der Ordnungsgrad der Orientierung des Farbstoffs im Flüssigkristall an, wenn der Wert des Ordnungsparameters sich dem Wert 1 nähert, wobei der Kontrast entsprechender Vorrichtungen verbessert werden kann.
Derartige pleochroitische Farbstoffe sollten Eigenschaften aufweisen, die folgenden Anforderungen genügen:
(1) Der pleochroitische Farbstoff sollte einen möglichst hohen Ordnungsparameter im als Trägermaterial dienenden Flüssigkristall aufweisen, um einen möglichst hohen Kontrast zwischen dem gefärbten und dem ungefärbten Zustand zu erzielen;
(2) durch Zusatz lediglich kleiner Mengen an Farbstoffen zum Flüssigkristallmaterial sollen klare Farben " erzielbar sein;
(3) die pleochroitischen Farbstoffe sollten ausgezeichnete Lichtechtheit sowie Beständigkeit gegen Hitze, Wasser, Sauerstoff und dgl. aufweisen.
Hinsichtlich (1) sollte der Wert des Ordnungsparameters üblicherweise bei Temperaturen in der Nähe von Raumtemperatur im Fall pleochroitischer Farbstoffe mit parallelem Dichroismus > 0,5 sein. Der Wert des Ordnungsparameters variiert üblicherweise auch für ein und denselben Farbstoff in einem gewissen Maß, wenn Parameter wie etwa die Art des als Trägermaterial dienenden Flüssigkristalls, die Konzentration des Farbstoffs, die Temperatur und andere Einflußgrößen verändert werden.
Unter den bekannten pleochroitischen Farbstoffen gibt es nur sehr wenige Farbstoffe, die den obigen Anforderungen (1) bis (3) entsprechen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Flüssigkristallzusammensetzungen anzugeben, die einen pleochroitischen Anthrachinonfarbstoff enthalten, der den obigen Anforderungen (1) bis (3) genügt, und sich
günstig für Flüssigkristall-Anzcigcvorrichtungen einsetzen lassen. Die Flüssigkristallzusammcnsetzungen sollen ferner für Farbanzeigevorrichtungen verwendbar sein, wobei rote, blaue und bläulich-purpurfarbene Farbtöne möglich sein sollen.
Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausführungsforme ι sind Gegenstand der Unteransprüche.
In den DE-OS 30 36 853 und 30 09 974, die nach § 3(2) PatG als fiktiver Stand der Technik gelten, sind Anthrachinonfarbstoffe für Flüssigkristallzusammensetzungen angegeben, die den in den erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzungen verwendbaren Anthrachinonfarbstoffen strukturell nahekommen. Diesen Druckschriften gegenüber liegt Abgrenzung vor.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen
F i g. 1,2,12 (a) und 12 (b) schematische Querschnittsansichten von »Guest-Hostw-Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen;
Fig. 3,5,6,7,9,10,11,13,14 und 15 Diagramme zur Erläuterung der spektroskopischen Eigenschaften von Flüssigkristallzusammensetzungen vom »Guest-Host«-Typ der erfindungsgemäßen Beispiele und
F i g. 4,8 und 16 Diagramme zur Erläuterung der Beziehung zwischen der prozentualen Änderung der Extinklion von »Guest-Host«-Flüssigkristallzusammensetzungen und der Dauer beschleunigter Bewitterung im beschleunigten Bewitterungstest mit einem Bewitterungstestgerät.
Die erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzungen enthalten mindestens einen Flüssigkristall sowie einen Anthrachinonfarbstoff und sind gekennzeichnet durch mindestens einen Anthrachinonfarbstoff der Formel I,
NH2
O R
in der bedeuten:
R OH oder NH2
und
Y (a) wenn R = OH ist:
(al) substituiertes Phenoxy der Formel
mit X =:
-C„H2„+| mit η = 17 oder 18, -CnH2nCN mit η = 1-5, -CnH2nCOOCH3 mit λ = 1-5, -OCnH2n+, mit η = 11-18, Alkylbenzyloxy, Aryloxyethoxy,
-U-C1H11,
40 45
Alkoxyphenyl, — OCO-Y:H
eine Sulfonyloxygruppe, eine Sulfonamidogruppe,
60
—CONH-
- n-C4H9,
p-(Di-n-butylcarbamoyl), eine Sulfonsäureestergruppe, eine Sulfamoylgruppe, Dialkylamino,
65
Methylthio,
Nitro oder
Cyano,
(a2) Phenylthio,
5 (a3) ein- oder mehrfach substituiertes Phenylthio,
(a4) Alkylthio,
(a5) ein- oder mehrfach substituiertes Alkylthio,
(a6) Alkoxy der Formel -0-CnH2n+, mit η = 16-18, (a7j Alkoxy der Formel
ίο
— Ο — C2H4O
H3C
!5
mit R, = CnH2nCN oder C11H2nCOOCH3 und n = 1-5, (a8) -COSR' mit
R' = Alkyl, Cycloalkyl oder Aryl oder eine dieser Gruppen mit einem oder mehreren Sub-20 stituenten
oder
(a9) -COXR" mit
25 X=O oder NH
und
R" = Methyl, C6-18-Alkyl, substituiertes Alkyl, substituiertes Cycloalkyl oder substituiertes Aryl
(b) wenn R = NH2 ist:
(bl) -COSR' mit
35 R' = Alkyl, Cycloalkyl oder Aryl oder eine dieser Gruppen mit einem oder mehreren Sub-
stituenten
oder
-COXR'" mit
X=O oder NH
und
R'" = Methyl, C6_24-Alkyl, substituiertes Alkyl, substituiertes Cycloalkyl oder substituiertes Aryl.
