JPS594674A - ゲスト―ホスト型液晶組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカラー表示可能な液晶表示素子に用いるゲスト
−ホスト屋液晶組成物に関する。

ゲスト−ホスト屋液晶組成物は母体となるホスト液晶中
に、ゲスト物質である多色性色素を溶解させた液晶組成
物である。そしてこの多色性色素にはホスト液晶中での
高いオーダーφパラメーターが要求される。

オーダー・パラメーター（以下、Ｓと記す）は式（’Ｉ
）で定義され、実験的には式（ＩＩ）を用いて求める。

式中、ｃＯｓ１θの項は統計平均されておシ、θはゲス
ト色素分子の吸収軸とホスト液晶分子の配向方向とのな
す角度であＪ）、Ａ／ｓＡ上はそれぞれ液晶分子の配向
方向に対して平行及び垂直に偏光した光に対する色素分
子の吸光度である。

ｆ３＝（３ｃｏｓＲθ−１）　／２　　　　−・−・・
（Ｉ）８口（Ａ、−Ａ工）／（２Ａ工＋Ａ／）・・・（
旧Ｓはいわばホスト液晶分子の配向方向に対する色素分
子吸収軸の平行度を表わし、ゲスト−ホスト型液晶表示
素子においてその表示コントラストを支配する量である
。平行二色性を有する多色性色素の場合には、その値が
理論上の扇大値である１に近づく程′、白ぬけ部分の残
色度が減少し明るくコントラストの大きい鮮明な表示が
可能となる。

多色性色素の分子構造とその緒特性との関係については
まだ十分に究明されていない。希望する色相においてよ
シ高いＳ値を有する多色性色素を選択することは困難な
作業でアシ、公知の材料から類推することも困難な作業
である。

このように多色性色素を特徴づける最も重要な量はＳ値
であるがその他の特性としては、ホスト液晶に対する高
い溶解度が実用的には次に重要である。

色素分子においては発色の効果を得るためいわゆる助色
団としてジアルキルアミノ基 （Ｒは直鎖アルキル基を表わす）がしばしば分子中に導
入される、几は具体的にはメチル基、エチル基等である
ことが多い。

しかるにジアルキルアミノ基中の几がメチル基、エチル
基等の低級アルキル基である場合、そのようなジアルキ
ルアミノ基を分子中に有する多色性色素のホスト液晶に
対する溶解度が必ずしも必要とされる程度に達しないこ
とがある。

そのような場合、ジアルキルアミノ基上の直鎖アルキル
基孔を、例えばブチル基以上に長くすれば、ホスト液晶
に対する色素の溶解度が増大する場合があることが知ら
れている。しかしながら殆どの場合、ジアルキルアミノ
基上の直鎖アルキル基Ｒが例えばブチル基以上に長くな
ると、そのような基を有する多色性色素では、色相には
殆ど変化は起らなｈものの８値はＲがメチル基、エチル
基のような低級アルキル基であるものに比べて大幅に低
下してしまう。

本発明の目的は、ジアルキルアミノ基を有する多色性色
素における上記のような問題点を解決することにある。

すなわち、色相及びＳ値は従来タイプの色素と大きく異
ならないが、ホスト液晶に対する溶解度が従来タイプ色
素に比べて大きいジアルキルアミノ型の多色性色素を含
有する液晶組成物を提供することが本発明の目的である
。

本発明者等は鋭意検討を進めた結果、一般式ＣＨｍ （式中、Ｒ’は水素原子、アルキル基、アルコキシ基、
シクロアルキル基、又はジアルキルアミノ基を表わす。

）で表わされる基の色素分子中への導入が、Ｓ値及び色
相に大きな変動をもたらすことなく、ホスト液晶に対す
る色素溶解性の向上に効果があることを見出して本発明
を完成させることができた。

