JP4515059B2 - Dichroic azo dye for liquid crystal and production method thereof - Google Patents
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- Liquid Crystal (AREA)
Description
本発明は二色性を示す、液晶用アゾ色素、及びその製造法に関する。 The present invention relates to an azo dye for liquid crystal exhibiting dichroism and a method for producing the same.
液晶表示装置は、その省スペース・軽量という特徴によりノート型パソコンの表示装置等として広く用いられており、さらに近年はCRTに代わってデスクトップ型モニターとしても使用されるなど、その利用範囲は年々拡大している。これらの液晶表示装置に用いられる液晶素子としては、バックライトを用いる透過型素子がその大半を占めている。しかし、近年開発が盛んな携帯情報端末(PDA)は限られた容量のバッテリーで長時間駆動が可能である必要があるため、消費電力の少ない表示素子が求められている。そのための表示素子としては、バックライトを用いない低消費電力型の反射型素子が好ましいが、なかでも二色性色素を含有するゲストホスト液晶組成物を用いた表示素子(以下、ゲストホスト型表示素子という。)は、偏光板を用いないために光の利用効率が高く、かつ明るい表示が得られるなど、反射型素子として優れた点を有する。 Liquid crystal display devices are widely used as display devices for notebook personal computers due to their space-saving and lightweight features, and in recent years they are also used as desktop monitors in place of CRTs. is doing. Most of the liquid crystal elements used in these liquid crystal display devices are transmissive elements using a backlight. However, recently developed personal digital assistants (PDAs) need to be able to be driven for a long time with a battery with a limited capacity, and thus a display element with low power consumption is required. As a display element for that purpose, a low power consumption type reflection type element that does not use a backlight is preferable. Among them, a display element using a guest host liquid crystal composition containing a dichroic dye (hereinafter referred to as a guest host type display). The element is excellent as a reflection type element because it does not use a polarizing plate and has high light utilization efficiency and a bright display.
消費電力が低く、しかも明るくかつコントラストが高い表示が可能な反射型液晶素子を製造するためには、上記のゲストホスト液晶組成物に対してはオーダーパラメーターが高いことが求められ、かつ、用いる液晶に対する二色性色素の溶解度が高いこと等の種々の条件を満足することが必要である。すなわち、ゲストホスト液晶組成物のオーダーパラメーター及び二色性色素の液晶に対する溶解度は、その液晶組成物を用いたホストゲスト表示素子のコントラスト及び色再現性等の表示品位に大きな影響を及ぼす。このうち、コントラストは、液晶組成物中における二色性色素の濃度を高くすることによって向上させることができるが、それに伴って抜け色の透過率(又は反射率)が低下してゲストホスト型表示素子の特徴である表示の明るさが損なわれてしまう。したがって、液晶の表示の明るさとコントラストの高さとを両立させるためには、ゲストホスト液晶組成物のオーダーパラメーターを高くするとともに、液晶に対する二色性色素の溶解度を高めることが必要である。 In order to produce a reflective liquid crystal element that is low in power consumption, bright, and capable of displaying high contrast, the guest host liquid crystal composition is required to have high order parameters, and the liquid crystal used It is necessary to satisfy various conditions such as high solubility of the dichroic dye for the. That is, the order parameter of the guest-host liquid crystal composition and the solubility of the dichroic dye in the liquid crystal greatly affect display quality such as contrast and color reproducibility of the host-guest display element using the liquid crystal composition. Among these, the contrast can be improved by increasing the concentration of the dichroic dye in the liquid crystal composition, but the transmittance (or reflectance) of the missing color is lowered accordingly, and the guest-host display The brightness of the display, which is a feature of the element, is impaired. Therefore, in order to achieve both the brightness of the liquid crystal display and the high contrast, it is necessary to increase the order parameter of the guest-host liquid crystal composition and increase the solubility of the dichroic dye in the liquid crystal.