Wenn Y eine substituierte Phenylthiogruppe darstellt, sind entsprechende Substituenten beispielsweise Alkylgruppen, Alkoxygruppen und/oder Hydroxylgruppen, wobei die Alkylthiogruppen die Formel
— S—CnH2n+!
50
aufweisen, in der η eine ganze Zahl von 1 bis 18 bedeutet.
Die obigen Anthrachinonfarbstoffe können beispielsweise durch Umsetzung einer Verbindung der Formel
60 O OH
in der R" ein Halogenatom, eine Aryloxygnippe oder eine Sulfonsäuregruppe darstellt, mit einer Verbindung der Formel HY mit Y wie oben in Gegenwart eines Säureakzeptors wie etwa eines Alkalicarbonate, Alkalihydroxids oder dgl. hergestellt werden.
65 Der so hergestellte Farbstoff wird nach Reinigung etwa durch Säulenchromatographie, Umkristallisieren, Sublimation und dgl. weiterverwendet.
Diese Farbstoffe sind rot gefärbt.
Wenn Y COSR' darstellt, sind die erfindungsgemäßen Flüssigkristallzusammensetzungen durch mindestens
einen Anthrachinonfarbstoft" der allgemeinen Formel I gekennzeichnet, in der die Gruppe R' folgende Bedeutungen umfaßt: Alkylgruppen wie Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl, Octyl,Nonyl, Decyl, Dodecyl und Octadccyl; substituierte Alkylgruppen, die beispielsweise mit Hydroxygruppen, Alkoxygruppen, Cycloalkylgruppcn, Arylgruppen, Aryl oxy gruppen, Dialkylaminogruppen oder hetero:yclischen Gruppen substituiert sind; Cycloalkylgruppen wie Cyclohexyl; substituierte Cycloalkylgruppen, die beispielsweise substituiert sind mit Alkylgruppen, Cyclohexylgruppen oder Alkylcyclohexylgruppen; substituierte Arylgruppen, die beispielsweise substituiert sind mit Phenylgruppen, Alkylphenylgruppen, Alkoxyphenylgruppen, Alkylgruppen, Alkoxygruppen, Cycloalkylgruppen, Alkylcyclohexylgruppen, Hydroxygruppen, Acyloxygruppen, Acylaminogruppcn, Sulfonyloxygruppen, Sulfonamidgruppen, Carbonsäureestergruppen, Carbamoylgruppen, SulfonsäureüLlergruppen, Sulfamoylgruppen, Dialkylaminogruppen, Halogenatomen, Nitrogruppen oder Cyanogruppen. Analoges gilt für die Gruppe R" mit der Maßgabe der Definition unter(a9) bzw. die Gruppe R'" mit der Maßgabe der Definition unter (b2). Derartige Farbstoffe sind bläulich-purpurn gefärbt.
Diese Farbstoffe können beispielsweise durch Reduktion von Verbindungen der Formel
O NH2
COSR' bzw. -COXR'"
O NO2
mit X und R' und R" wie oben mit Natriumsulfid, Hydrazinhydrat und dgl. hergestellt werden.
Diese Anthrachinonfarbstoffe sind blau gefärbt.
Die erfindungsgemäß verwendbaren Flüssigkristalle können in einem sehr weiten Bereich ausgewählt werden, sofern sie im Betriebstemperaturbereich einen nematischen Zustand aufweisen. Der nematische Zustand von solchen Flüssigkristallen kann durch Zusatz optisch aktiver Substanzen in den cholesterinischen Zustand umgewandelt werden; entsprechende optisch aktive Substanzen sind im folgenden angegeben.
In der Tabelle 1 sind Verbindungen angegeben, die sich erfindungsgemäß als nematische Flüssigkristalle eignen.
In Tabelle 1 bedeuten X' Nitro, Cyano oder Halogen und R2 Alkyl oder Alkoxy.
