JP2006078830A - Liquid crystal element - Google Patents

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liquid crystal
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silane coupling
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Takashi Kato
隆志 加藤
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal element having improved display performance. <P>SOLUTION: The liquid crystal element has a substrate and a liquid crystal layer supported by the substrate, wherein the substrate comprises a silane coupling agent expressed with a general formula (1) fixed thereto with a covalent bond. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、特定のシランカップリング剤により表面修飾された基板を含む液晶素子の技術分野に属する。   The present invention belongs to the technical field of liquid crystal elements including a substrate whose surface is modified with a specific silane coupling agent.

シランカップリング剤による基板の修飾により、基板表面の物性を制御して機能性材料へと応用しようとする研究が活発に検討されている。かかるシランカップリング剤として、誘電率異方性が正の部位が連結された以下のシランカップリング剤1及び2がそれぞれ報告されている(非特許文献1、2)。下記シランカップリング剤1に関しては、マイカ基板上へ固定した報告がなされている。   Research is being actively conducted to modify the substrate with a silane coupling agent to control the physical properties of the substrate surface and apply it to a functional material. As such silane coupling agents, the following silane coupling agents 1 and 2 in which sites having positive dielectric anisotropy are linked have been reported (Non-Patent Documents 1 and 2). The following silane coupling agent 1 has been reported to be fixed on a mica substrate.

Figure 2006078830
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Figure 2006078830
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また、シランカップリング剤で表面処理した電極基板を用いた液晶素子に関する報告もあり、使用されているシランカップリング剤は、それぞれオクタデシルトリエトキシシラン(特許文献1及び2)及びシランカップリング剤3である(非特許文献3)。   There is also a report on a liquid crystal element using an electrode substrate surface-treated with a silane coupling agent. The silane coupling agents used are octadecyltriethoxysilane (Patent Documents 1 and 2) and silane coupling agent 3 respectively. (Non-patent Document 3).

Figure 2006078830
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しかしながら、従来のシランカップリング剤を用いた場合は、依然として、液晶分子の配向を制御するのに不十分な場合があり、その改善が望まれている。   However, when a conventional silane coupling agent is used, it may still be insufficient for controlling the alignment of liquid crystal molecules, and an improvement is desired.

Thin Solid Films、第323巻、第42〜52頁、1998年Thin Solid Films, 323, 42-52, 1998 Helv.Chim.Acta.,第62巻、第2547頁、1979年Helv. Chim. Acta. 62, 2547, 1979 特開2002−148600号JP 2002-148600 A 特開2000−321562号JP 2000-321562 A Angew.Chem.Int.Ed.,第42巻、第1812頁、2003年Angew. Chem. Int. Ed. 42, 1812, 2003

本発明は前記諸問題に鑑みなされたものであって、従来にない特徴を有する新規な基板及び液晶素子を提供することを課題とする。また本発明は、液晶素子に用いられた場合にその表示性能の向上に寄与する基板、及び表示性能が改善された液晶素子を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a novel substrate and liquid crystal element having unprecedented characteristics. Another object of the present invention is to provide a substrate that contributes to an improvement in display performance when used in a liquid crystal element, and a liquid crystal element with improved display performance.

従来、基板の修飾用シランカップリング剤としては、長鎖アルキル基を有するシランカップリング剤、及び無置換のベンゼン環又はナフタレン環が置換したシランカップリング剤が知られていた。これらの置換基は電界に対する応答性が小さく、該基板を用いた液晶素子を構成した場合、電圧を印加していない場合と印加した場合における液晶の配向性はほぼ同じであった。しかし、本発明者は鋭意検討した結果、特定の置換様式の部位を連結したシランカップリング剤を用いて表面処理した基板を用いてゲストホスト方式液晶素子を作製したところ、表示コントラスト比が向上するという予期せぬ効果が得られるとの知見を得、この知見に基づいてさらに検討して本発明を完成するに至った。   Conventionally, as a silane coupling agent for modifying a substrate, a silane coupling agent having a long-chain alkyl group and a silane coupling agent substituted with an unsubstituted benzene ring or naphthalene ring have been known. These substituents have low responsiveness to an electric field, and when a liquid crystal element using the substrate is constructed, the orientation of the liquid crystal is almost the same when no voltage is applied and when a voltage is applied. However, as a result of intensive studies, the present inventor produced a guest-host type liquid crystal device using a substrate surface-treated with a silane coupling agent in which specific substitution mode sites were linked, and the display contrast ratio was improved. The present inventors have obtained knowledge that an unexpected effect can be obtained, and have further studied based on this knowledge to complete the present invention.

前記課題を解決するための手段は以下の通りである。
[1] 基板と、該基板に支持される液晶層とを有し、前記基板が、下記一般式(1)で表されるシランカップリング剤が共有結合により固定された基板である液晶素子:
Means for solving the above-mentioned problems are as follows.
[1] A liquid crystal element having a substrate and a liquid crystal layer supported by the substrate, wherein the substrate is a substrate to which a silane coupling agent represented by the following general formula (1) is fixed by a covalent bond:

Figure 2006078830
式中、X1、X2、X3及びX4は各々水素原子又は置換基を表し、R1はニトロ基、ハロゲン原子、シアノ基、又は置換もしくは無置換のアルコキシ基を表し、L1は2価の連結基を表し、Y1、Y2及びY3は各々置換基を表すが、少なくとも一つは離脱基である。
[2] 前記一般式(1)中、X1、X2、X3及びX4が水素原子であり、R1がシアノ基である[1]の液晶素子。
[3] ゲストホスト方式の液晶素子である[1]又は[2]の液晶素子。
[4] 前記シランカップリング剤が共有結合により固定された基板が、透明電極基板である[1]〜[3]のいずれかの液晶素子。
Figure 2006078830
In the formula, each of X 1 , X 2 , X 3 and X 4 represents a hydrogen atom or a substituent, R 1 represents a nitro group, a halogen atom, a cyano group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, and L 1 represents A divalent linking group is represented, and Y 1 , Y 2 and Y 3 each represent a substituent, but at least one is a leaving group.
[2] The liquid crystal element according to [1], wherein, in the general formula (1), X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are hydrogen atoms and R 1 is a cyano group.
[3] The liquid crystal element according to [1] or [2], which is a guest-host type liquid crystal element.
[4] The liquid crystal element according to any one of [1] to [3], wherein the substrate on which the silane coupling agent is fixed by a covalent bond is a transparent electrode substrate.

特定のシランカップリング剤が共有結合により固定された本発明の基板を用いた液晶素子は、高いコントラスト比を示す。   A liquid crystal device using the substrate of the present invention in which a specific silane coupling agent is fixed by a covalent bond exhibits a high contrast ratio.

発明の実施の形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、本発明について詳細に説明する。なお、本明細書において「〜」はその前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present specification, “to” indicates a range including the numerical values described before and after the minimum and maximum values, respectively.

本発明の液晶素子は、下記一般式(1)で表されるシランカップリング剤が共有結合により固定されている基板を有する。   The liquid crystal element of the present invention has a substrate on which a silane coupling agent represented by the following general formula (1) is fixed by a covalent bond.

