JP2004528603A5

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Publication number: JP2004528603A5
Application number: JP2003502541A
Authority: JP
Filing date: 2002-06-03
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2022-06-03

Description

技術的な主題に最も近いものは、光学デバイス−一般式｛色原体｝（ＳＯ_３Ｍ）_ｎ、式中、Ｍは、Ｈ^＋、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｃｓ^＋、ＮＨ_４ ^＋であり、色原体は、安定なリオトロピック液晶相を形成することができる、染料の発色団系である、で表される有機染料の複数の超分子錯体で形成される、薄い（０．１〜１．５μｍ）分子配向層を含む、偏光コーティングを有する基板を含む二色性偏光板である（米国特許第5,739,296号参照）。従って、分子配向した層は、剪断力を同時に加え、その後に溶媒を除去することによる、前述の有機染料に基づく安定なリオトロピック液晶（ＬＬＣ）組成物の、基板表面上への堆積により得られる。

この目的は、安定なリオトロピック液晶（ＬＬＣ）相を形成することができる、低分子量またはオリゴマー二色性材料製の少なくとも１つの分子配向層を含む光学デバイスであって、該分子配向層平面上の二色性材料分子の少なくとも１つの異方性吸収フラグメントの光学遷移双極子モーメントの射影が、電磁放射線の少なくともある波長範囲において、３５以上の二色比を有する該分子配向層の光軸に、好ましくは平行である、前記光学デバイスの補助により達成される。

本発明の明確な特徴は、二色性材料の分子配向層を用いることであって、該層は少なくとも１つの異方性吸収フラグメントを含み、該分子配向層平面上の光学遷移双極子モーメントの射影が、ＰＶＡに基づくヨウ素偏光板の場合と同様に、少なくとも電磁放射線のある波長範囲において、該分子配向層の光軸に実質的に平行である。

請求された光学デバイスのこの特徴は、既知の技術−染料分子の光学遷移双極子モーメントが、偏光板平面に沿って、および負の偏光板の平面に対して任意の角度に向けられた、負のタイプの偏光板と比較して、電磁放射線の最大の偏光効率および／または変換を提供する。

また、二色性材料の前述の分子配向層の適用により、２枚の板の間に配置された液晶層を含み、この少なくとも１枚が、電極および偏光した電磁放射線の作成および／または変換のための光学デバイス、例えば、安定なＬＬＣ相を形成することができる低分子量またはオリゴマー二色性材料の少なくとも１つの分子配向層を含む偏光板を有し、ここで、二色性材料分子の少なくとも１つの異方性吸収フラグメントについての前述の層平面上の光学遷移双極子モーメントの射影が、少なくとも電磁放射線のある波長範囲において、前述の層の光軸に実質的に平行である、光学デバイス−高い解像度（コントラスト）、増強された輝度および改善された色光沢を有するＬＣＤ−を提供することが可能である。偏光板は、ＬＣＤ板の内側および外側の両方に配置することができる。該分子配向層の内側および外側の位置の組み合わせもまた可能である。

光学デバイス−光の可視スペクトル波長範囲における吸収を有しない二色性材料の分子配向層をさらに含み、少なくとも１つの異方性吸収フラグメントを含む二色性材料の少なくとも１つの分子配向層を含み、二色性材料分子の少なくとも１つの異方性吸収フラグメントについての前述の層平面上の光学遷移双極子モーメントの射影が、該分子配向層の光軸に、少なくとも電磁放射線のある波長範囲において本質的に平行または垂直であるＬＣＤの態様は可能である。

内側の配置において、提案された偏光板および／または遅延板を、同時に、ＬＣＤ生産工程を単純化するＬＣのための配向層として用いることができる。
分子配向層のための光学遷移双極子モーメントおよび光軸の平行性を提供するために、分子または分子の少なくとも１つの異方性吸収フラグメントが線状構造を有する二色性材料を用いるのが好ましい。