Tabelle 1
Art
Beispiel
1 Cyclohexylcyclohexanverbindungen R2ζ Η
2 Phenylcyclohexanverbindungen 3 Diphenyiverbindungen 4 Terphenylverbindungen 5 Cyclohexylcyclohexanoate 6 Phenylcyclohexylcarboxylate 7 Ester 8 Diester
Diphcnylcyclohexylcarboxylate
R2—< H >—COO^C H
X'
Fortsetzung
Nr. Art
Beispiel
10 Diphenylester
11 Thioester
12 Schiffsche Basen
13 Pyrimidine
14 Dioxanverbindungen
35 15 Cyclohexylmethylether
16 Cinnamoylnitrilverbindungen
CH = CH-X'
Sämtliche in Tabelle 1 aufgeführten Flüssigkristalle besitzen positive dielektrische Anisotropie; Flüssigkristalle auf der Basis von Estern, Azoxyverbindungen, Azoverbindungen, Schiff sehen Basen, Pyrimidinverbindungen, Diestern oder Diphenylestern mit negativer dielektrischer Anisotropie können zur Erzielung von Gemischen, die dann eine positive dielektrische Anisotropie aufweisen, mit Flüssigkristallen mit positiver dielektrischer Anisotropie gemischt werden.
Unabhängig davon können erfindungsgemäß auch Flüssigkristalle mit negativer dielektrischer Anisotropie verwendet werden, sofern eine entsprechend geeignete Vorrichtung sowie ein entsprechendes Ansteuerverfahren angewandt werden.
Als optisch aktive Substanzen eignen sich chirale nematische Verbindungen wie beispielsweise Verbindungen, die durch Einführung optisch aktiver Gruppierungen wie etwa 2-Methylbutyl, 3-Methylbutoxy, 3-Melhylpentyl, 3-Methylpentoxy, 4-Methylhexyl oder4-Methylhexyloxy in einen nematischen Flüssigkristall erhalten werden. Hierbei können Derivate "on Alkoholen wie 1-Menthol und d-Borneol, Derivate von Ketonen wie d-Campher und 3-Methylcyclohexan, Derivate von Carbonsäuren wie d-Citronellinsäure und 1-Camphersiiure, Derivate von Aldehyden wie d-Citronellal, Derivate von Alkenen wie d-Limonen sowie von anderen Aminen, Amiden oder Nitrilen (vgl. die JP-OS 45546/76) verwendet werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Beispiel 1
Als Flüssigkristall wurde ein Gemisch verendet, das durch Zugabe von 7 Gew.-% 4-(2-Methylbuty!)-4'-cyanodiphenyl als optisch aktive Substanz zu einem Flüssigkristall der Phenylcyclohexanreihe (ZLl-1132, Herstcller Merck AG) hergestellt worden war; das eingesetzte Flüssigkristallmaterial bestand aus folgenden vier Ver bindungen:
CN
CN
Die in Tabelle 2 aufgeführten Anthrachinonfarbstoffe wurden jeweils als Farbstoffmaterial zu dem entsprechenden Flüssigkristallmaterial zugegeben, wobei das resultierende Gemisch zur Auflösung des Farbstoffs wiederholt auf 700C oder darüber erhitzt, im isotropen flüssigen Zustand ausreichend gerührt und anschließend abkühlen gelassen wurde.
Die so hergestellten obigen Flüssigkristallzusammensetzungen wurden in eine Fig. 1 entsprechende Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eingebracht, die anschließend verschlossen wurde; die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung bestand aus einer oberen und einer unteren Glasplatte mit transparenten Elektroden 4 und 4', deren mit dem Flüssigkristall 3 in Kontakt kommende Oberflächen nach Beschichtung mit einem Kunstharz der Polyamidreihe und Härtung einer Reibbehandlung unterzogen worden waren; der Abstand betrug 10 am.
Wenn bei der der obigen Orientierungsbehandlung unterzogenen Vorrichtung von Fig. 1 keine Spannung angelegt wird, befindet sich die Flüssigkristallzusammensetzung im cholesterinischen Zustand (sog. Grandjean-Zustand), in dem die Helixachsen 7 senkrecht auf der Oberfläche der G lasplatten stehen, und die Farbstoffmolekülc 2 (Gucst) folglich aufgrund der Orientierung des Flüssigkristalls 3 (Host) gleiche Orientierung aufweisen. Die Vorrichtung erscheint daher intensiv gefärbt.
Wenn an diese Vorrichtung eine Wechselspannung von 30 V, 50 Hz, angelegt wird, erscheint die Vorrichtung nahezu ungefärbt, da die Flüssigkristallzusammensetzung eine derartige homöotrope Orientierung aufweist, daß die Orientierungsrichtung senkrecht zur Oberfläche der Glasplatten ist, wobei die Farbstoffmoleküle 2 aufgrund der Orientierung des Flüssigkristalls 3 die gleiche Orientierung aufweisen, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
Durch Erhitzen der Vorrichtung auf 700C oder darüber, was etwa mit einem durch einen in die Nähe gebrachten, mit einem Widerstandsdraht beheizten Kupferblock geschehen kann, geht die Flüssigkristallzusammensetzung in den isotropen flüssigen Zustand über, wobei die Flüssigkristallmoleküle wie auch die Farbstoffmoleküle statistisch angeordnet sind.