本発明の液晶組成物は、上記一般式ＣＩ）を多色性色素
成分として、これをホスト液晶に溶解させてなることを
特徴とする。

以下に、一般式〔Ｉ〕で表わされる基の導入によシ、溶
解度が向上した多色性色素の例をいくつか示す。

例１ 溶解度：２．６ωｔ％（２５Ｃ） オーダー・パラメーター：０．７２（２５１１溶解度＝
５ωｔ％以上（２５ｔＳ′） オーダー・パラメーター；Ｑ、７０（２５Ｃ）例２ 溶解度＝３．４ωｔ％（２５Ｃ） オーダ−１パラメーター：０．７９（２５１Ｚ’）溶解
度＝５ωｔ％以上（２５Ｃ’） オーダー・パラメーター：ｏ、７ａ（２ｓｃ）例３ 溶解度：０．６ωｔ％（２５Ｃ） 溶解度＝２４ωｔ％（２５ｔｒ） オーダー・パラメーター：０．６１（２５Ｃ）例４ 　　ＮＨｓ 溶解度：０．４ωｔ％（２５１１：’）オーダー・パラ
メーター：０．７５（２５Ｃ）ＯＮＨｓ 溶解度＝３．１ωｔ％（２ｓＣ） オーダー・パラメーター：０．７６ 例６ 溶解度：１．６ωｔ％（２５Ｃ） オーダー・パラメーター：０．６９ 溶解度；３．８ωｔ％（２５Ｃ） オーダー・パラメーター：０．６９ 上記の５つの例では末端基であるジメチルアミなお、上
記５例の各色素の溶解度の値は、後述する市販のフェニ
ルシクロヘキサン系の混合液晶であるＺＬＩ−１１３２
（メルク社製）をホスト液晶として使用した場合の値で
ある。

ると、液晶に対する溶解度が向上するといり現象は、上
記例に限らず、現在まで知られている多色性色素の殆ど
すべてにおいてみられることがゎかつた。

本発明以前には、ゲスト・ホスト型液晶表示の分野にお
いて、本発明で見出されたような事実が明らかにされた
ことはなかった。

多色性色素分子中にＣＩ）式のような基が入ると溶解度
が向上する理由は現在までのところ明らかではないが、
１つの理由としては、〔Ｉ〕のような基が入ることによ
シ、色素分子が結晶化しにくい構造になるためであると
推定される。

一般式ＣＩ）におけるＲ１の具体例としては水素原子室
メチル基、エチル基、直鎖状又は分岐鎖状のプロピル基
、ブチル基、ヘプチル基、オクチル基、ドデシル基、オ
クタデシル基などのアルキル基；シクロヘキシル基、プ
ロピルシクロヘキシル基、プテルシク目ヘキシル基、ヘ
プチルシクロヘキシル基などのシクロアルキル基；メト
キシ基、プロポキシ基、ペントキシ基、オクトキシ基、
オクタデシルオキシ基などのフルコキシ基ｔジメチルア
ミノ基、ジエチルアミノ基、ジブチルアミノ基などのジ
アルキルアミノ基があげられる。

本発明で用いるネマチック液晶としては、動作温度範囲
でネマチック状態を示すものであれば、かなシ広い範囲
で選択することができる。またこのようなネマチック液
晶に後述の旋光性物質を加えることにより、コレステリ
ック状態をとらせることができる。ネマチック液晶の例
としては第１表に示される物質、あるいはこれらの誘導
体があげられる。

第　　　１　　　表 上記表中、Ｒ′はアルキル基またはアルコキシ基を、Ｘ
はニトロ基、シアン基、またはハロゲン原子を表わす。

第１表の液晶はいずれも誘電異方性が正であるが、誘電
異方性が負の公知のエステル系、アゾキシ系、アゾ系、
シッフ系、ピリミジン系、ジエステル系あるいはビフェ
ニルエステル系の液晶も、誘電異方性が正の液晶と混合
して、全体として正の液晶にして用いることができる。

また誘電異方性が負の液晶でも、適当な素子構成および
駆動法を用いればそのまま使用できることは勿論である
。

本発明で用いるホスト液晶物質は第１表に示した液晶化
合物またはそれらの混合物のいずれでもよいが、次の４
種類の液晶化合物 ９．３重量％ の混合物として、メルク社からＺＬＩ−ｘ１ａ２という
商品名で販売されている液晶物質および、次の４種類の
液晶化合物 の混合物として、Ｂｒ１ｔｉｓｈ　Ｄｒｕｇ　Ｈｏｕｓ
ｅ社からＥ−７という商品名で販売されている液晶物質
が本発明においては特に有用であることがわかった。