従って、染料は、同一のイオン性基−Ｘ_ｉＯＭ_ｉ ^＋、−Ｘ_ｊＯ⁻ＳＡＩ_ｊ、−Ｘ_ｉ ^＋ＲＲ’Ｒ”および／またはＭ_ｉ ^＋を含むことができ、同時に、２種の同一の基および／または陽イオンの不存在の変種を含む、数種の異なるイオン性基および／またはＭ_ｉ ^＋を含むことができ；イオン性基−Ｘ_ｉＯＭ_ｉ ^＋、−Ｘ_ｊＯ⁻ＳＡＩ_ｊ、−Ｘ_ｉ ^＋ＲＲ’Ｒ”は、芳香環に直接、および／または架橋−Ｑ_ｉ−（ＣＨ_２）_ｐ−、式中、Ｑ_ｉ＝ＳＯ_２ＮＨ、ＳＯ_２、ＣＯＮＨ、ＣＯ、Ｏ、Ｓ、ＮＨ、ＣＨ_２であり；ｐ＝１〜１０である、により結合することができる。

従って、少なくとも１つの色原体は、以下の発色団系を示す：
−一般式（ＶＩ〜ＸＸＶ）で表されるアゾ、アゾキシまたは金属錯体染料：

−または（ＸＸＶＩ）もしくは（ＸＸＶＩＩ）のタイプのアゾメチン染料：

−（ＸＸＶＩＩＩ）もしくは（ＸＸＸＩ）のタイプのスチルベン染料：

−（ＸＸＸＩＩ）もしくは（ＸＸＸＩＩＩ）のタイプのポリメチン染料：

−（ＸＸＸＩＶ）もしくは（ＸＸＸＶ）のタイプの陽イオン性染料：

−１，４，５，８−ナフタレン−（ＸＸＸＶＩ）もしくは（ＸＸＸＩＸ）、３，４，９，１０−ペリレン−（ＸＸＸＶＩＩ）もしくは（ＸＬ）および３，４，９，１０−アンタントロン−テトラカルボン酸（ＸＸＸＶＩＩＩ）もしくは（ＸＬＩ）：

Ａ’またはＡ’−Ｎ＝Ｎ−であり、ここで、Ａ’は、Ｂ、Ｂ’と同様に、置換または非置換フェニル、ナフチルまたはヘテロアリール基、アセトアセタリリド(acetoacetarylid)基、フェノールまたはアニリン基、１−または２−ナフトールの基、１−または２−ナフチルアミンであり、これは、置換されているかまたは非置換であることができ、追加の置換または非置換フェニルアゾまたはナフチルアゾ基を含むかまたは含まないことができ；金属錯体染料の場合において、Ｂ、Ｂ’は、置換されているかまたは非置換であることができ、追加の置換または非置換フェニルアゾまたはナフチルアゾ基を含むかまたは含まないことができる、１−または２−ナフトールの基であり、ここで、水酸基は、置換基ＧまたはＧ’を有するベンゾール環が結合し、遷移金属Ｍｅ形成錯体が結合したアゾ基の付近に位置する。

従って、少なくとも１種の二色性染料または顔料を、モノ、ビス、トリス、ポリアゾまたはアゾキシ染料、スチルベン、アゾメチン、チオピロニン、ピロニン、アクリジン、アントラキノン、ペリノン、インジゴイド、オキサジン、アリールカルボニウム、チアジン、キサンテンまたはアジン染料、ジおよびトリアリールメタンの複素環式誘導体、多環式または金属錯体化合物、アントロンの複素環式誘導体またはこれらの混合物の構造を有する、直接、活性、酸性、ポリメチン、シアニン、ヘミシアニン、バットまたは分散染料の群から選択することができる。

従って、形態（Ｉ〜Ｖ）の１つの製造のために、少なくとも１種の二色性染料を、以下から選択することができる：
−例えば米国特許第5,007,942号または米国特許第5,340,504号に記載されているスチルベン染料；
−例えばEP 0 530 106 B1 (1996)；EP 0 626 598 A2 (1994)または米国特許第5318856号 (1994)に記載されているアゾおよび金属錯体染料；
−直接染料、例えばＣ．Ｉ．ダイレクトイエロー１２、Ｃ．Ｉ．ダイレクトイエロー２８，Ｃ．Ｉ．ダイレクトイエロー４４、Ｃ．Ｉ．ダイレクトイエロー１４２、Ｃ．Ｉ．ダイレクトオレンジ６、Ｃ．Ｉ．ダイレクトオレンジ２６、Ｃ．Ｉ．ダイレクトオレンジ３９、Ｃ．Ｉ．ダイレクトオレンジ７２、Ｃ．Ｉ．ダイレクトオレンジ１０７、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド２、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド３１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド７９、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド８１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド２４０、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド２４７、Ｃ．Ｉ．ダイレクトバイオレット９、Ｃ．Ｉ．ダイレクトバイオレット４８、Ｃ．Ｉ．ダイレクトバイオレット５１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１５、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー７１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー７８、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー９８、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１６８、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー２０２、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラウン１０６、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラウン２２３、Ｃ．Ｉ．ダイレクトグリーン８５など；