Figure 2006078830
Figure 2006078830

式中、X1、X2、X3及びX4は各々水素原子又は置換基を表す。置換基としては、以下の置換基群Vが挙げられる。
置換基群V
ニトロ基、シアノ基、ハロゲン原子(クロロ原子、ブロモ原子、フッ素原子、ヨウ素原子)、メルカプト基、カルボキシ基、リン酸基、スルホ基、ヒドロキシ基、炭素数1〜10、好ましくは炭素数2〜8、更に好ましくは炭素数2〜5のカルバモイル基(例えばメチルカルバモイル、エチルカルバモイル、モルホリノカルボニル)、炭素数0〜10、好ましくは炭素数2〜8、更に好ましくは炭素数2〜5のスルファモイル基(例えばメチルスルファモイル、エチルスルファモイル、ピペリジノスルフォニル)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜8のアルコキシ基(例えばトリフルオロメトキシ、メトキシ、エトキシ、2−メトキシエトキシ、2−フェニルエトキシ)、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜12、更に好ましくは炭素数6〜10のアリールオキシ基(例えばフェノキシ、p−メチルフェノキシ、p−クロロフェノキシ、ナフトキシ)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアシル基(例えばアセチル、ベンゾイル、トリクロロアセチル)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアシルオキシ基(例えばアセチルオキシ、ベンゾイルオキシ)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアシルアミノ基(例えばアセチルアミノ)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜8のスルホニル基(例えばメタンスルホニル、エタンスルホニル、ベンゼンスルホニル)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜8のスルフィニル基(例えばメタンスルフィニル、エタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニル)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜8のスルホニルアミノ基(例えばメタンスルホニルアミノ、エタンスルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノ)、炭素数0〜20、好ましくは炭素数1〜12、更に好ましくは炭素数1〜8の置換もしくは無置換のアミノ基(例えばメチルアミノ、ジメチルアミノ、ベンジルアミノ、アニリノ、ジフェニルアミノ)、炭素数0〜15、好ましくは炭素数3〜10、更に好ましくは炭素数3〜6のアンモニウム基(例えばトリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム)、炭素数0〜15、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜6のヒドラジノ基(例えばトリメチルヒドラジノ基)、炭素数1〜15、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜6のウレイド基(例えばウレイド基、N,N−ジメチルウレイド基)、炭素数1〜15、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜6のイミド基(例えばスクシンイミド基)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜12、更に好ましくは炭素数1〜8のアルキルチオ基(例えばメチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ)、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜12、更に好ましくは炭素数6〜10のアリールチオ基(例えばフェニルチオ、p−メチルフェニルチオ、p−クロロフェニルチオ、2−ピリジルチオ、ナフチルチオ)、炭素数2〜20、好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアルコキシカルボニル基(例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル、2−ベンジルオキシカルボニル)、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜12、更に好ましくは炭素数6〜10のアリーロキシカルボニル基(例えばフェノキシカルボニル)、炭素数1〜18、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜5の無置換アルキル基(例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル)、炭素数1〜18、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜5の置換アルキル基{例えばヒドロキシメチル、トリフルオロメチル、ベンジル、カルボキシエチル、エトキシカルボニルメチル、アセチルアミノメチル、またここでは炭素数2〜18、好ましくは炭素数3〜10、更に好ましくは炭素数3〜5の不飽和炭化水素基(例えばビニル基、エチニル基1−シクロヘキセニル基、ベンジリジン基、ベンジリデン基)も置換アルキル基に含まれることにする}、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜15、更に好ましくは炭素数6〜10の置換又は無置換のアリール基(例えばフェニル、ナフチル、p−カルボキシフェニル、p−ニトロフェニル、3,5−ジクロロフェニル、p−シアノフェニル、m−フルオロフェニル、p−トリル)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数2〜10、更に好ましくは炭素数4〜6の置換又は無置換のヘテロ環基(例えばピリジル、5−メチルピリジル、チエニル、フリル、モルホリノ、テトラヒドロフルフリル)が挙げられる。また、環(芳香族、又は非芳香族の炭化水素環、又は複素環、例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、キノリン環)が縮合した構造をとることもできる。
1、X2、X3及びX4として好ましくは、水素原子、アルキル基、アリール基である。X1〜X4のうち2つ以上が水素原子であるのが好ましく、3つ以上が水素原子であるのが好ましく、全てが水素原子であるのが特に好ましい。
In the formula, X 1 , X 2 , X 3 and X 4 each represent a hydrogen atom or a substituent. The following substituent group V is mentioned as a substituent.
Substituent group V
Nitro group, cyano group, halogen atom (chloro atom, bromo atom, fluorine atom, iodine atom), mercapto group, carboxy group, phosphate group, sulfo group, hydroxy group, 1 to 10 carbon atoms, preferably 2 to 2 carbon atoms 8, more preferably a carbamoyl group having 2 to 5 carbon atoms (for example, methylcarbamoyl, ethylcarbamoyl, morpholinocarbonyl), 0 to 10 carbon atoms, preferably 2 to 8 carbon atoms, more preferably a sulfamoyl group having 2 to 5 carbon atoms. (Eg, methylsulfamoyl, ethylsulfamoyl, piperidinosulfonyl), an alkoxy group having 1 to 20, preferably 1 to 10, and more preferably 1 to 8 carbon atoms (eg, trifluoromethoxy, methoxy , Ethoxy, 2-methoxyethoxy, 2-phenylethoxy), 6 to 20 carbon atoms, preferably An aryloxy group having 6 to 12 prime atoms, more preferably 6 to 10 carbon atoms (for example, phenoxy, p-methylphenoxy, p-chlorophenoxy, naphthoxy), 1 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 12 carbon atoms, and more preferably Is an acyl group having 2 to 8 carbon atoms (for example, acetyl, benzoyl, trichloroacetyl), an acyloxy group having 1 to 20, preferably 2 to 12, and more preferably 2 to 8 carbon atoms (for example, acetyloxy, benzoyl). Oxy), an acylamino group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 12 carbon atoms, more preferably 2 to 8 carbon atoms (for example, acetylamino), 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably Is a sulfonyl group having 1 to 8 carbon atoms (for example, methanesulfonyl, ethanesulfonyl, benzenesulfonyl), 1 to carbon atoms 0, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon sulfinyl groups (eg methanesulfinyl, ethanesulfinyl, benzenesulfinyl), 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably A sulfonylamino group having 1 to 8 carbon atoms (for example, methanesulfonylamino, ethanesulfonylamino, benzenesulfonylamino), 0 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms substituted or unsubstituted. A substituted amino group (for example, methylamino, dimethylamino, benzylamino, anilino, diphenylamino), an ammonium group having 0 to 15 carbon atoms, preferably 3 to 10 carbon atoms, more preferably 3 to 6 carbon atoms (for example, trimethylammonium group) , Triethylammonium), C0-15, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon hydrazino groups (for example, trimethylhydrazino group), 1 to 15 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon ureido groups. (For example, ureido group, N, N-dimethylureido group), carbon number 1-15, preferably carbon number 1-10, more preferably carbon number 1-6 imide group (for example, succinimide group), carbon number 1-20 An alkylthio group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms (for example, methylthio, ethylthio, propylthio), 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 12 carbon atoms, and more preferably 6 to 6 carbon atoms. 10 arylthio groups (for example, phenylthio, p-methylphenylthio, p-chlorophenylthio, 2-pyridylthio, naphthylthio), 2-20 carbon atoms, Or an alkoxycarbonyl group having 2 to 12 carbon atoms, more preferably 2 to 8 carbon atoms (for example, methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, 2-benzyloxycarbonyl), 6 to 20 carbon atoms, preferably 6 to 12 carbon atoms, Preferably an aryloxycarbonyl group having 6 to 10 carbon atoms (for example, phenoxycarbonyl), an unsubstituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, and more preferably 1 to 5 carbon atoms (for example, methyl, ethyl). , Propyl, butyl), a substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 5 carbon atoms (for example, hydroxymethyl, trifluoromethyl, benzyl, carboxyethyl, ethoxycarbonylmethyl, Acetylaminomethyl, also here having 2 to 18 carbon atoms, preferably 3 to 3 carbon atoms 0, more preferably an unsaturated hydrocarbon group having 3 to 5 carbon atoms (for example, vinyl group, ethynyl group 1-cyclohexenyl group, benzylidine group, benzylidene group) is also included in the substituted alkyl group}, 6 carbon atoms -20, preferably 6-15, more preferably 6-10, substituted or unsubstituted aryl groups (eg phenyl, naphthyl, p-carboxyphenyl, p-nitrophenyl, 3,5-dichlorophenyl, p -Cyanophenyl, m-fluorophenyl, p-tolyl), a substituted or unsubstituted heterocyclic group having 1 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms, more preferably 4 to 6 carbon atoms (for example, pyridyl, 5 -Methylpyridyl, thienyl, furyl, morpholino, tetrahydrofurfuryl). Alternatively, a structure in which a ring (aromatic or non-aromatic hydrocarbon ring or heterocyclic ring such as a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, or a quinoline ring) is condensed can be used.
X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are preferably a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group. Two or more of X 1 to X 4 are preferably hydrogen atoms, preferably three or more are hydrogen atoms, and particularly preferably all are hydrogen atoms.

1はニトロ基、ハロゲン原子、シアノ基、又は置換もしくは無置換のアルコキシ基を表す。アルコキ基の置換基の具体例としては、上記置換基群Vが挙げられる。アルコキシ基は無置換であるのが好ましい。R1はハロゲン原子又はシアノ基であるのが好ましい。 R 1 represents a nitro group, a halogen atom, a cyano group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group. Specific examples of the substituent of the alkoxy group include the above substituent group V. The alkoxy group is preferably unsubstituted. R 1 is preferably a halogen atom or a cyano group.

1は2価の連結基を表し、炭素原子、窒素原子、硫黄原子及び酸素原子から選ばれる少なくとも1種の原子から構成される原子団からなっているのが好ましい。2価の連結基としては、炭素数1〜20のアルキレン基(例えば、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、シクロヘキシル−1,4−ジイル)、炭素数2〜20のアルケニレン基(例えば、エテニレン)、炭素数2〜20のアルキニレン基(例えば、エチニレン)、アミド基、エーテル基、エステル基、スルホアミド基、スルホン酸エステル基、ウレイド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオエーテル基、カルボニル基、−NR−基(ここで、Rは水素原子又はアルキル基、アリール基をあらわす)、アゾ基、アゾキシ基、複素環2価基(例えば、ピペラジン−1,4−ジイル基)及びアリーレン基(フェニレン基、ナフチレン基)を1つ又はそれ以上組み合わせて構成される炭素数0〜60の2価の連結基が挙げられる。L1の表す2価の連結基として、好ましくは、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、エーテル基、チオエーテル基、アミド基、エルテル基、カルボニル基、アリーレン基及びそれらを組み合わせた基である。これらの基から選ばれる少なくとも二種を組み合わせた連結基の例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。 L 1 represents a divalent linking group and is preferably composed of an atomic group composed of at least one kind of atom selected from a carbon atom, a nitrogen atom, a sulfur atom and an oxygen atom. Examples of the divalent linking group include alkylene groups having 1 to 20 carbon atoms (for example, methylene, ethylene, propylene, butylene, pentylene, cyclohexyl-1,4-diyl), and alkenylene groups having 2 to 20 carbon atoms (for example, ethenylene). ), An alkynylene group having 2 to 20 carbon atoms (for example, ethynylene), an amide group, an ether group, an ester group, a sulfoamide group, a sulfonic acid ester group, a ureido group, a sulfonyl group, a sulfinyl group, a thioether group, a carbonyl group, -NR A group (wherein R represents a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group), an azo group, an azoxy group, a heterocyclic divalent group (for example, a piperazine-1,4-diyl group) and an arylene group (phenylene group, A divalent linking group having 0 to 60 carbon atoms constituted by combining one or more naphthylene groups). That. The divalent linking group represented by L 1 is preferably an alkylene group, alkenylene group, alkynylene group, ether group, thioether group, amide group, ertel group, carbonyl group, arylene group, or a combination thereof. Although the example of the coupling group which combined at least 2 sorts chosen from these groups is shown below, it is not limited to these.

Figure 2006078830
式中、p及びqは各々、1〜20の整数であり、好ましくは1〜10の整数であり、より好ましくは2〜10の整数である。また、前記具体例中、ベンゼン環がナフタレン環又はテトラヒドロナフタレン環に置き換わった連結基も具体例として挙げられる。
Figure 2006078830
In the formula, each of p and q is an integer of 1 to 20, preferably an integer of 1 to 10, and more preferably an integer of 2 to 10. In addition, in the specific examples, a linking group in which a benzene ring is replaced with a naphthalene ring or a tetrahydronaphthalene ring is also given as a specific example.

連結基L1はさらに置換基を有していてもよく、置換基としては上記置換基群Vが挙げられる。 The linking group L 1 may further have a substituent, and examples of the substituent include the substituent group V.