本発明に用いる旋光性物質としてはカイラルネマチック
化合物、例えば、２−メチルブチル基、３−メチルブト
キシ基、３−メチルペンチル基、３−メチルペントキシ
基、４−メチルヘキシル基、４−メチルへキトキシ基な
どの光学活性基をネマチック液晶化合物に導入した化合
物かある。また特開昭５１−４５５４６号に示すｔ−メ
ントール、ｄ−ボルネオール等のアルコール誘導体、ｄ
−ショウノウ、３−メチルシクロヘキサン等のケトン誘
導体、ｄ−シトロネジ酸、ｔ−ショウノウ酸等のカルボ
ン酸誘導体、ｄ−シトロネラール等のアルデヒド誘導体
、ｄ−リノネン等のアルケン誘導体、その他のアミン、
アミド、ニトリル誘導体などの光学活性物質は勿論使用
できる。

本発明に使用する素子とは公知の液晶表示用素子を使用
できる。すなわち、一般に少なくとも一方が透明な２枚
のガラス基板上に任意のパターンの透明電極を設け、電
極面が対向するように適当なスペーサーを介して、２枚
のガラス基板が平行になるように素子を構成したものが
用いられる。

この場合、スペーサーによシ素子のギャップが決められ
る。素子ギャップとしては３〜１００μｍ。

特に５〜５０μｍが実用的見地から好ましい。

以下に、本発明の表示体に使用される色素の例およびこ
れらの色素を用いた液晶組成物について実施例によシ具
体的に説明する。

実施例１ まず、本発明に使用される多色性色素の例を、その色相
、オーダー・パラメーターとともに第２表に示す。

第２表に記載した各色素の特性は次のようにして調べた
。すなわち、前述のフェニルシクロヘキサン系混合液晶
ＺＬＩ−１１３２に、多色性色素として、第２表に示す
色素のいずれかを添加し、特に加熱することなく室温中
でかくはんして、色素を溶解した。

このようにして調製した上記液晶組成物を、透明電極を
有し、液晶と接する面をポリアミド系樹脂を塗布硬化後
ラビングしてホモジニアス配向処理を施した上下２枚の
ガラス基板からなる基板間ギャップ１０〜１００μｍの
素子に封入した。上記配向処理を施した素子内では電圧
無印加のとき上記液晶組成物は、液晶分子及び色素分子
が電極面に平行かつ一定方向に配列するホモジニアス配
向状態をとシ、色素分子もホスト液晶に従って同様の配
向をとる。

このようにして作製したゲスト、・ホスト素子の吸収ス
ペクトルの測定を、液晶分子の配向方向に対して平行に
偏光した光及び垂直に偏光した光の各々を用いて行ない
、これら各偏光に対する色素の吸光度ＡＩ及びＡ、と最
大吸収波長を求めた。

色素の吸光度を求めるにあたっては、ホスト液晶および
ガラス基板による吸収と、素子の反射損失に関して補正
を行なった。このようにして求めた上記各偏光に対する
色素の吸光度の値Ａ／およびＡ土を用いて、前述の式 からオーダー・パラメーター８の値を、算出した。

実施例２ 実施例１で用いたものと全く同様の液晶に、第２表ｌ６
２６の色素 を０．５３重量パーセント添加した液晶組成物を実施例
１と全く同様の素子（但し、基板間ギャップは約１０μ
ｍ）に封入し、実施例１と同様に吸収スペクトルを測定
した。そのスペクトルを第１図に示す。曲線ｌはＡＩを
、曲線１１は人工をそれぞれ示す。可視領域におけるＡ
Ｉは０．９７２、Ａ土は０．１２２であった。従って本
実施例色素のオ、−ダー・パラメーターは０．７０とな
る。

なお、本実施例色素のＺＬＩ−１１３２中における最大
吸収波長は４８１ｎｍであった。

実施例３ 実施例１で用いたものと全く同様の液晶に、第２表Ａ３
４の色素 を０．５３重量パーセント添加した液晶組成物を実施例
１と全く同様の素子（但し、基板間ギャップは約１０μ
ｍ）に封入し、実施例１と同様に吸収スペクトルを測定
した。そのスペクトルを第２図に示す。曲線ｌｉｔはＡ
Ｉを、曲線１■はＡｆをそれぞれ示す。可視領域におけ
るＡＩは１．０３１．Ａ上は０．１３２であった。従っ
て本実施例色素のオーダー・パラメーターは０．６９と
なる。

なお、本実施例色素のＺＬＩ−１１３２中における最大
吸収波長は４８６ｎｍであった。

実施例４ 実施例１で用いたものと全く同様の液晶に、第２表ｊＩ
６３６の色素 を０，５２重量パーセント添加した液晶組成物を実施例
１と全く同様の素子（但し、基板間ギャップは約１０μ
ｍ）に封入し、実施例１と同様に吸収スペクトルを測定
した。そのスペクトルを第３図に示す。曲線ＶはＡＩを
、曲線ｖ１はＡｌを、それぞれ示す。可視領域における
Ａ　４０．８１６、Ａｌは０．０９５であった。従って
本実施例色素のオーダー・パラメーターは０．７２とな
る。