本発明において、二色性染料の構造に依存して、光学デバイスの変種を提供することが可能であり、ここで、二色性材料分子は、さらに、少なくとも１種の異方性吸収フラグメントを含み、ここで、分子配向層の表面上の光学遷移双極子モーメントの射影は、少なくとも電磁放射線のある波長範囲において、分子配向層の光軸に垂直な好ましい配向を有する。従って、事実上すべての二色性染料が、可視領域においてのみならず、ＵＶおよびＩＲ波長範囲においても、吸収を有する。しばしば、ＵＶ領域における光学遷移双極子モーメントは、分子配向層の光軸に垂直な配向を含む他の配向を示す。

同様の効果が、分子配向層がさらに、可溶化された、または二色性材料分子と化学的に結合した、少なくとも１種の染料を含み、ここで少なくとも１つの光学遷移双極子モーメントが、少なくとも電磁放射線のある波長範囲において、分子配向層の光軸に平行であるかまたは垂直である光学デバイスにおいて、達成される。このようなデバイスの製作のために、陰イオン性染料に基づく分子配向層を、陽イオン性染料で処理し、これにより、層異方性の影響の下で、双極子モーメントの配向を、分子配向層の光軸に平行に、および垂直に配置することができる。

好ましい態様の説明
染料の合成
市場で入手できる染料を、従来の方法（多数の沈殿、クロマトグラフィー、イオン交換樹脂上での精製および限外濾過を用いたもの）を用いて、有機および無機不純物から精製した。
染料の合成および精製を、標準的な方法を用いて実現した（L.N. Nikolenko, Labor practicum of intermediates and dyes, Moscow-1961, K. Venkataraman, The chemistry of organic dyes, Leningrad-1956を参照。また米国特許第5,007,942号または米国特許第5,340,504号−スチルベン染料、EP 0 530 106 B1、EP 0 626 598 A2または米国特許第5,318,856号−アゾおよび金属錯体染料も参照）。

従って、分子配向層であって、安定なリオトロピック液晶相を形成することができる、少なくとも二色性材料の１つの異方性吸収分子フラグメントについての分子配向層における光学遷移双極子モーメントの射影が、電磁放射線の少なくともある波長範囲において、該分子配向層の光軸について実質的に平行である前記分子配向層の、光学デバイスの製作のための使用により、高い偏光効率が得られる。