液晶表示素子に用いるためのアゾ系二色性色素はこれまで多くのものが知られている(例えば、特開平11−228967号公報、特開2000−236994号公報参照)が、構造が複雑であったり、高価な原料を用いる必要があるなどの欠点を有し、さらにホスト液晶に対する溶解性も充分高いものとはいえなかった。 Many azo dichroic dyes for use in liquid crystal display elements have been known so far (see, for example, JP-A Nos. 11-228967 and 2000-236994), but the structure is complicated. And disadvantages such as the need to use expensive raw materials, and the solubility in the host liquid crystal was not sufficiently high.
ところで、表示容量の大きなアクティブマトリクス駆動によって液晶表示する場合に用いられる液晶材料としては、従来から公知のシアノ基を含む液晶材料(以下、シアノ系液晶材料という。)に代えて、フッ素原子、トリフルオロメチル基等のフルオロメチル基、及びトリフルオロメトキシ基等のフルオロメトキシ基等のフッ素原子を含む置換基を有し、イオン性不純物を含みにくいフッ素系液晶材料が用いられている。これはアクティブ駆動に必要とされる高い電圧保持率を、液晶表示素子において実現するためである。しかし一般的に、二色性色素は従来のシアノ系液晶材料に比較して前記フッ素系液晶材料に対する溶解度が低く、特に高いオーダーパラメーターを発現できる二色性色素はフッ素系液晶材料に対する溶解度が著しく低かった(例えば、特開2000−239664号公報参照)。このため、二色性色素及びフッ素系液晶材料を用いる場合、高いオーダーパラメーターを有するゲストホスト液晶組成物を開発することは困難だった。 By the way, as a liquid crystal material used for liquid crystal display by active matrix driving having a large display capacity, a conventionally known liquid crystal material containing a cyano group (hereinafter referred to as a cyano liquid crystal material) is used instead of a fluorine atom, Fluorine-based liquid crystal materials that have a substituent containing a fluorine atom such as a fluoromethyl group such as a fluoromethyl group and a fluoromethoxy group such as a trifluoromethoxy group and are less likely to contain ionic impurities are used. This is to achieve a high voltage holding ratio required for active driving in the liquid crystal display element. However, in general, dichroic dyes have lower solubility in the fluorinated liquid crystal material than conventional cyano liquid crystal materials, and dichroic dyes that can express particularly high order parameters have significantly higher solubility in fluorinated liquid crystal materials. It was low (for example, refer Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-239664). For this reason, it has been difficult to develop a guest-host liquid crystal composition having a high order parameter when using a dichroic dye and a fluorine-based liquid crystal material.
本発明は、液晶材料、特にフッ素系液晶材料に対して充分な溶解性を有する二色性色素及びその製造法を提供するとともに、その二色性色素を用いた、高いオーダーパラメーターを有するカラー液晶組成物及び高いコントラストを有する液晶表示素子を提供しようとするものである。 The present invention provides a dichroic dye having sufficient solubility in a liquid crystal material, particularly a fluorine-based liquid crystal material, and a method for producing the same, and a color liquid crystal having a high order parameter using the dichroic dye. It is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device having a composition and high contrast.
本発明の液晶用二色性アゾ色素は、以下の式(I)〜(IX):
また、本発明の上記液晶用二色性アゾ色素の第一の好ましい製造法は、以下の式(2):
で表されるアクリロニトリル誘導体をジアゾ化して得られたジアゾニウム塩を、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有しないアゾ成分とカップリングさせることを特徴とするものである。
The first preferred production method of the dichroic azo dye for liquid crystal of the present invention is represented by the following formula (2):
A diazonium salt obtained by diazotizing the acrylonitrile derivative represented by the formula (1) is coupled with an azo component having no diazotizable primary amino group.