Die Absorptionsspektren in der obigen Guest-Host-Vorrichtung im sichtbaren Spektralbereich wurden im Grandjean-Zustand, im homöotropen Zustand sowie im isotropen Zustand gemessen, wobei die Extinktion und die Wellenlänge der Absorptionsmaxima für jeden der obigen Zustände ermittelt wurden. Bei der Ermittlung der Extinktion des Farbstoffs wurde eine Korrektur für die durch das Flüssigkristallmaterial selbst bedingte Extinktionundden von der Vorrichtung hervorgerufenen Reflexionsverlust angebracht. Unter Verwendung der so erhaltenen Werte für die Extinktion des Farbstoffs in jedem der oben angegebenen Zustände wurden die Werte für den Ordnungsparameter nach dem obigen Verfahren berechnet.
Die zur Ermittlung des Ordnungsparameters für die in Tabelle 2 angegebenen Farbstoffe zugesetzte Menge an Farbstoifhängt von der Art des Farbstoffs ab und beträgt > 0,1 Gew.-% und vorzugsweise 0,3 bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Flüssigkristallgewicht. Die Werte des Ordnungsparameters ändern sich ferner in manchen Fällen etwas, wenn die Art des Flüssigkristall-Trägermaterials oder die Farbstoffkonzenlration verändert werden.
Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums und der Ordnungsparameter sind in Tabelle 2 für jeden Farbstoff angegeben.
Tabelle 2
Nr. Chemische Formel (I) R Y
Wellenlänge des Ordnungs-Absorptions- parameter
maximums (nm)
OH —O
η n OH
Ο —n-C,8H37
— O^(O/^C'H<CN
0,63
0,60
ίο
20
25
30
35
40
45
50
55
60
CH,
Fortsetzung
Nr. Chemische Formel (I) R Y
Wellenlänge des Absorptionsmaximums (nm)
ürdnungsparamctcr
OH —
OH —
6 OH
7 OH
8 OH
9 OH
10 OH
11 OH
12 OH
13 OH
14 OH
15 OH
16 OH
19 OH
20 OH
21 OH
22 OH
CH3
- O C2H4O —<T})~~ C2H4C 0 0 C H;
17 OH —
18 OH —
OCO-C H >—n-CsH„
522
521
518
518
537
537
520
519
520
523
521
522
519
526
519
522
559
521
521
0,61 0,61
0,62
0,60 0,57 0,56
0,59 0,66 0,65 0,55 0,63 0,57 0,65
0,38 0,57
0,59 0,44 0,61 0,60
10
Fortsetzung
Nr. Chemische Formel (!) R Y
23 OH —
24 OH —
25 OH —
: 26 OH
) 27 OH
\i 28 OH
I 29 OH
j 30 OH
5 31 OH
32 OH
33 OH —S
34 OH —S
n-C4H,
Wellenlänge des Ordnungs- Absorptions- parameter
maximums (nm) S
522
522
522
519
519
521
518
534
534
534
534
534
0,66 0,65
0,56
0,67 0,66 0,60 0,64 0,52 0,50 0,51 0,54 0,53
Die in Tabelle 2 aufgeführten pleochroitischen Anthrachinonfarbstoffe besitzen ausgezeichnete Löslichkeit in Flüssigkristallmaterialien.
Eine Lösung jedes der in Tabelle 2 aufgeführten Farbstoffe in einem Flüssigkristall (ZLI-1132, Hersteller 45 Merck AG) wurde in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eingesetzt und darin dicht abgeschlossen, die aus zwei transparenten Trägerplatten aus Glas von 3 mm Dicke aufgebaut war, und anschließend mit einem handelsüblichen Bewitterungstestgerät (Sunshine Weather-0-Meter) jeweils einem beschleunigten Bewitterungstest unterzogen, wie im folgenden näher ausgeführt ist.
Dabei ergab sich, daß die prozentuale Verringerung der Extinktion bei sämtlichen Farbstoffen 100 h nach der 50 beschleunigten Bewitterung 10% oder weniger betrug, woraus hervorgeht, daß die erfindungsgemäß eingesetzten Farbstoffe hohe Lichtbeständigkeit aufweisen.
Beispiel 2
Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums sowie der Ordnungsparameter der in Tabelle 3 aufgeführten Farbstoffe wurden wie in Beispiel 1 bestimmt.