Claims

安定なリオトロピック液晶相を形成することができる、低分子量またはオリゴマー二色性材料製の少なくとも１つの分子配向層を含む光学デバイスであって、分子配向層平面上の光学遷移双極子モーメントの射影が、電磁放射線の少なくともある波長範囲における二色性材料分子の少なくとも１つの異方性吸収フラグメントについて、３５以上の二色比を有する、分子配向層の光軸に実質的に平行である、前記光学デバイス。
光学遷移双極子モーメントが、分子配向した二色性材料の少なくとも１つの異方性吸収フラグメントについて、分子配向層の光軸に実質的に平行である、請求項１に記載の光学デバイス。
二色性材料の少なくとも１つの異方性吸収フラグメントが、可視スペクトル波長範囲（４００〜７００ｎｍ）において吸収を有する、請求項１に記載の光学デバイス。
少なくとも１つの複屈折異方性吸収層が、少なくとも１つの直線偏光した光成分についてデバイスの出力における干渉極値の実現を提供する厚さを有する、請求項１に記載の光学デバイス。
少なくとも１つの分子配向層が：
−一般式（Ｉ）：｛色原体｝（−Ｘ_ｉＯ⁻Ｍ_ｉ ^＋）_ｎ、式中、色原体は、以下で、染料発色団系であり；Ｘ_ｉ（以下で）＝ＣＯ、ＳＯ_２、ＯＳＯ_２、ＯＰＯ（Ｏ⁻Ｍ^＋）であり；ｎ＝１〜２０であり；Ｍ_ｉ ^＋（以下で）＝Ｈ^＋および／またはＭ_Ｈ ^＋および／またはＭ_Ｏ ^＋であり、ここで、Ｍ_Ｈ ^＋は、（以下で）例えば次のタイプ、ＮＨ_４ ^＋、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｃｓ^＋、１／２Ｍｇ^＋＋、１／２Ｃａ^＋＋、１／２Ｂａ^＋＋、１／３Ｆｅ^＋＋＋、１／２Ｎｉ^＋＋、１／２Ｃｏ^＋＋の無機陽イオンを示し、Ｍ_Ｏ ^＋は、（以下で）例えば次のタイプ、Ｎ−アルキルピリジニウム、Ｎ−アルキルキノリニウム、Ｎ−アルキルイミダゾリニウム、Ｎ−アルキルチアゾリニウム、ｍ＝１〜９である、ＯＨ−（ＣＨ_２−ＣＨ_２Ｏ）_ｍ−ＣＨ_２ＣＨ_２−ＮＨ_３ ^＋、Ｒ、Ｒ’、Ｒ”、Ｒ^＊＝ＣＨ_３、ＣｌＣ_２Ｈ_４、Ｃ_２Ｈ_５、Ｃ_３Ｈ_７、Ｃ_４Ｈ_９、Ｃ_６Ｈ_５ＣＨ_２のタイプのアルキルまたは置換アルキル、置換または非置換フェニルまたはヘテロアリールである、ＲＲ’ＮＨ_２ ^＋、ＲＲ’Ｒ”ＮＨ^＋、ＲＲ’Ｒ”Ｒ^＊Ｎ^＋、ＲＲ’Ｒ”Ｒ^＊Ｐ^＋；ＹＨ−（ＣＨ_２−ＣＨ_２Ｙ）_ｋ−ＣＨ_２ＣＨ_２、Ｙ＝ＯまたはＮＨ、ｋ＝０〜１０の有機陽イオンを示す、を有する、二色性陰イオン性染料の少なくとも１種の塩；
−および／または二色性陰イオン性染料と、界面活性陽イオンおよび／または一般式（ＩＩ）：（Ｍ_ｉ ^＋Ｏ⁻Ｘ_ｉ−）_ｎ｛色原体｝（−Ｘ_ｊＯ⁻ＳＡＩ_ｊ）_ｍ、式中、Ｘ_ｊ（以下で）＝ＣＯ、ＳＯ_２、ＯＳＯ_２、ＯＰＯ（Ｏ⁻Ｍ^＋）であり；ｎ＝０〜１９であり、ｍ＝１〜４であり；Ｍ_ｉ ^＋＝Ｈ^＋および／またはＭ_Ｏ ^＋および／またはＭ_Ｈ ^＋であり；ＳＡＩ_ｊ（以下で界面活性イオン）＝ＳＡＣ^＋および／またはＡｍＳＡＳであり、ここで、ＳＡＣ^＋は、以下で界面活性陽イオンであり、ＡｍＳＡＳは、ここで、および下記において、両性界面活性物質である、で表される両性界面活性剤との少なくとも１種の会合体；
−および／または二色性陽イオン性染料と、界面活性陰イオンおよび／または一般式（ＩＩＩ）：（Ｍ_ｉ ^＋Ｏ⁻Ｘ_ｉ−）_ｎ｛色原体^＋｝ＳＡＩ、式中、ｎ＝０〜５であり、ＳＡＩ＝ＳＡＡ⁻および／またはＡｍＳＡＳであり、ここで、ＳＡＡ⁻は、以下で界面活性陰イオンである、で表される両性界面活性剤との少なくとも１種の会合体；