1、Y2及びY3は各々置換基を表す。Y1、Y2及びY3で表される置換基としては、上述の置換基群Vに記載の置換基が挙げられる。但し、Y1、Y2及びY3の少なくとも1つは脱離基である。脱離基とは、攻撃する求核試薬により追出される化学種と定義され、「有機化学(上)」(マクマリー著、伊東、児玉ほか訳、東京化学同人、1987年)の第320頁に詳細が記載されている。脱離基としては、例えば、アルコキシ基、アリーロキシ基、ハロゲン原子、アルキルスルホン酸エステル、アリールスルホン酸エステル、アミノ基などが挙げられる。Y1、Y2及びY3で表される脱離基として、好ましくはアルコキシ基又はアリーロキシ基であり、特に好ましくはアルコキシ基である。Y1、Y2及びY3で表される置換基としては、好ましくは、アルコキシ基、アリーロキシ基、アルキル基又はアリール基であり、少なくとも一つが離脱基であるアルコキシ基又はアリーロキシ基であり、全てが離脱基であるのがより好ましく、全てが離脱基であるアルコキシ基であるのがさらに好ましい。なお、Y1、Y2及びY3のうち1個又は2個が、L1でSiに結合する置換基であってもよい。 Y 1 , Y 2 and Y 3 each represent a substituent. Examples of the substituent represented by Y 1 , Y 2, and Y 3 include the substituents described in Substituent Group V above. However, at least one of Y 1 , Y 2 and Y 3 is a leaving group. A leaving group is defined as a chemical species that is expelled by an attacking nucleophile and is described on page 320 of "Organic Chemistry (top)" (McMurry, Ito, Kodama et al., Tokyo Chemical Dojin, 1987). Details are described. Examples of the leaving group include an alkoxy group, an aryloxy group, a halogen atom, an alkyl sulfonate ester, an aryl sulfonate ester, and an amino group. The leaving group represented by Y 1 , Y 2 and Y 3 is preferably an alkoxy group or an aryloxy group, and particularly preferably an alkoxy group. The substituents represented by Y 1 , Y 2 and Y 3 are preferably alkoxy groups, aryloxy groups, alkyl groups or aryl groups, and at least one of them is an alkoxy group or aryloxy group which is a leaving group, Are more preferably leaving groups, and more preferably all are alkoxy groups that are leaving groups. One or two of Y 1 , Y 2 and Y 3 may be a substituent bonded to Si at L 1 .

前記一般式(1)で表されるシランカップリング剤の具体例を以下に示すが、もちろん、本発明はこれらに限定されるものではない。   Although the specific example of the silane coupling agent represented by the said General formula (1) is shown below, of course, this invention is not limited to these.

Figure 2006078830
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Figure 2006078830
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Figure 2006078830
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なお、シランカップリング剤とは、狭義には、分子中に有機官能基とケイ素に結合した脱離性もしくは加水分解性の基を有し、これらの基が有機材料及び無機材料とそれぞれ反応することによって、有機材料と無機材料とを結合させる試薬をいう場合もあるが、本明細書においては、分子中に有機基と、ケイ素に結合した脱離性の基を有するいかなる試薬も含む広義の意味で用いる。従って、本明細書においては、シランカップリング剤は、有機材料と反応可能な有機官能基を必ずしても有していなくてもよく、有機材料との反応が予定されていない試薬も含む意味で用いる。なお、前記シランカップリング剤は、従来公知の種々の反応を組み合わせることで合成することができる。例えば、ゴム材料の配合技術とナノコンポジット」(きく谷信三、西敏夫、山口幸一、秋葉光雄編、シーエムシー社、2003年)に記載の方法を利用して合成することができる。   In a narrow sense, a silane coupling agent has an organic functional group and a detachable or hydrolyzable group bonded to silicon in the molecule, and these groups react with an organic material and an inorganic material, respectively. In this specification, the term “reagent for binding an organic material to an inorganic material” may be used. However, in this specification, a broad term includes any reagent having an organic group and a leaving group bonded to silicon in the molecule. Used in meaning. Therefore, in the present specification, the silane coupling agent does not necessarily have an organic functional group that can react with an organic material, and includes a reagent that is not expected to react with the organic material. Used in. The silane coupling agent can be synthesized by combining various conventionally known reactions. For example, it can be synthesized using the method described in “Rubber Material Compounding Technology and Nanocomposite” (Shinzo Kikutani, Toshio Nishi, Koichi Yamaguchi, Mitsuo Akiba, CMC, 2003).

本発明に用いる基板は、前記シランカップリング剤が共有結合により固定された基板である。前記シランカップリング剤は、シランカップリング反応を利用して、共有結合により基板に固定することができる。以下それぞれの反応について詳細に説明する。
1.シランカップリング反応
前記シランカップリング剤を、無機材料とシランカップリング反応させることにより、無機材料の表面を、誘電率異方性が負の有機基で修飾することができる。例えば、ガラス、金属、金属酸化物等の無機材料からなる基板の表面修飾に利用することができる。シランカップリング反応とは、一般的には、アルコキシシリル、アリールオキシシリルなどのケイ素を含む官能基が、加水分解及び脱水縮合反応を経由して、ガラスなどの無機材料と共有結合にてカップリングする反応を意味する。本発明のシランカップリング剤に含まれる、シランカップリング反応可能な官能基としては、アルコキシシリル基が好ましく、トリメトキシシリル基、トリエチルシリル基及びトリプロポキシシリル基がより好ましい。
The substrate used in the present invention is a substrate on which the silane coupling agent is fixed by a covalent bond. The silane coupling agent can be fixed to the substrate by a covalent bond using a silane coupling reaction. Each reaction will be described in detail below.
1. Silane coupling reaction By causing the silane coupling agent to undergo a silane coupling reaction with an inorganic material, the surface of the inorganic material can be modified with an organic group having a negative dielectric anisotropy. For example, it can be used for surface modification of a substrate made of an inorganic material such as glass, metal, or metal oxide. Silane coupling reaction is generally a functional group containing silicon, such as alkoxysilyl and aryloxysilyl, which is covalently coupled to inorganic materials such as glass via hydrolysis and dehydration condensation reactions. Means a reaction to The functional group capable of silane coupling reaction contained in the silane coupling agent of the present invention is preferably an alkoxysilyl group, more preferably a trimethoxysilyl group, a triethylsilyl group, or a tripropoxysilyl group.

前記シランカップリング剤が反応する対象については特に制限はないが、好ましくは無機材料、さらに好ましくは、ガラス又は電極材料(より好ましくは金属酸化物等からなる透明電極材料)に対して反応可能であるのが好ましい。シランカップリング反応は、原料となるシランカップリング剤を含むアルコール及び水溶液に、触媒として酸もしくはアルカリを添加して進行させるのが好ましい。シランカップリング剤に対するアルコールの割合はいかなるものであってもよいが、好ましくは、シランカップリング剤:アルコール=1:0.1〜1:100であり、特に好ましくは、1:1〜1:10の範囲である。反応に用いるアルコールについては特に制限はないが、メタノール及びエタノールが好ましい。シランカップリング剤に対する水の割合はいかなるものであってもよいが、好ましくは、シランカップリング剤:水=1:0.1〜1:1000であり、特に好ましくは、1:1〜1:100の範囲である。触媒として用いる酸については特に制限はないが、例えば、塩酸、硫酸、リン酸、有機スルホン酸などが挙げられる。触媒として用いるアルカリについては特に制限はないが、例えば、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、3級窒素塩基(トリエチルアミンなど)、含窒素複素環(ピリジンなど)などが挙げられる。シランカップリング剤に対する触媒の割合はいかなるものであってもよいが、好ましくは、シランカップリング剤:触媒=1:1×10-6〜1:1であり、特に好ましくは、1:1×10-5〜1:1×10-3の範囲である。 The target with which the silane coupling agent reacts is not particularly limited, but is preferably capable of reacting with an inorganic material, more preferably glass or an electrode material (more preferably a transparent electrode material made of a metal oxide or the like). Preferably there is. The silane coupling reaction is preferably allowed to proceed by adding an acid or alkali as a catalyst to an alcohol and an aqueous solution containing a silane coupling agent as a raw material. The ratio of alcohol to silane coupling agent may be any, but is preferably silane coupling agent: alcohol = 1: 0.1 to 1: 100, and particularly preferably 1: 1 to 1: The range is 10. Although there is no restriction | limiting in particular about alcohol used for reaction, Methanol and ethanol are preferable. The ratio of water to the silane coupling agent may be any, but is preferably silane coupling agent: water = 1: 0.1 to 1: 1000, and particularly preferably 1: 1 to 1: A range of 100. Although there is no restriction | limiting in particular about the acid used as a catalyst, For example, hydrochloric acid, a sulfuric acid, phosphoric acid, organic sulfonic acid etc. are mentioned. Although there is no restriction | limiting in particular about the alkali used as a catalyst, For example, ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, tertiary nitrogen bases (triethylamine etc.), nitrogen-containing heterocyclic rings (pyridine etc.), etc. are mentioned. The ratio of the catalyst to the silane coupling agent may be any, but is preferably silane coupling agent: catalyst = 1: 1 × 10 −6 to 1: 1, particularly preferably 1: 1 ×. It is in the range of 10 −5 to 1: 1 × 10 −3 .

反応温度については特に制限はないが、好ましくは0℃〜300℃の範囲であり、特に好ましくは、20℃〜200℃の範囲である。反応時間についても特に制限はないが、好ましくは1秒〜100時間であり、特に好ましくは、1分〜50時間の範囲である。   Although there is no restriction | limiting in particular about reaction temperature, Preferably it is the range of 0 to 300 degreeC, Most preferably, it is the range of 20 to 200 degreeC. Although there is no restriction | limiting in particular also about reaction time, Preferably it is 1 second-100 hours, Especially preferably, it is the range of 1 minute-50 hours.