Tabelle 3 Nr. Chemische Formel (I)
R Y
Wellenlänge des Ordnungs-Absorptions- parameter
maximums (nm)
1 NH2 -COOCH3
2 NH2 —COO-n-C6H,3
638
638
0,69 0,66
11
Fortsetzung
Nr. Chemische Formel (I)
R Y
3
4
14
19
20
21
22
23
24
NH2
NHj
NH2
6 NH2
7 NH2
20 8 NH2
9 NHj
25 10 NH2
11 NHj
30 12 NHj
13 NH2
NH,
15 NH2
16 NH2
17 NH2
18 NH2
NH2
NH2 NH2
NH2
NH2 NH2
— COO-n-C,H,7
— COS—n-C„H„
C2H5
-COOCH2CH
— COO — n- -COO-Ii-CH37
— COS—
-COOC2H4
-COOC2H4OC2H5 -COOnC2H4OC4H, -COOC2H4OH -COSC2H4OH
CH3
-COOC2H4N
CH3
-COOC2H4O
-COOCH2
-COOCH2
—COOCH
— COS
Wellenlänge des Ordmings-Absorptionsparameter
maximums (nm)
637
644
637
638
600
638
638
638
642
644
0,68 0,70
0,62
638 0,67 .. '
638 0,68
646 0,72
637 0,69
637 0,69
637 0,74
640
639
0,62
0,69
'■■!
0,66
638 0,65
638 0,64
638 0,64
646 0,67
0,62
0,65 0,60
0,66
0,50 0,75
Die in Tabelle 3 aufgeführten pleochroitischen Anthrachinonfarbstoffe weisen ebenfalls ausgezeichnete Löslichkeit in Flüssigkristallen auf.
Beispiel 3
Eine durch Lösen von 1 Gew.-% des Farbstoffs Nr. 3 von Tabelle 3 als pleochroitischer Farbstoff in den gleichen Flüssigkristallen (Gehalt an optisch aktiver Substanz 7 Gew.-%) wie in Beispiel 1 hergestellte Flüssigkrislallzusammensetzung wurde in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eingesetzt. Das Anzeigeelement besaß eine sehr blaß blaue Farbe bei angelegter Spannung und war hellblau ohne angelegte Spannung, wobei zwischen dem EIN- und dem AUS-Zustand ein guter Kontrast erzielt wurde.
Die Abhängigkeit der Extinktion von der Wellenlänge ist in F i g. 3 dargestellt. Die Wellenlänge des Absorplionsmaximums und der Ordnungsparameter des Farbstoffs dieses Beispiels im Flüssigkristall betrugen 638 nm bzw. 0,68. ίο
Die Ergebnisse von beschleunigten Bewitterungstests mit einem Bewitterungstestgerät sind in Fig. 4 dargestellt. Kurve 21 entspricht der prozentualen Änderung der Extinktion der Vorrichtung mit dem erfindungsgemäß eingesetzten Farbstoff; die Kurven 12,13 und 14 sind mit Vorrichtungen erhalten, in denen ein Merocyaninfarbstoff, ein Azofarbstoff bzw. ein Azomethinfarbstoff verwendet wurden, deren Formeln im folgenden angegeben sind:
Merocyaninfarbstoff:
S /,
20
30 35
Azomethinfarbstoff:
S
40
Aus Fig. 4 geht die sehr hohe Stabilität des erfindungsgemäßen Farbstons kiar hervor.
45
Beispiel 4
Die spektroskopischen Eigenschaften einer Vorrichtung wurden wie in Beispiel 3 gemessen, in der eine Flüssigkristal !zusammensetzung mit dem Farbstoff Nr. 6 von Tabelle 3 verwendet war, die wie in Beispiel 3 hergestellt worden war.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 5 dargestellt. Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums des Farbstoffs betrug 638 nm, sein Ordnungsparameter 0,67.
Nach Durchführung des beschleunigten Bewitterungstests über 100 h mit dem handelsüblichen Bewitterungstestgerät wie in Beispiel 3 betrug die Abnahme der Extinktion der Flüssigkristallzusammensetzung < 10%.
55
Beispiel 5
Die spektroskopischen Eigenschaften einer Flüssigkristallzusammensetzung mit 3 Gew.-% des Farbstoffs Mr. 11 von Tabelle 3, die wie in Beispiel 3 hergestellt worden war, wurden in gleicher Weise gemessen.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in F i g. 6 dargestellt. Auch in diesem Fall wurde zwischen dem EIN- und dem AUS-Zustand ein guter Kontrast erzielt.
Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums betrug für den Farbstoff dieses Beispiels im obigen Flüssigkristall 637 nm, der Ordnungsparameter 0,74.
Im 100 h durchgeführten beschleunigten Bewitterungstest betrug die Abnahme der Extinktion der Flüssigkristallzusammensetzung < 10%, woraus die ausgezeichnete Stabilität des Farbstoffs dieses Beispiels hervorgeht.
Beispiel 6
Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums und der Ordnungsparameter wurden für die in Tabelle 4 aufgeführten Farbstoffe wie in Beispiel 1 gemessen.