−および／または二色性陽イオン性染料と、界面活性陰イオンおよび／または一般式（ＩＶ）：｛色原体｝（−Ｚ_ｉ ^＋ＲＲ’Ｒ”ＳＡＩ_ｉ）_ｎ、式中、Ｚ_ｉ＝Ｎ、Ｐであり；Ｒ、Ｒ’、Ｒ”＝ＣＨ_３、ＣｌＣ_２Ｈ_４、ＨＯＣ_２Ｈ_４、Ｃ_２Ｈ_５、Ｃ_３Ｈ_７のタイプのアルキルまたは置換アルキルであり；ＳＡＩ_ｉ＝ＳＡＡ⁻、ＡｍＳＡＳであり、ｎ＝１〜４である、で表される両性界面活性剤との少なくとも１種の会合体；
−および／または一般式（Ｖ）：（［｛−色原体｝（−Ｘ_ｉＯ⁻Ｍ_ｉ ^＋）_ｎ］−Ｌ_ｉ−）_ｑ、式中、Ｌ＝（ＣＨ_２）_６、Ｃ_６Ｈ_４、Ｃ_６Ｈ_３Ｇ−Ｃ_６Ｈ_３Ｇ、Ｃ_６Ｈ_３Ｇ−Ｑ−Ｃ_６Ｈ_３Ｇ（式中、Ｇ＝Ｈ、Ｈａｌ、ＯＨ、ＮＨ_２、Ａｌｋであり、Ｑ＝Ｏ、Ｓ、ＮＨ、ＣＨ_２、ＣＯＮＨ、ＳＯ_２、ＮＨ−ＣＯ−ＮＨ、ＣＨ＝ＣＨ、Ｎ＝Ｎ、ＣＨ＝Ｎである）であり；ｎ＝１〜１０であり、ｑ＝５〜１５である、を有する二色性陰イオン性オリゴマー染料の少なくとも１種の塩；
−および／またはイオノゲニックまたは親水性基を有しない、少なくとも１種の水不溶性二色性染料および／または顔料；
に基づいて形成されており、
および、染料が、同一のイオン性基−Ｘ_ｉＯＭ_ｉ ^＋、−Ｘ_ｊＯ⁻ＳＡＩ_ｊ、−Ｘ_ｉ ^＋ＲＲ’Ｒ”および／またはＭ_ｉ ^＋を共に含むことができ、同時に、２種の同一の基および／または陽イオンの不存在の変種を含む、数種の異なるイオン性基および／またはＭ_ｉ ^＋を含むことができ；イオン性基−Ｘ_ｉＯＭ_ｉ ^＋、−Ｘ_ｊＯ⁻ＳＡＩ_ｊ、−Ｘ_ｉ ^＋ＲＲ’Ｒ”は、色原体の芳香環に直接、および／または架橋−Ｑ_ｉ−（ＣＨ_２）_ｐ−、式中、Ｑ_ｉ＝ＳＯ_２ＮＨ、ＳＯ_２、ＣＯＮＨ、ＣＯ、Ｏ、Ｓ、ＮＨ、ＣＨ_２であり；ｐ＝１〜１０である、により結合することができる、請求項１に記載の光学デバイス。
少なくとも１種の染料色原体が、モノ、ビス、トリス、ポリアゾまたはアゾキシ染料、スチルベン、アゾメチン、ポリメチン、シアニン、ヘミシアニン、チオピロニン、ピロニン、アクリジン、アントラキノン、ペリノン、インジゴイド、オキサジン、アリールカルボニウム、チアジン、キサンテンまたはアジン染料、ジおよびトリアリールメタンの複素環式誘導体、多環式のまたは金属化された化合物、アントロンの複素環式誘導体、の発色団系を示す、請求項１０に記載の光学デバイス。
液晶ディスプレイの形態の光学デバイスであって、第１の板と第２の板との間に配置された液晶層を含み、この少なくとも１つが、電極、および、請求項１〜１５のいずれかに記載の、偏光した電磁放射線の作成および／または変換のための少なくとも１つの光学デバイスを含む、前記光学デバイス。
少なくとも１つの二色性材料の分子配向層を含む少なくとも１つの偏光板を含み、二色性材料分子の少なくとも１つの異方性吸収フラグメントの光学遷移双極子モーメントの分子配向層の平面上の射影が、該層の光軸に、電磁放射線のある波長範囲において実質的に垂直である、請求項１９に記載の液晶ディスプレイの形態の光学デバイス。
可視スペクトル波長範囲において透明な二色性材料の分子配向層をさらに含み、少なくとも１つの異方性吸収フラグメントを含む、少なくとも１つの二色性材料の分子配向層を含むかまたは含まない、前記異方性吸収フラグメントの光学遷移双極子モーメントの分子配向層の平面上の射影が、分子配向層の光軸に、電磁放射線の少なくともある波長範囲において実質的に平行または垂直である、請求項１９に記載の液晶ディスプレイの形態の光学デバイス。