2.ゾルゲル反応
前記シランカップリング剤をゾルゲル反応させることで、一般式(1)中の有機基が連結されたゲルを調製することができる。ここで、「ゾルゲル反応」とは、一般的には、金属の有機化合物の溶液を原料として、加水分解、重合によって溶液を金属酸化物又は水酸化物の微粒子が溶解したゾルとした後、反応をさらに進行させることでゲル化させることを特徴とする反応である。一般的に、ゾルゲル反応により調製される材料としては、SiO2、TiO2、ZrO2、Al23、BaTiO、LiNbO3、KTaO3などが挙げられる。前記シランカップリング剤の溶液を原料とし、ゾルゲル反応により、SiO2と有機基が複合化されたゲルを調製することができる。
2. Sol-gel reaction By carrying out the sol-gel reaction of the silane coupling agent, a gel in which the organic groups in the general formula (1) are linked can be prepared. Here, the “sol-gel reaction” is generally a reaction in which a solution of a metal organic compound is used as a raw material, and the solution is made into a sol in which fine particles of metal oxide or hydroxide are dissolved by hydrolysis and polymerization. It is the reaction characterized by making it gelatinize by making it progress further. Generally, materials prepared by a sol-gel reaction include SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , BaTiO, LiNbO 3 , KTaO 3 and the like. Using a solution of the silane coupling agent as a raw material, a gel in which SiO 2 and an organic group are combined can be prepared by a sol-gel reaction.

ゾルゲル反応の条件については特に制限はないが、次に記載する条件が好ましい。原料となる本発明のシランカップリング剤を含むアルコール及び水溶液に対して、触媒として酸あるいはアルカリを添加することで、加水分解を進行させるのが好ましい。シランカップリング剤に対するアルコールの割合はいかなるものであってもよいが、好ましくは、質量比としてシランカップリング剤:アルコール=1:0.1〜1:100であり、特に好ましくは、1:1〜1:10の範囲である。アルコールとしては、いかなるものであってもよいが、メタノール及びエタノールが好ましい。シランカップリング剤に対する水の割合はいかなるものであってもよいが、好ましくは、シランカップリング剤:水=1:0.1〜1:1000であり、特に好ましくは、1:1〜1:100の範囲である。   The conditions for the sol-gel reaction are not particularly limited, but the conditions described below are preferable. It is preferable to proceed hydrolysis by adding an acid or alkali as a catalyst to the alcohol and aqueous solution containing the silane coupling agent of the present invention as a raw material. The ratio of the alcohol with respect to the silane coupling agent may be any, but the mass ratio is preferably silane coupling agent: alcohol = 1: 0.1 to 1: 100, particularly preferably 1: 1. It is in the range of ˜1: 10. Any alcohol may be used, but methanol and ethanol are preferred. The ratio of water to the silane coupling agent may be any, but is preferably silane coupling agent: water = 1: 0.1 to 1: 1000, and particularly preferably 1: 1 to 1: A range of 100.

加水分解が進行することによって得られるゾル液には、加水分解/部分縮合反応を促進する目的で、種々の触媒化合物を用いでもよい。用いられる触媒は特に制限はなく、用いたゾル液の構成成分に応じて適量を使用すればよい。一般的に有効であるのは、下記(c1)〜(c5)の化合物であり、これらの中から好ましい化合物を必要量添加することができる。また、下記(c1)〜(c5)群中、2種以上をお互いの促進効果が阻害されない範囲内で適宜選択して併用することができる。   Various catalyst compounds may be used in the sol liquid obtained by the progress of hydrolysis for the purpose of promoting the hydrolysis / partial condensation reaction. The catalyst used is not particularly limited, and an appropriate amount may be used according to the constituent components of the used sol solution. In general, the following compounds (c1) to (c5) are effective, and a necessary amount of a preferable compound can be added from these compounds. In addition, in the following groups (c1) to (c5), two or more kinds can be appropriately selected and used in combination as long as the mutual promoting effects are not inhibited.

(c1)有機又は無機の酸
無機酸としては、塩酸、臭化水素、ヨウ化水素、硫酸、亜硫酸、硝酸、亜硝酸、燐酸、亜燐酸など、有機酸化合物としてはカルボン酸類(蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、コハク酸、シクロヘキサンカルボン酸、オクタン酸、マレイン酸、2−クロロプロピオン酸、シアノ酢酸、トリフルオロ酢酸、パーフルオロオクタン酸、安息香酸、ペンタフルオロ安息香酸、フタル酸など)、スルホン酸類(メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸)、p−トルエンスルホン酸、ペンタフルオロベンゼンスルホン酸など)、燐酸・ホスホン酸類(燐酸ジメチルエステル、フェニルホスホン酸など)、ルイス酸類(三フッ化ホウ素エーテラート、スカンジウムトリフレート、アルキルチタン酸、アルミン酸など)、ヘテロポリ酸(燐モリブデン酸、燐タングステン酸など)を挙げることができる。
(C1) Organic or inorganic acids Examples of inorganic acids include hydrochloric acid, hydrogen bromide, hydrogen iodide, sulfuric acid, sulfurous acid, nitric acid, nitrous acid, phosphoric acid, and phosphorous acid. Examples of organic acid compounds include carboxylic acids (formic acid, acetic acid, Propionic acid, butyric acid, succinic acid, cyclohexanecarboxylic acid, octanoic acid, maleic acid, 2-chloropropionic acid, cyanoacetic acid, trifluoroacetic acid, perfluorooctanoic acid, benzoic acid, pentafluorobenzoic acid, phthalic acid, etc.), sulfone Acids (methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid), p-toluenesulfonic acid, pentafluorobenzenesulfonic acid, etc.), phosphoric acid / phosphonic acids (phosphoric acid dimethyl ester, phenylphosphonic acid, etc.), Lewis acids (three fluorocarbons) Boron bromide etherate, scandium triflate, alkyl titanic acid, And alumina) and heteropolyacids (phosphomolybdic acid, phosphotungstic acid, etc.).

(c2)有機又は無機の塩基
無機塩基としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、アンモニアなど、有機塩基化合物としてはアミン類(エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、トリエチルアミン、ジブチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、ピペリジン、ピペラジン、モルホリン、エタノールアミン、ジアザビシクロウンデセン、キヌクリジン、アニリン、ピリジンなど)、ホスフィン類(トリフェニルホスフィン、トリメチルホスフィンなど)、金属アルコキサイド(ナトリウムメチラート、カリウムエチラートなど)を挙げることができる。
(C2) Organic or inorganic base Examples of the inorganic base include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, and ammonia. Examples of the organic base compound include amines (ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine). , Tetraethylenepentamine, triethylamine, dibutylamine, tetramethylethylenediamine, piperidine, piperazine, morpholine, ethanolamine, diazabicycloundecene, quinuclidine, aniline, pyridine, etc.), phosphines (triphenylphosphine, trimethylphosphine, etc.), Metal alkoxides (sodium methylate, potassium ethylate, etc.) can be mentioned.

(c3)金属キレート化合物
金属キレート化合物としてはトリ−n−ブトキシエチルアセトアセテートジルコニウム、ジ−n−ブトキシビス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、n−ブトキシトリス(エチルアセトアセテート)ジルコニウム、テトラキス(n−プロピルアセトアセテート)ジルコニウム、テトラキス(アセチルアセトアセテート)ジルコニウム、テトラキス(エチルアセトアセテート)ジルコニウムなどのジルコニウムキレート化合物;ジイソプロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタニウム、ジイソプロポキシ・ビス(アセチルアセテート)チタニウム、ジイソプロポキシ・ビス(アセチルアセトン)チタニウムなどのチタニウムキレート化合物;ジイソプロポキシエチルアセトアセテートアルミニウム、ジイソプロポキシアセチルアセトナートアルミニウム、イソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、イソプロポキシビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、トリス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノアセチルアセトナート・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウムなどのアルミニウムキレート化合物などが挙げられる。これらの金属キレート化合物のうち好ましいものは、トリ−n−ブトキシエチルアセトアセテートジルコニウム、ジイソプロポキシビス(アセチルアセトナート)チタニウム、ジイソプロポキシエチルアセトアセテートアルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウムが挙げられる。これらの金属キレート化合物は、1種単独であるいは2種以上混合して使用することができる。また、これらの金属キレート化合物の部分加水分解物を使用することもできる。
(C3) Metal chelate compound As the metal chelate compound, tri-n-butoxyethyl acetoacetate zirconium, di-n-butoxybis (ethyl acetoacetate) zirconium, n-butoxy tris (ethyl acetoacetate) zirconium, tetrakis (n-propylacetate) Zirconium chelate compounds such as acetate) zirconium, tetrakis (acetylacetoacetate) zirconium, tetrakis (ethylacetoacetate) zirconium; diisopropoxy bis (ethylacetoacetate) titanium, diisopropoxy bis (acetylacetate) titanium, diiso Titanium chelate compounds such as propoxy bis (acetylacetone) titanium; diisopropoxyethyl acetoacetate aluminum; Diisopropoxyacetylacetonate aluminum, isopropoxybis (ethylacetoacetate) aluminum, isopropoxybis (acetylacetonate) aluminum, tris (ethylacetoacetate) aluminum, tris (acetylacetonato) aluminum, monoacetylacetonate bis (Ethyl acetoacetate) Aluminum chelate compounds such as aluminum can be mentioned. Among these metal chelate compounds, preferred are tri-n-butoxyethyl acetoacetate zirconium, diisopropoxybis (acetylacetonate) titanium, diisopropoxyethyl acetoacetate aluminum, and tris (ethyl acetoacetate) aluminum. . These metal chelate compounds can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. Moreover, the partial hydrolyzate of these metal chelate compounds can also be used.