Tabelle 4
Nr. Chemische Formel (I) R Y
Wellenlänge des Ordnungs-Absorptions- parameter
maximums (nm)
10
11
12
13
14
15
16
18
NH2
NH2 NH2 NH2
NH2
NH2 NH2 NH2
NH2 NH2
NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2
599
642
0,53
642 0,72
642 0,73
642 0,74
0,72
641 0,68
642 0,67
641 0,69
612 0,69
599 0,54
612 0,68
646 0,69
646 0,68
642 0,70
642 0,71
642 0,71
641 .0,69
612 0,68
14
Fortsetzung
Nr. Chemische Formel (I) R Y
Wellenlänge des
Absorptions
maximums (nm)
Ordnungs
parameter
646 0,67
642 0,73
646 0,73
646 0,74
646 0,75
646 0,72
646 0,71
646 0,71
642 0,70
644 0,71
644 0,72
644 0,74
644 0,74
644 0,75
644 0,73
639 0,67
639 0,69
642 0,70
639 0,69
642 0,70
19 NH2 — 20 NH2 — 21 NH2
22 NH2
23 NH2
24 NH2
25 NH2
26 NH2
27 NH, —
28 NH2
29 NH2
30 NH2
31 NH2 — 32 NH2 — 33 NH2 — 34 NH2 — 35
36
37
38
NH2 NH2 NH2 NH2
39 NH2
40 NH2 —COO
643 642
0,71
0,73
Fortsetzung
Nr. Chemische Formel (I) R Y
Wellenlange des
Absorptions
maximums (nm)
Ordnungs-
parameler
639 0,70
642 0,68
>— II-C4H, 639 0,68
n-CH, 642 0,69
/— 11-C4H9 639 0,68
642 0,71
41 42 43 44 45 46
NH2 NH2 NH2 NH2 NH2 NH2
-CONH
-COO
COOCH3
47 NH2
«»-CO c!Hi
48 NH2 -COO "AU/ -Br
49 NH2 -COO -Cl
/
CH3
50 NH2 -COO -NO2
51 NH2 -COO — CN
Beispiel 7
642
644 643
643 643
0,66
0,73 0,70
0,71 0,72
Die spektroskopischen Eigenschaften einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung wurden wie in Beispiel 6 gemessen, in der eine Flüssigkristallzusammensetzung eingesetzt war, die durch Zusatz von 7 Gew.-% 4-(2-Methylbutyl)-4'-cyanodiphenyl zum Flüssigkrisiallmaterial ZLI-1132 hergestellt war und 4,7 Gew.-% des Farbstoffs Nr. 4 von Tabelle 4 enthielt.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 7 dargestellt.
Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums sowie der Ordnungsparameter des Farbstoffs dieses Beispiels im Flüssigkristall betrugen 642 nm bzw. 0,74.
Die Ergebnisse des mit dem angegebenen Bewitterungstestgerät durchgeführten beschleunigten Bcwitterungstests sind in F i g. 8 dargestellt.
Kurve 31 entspricht dem erfindungsgemäß eingesetzten Farbstoff, während die Kurven 12,13 und 14 den angegebenen herkömmlichen Farbstoffen entsprechen. Aus der F i g. 8 zu entnehmenden Änderung der Extinktion der Vorrichtung geht hervor, daß der erfindungsgemäß eingesetzte Farbstoff dieses Beispiels im Vergleich zu dsn herkömmlichen Farbstoffen sehr stabil ist.
Beispiel 8
Die spektroskopischen Eigenschaften einer Flüssigkristallzusammensetzung (gleiches Flüssigkristallgemisch wie in Beispiel 7) mit 3 Gew.-% des Farbstoffs Nr. 5 von Tabelle 4 wurden wie in Beispiel 6 gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 9 dargestellt.
Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums dieses Farbstoffs betrug 642 nm, sein Ordnungsparameter 0,72.
Aufgrund des beschleunigten Bewitterungstests mit dem angegebenen Bewitterungstestgerät betrug die Abnahme der Extinktion der Flüssigkristallzusammensetzung nach 100 h < 10%.
Beispiel 9
Die spektroskopischen Eigenschaften einer Flüssigkristallzusammensetzung (gleiches Flüssigkristallgemisch wie in Beispiel 7) mit 1 Gew.-% des Farbstoffs Nr. 35 von Tabelle 4 wurden wie in Beispiel 6 gemessen.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 10 dargestellt Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums dieses Farbstoffs betrug 639 nm, sein Ordnungsparameter 0,69.
Die Abnahme der Extinktion aufgrund des oben angegebenen beschleunigten Bewitterungstests betrug < 10%.