なお、本実施例色素のＺＬＩ−１１３２中における最大
吸収波長は５２０ｎｍであった。

実施例５ 実施例１で用いたものと全く同様の液晶に、第を０．８
４重量パーセント添加した液晶組成物を実施例１と全く
同様の素子（但し、基板間ギャップは約１０μｍ）に封
入し、実施例１と同様に吸収スペクトルを測定した。そ
のスペクトルを第４図に示す。曲線ＶｌｌはＡＩを、曲
線ｖ１１１はＡｌを、それぞれ示す。可視領域における
ＡＩは１，２３６、Ａｌはｏ；１ｏｓであり、た、従っ
て本実施例色素のオーダー・パラメーターは０．７８と
なる。

なお、本実施例色素のＺＬｒ−１１３２中における最大
吸収波長は５０６ｎｍであった。

実施例６ 実施例１で用いたものと全く同様の液晶に、第を０．７
１重量パーセント添加した液晶組成物を実施例１と全く
同様の素子（但し、基板間ギャップは約ＩＯμｍ）に封
入し、実施例１と同様に吸収スペクトルを測定した。そ
のスペクトルを第５図に示す。曲線Ｉ×はＡＩを、曲線
×はＡｌを、それぞれ示す。可視領域におけるＡＩは１
，００９、Ａｌは０．０９５であった。従って本実施例
色素のオーダー・パラメーターは０．７６となる。

なお、本実施例色素のＺＬＩ−１１３２中における最大
吸収波長は５４６ｎｍであった。

実施例７ 実施例１で用いたものと全く同様の液晶に、第２表扁１
７５の色素 を０．７重量パーセント添力口した液晶組成物を実施例
１と全く同様の素子（但し、基液間ギャップは約１０μ
ｍ）に封入し、実施例１と同様に吸収スペクトルを測定
した。可視領域におけるＡＩは１．４３２．Ａｌは０．
１３２であった。従って本実施例色素のオーダー−パラ
メーターは０，７７となる。