(c4)有機金属化合物
好ましい有機金属化合物としては特に制限はないが有機遷移金属が活性が高く、好ましい。中でもスズの化合物は安定性と活性が良く特に好ましい。これらの具体的化合物例としては、(C492Sn(OCOC11232、(C492Sn(OCOCH=CHCOOC492、(C8172Sn(OCOC11232、(C8172Sn(OCOCH=CHCOOC492、Sn(OCOCC8172などのカルボン酸型有機スズ化合物;(C492Sn(SCH2COOC8172、(C492Sn(SCH2COOC8172、(C8172Sn(SCH2CH2COOC8172、(C8172Sn(SCH2COOC12252などのメルカプチド型やスルフィド型の有機スズ化合物、又は(C492SnO、(C8172SnOなどの有機スズオキサイドとエチルシリケートマレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、フタル酸ジオクチルなどのエステル化合物との反応生成物などの有機スズ化合物などを挙げることができる。
(C4) Organometallic compound Although there is no restriction | limiting in particular as a preferable organometallic compound, An organic transition metal has high activity and is preferable. Of these, tin compounds are particularly preferred because of their good stability and activity. Specific examples of these compounds are (C 4 H 9 ) 2 Sn (OCOC 11 H 23 ) 2 , (C 4 H 9 ) 2 Sn (OCOCH═CHCOOC 4 H 9 ) 2 , (C 8 H 17 ) 2. Carboxylic acid type organotin compounds such as Sn (OCOC 11 H 23 ) 2 , (C 8 H 17 ) 2 Sn (OCOCH═CHCOOC 4 H 9 ) 2 , Sn (OCOCC 8 H 17 ) 2 ; (C 4 H 9 ) 2 Sn (SCH 2 COOC 8 H 17 ) 2 , (C 4 H 9 ) 2 Sn (SCH 2 COOC 8 H 17 ) 2 , (C 8 H 17 ) 2 Sn (SCH 2 CH 2 COOC 8 H 17 ) 2 , Mercaptide-type or sulfide-type organotin compounds such as (C 8 H 17 ) 2 Sn (SCH 2 COOC 12 H 25 ) 2 , or organic compounds such as (C 4 H 9 ) 2 SnO, (C 8 H 17 ) 2 SnO Tin oxide and ethyl silicate dimethyl maleate, diethyl maleate And organic tin compounds such as reaction products with ester compounds such as dioctyl phthalate.

(c5)金属塩類
金属塩類としては有機酸のアルカリ金属塩(例えばナフテン酸ナトリウム、ナフテン酸カリウム、オクタン酸ナトリウム、2−エチルヘキサン酸ナトリウム、ラウリル酸カリウムなど)が好ましく用いられる。
(C5) Metal salts As the metal salts, alkali metal salts of organic acids (for example, sodium naphthenate, potassium naphthenate, sodium octoate, sodium 2-ethylhexanoate, potassium laurate, etc.) are preferably used.

前記ゾルゲル反応の触媒用化合物は、ゾル液の原料である本発明のシランカップリング剤に対し、0.01〜50質量%であるのが好ましく、0.1〜50質量%であるのがより好ましく、0.5〜10質量%であるのがさらに好ましい。   The catalyst compound for the sol-gel reaction is preferably 0.01 to 50% by mass and more preferably 0.1 to 50% by mass with respect to the silane coupling agent of the present invention which is a raw material of the sol liquid. Preferably, it is 0.5 to 10% by mass.

前記ゾルゲル反応に用いる溶媒は、ゾル液中の各成分を均一に混合させ、固形分調整を可能にすると同時に、種々の塗布方法に適用できる溶液とし、組成物の分散安定性及び保存安定性を向上させるものである。この目的を果たせるものであれば、使用する溶媒については、特に限定されない。これらの溶媒の好ましい例には、水、アルコール類、芳香族炭化水素類、エーテル類、ケトン類、エステル類が含まれる。   The solvent used for the sol-gel reaction is a solution that can be applied to various coating methods at the same time that the components in the sol solution are uniformly mixed to adjust the solid content, and the dispersion stability and storage stability of the composition are improved. It is to improve. The solvent to be used is not particularly limited as long as this purpose can be achieved. Preferable examples of these solvents include water, alcohols, aromatic hydrocarbons, ethers, ketones and esters.

アルコール類としては、例えば1価アルコール又は2価アルコールを挙げることができ、このうち1価アルコールとしては炭素数1〜8の飽和脂肪族アルコールが好ましい。これらのアルコール類の具体例としては、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、i−プロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec −ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、酢酸エチレングリコールモノエチルエーテルなどを挙げることができる。   Examples of alcohols include monohydric alcohols and dihydric alcohols. Among these, monohydric alcohols are preferably saturated aliphatic alcohols having 1 to 8 carbon atoms. Specific examples of these alcohols include methanol, ethanol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol, n-butyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, ethylene glycol. Examples thereof include monobutyl ether and ethylene glycol monoethyl ether acetate.

また、芳香族炭化水素類の具体例としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどを、エーテル類の具体例としては、テトラヒドロフラン、ジオキサンなど、ケトン類の具体例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトンなどを、エステル類の具体例としては、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、炭酸プロピレンなどを挙げることができる。これらの有機溶媒は、1種単独であるいは2種以上を混合して使用することもできる。有機溶媒の組成物中の割合は特に限定されるものではなく、全固形分濃度を使用目的に応じて調節する量が用いられる。   Specific examples of aromatic hydrocarbons include benzene, toluene, xylene and the like. Specific examples of ethers include tetrahydrofuran and dioxane. Specific examples of ketones include acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, Specific examples of esters such as diisobutyl ketone include ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, and propylene carbonate. These organic solvents can be used alone or in combination of two or more. The ratio of the organic solvent in the composition is not particularly limited, and an amount for adjusting the total solid content concentration according to the purpose of use is used.

ゾル液中に、金属錯体化合物を混合してもよい。また、硬化反応速度の調節や液安定性向上の観点でキレート配位能のある化合物を用いることも好ましい。好ましく用いられるものとしてはβ−ジケトン類及び/又はβ−ケトエステル類である。
このβ−ジケトン類及び/又はβ−ケトエステル類の具体例としては、アセチルアセトン、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸−n−プロピル、アセト酢酸−i−プロピル、アセト酢酸−n−ブチル、アセト酢酸−sec−ブチル、アセト酢酸−t−ブチル、2,4−ヘキサン−ジオン、2,4−ヘプタン−ジオン、3,5−ヘプタン−ジオン、2,4−オクタン−ジオン、2,4−ノナン−ジオン、5−メチル−ヘキサン−ジオンなどを挙げることができる。これらのうち、アセト酢酸エチル及びアセチルアセトンが好ましく、特にアセチルアセトンが好ましい。これらのβ−ジケトン類及び/又はβ−ケトエステル類は、1種単独で又は2種以上を混合して使用することもできる。かかるβ−ジケトン類及び/又はβ−ケトエステル類は、金属キレート化合物1モルに対し2モル以上、好ましくは3〜20モルであり、2モル未満では得られる組成物の保存安定性に劣るものとなる。
A metal complex compound may be mixed in the sol solution. It is also preferable to use a compound having chelate coordination ability from the viewpoint of adjusting the curing reaction rate and improving the liquid stability. Preferably used are β-diketones and / or β-ketoesters.
Specific examples of the β-diketone and / or β-ketoester include acetylacetone, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, acetoacetate-n-propyl, acetoacetate-i-propyl, acetoacetate-n-butyl, acetoacetate Acetic acid-sec-butyl, acetoacetic acid-t-butyl, 2,4-hexane-dione, 2,4-heptane-dione, 3,5-heptane-dione, 2,4-octane-dione, 2,4-nonane -Dione, 5-methyl-hexane-dione and the like can be mentioned. Of these, ethyl acetoacetate and acetylacetone are preferred, and acetylacetone is particularly preferred. These β-diketones and / or β-ketoesters may be used alone or in combination of two or more. Such β-diketones and / or β-ketoesters are 2 moles or more, preferably 3 to 20 moles per mole of the metal chelate compound, and if less than 2 moles, the storage stability of the resulting composition is poor. Become.

前記ゾル液には、各成分の加水分解・縮合反応用として水を添加する。水の使用量は、各成分1モルに対し、通常、1.2〜3.0モル、好ましくは1.3〜2.0モル、程度である。前記ゾル液は、その全固形分濃度が、0.1〜50質量%であるのが好ましく、より好ましくは1〜40質量%である。50質量%を超えると、組成物の保存安定性が悪化して好ましくない。   Water is added to the sol solution for hydrolysis / condensation reaction of each component. The usage-amount of water is 1.2-3.0 mol normally with respect to 1 mol of each component, Preferably it is a 1.3-2.0 mol grade. The sol solution preferably has a total solid content concentration of 0.1 to 50% by mass, more preferably 1 to 40% by mass. When it exceeds 50 mass%, the storage stability of the composition is deteriorated, which is not preferable.

また、前記ゾル液を、基板の表面に塗布し、基板上でゾルゲル反応を進行させることにより、有機基が結合した無機酸化物からなる被膜を基板表面に形成することができる。   In addition, the sol solution is applied to the surface of the substrate, and the sol-gel reaction is allowed to proceed on the substrate, whereby a film made of an inorganic oxide to which an organic group is bonded can be formed on the substrate surface.

次に、前記シランカップリング剤を共有結合させる基板について説明する。基板の材料については特に制限はなく、ポリエステル、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、シリコーン樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂、セルロース誘導体、ポリオレフィンなどの高分子からなるフイルム及び板状基板、ガラス基板、金属基板、セラミック基板等の無機基板などが好ましく用いられる。透過型の光学素子の基板(例えば電極基板)として用いる場合には、少なくとも50%以上の光透過率を有する基板部材を用いるのが好ましい。無機材料からなる基板が好ましく、ガラス基板がより好ましい。また、高分子等の有機材料からなる基板であっても、該基板の表面に無機材料からなる層が形成されたものは、該層の表面に前記シランカップリング剤を共有結合させることができるので好ましい。無機材料からなる層は、該基板の用途によって異なるが、例えば、液晶表示素子の基板として用いる場合は、金属又は金属酸化物からなる電極層が挙げられる。   Next, the substrate to which the silane coupling agent is covalently bonded will be described. There are no particular restrictions on the material of the substrate, polyester, polyimide, polymethyl methacrylate, polystyrene, polypropylene, polyethylene, polyamide, nylon, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polycarbonate, polyether sulfone, silicone resin, polyacetal resin, fluorine A film made of a polymer such as a resin, a cellulose derivative, or a polyolefin, and an inorganic substrate such as a plate substrate, a glass substrate, a metal substrate, or a ceramic substrate are preferably used. When used as a substrate (for example, an electrode substrate) of a transmissive optical element, it is preferable to use a substrate member having a light transmittance of at least 50%. A substrate made of an inorganic material is preferable, and a glass substrate is more preferable. Moreover, even if the substrate is made of an organic material such as a polymer, if the layer made of an inorganic material is formed on the surface of the substrate, the silane coupling agent can be covalently bonded to the surface of the layer. Therefore, it is preferable. The layer made of an inorganic material differs depending on the use of the substrate. For example, when used as a substrate of a liquid crystal display element, an electrode layer made of a metal or a metal oxide can be mentioned.