Beispiel 10
Die spektroskopischen Eigenschaften einer Flüssigkristallzusammensetzung (gleiches Flüssigkristallgemisch wie in Beispiel 7) mit 3 Gew.-% des Farbstoffs Nr. 46 von Tabelle 4 wurden wie in Beispiel 6 gemessen; die Ergebnisse sind in Fig. 11 dargestellt.
Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums dieses Farbstoffs betrug 642 nm, sein Ordnungsparameter 0,71.
Die Abnahme der Extinktion im obigen beschleunigten Bewitterungstest betrug < 10%.
Beispiel 11
C5H11
C7H15
C8H17O
C5H11
CN
CN
51 Gew.-%
25 Gew.-%
16 Gew.-%
8 Gew.-%
C3H7O
CN
C5II11
CN
15 Gew.-%
38 Gew.-%
38 Gew.-%
9 Gew.-%
wurde mit 2 Gew.-% des Farbstoffs Nr. 4 von Tabelle 4 versetzt; die resultierende Flüssigkristallzusammensnlzung wurde wie in Beispiel 11 zu einer homogenen Orientierung gebracht. Die spektroskopischen Eigen-
17
In eine Anzeigevorrichtung mit einem Plattenabstand von etwa 10 μΐη, die einer Behandlung zur gleichmäßigen Orientierung unterzogen worden war, wurde eine Flüssigkristallzusammensetzung eingebracht, die durch Zusatz von 2 Gew.-% des Farbstoffs Nr. 4 von Tabelle 4 zu einem nematischen Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie (E-7, Hersteller BDH Co., Ltd., GB) hergestellt worden war.
Das Flüssigkristallgemisch bestand aus folgenden vier Verbindungen:
30
40
Wenn bei derartigen Vorrichtungen keine Spannung angelegt ist, sind die Flüssigkristallmoleküle und die Moleküle des pleochroitischen Farbstoffs in der Weise homogen orientiert, daß die Moleküle in einer definierten Richtung angeordnet sind, wie aus F i g. 12 (a) hervorgeht. Wenn andererseits eine Spannung anliegt, sind die Flüssigkristallmoleküle und die Moleküle des pleochroitischen Farbstoffs so angeordnet, wie in F i g. 12 (b) dargestellt ist.
I η F i g. 13 sind die spektroskopischen Eigenschaften für parallel zur Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle polarisiertes Licht (Kurve A') und senkrecht zur Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle polarisiertes Licht (Kurve B') dargestellt. Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums des Farbstoffs betrug 642 nm, sein Ordnungsparameter 0,74.
50
Beispiel 12
Ein Flüssigkristallge-nisch (E-9, Hersteller BDH Co., Ltd.), das aus folgenden vier Verbindungen bestand,
55 6(1 65
1 I
10 15 20
schäften der Flüssigkristallzusammensetzung sind in Fig. 14 dargestellt Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums des Farbstoffs betrug 642 nm, sein Ordnungsparameter 0,75.
Beispiel 13
Durch Zusatz von 2,1 Gew.-% des Farbstoffs Nr. 4 von Tabelle 4 zu einem FIQssigkristallgemisch (TN-101,11 ersteller HolTman-La Roche AG), die folgende vier Verbindungen enthielt:
26,8 Gew.-% 28,1 Gew.-% 22,1 Gew.-%
C4H9
CN
23,0 Gew.-%
wurde eine Flüssigkristallzusammensetzung hergestellt, die wie in Beispiel 11 in eine homogene Orientierung gebracht wurde.
Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums des Farbstoffs betrug 641 nm, sein Ordnungsparameter 0,66.
Beispiel 14
Eine durch Zusatz von 1,8 Gew.-% des Farbstoffs Nr, 4 von Tabelle 4 zu einem Flüssigkristallgemisch mit folgenden vier Verbindungen
20 Gew.-% 30 Gew.-%
35 40
C3H7
c H3O —<xi))>— c o o -
20 Gew.-% 30 Gew.-%
hergestellte Flüssigkristallzusammensetzung wurde wie in Beispiel 11 homogen orientiert. Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums des Farbstoffs betrug 641 nm, sein Ordnungsparameter 0,67.
Beispiel 15
Ein Flüssigkristallgemisch (NP-5, Hersteller Merck AG) aus folgenden zwei Verbindungen:
50
CH3O
35 Gew.-%
55
/ ν
C H3O -\0\- N = N-O
-C4H,
65 Gew.-%
wurde mit 2,2 Gew.-% des Farbstoffs Nr. 4 von Tabelle 4 versetzt; die resultierende FlüssiRkristallzusammensetzung wurde wie in Beispiel 11 homogen orientiert.
Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums des Farbstoffs betrug 641 nm, sein Ordnungsparameter 0,54.
65
Beispiel 16
Ein nematischer Flüssigkristall (EN-18, Hersteller Chisso Co., Ltd., Japan) mit negativer dielektrischer Anisotropie wurde mit 1,9 Gew.-% des Farbstoffs Nr. 4 von Tabelle 4 versetzt; die resultierende Flüssigkrislallzusammensetzung wurde wie in Beispiel 11 homogen orientiert.
Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums dieses Farbstoffs betrug 642 nm, sein Ordnungsparameter 0,68.
Beispiel
Die Wellenlängen der Absorptionsmaxima sowie die Ordnungsparameter der in Tabelle 5 aufgeführten Färbstoffe wurden wie in Beispiel 1 gemessen.
Tabelle 5
Nr. Chemische Formel (I) R Y
Wellenlänge des Absorptionsmaximums (nm)
Ordnungsparameter
1 OH — COO — n-C8H,7
■,''·
U
[1
2 OH — COS—n-C8H,7
C2H5
Os
ι?
i
3 OH -COOCH2CH
11-C4H9
4 OH — COO — n-C 18H37
5 OH — COS—n-C I8H37
17
18
OH
7 OH
8 OH
9 OH
10 OH
11 OH
13 OH
14 OH
15 OH
16 OH
OH OH
— COS
12 OH —
-COOC2H4OC2K5
-COOC2H4OH
-COSC2H4OH
CH3
-COOC2H4N
— COOC2H4C
COOCH2
4 \
CH3
19 OH —
COOCH2-< H O
20 OH -COOCH2
570
576
570
570
570
570
570
570
0,61 0,64
0,57
570 0,62
576 0,66
576 0,67
568 0,65
568 0,65
568 0,68
570 0,53
570 0,55
570 0,54
570 0,61
570 0,59
570 0,61
0,56
0,59 0,54
0,60 0,50
19
Fortsetzung
Nr. Chemische Formel (I) 5 R Y
21 OH
10 22 OH
23 OH
15 24 OH
25 OH
20 26 OH
25 27 OH
28 OH
30 29 OH
30 OH
35 31 OH
32 OH
40 33 OH
34 OH
35 OH
36 OH
37 OH
Wellenlänge des Absorptionsmaximums (nm)
— COS
Beispiel 18
570
570
570
570
Orclnungsparametcr
576 0,68
570 0,63
576 0,61
570 0,62
570 0,60
570 0,63
570 0,59
570 0,63
564 0,59
569 0,60
564 0,58
570 0,62
570 0,58
0,60 0,63 0,61 0,62
60 Die spektroskopischen Eigenschaften einer Flüssigkristallzusammensetzung, die durch Zusatz von 1 Gcw.-% des Farbstoffs Nr. 1 von Tabelle 5 zum gleichen Flüssigkristall wie in Beispiel 1 (ZLI-1132) hergestellt worden war, sind in Fig. 15 dargestellt.
Die Ergebnisse des beschleunigten Bewitterungstests gehen aus F i g. 16 hervor. Daraus ist ersichtlich, daß der Farbstoff dieses Beispiels (Kurve 41) im Vergleich mit den oben angegebenen herkömmlichen Farbstoffen (Kur-
ft5 ven 12, 13 und 14) sehr stabil ist.
Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Flüssigkristallzusammensetzungen mit mindestens einem Flüssigkristall und einesn Anthrachinonfarbstofl", gekennzeichnet durch mindestens einen Anthrachinonfarbstoff der Formel I,
O R
in der bedeuten:
R OH oder NH2
und
Y (a) wenn R = OH ist:
(al) substituiertes Phenoxy der Formel
mit X =:
-CnHi,,.,ι mit n=17 oder 18, -CnH]nCN mit η = 1-5, -CnH2nCOOCH3 mit η = 1-5, -OCnH2,,+, mit» = 11-18, Alkylbenzyloxy, Aryloxyeihoxy,
Alkoxyphenyl, — OCO-< H
eine Sulfonyloxygruppe, eine Sulfonamidogruppe,
— CONH—/QVn-C4H,,
p-(Di-n-butylcarbamoyl), eine Sulfonsäureestergruppe,
eine Sulfamoylgruppe,
Dialkylamino,
Methylthio,
Nitro oder
Cyano,
(a2) Phenylthio,
(a3) ein- oder mehrfach substituiertes Phenylthio, (a4) Alkylthio, (a5) ein- oder mehrfach substituiertes Alkylthio, (a6) Alkoxy der Formel -0-C.H2..+! mit η = 16-18. (a7) Alkoxy der Formel
— O — C2H4O
H1C
mit R1 = C„H2„CN oder C1H3nCOOCH, und η = 1-5,
(a8) -COSR' mit
R' = Alkyl, Cycloalkyl oder Aryl oder eine dieser Gruppen mit einem oder mehreren Substituenten
oder
(a9) -COXR" mit
X=O oder NH
und ic
R" = Methyl, C(,_i8-Alkyl, substituiertes Alkyl, substituiertes Cycloalkyl oder substituiertes Aryl
und
(b) wenn R = NH2 ist:
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