なお、本実施例色素のＺＬＩ−１１３２中における最大
吸収波長は５５５ｎｍであった。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の液晶組成物を用いた実施例２
〜実施例６の表示体の分光特性図である。 乍／図 ｊ皮表（η７ｎ） 第２図 波長（省り 第　３　図 、′皮表（６，）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、母体となるホスト液晶中にゲスト物質である多色性
   色素を溶解させた液晶組成物において、前記多色性色素
   が一般式ＣＩ） （式中、Ｒ１は水素原子、アルキル基、アルコキシ基、
   シクロアルキル基、又はジアルキルアミノ基を表わす。 ）で表わされる基を有する色素を含むことを特徴とする
   液晶組成物。 ２、前記一般式ＣＩ〕で表わされる基を有する色素はア
   ゾ系色素、アゾメチン系色素、アントラ中ノン系色素、
   キノフタロン系色素、ペリレン系色素、ペリノン系色素
   、チオインジゴ系色素、ナフタルイミド系色素、オキサ
   ジン系色素、クマリン系色素、ナフトキノン系色素また
   はメロシアニン系色素であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の液晶組成物。 ３、前記一般式ＣＩ）で表わされる基を有する色素は一
   般式（Ｉｆ） （式中、Ｗは一般式ＣＩ）で表わされる基を、ＢＯ、Ｂ
   ｌ　、　Ｂｌ　、　Ｂｌは−Ｎ＝Ｎ＋。 −Ｎ＝ＣＨ＋、−ＣＨ＝Ｎ＋、−ｃｏｏ＋。 −０ＣＯ−、−ｃｏｓ＋、−５ｃｏ＋。 ０ＣＲｓ　　、　　ＣＨＩＯ、Ｓ、ＣＨ２。 −ＣＨ５Ｓ　　、　　ＮＨＣＯ、−ＣＯＮＨ＋。 素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基
   、ニトロ基、シアノ基、カルボン酸エステルの基、アシ
   ルオキシ基、アルキルスルホニル基、了り−ル基、複素
   環残基、ハロゲン原子、Ｗの基、アルキル基、又は互い
   に連結してピロリジン環、モルホリン環などの含窒素環
   を形成してもよい。 ｚｌ　、ｚｌ　、ｚａは水素原子、ハロゲン原子、メチ
   ル基、ヒドロキシ基、メトキシ基、シアノ基を示し、Ｒ
   ”　、Ｒ”　と連結してζ含窒素環の一部を形成しても
   よく、Ｚｌ、ｚｔが互いに連結して芳香族環の一部を形
   成してもよい。ｎｌは０，１を、ｎｌは０，１．２を、
   ”２　ｅ　”４　＃　ｎ６は０，１゜２を、”８　＃　
   ”５　ｅ　”７は０，１をそれぞれ示す、）で表わされ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液晶組
   成物。 ４、前記一般式ＣＩ）で表わされる基を有する色素は一
   般式〔■〕 （式中、Ｗは一般式（Ｉ）で表わされる基を、Ｂ４は−
   ｃｏｏ＋、−０ＣＯ＋、−ＣＯ８−。 −８ＣＯ＋、−ＣＨ＊Ｏ＋、　−ＯＣＨ鵞−９−ＣＨｍ
   ８　　、　８ＣＨｓ　　、　　ＮＨＣＯ。 基ｋ　示Ｌ、Ｙ”　、Ｙ”　、Ｙ’　、Ｙ’　は７１１
   ［子、アミノ基、ヒドロキシ基を示し％　Ｙ”　ｓ　Ｙ
   ”　＊ｙ４　、ｙｌのいずれか１つはアミノ基またはヒ
   ドロキシ基を示す。Ｙ６は水素原子、ハロゲン原子、を
   示す。Ｘｌは水素原子、ハロゲン原子、シアノ基を示す
   。ｎ８及びｎ９は０，１を、ｍは１１２゜３を示す。）
   で表わされることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の液晶組成物。 ５、前記一般式ＣＩ）で表わされる基を有する色素は一
   般式（ＩＶ） （式中、Ｗは一般式［１）で表わされる基を、Ｙ”　、
   Ｙ”は水素原子、アミン基、ヒドロキシ基を示す。Ｙｌ
   ｏは水素原子、アミノ基、ヒドロキシ子、アルコキシ基
   を示す。）で表わされることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の液晶組成物。 ６、前記一般式ＣＩ）で表わされる基を有する色素は一
   般式（Ｖ） （式中、Ｘｌは酸素原子、イオウ原子を表わす。 Ｗは一般式〔■〕で表わされる基を表わす。）で表わさ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液晶
   組成物。 ７．前記一般式〔Ｉ〕で表わされる基を有する色素は一
   般式ＣＭ） ＣＶＩ） （式中、Ｗは一般式ＣＩ）で表わされる基を、Ｘ６は水
   素原子、ヒドロキシ基、ＸＹは水素原子、求の範囲第１
   項記載の液晶組成物。 ８、前記一般式（１）で表わされる基を有する色素は一
   般式〔■〕 （式中、Ｗは一般式（Ｉ〕で表わされる基を、Ｘ１１は
   水素原子、ヒドロキシ基、ＸＹは水素原子、を示す。）
   で表わされることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の液晶組成物。 ９、前記一般式ＣＩＩで表わされる基を有する色素は一
   般式〔■〕 （式中、Ｗは一般式ＣＩ）で表わされる基を、表わされ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液晶組
   成物。 １０、前記一般式（１）で表わされる基を有する色素は
   一般式（ＩＸ） （式中、Ｗは一般式ＣＩ）で表わされる基を、１項記載
   の液晶組成物。 １１、前記一般式ＣＩ〕で表わされる基を有する色素は
   一般式［”Ｘ） （式中、Ｗは一般式ＣＩ）で表わされる基を、とする特
   許請求の範囲第１項記載の液晶組成物。 １２、前記一般式ＣＩ）で表わされる基を有する色素は
   一般式［ＸＩ） １ （式中、Ｗは一般式〔Ｉ〕で表わされる基を、Ｘｌｓは
   水素原子、アルキル基、アルコキシ基、載の液晶組成物
   。 １３、前記一般式ＣＩ〕で表わされる基を有する色素は
   一般式〔■〕 （式中、Ｗは一般式ＣＩ）で表わされる基を、ｘ１４．
   　ｘ”は水素原子、ハロゲン原子、Ｘ１＠は水されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液晶組成物
   。