透過型の光学素子として用いる場合は、前記電極層も高い透過率の材料からなるのが好ましく、少なくとも50%以上の光透過率を有する透明電極が好ましく用いられる。例えば、酸化錫−酸化インジウム(ITO)、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物層が好ましい。また、反射型光学素子用途の場合、目視方向から見て遠い方の電極基板上に設けられる電極層としては、酸化錫−酸化インジウム(ITO)、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物層の他に、導電性高分子や、カーボン、銅、アルミニウム、金、銀、ニッケル、プラチナなどに代表される金属層を用いることができる。   When used as a transmissive optical element, the electrode layer is also preferably made of a material having a high transmittance, and a transparent electrode having a light transmittance of at least 50% or more is preferably used. For example, a metal oxide layer represented by tin oxide-indium oxide (ITO), tin oxide, zinc oxide and the like is preferable. In the case of a reflective optical element application, as an electrode layer provided on an electrode substrate far from the viewing direction, metal oxides typified by tin oxide-indium oxide (ITO), tin oxide, zinc oxide, etc. In addition to the physical layer, a conductive polymer or a metal layer typified by carbon, copper, aluminum, gold, silver, nickel, platinum, or the like can be used.

本発明の液晶素子は、前記一般式(1)で表されるシランカップリング剤が共有結合によって固定された基板と、該基板に支持される液晶層とを有する。液晶層が一対の基板に挟持されている場合は、該一対の基板のうち少なくとも一方が、本発明の基板、即ち、前記シランカップリング剤が共有結合により固定された基板であればよい。他方の基板については特に制限はなく、例えば、対向面にラビング処理された配向膜を有する基板等であってもよいし、前記シランカップリング剤が共有結合によって固定された基板であってもよい。また、本発明の基板は、前記シランカップリング剤によって修飾されている面を対向面、即ち、液晶層に接触する面として配置される。本発明では、前記シランカップリング剤で表面が修飾された基板を用いることにより、電界のON・OFF又は高低によって制御される液晶の配向を、より高精度に制御することを可能としている。その結果、本発明の液晶素子は、表示特性が改善されている。   The liquid crystal element of the present invention includes a substrate on which the silane coupling agent represented by the general formula (1) is fixed by a covalent bond, and a liquid crystal layer supported by the substrate. When the liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates, at least one of the pair of substrates may be the substrate of the present invention, that is, the substrate on which the silane coupling agent is fixed by a covalent bond. The other substrate is not particularly limited, and may be, for example, a substrate having an alignment film that is rubbed on the opposite surface, or a substrate in which the silane coupling agent is fixed by a covalent bond. . In the substrate of the present invention, the surface modified with the silane coupling agent is disposed as an opposing surface, that is, a surface in contact with the liquid crystal layer. In the present invention, by using the substrate whose surface is modified with the silane coupling agent, the alignment of the liquid crystal controlled by ON / OFF of the electric field or the height thereof can be controlled with higher accuracy. As a result, the liquid crystal element of the present invention has improved display characteristics.

本発明の液晶素子の方式については特に制限はなく、STN方式、TN方式、MVA方式、OCB方式等のいかなる方式であってもよいが、好ましくはゲストホスト方式である。ゲストホスト方式液晶素子とは、液晶中に二色性色素を溶解させた液晶組成物をセル中に封入し、これに電場を与え、電場による液晶の動きに合わせて、二色性色素の配向を変化させ、セルの吸光状態を変化させることによって表示する方式である。   The method of the liquid crystal element of the present invention is not particularly limited, and any method such as STN method, TN method, MVA method, OCB method, etc. may be used, but the guest host method is preferable. A guest-host type liquid crystal device is a liquid crystal composition in which a dichroic dye is dissolved in a liquid crystal, which is enclosed in a cell, and an electric field is applied to the cell. The display is performed by changing the light absorption state of the cell.

本発明に使用可能な二色性色素(以下、本発明の色素とよぶことがある)としては、吸収極大ならびに吸収帯に関しては、いかなるものであってもよいが、イエロー域(Y)、マゼンタ域(M)、あるいはシアン域(C)に吸収極大を有する場合が好ましい。イエロー色素、マゼンタ色素ならびにシアン色素を混合することによるフルカラー化表示を行う方法については、「カラーケミストリー」(時田澄男著、丸善、1982年)に詳しい。ここでいう、イエロー域とは、430〜490nmの範囲、マゼンタ域とは、500〜580nmの範囲、シアン域とは600〜700nmの範囲である。また、白黒色表示用の液晶素子の態様では、黒色の二色性色素を用いることができる。また、複数の色素を混合して用い(例えば、イエロー域(Y)、マゼンタ域(M)、あるいはシアン域(C)に吸収極大を有する色素を混合して用い)、所望の色相(例えば黒色)に調整することができる。   The dichroic dye that can be used in the present invention (hereinafter sometimes referred to as the dye of the present invention) may be any of the absorption maximum and the absorption band, but the yellow region (Y), magenta It is preferable to have an absorption maximum in the region (M) or the cyan region (C). A method for performing full color display by mixing a yellow dye, a magenta dye and a cyan dye is detailed in “Color Chemistry” (written by Sumio Tokita, Maruzen, 1982). Here, the yellow region is a range of 430 to 490 nm, the magenta region is a range of 500 to 580 nm, and the cyan region is a range of 600 to 700 nm. In the embodiment of the liquid crystal element for monochrome display, a black dichroic dye can be used. In addition, a plurality of pigments are mixed and used (for example, a pigment having an absorption maximum in the yellow region (Y), magenta region (M), or cyan region (C)), and a desired hue (for example, black) ) Can be adjusted.

前記二色性色素の発色団はいかなるものであってもよいが、例えば、アゾ色素、アントラキノン色素、ペリレン色素、メロシアニン色素、アゾメチン色素、フタロペリレン色素、インジゴ色素、アズレン色素、ジオキサジン色素、ポリチオフェン色素、フェノキサゾン色素(フェノキサジン−3−オン)などが挙げられ、具体的には、 「Dichroic Dyes for Liquid Crystal Display」(A.V.Ivashchenko著、CRC社、1994年)に記載されているものが挙げられる。
好ましくはアゾ色素、アントラキノン色素、ペリレン色素、フェノキサゾン色素であり、特に好ましくはアントラキノン色素、フェノキサゾン色素である。
The chromophore of the dichroic dye may be any, for example, azo dye, anthraquinone dye, perylene dye, merocyanine dye, azomethine dye, phthaloperylene dye, indigo dye, azulene dye, dioxazine dye, polythiophene dye, Examples include phenoxazone dyes (phenoxazin-3-one), and specific examples include those described in “Dicroic Dies for Liquid Crystal Display” (A. I. Vashchenko, CRC, 1994). It is done.
Preferred are azo dyes, anthraquinone dyes, perylene dyes, and phenoxazone dyes, and particularly preferred are anthraquinone dyes and phenoxazone dyes.

アゾ色素はモノアゾ色素、ビスアゾ色素、トリスアゾ色素、テトラキスアゾ色素、ペンタキスアゾ色素などいかなるものであってもよいが、好ましくはモノアゾ色素、ビスアゾ色素、トリスアゾ色素である。アゾ色素に含まれる環構造としては芳香族基(ベンゼン環、ナフタレン環など)のほかにも複素環(キノリン環、ピリジン環、チアゾール環、ベンゾチアゾール環、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリミジン環など)であってもよい。   The azo dye may be any of a monoazo dye, a bisazo dye, a trisazo dye, a tetrakisazo dye, a pentakisazo dye, and is preferably a monoazo dye, a bisazo dye, or a trisazo dye. The ring structure contained in the azo dye includes aromatic groups (benzene ring, naphthalene ring, etc.) as well as heterocyclic rings (quinoline ring, pyridine ring, thiazole ring, benzothiazole ring, oxazole ring, benzoxazole ring, imidazole ring, Benzimidazole ring, pyrimidine ring, etc.).

アントラキノン色素の置換基としては、酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含むものが好ましく、例えば、アルコキシ、アリーロキシ、アルキルチオ、アリールチオ、アルキルアミノ、アリールアミノ基である。該置換基の置換数はいかなる数であってもよいが、ジ置換、トリ置換、テトラキス置換が好ましく、特に好ましくはジ置換、トリ置換である。該置換基の置換位置はいかなる場所であってもよいが、好ましくは1,4位ジ置換、1,5位ジ置換、1,4,5位トリ置換、1,2,4位トリ置換、1,2,5位トリ置換、1,2,4,5位テトラ置換、1,2,5,6位テトラ置換構造である。   As the substituent of the anthraquinone dye, those containing an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom are preferable, and examples thereof include an alkoxy group, an aryloxy group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkylamino group and an arylamino group. The substitution number of the substituent may be any number, but di-substitution, tri-substitution, and tetrakis substitution are preferred, and di-substitution and tri-substitution are particularly preferred. The substitution position of the substituent may be any place, but preferably 1,4-position disubstitution, 1,5-position disubstitution, 1,4,5-position trisubstitution, 1,2,4-position trisubstitution, They are 1,2,5-trisubstituted, 1,2,4,5-tetrasubstituted, 1,2,5,6-tetrasubstituted structures.

フェノキサゾン色素(フェノキサジン−3−オン)の置換基としては、酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含むものが好ましく、例えば、アルコキシ、アリーロキシ、アルキルチオ、アリールチオ、アルキルアミノ、アリールアミノ基である。   The substituent of the phenoxazone dye (phenoxazin-3-one) preferably includes an oxygen atom, a sulfur atom or a nitrogen atom, and examples thereof include an alkoxy group, an aryloxy group, an alkylthio group, an arylthio group, an alkylamino group and an arylamino group.

本発明に使用可能なホスト液晶は、併用する二色性色素と共存し得るものであれば特に制限はないが、例えば、ネマチック相あるいはスメクチック相を示す液晶化合物が利用できる。その具体例としては、アゾメチン化合物、シアノビフェニル化合物、シアノフェニルエステル、フッ素置換フェニルエステル、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル、フッ素置換シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル、シアノフェニルシクロヘキサン、フッ素置換フェニルシクロヘキサン、シアノ置換フェニルピリミジン、フッ素置換フェニルピリミジン、アルコキシ置換フェニルピリミジン、フッ素置換アルコキシ置換フェニルピリミジン、フェニルジオキサン、トラン系化合物、フッ素置換トラン系化合物、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリルなどが挙げられる。「液晶デバイスハンドブック」(日本学術振興会第142委員会編、日刊工業新聞社、1989年)の第154〜192頁及び第715〜722頁に記載の液晶化合物を用いることができる。TFT駆動に適したフッ素置換されたホスト液晶を使用することもできる。例えば、Merck社の液晶(ZLI−4692、MLC−6267、6284、6287、6288、6406、6422、6423、6425、6435、6437、7700、7800、9000、9100、9200、9300、10000など)、チッソ社の液晶(LIXON5036xx、5037xx、5039xx、5040xx、5041xxなど)が挙げられる。   The host liquid crystal that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it can coexist with the dichroic dye used in combination. For example, a liquid crystal compound exhibiting a nematic phase or a smectic phase can be used. Specific examples thereof include azomethine compounds, cyanobiphenyl compounds, cyanophenyl esters, fluorine-substituted phenyl esters, cyclohexanecarboxylic acid phenyl esters, fluorine-substituted cyclohexanecarboxylic acid phenyl esters, cyanophenylcyclohexane, fluorine-substituted phenylcyclohexanes, cyano-substituted phenylpyrimidines, Fluorine-substituted phenylpyrimidine, alkoxy-substituted phenylpyrimidine, fluorine-substituted alkoxy-substituted phenylpyrimidine, phenyldioxane, tolan compounds, fluorine-substituted tolan compounds, alkenylcyclohexylbenzonitrile and the like. The liquid crystal compounds described in pages 154 to 192 and pages 715 to 722 of “Liquid Crystal Device Handbook” (Japan Society for the Promotion of Science 142nd edition, Nikkan Kogyo Shimbun, 1989) can be used. It is also possible to use a fluorine-substituted host liquid crystal suitable for TFT driving. For example, Merck's liquid crystal (ZLI-4692, MLC-6267, 6284, 6287, 6288, 6406, 6422, 6423, 6425, 6435, 6437, 7700, 7800, 9000, 9100, 9200, 9300, 10,000, etc.) Liquid crystal (LIXON 5036xx, 5037xx, 5039xx, 5040xx, 5041xx, etc.).

本発明に使用するホスト液晶の誘電率異方性は、正であっても負であってもよい。誘電率異方性が正のホスト液晶を水平配向させた場合には、電圧無印加時には液晶は水平に配向しているために二色性色素も水平となり光を吸収する。一方、電圧印加時に液晶分子が垂直に傾いてくるため二色性色素も垂直に傾き、その結果光を透過するようになる。すなわち、電圧印加時には白表示、電圧無印加時には黒表示を行うモードとなる。誘電率異方性が負のホスト液晶を垂直配向させる場合には、電圧無印加時には液晶は垂直に配向しているために二色性色素も垂直となり光を吸収することなく透過する。一方、電圧印加時に液晶分子が水平に傾いてくるため二色性色素も水平に傾き、その結果光を吸収するようになる。すなわち、電圧無印加時には白表示、電圧印加時には黒表示を行うモードとなる。本発明では、誘電率異方性が正のホスト液晶を用いるのがより好ましい。   The dielectric anisotropy of the host liquid crystal used in the present invention may be positive or negative. When the host liquid crystal having positive dielectric anisotropy is horizontally aligned, the liquid crystal is horizontally aligned when no voltage is applied, so that the dichroic dye also becomes horizontal and absorbs light. On the other hand, since the liquid crystal molecules are tilted vertically when a voltage is applied, the dichroic dye is also tilted vertically, so that light is transmitted. That is, the mode is such that white display is performed when a voltage is applied, and black display is performed when no voltage is applied. When the host liquid crystal having a negative dielectric anisotropy is vertically aligned, when no voltage is applied, the liquid crystal is vertically aligned, so that the dichroic dye is also vertical and transmits without absorbing light. On the other hand, since the liquid crystal molecules are tilted horizontally when a voltage is applied, the dichroic dye is also tilted horizontally, and as a result, absorbs light. That is, the mode is such that white display is performed when no voltage is applied, and black display is performed when a voltage is applied. In the present invention, it is more preferable to use a host liquid crystal having a positive dielectric anisotropy.

本発明では、ホスト液晶の物性を所望の範囲に変化させることを目的として(例えば、液晶相の温度範囲を所望の範囲にすることを目的として)、液晶層中には、液晶性を示さない化合物を添加してもよい。また、カイラル化合物、紫外線吸収剤、酸化防止剤などの化合物を含有させてもよい。そのような添加剤は、たとえば、「液晶デバイスハンドブック」(日本学術振興会第142委員会編、日刊工業新聞社、1989年)の第199〜202頁に記載のTN、STN用カイラル剤が挙げられる。   In the present invention, for the purpose of changing the physical properties of the host liquid crystal to a desired range (for example, for the purpose of setting the temperature range of the liquid crystal phase to a desired range), the liquid crystal layer does not exhibit liquid crystallinity. A compound may be added. Moreover, you may contain compounds, such as a chiral compound, a ultraviolet absorber, and antioxidant. Examples of such additives include chiral agents for TN and STN described in pages 199 to 202 of “Liquid Crystal Device Handbook” (edited by the Japan Society for the Promotion of Science 142nd Committee, Nikkan Kogyo Shimbun, 1989). It is done.

本発明の液晶素子における、ホスト液晶及び二色性色素の含有量については特に制限はないが、二色性色素の含有量はホスト液晶の含有量に対して0.1〜15質量%であることが好ましく、0.5〜6質量%であることが特に好ましい。また、ホスト液晶及び二色性色素の含有量は、双方を含むマイクロカプセルを調整し、そのマイクロカプセルを封入した液晶セルの吸収スペクトルをそれぞれ測定して、液晶セルとして所望の光学濃度を示すのに必要な色素濃度を決定することが望ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular about content of a host liquid crystal and a dichroic dye in the liquid crystal element of this invention, Content of a dichroic dye is 0.1-15 mass% with respect to content of a host liquid crystal. It is preferably 0.5 to 6% by mass. In addition, the content of the host liquid crystal and the dichroic dye is adjusted to a microcapsule containing both, and the absorption spectrum of the liquid crystal cell enclosing the microcapsule is measured to show the desired optical density as the liquid crystal cell. It is desirable to determine the dye concentration required for

本発明の液晶素子の一態様の断面模式図を図1に示す。なお、図1において、図示された各要素の大きさ、個数及び位置は、相対的なものであり絶対的なものではない。液晶素子1は、一対の基板2と8とがスペーサーなど(不図示)を介して、1〜50μm間隔で対向配置され、該一対の基板2と8の間に液晶層5を有する。基板の対向面には、透明電極3及び7が形成され、電圧を供与可能に構成されている。透明電極3及び7の表面には、前記一般式(1)で表されるシランカップリング剤が共有結合にて連結されて形成された層4と6とが設置されている。前記スペーサーについては、例えば、「液晶デバイスハンドブック」(日本学術振興会第142委員会編、日刊工業新聞社、1989年)の第257〜262頁に記載のものを用いることができる。   A schematic cross-sectional view of one embodiment of the liquid crystal element of the present invention is shown in FIG. In FIG. 1, the size, number and position of each element shown are relative and not absolute. In the liquid crystal element 1, a pair of substrates 2 and 8 are disposed to face each other at an interval of 1 to 50 μm via a spacer or the like (not shown), and a liquid crystal layer 5 is provided between the pair of substrates 2 and 8. Transparent electrodes 3 and 7 are formed on the opposing surface of the substrate so that a voltage can be supplied. Layers 4 and 6 formed by connecting the silane coupling agent represented by the general formula (1) by a covalent bond are provided on the surfaces of the transparent electrodes 3 and 7. As the spacer, for example, those described in pages 257 to 262 of “Liquid Crystal Device Handbook” (edited by Japan Society for the Promotion of Science 142nd Committee, Nikkan Kogyo Shimbun, 1989) can be used.

本発明の液晶素子は、単純マトリックス駆動方式あるいは薄膜トランジスタ(TFT)などを用いたアクテイブマトリックス駆動方式を用いて駆動することができる。駆動方式については、たとえば、「液晶デバイスハンドブック」(日本学術振興会第142委員会編、日刊工業新聞社、1989年)の第387〜460頁に詳細が記載され、本発明の液晶素子の駆動方法として利用できる。   The liquid crystal element of the present invention can be driven by a simple matrix driving method or an active matrix driving method using a thin film transistor (TFT). The driving method is described in detail, for example, on pages 387 to 460 of “Liquid Crystal Device Handbook” (edited by the 142th Committee of the Japan Society for the Promotion of Science, Nikkan Kogyo Shimbun, 1989). Available as a method.

本発明の液晶素子は、コンピューター、時計、電卓などの表示素子、電子光学シャッター、電子光学絞り、光通信光路切り替えスイッチ、光変調器などの種種の電子光学デバイスとして好適に利用することができる。   The liquid crystal element of the present invention can be suitably used as various types of electro-optical devices such as display elements such as computers, watches, and calculators, electro-optical shutters, electro-optical apertures, optical communication optical path switching switches, and optical modulators.

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の主旨から逸脱しない限り適宜変更することができる従って本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The materials, reagents, amounts and ratios, operations, etc. shown in the following examples can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the following specific examples. .

(合成例1:シランカップリング剤No.7の合成) (Synthesis Example 1: Synthesis of Silane Coupling Agent No. 7)

Figure 2006078830
Figure 2006078830

(ステップ1:中間体M−2の合成)
(M−1)(東京化成製)を原料として、J.Mater.Chem.,第11巻,第302〜311頁、2001年に準じて、中間体M−2を合成した。
(ステップ2:一般式(1)で表されるシランカップリング剤No.7の合成)
中間体(M−2)2.0gとアミノプロパントリメトキシシラン1.1gとを、塩化メチレン30ml中室温下で3時間攪拌した。水を添加し、有機層を酢酸エチルエステルで抽出したのち、硫酸マグネシウムで乾燥後、有機溶媒は減圧下留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製することで、本発明の化合物(No.7)2.6gを得た。NMRデータを以下に示す。
H−NMR(CDCl3):7.70(2H、d)、7.5(2H、d)、7.35(2H、b)、6.94(2H、b)、4.0(2H、m)、3.40(9H、s)、3.2(2H、m)、1.8(2H、m)、1.2−1.4(8H、m)、0.6(2H、m)。
(Step 1: Synthesis of Intermediate M-2)
(M-1) (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) Mater. Chem. 11, pp. 302-311, 2001, and intermediate M-2 was synthesized.
(Step 2: Synthesis of silane coupling agent No. 7 represented by the general formula (1))
Intermediate (M-2) (2.0 g) and aminopropanetrimethoxysilane (1.1 g) were stirred in 30 ml of methylene chloride at room temperature for 3 hours. Water was added, the organic layer was extracted with ethyl acetate, dried over magnesium sulfate, the organic solvent was distilled off under reduced pressure, and the residue was purified by silica gel column chromatography to obtain the compound of the present invention (No. 7) 2.6 g was obtained. NMR data is shown below.
H-NMR (CDCl 3 ): 7.70 (2H, d), 7.5 (2H, d), 7.35 (2H, b), 6.94 (2H, b), 4.0 (2H, m), 3.40 (9H, s), 3.2 (2H, m), 1.8 (2H, m), 1.2-1.4 (8H, m), 0.6 (2H, m) ).

(実施例1:本発明の液晶素子の作製)
本発明のシランカップリング剤(No.7) 50mgのトルエン溶液50ml 中に、透明電極としてインジウムスズオキサイド(ITO)の薄膜がついたガラス基板(10cm×10cm)(IGC社製)を浸漬させた。酢酸を一滴添加し、1時間後に基板を取り出し、アセトニトリルにて洗浄した。その後、基板を120℃10分間加熱することで、本発明の基板を作製した。
次に、ガラス基板上に、日産化学製ポリイミド水平配向膜「SE−130」を塗布した後、180℃にて焼結させた。該基板をラビング処理した後、対向基板として、前記本発明のシランカップリング剤(No.7)で表面処理された、透明電極付きガラス基板とを対向させ、直径17μmのアルミニウム球入りエポキシ樹脂接着剤により周辺をシールしてセルを形成した。その後、前記一対の基板間に、ホスト液晶として誘電率異方性が正のシアノ系ネマチック液晶5CB(東京化成社製)及び1wt%の割合で下記二色性色素を含む液をセルの液晶注入口より注入した。得られた液晶セルの二色性色素の濃度を、450nmの偏光で測定し(UV3100、島津製作所製可視吸収スペクトル計)、電圧無印加時と印加時(交流20V、60Hz)における吸収濃度比(=(電圧印加時の吸光度)/(電圧無印加時の吸光度))を求めた。得られた結果を表1に示す。
(Example 1: Production of liquid crystal element of the present invention)
A glass substrate (10 cm × 10 cm) (made by IGC) with a thin film of indium tin oxide (ITO) as a transparent electrode was immersed in 50 ml of a toluene solution of 50 mg of the silane coupling agent (No. 7) of the present invention. . One drop of acetic acid was added, and after 1 hour, the substrate was taken out and washed with acetonitrile. Then, the board | substrate of this invention was produced by heating a board | substrate at 120 degreeC for 10 minute (s).
Next, a polyimide horizontal alignment film “SE-130” manufactured by Nissan Chemical Industries was applied on a glass substrate, and then sintered at 180 ° C. After rubbing the substrate, as a counter substrate, the glass substrate with a transparent electrode surface-treated with the silane coupling agent (No. 7) of the present invention is faced, and an epoxy resin adhesive containing aluminum spheres having a diameter of 17 μm is used. The periphery was sealed with an agent to form a cell. Thereafter, between the pair of substrates, a cyano nematic liquid crystal 5CB having a positive dielectric anisotropy as a host liquid crystal (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and a liquid containing the following dichroic dye at a ratio of 1 wt% are supplied into the cell liquid crystal. Injected from the inlet. The concentration of the dichroic dye in the obtained liquid crystal cell was measured with a polarized light of 450 nm (UV3100, visible absorption spectrometer manufactured by Shimadzu Corporation), and the absorption concentration ratio when no voltage was applied and when applied (AC 20 V, 60 Hz) ( = (Absorbance when voltage is applied) / (absorbance when no voltage is applied)). The obtained results are shown in Table 1.

Figure 2006078830
Figure 2006078830

(比較例1:比較の液晶素子の作製)
次に、前記シランカップリング剤(No.7)の代わりに、オクタデシルトリメトキシシラン(アズマックス社製)を用いた以外は、実施例1と同様の方法により基板を作製した。この基板を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、比較例用の液晶素子を作製し、その吸収濃度比を同様に測定した。得られた結果を表1に示す。
(Comparative Example 1: Production of comparative liquid crystal element)
Next, a substrate was produced in the same manner as in Example 1 except that octadecyltrimethoxysilane (manufactured by Azmax Co.) was used instead of the silane coupling agent (No. 7). A liquid crystal device for a comparative example was produced in the same manner as in Example 1 except that this substrate was used, and the absorption concentration ratio was similarly measured. The obtained results are shown in Table 1.

(実施例2)
ホスト液晶として、誘電率異方性が正のフッ素系ネマチック液晶ZLI−5081(メルク社製)を用いた以外は、実施例1と同様の方法により、本発明の液晶素子を作製し、その吸収濃度比を同様に測定した。得られた結果を表1に示す。
(比較例2)
ホスト液晶として、誘電率異方性が正のフッ素系ネマチック液晶ZLI−5081(メルク社製)を用いた以外は、比較例1と同様の方法により、比較例用の液晶素子を作製し、その吸収濃度比を測定した。得られた結果を表1に示す。
(Example 2)
A liquid crystal device of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that fluorine nematic liquid crystal ZLI-5081 (manufactured by Merck) having positive dielectric anisotropy was used as the host liquid crystal, and its absorption The concentration ratio was measured in the same manner. The obtained results are shown in Table 1.
(Comparative Example 2)
A liquid crystal element for a comparative example was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that a fluorine-based nematic liquid crystal ZLI-5081 (manufactured by Merck) having a positive dielectric anisotropy was used as the host liquid crystal. The absorption concentration ratio was measured. The obtained results are shown in Table 1.

Figure 2006078830
Figure 2006078830

表1に示した結果から明らかなように、シランカップリグ剤No.7で表面修飾された基板を用いた本発明の液晶素子は、従来のシランカップリング剤で表面処理された基板を用いた比較例用の液晶素子と比較して、吸収濃度比が高くなることがわかる。ホスト液晶として、シアノ系液晶ならびにフッ素液晶いずれの場合にも、高い吸収濃度比を与える。   As is apparent from the results shown in Table 1, silane coupling agent No. The liquid crystal device of the present invention using the substrate surface-modified with 7 has a higher absorption concentration ratio than the liquid crystal device for the comparative example using the substrate surface-treated with the conventional silane coupling agent. I understand. As the host liquid crystal, a high absorption concentration ratio is given both in the case of cyano liquid crystal and fluorine liquid crystal.

即ち、本発明によれば、特定のシランカップリング剤で処理された基板を用いることで、表示品位の高い液晶表示素子が得られ、種々の装置に有効に使用できる。例えば、卓上計算機、腕時計、置時計、係数表示板、ワードプロセッサ、パーソナルコンピューター、液晶テレビ等の表示装置に好適に用いられ、その応用範囲はひろい。   That is, according to the present invention, a liquid crystal display element with high display quality can be obtained by using a substrate treated with a specific silane coupling agent, and can be used effectively in various devices. For example, it is suitably used for display devices such as desk calculators, watches, table clocks, coefficient display boards, word processors, personal computers, liquid crystal televisions, etc., and its application range is wide.

本発明の液晶表示素子の一実施形態の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of one Embodiment of the liquid crystal display element of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 液晶表示素子
2 基板
3 電極層
4 シランカップリング剤が共有結合で連結された層
5 液晶層
6 シランカップリング剤が共有結合で連結された層
7 電極層
8 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid crystal display element 2 Board | substrate 3 Electrode layer 4 The layer in which the silane coupling agent was connected by the covalent bond 5 The liquid crystal layer 6 The layer in which the silane coupling agent was connected by the covalent bond 7 Electrode layer 8 Substrate

Claims (4)

基板と、該基板に支持される液晶層とを有し、前記基板が、下記一般式(1)で表されるシランカップリング剤が共有結合により固定された基板である液晶素子:
Figure 2006078830
式中、X1、X2、X3及びX4は各々水素原子又は置換基を表し、R1はニトロ基、ハロゲン原子、シアノ基、又は置換もしくは無置換のアルコキシ基を表し、L1は2価の連結基を表し、Y1、Y2及びY3は各々置換基を表すが、少なくとも一つは離脱基である。
A liquid crystal element having a substrate and a liquid crystal layer supported by the substrate, wherein the substrate is a substrate to which a silane coupling agent represented by the following general formula (1) is fixed by a covalent bond:
Figure 2006078830
In the formula, each of X 1 , X 2 , X 3 and X 4 represents a hydrogen atom or a substituent, R 1 represents a nitro group, a halogen atom, a cyano group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group, and L 1 represents A divalent linking group is represented, and Y 1 , Y 2 and Y 3 each represent a substituent, but at least one is a leaving group.
前記一般式(1)中、X1、X2、X3及びX4が水素原子であり、R1がシアノ基である請求項1に記載の液晶素子。 2. The liquid crystal device according to claim 1, wherein, in the general formula (1), X 1 , X 2 , X 3 and X 4 are hydrogen atoms, and R 1 is a cyano group. ゲストホスト方式の液晶素子である請求項1又は2に記載の液晶素子。 The liquid crystal element according to claim 1, which is a guest host type liquid crystal element. 前記シランカップリング剤が共有結合により固定された基板が、透明電極基板である請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶素子。 The liquid crystal element according to claim 1, wherein the substrate on which the silane coupling agent is fixed by a covalent bond is a transparent electrode substrate.
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