さらに、本発明の上記液晶用二色性アゾ色素の第二の好ましい製造法は、以下のステップ:
(ステップ1):以下の式(2):
で表されるアクリロニトリル誘導体をジアゾ化してジアゾニウム塩とする;
(ステップ2):前ステップで得られたジアゾニウム塩を、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有するアゾ成分とカップリング反応させて、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有するカップリング生成物を得る;
(ステップ3):前ステップで得られた、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有するカップリング生成物をジアゾ化してジアゾニウム塩とする;及び
(ステップ4):前ステップで得られたジアゾニウム塩を、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有しないアゾ成分とカップリング反応させる;
を含み、前記ステップ1を行った後、前記ステップ2及び3をn回(nは1以上の整数を表す。)この順番に順次行い、最後に前記ステップ4を行うことを特徴とするものである。
なお、本明細書中、アゾ成分とは、ジアゾニウム塩と反応してアゾ化合物を生成しうる化合物をいう。
Furthermore, the second preferred method for producing the dichroic azo dye for liquid crystal of the present invention includes the following steps:
(Step 1): Formula (2) below:
A diazonium salt of an acrylonitrile derivative represented by the formula:
(Step 2): Coupling product having a diazotizable primary amino group by coupling reaction of the diazonium salt obtained in the previous step with an azo component having a diazotizable primary amino group To obtain
(Step 3): The coupling product having a diazotizable primary amino group obtained in the previous step is diazotized into a diazonium salt; and (Step 4): The diazonium salt obtained in the previous step. Coupling reaction with an azo component which does not have a diazotizable primary amino group;
After performing step 1, the steps 2 and 3 are performed n times (n represents an integer of 1 or more) sequentially in this order, and finally the step 4 is performed. is there.
In the present specification, the azo component refers to a compound that can react with a diazonium salt to form an azo compound.
本発明者らは、ホスト液晶としてフッ素系液晶材料を用いたゲストホスト液晶組成物のオーダーパラメーターが充分な大きさを有しないために、ゲストホスト型表示素子のコントラストが高くならないという問題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の分子構造を有するアゾ系二色性色素がフッ素系液晶材料に対する高い溶解度を有し、かつ、その二色性色素をフッ素系液晶材料と併用することによりゲストホスト液晶組成物のオーダーパラメーターの値を高くすることができることを見出し、本発明を完成させたものである。 The inventors have solved the problem that the order parameter of a guest-host liquid crystal composition using a fluorine-based liquid crystal material as a host liquid crystal does not have a sufficient size, so that the contrast of the guest-host display device does not increase. As a result of intensive studies, an azo dichroic dye having a specific molecular structure has high solubility in a fluorinated liquid crystal material, and the dichroic dye is used in combination with a fluorinated liquid crystal material to provide a guest-host liquid crystal The inventors have found that the value of the order parameter of the composition can be increased and completed the present invention.
本発明の二色性アゾ色素を用いることにより、高いオーダーパラメーターを有するゲストホスト液晶組成物を得ることができ、このホストゲスト液晶組成物を用いた液晶表示素子はコントラストの高い表示をすることができるという効果を有する。 By using the dichroic azo dye of the present invention, a guest-host liquid crystal composition having a high order parameter can be obtained, and a liquid crystal display device using this host-guest liquid crystal composition can display with high contrast. It has the effect of being able to.
本発明の液晶用二色性アゾ色素は、その分子構造中に下記式(1):
たとえば、上記式(1)においてAがフェニルの場合、上記式(1)の残基は以下の式(1b):
本発明の二色性アゾ色素において、上記式(1)で表される残基が結合される化合物は特に限定されるものではないが、芳香族化合物及び芳香族アゾ化合物からなる群から選ばれる化合物が好ましい。この芳香族化合物としては、例えばジアルキルアミノベンゼン、モノアルキルアミノベンゼン等のモノ又はジアルキルアミノ基を有する芳香族化合物が好ましく、前記モノ又はジアルキルアミノ基のアルキル基が、炭素数4以下のアルキル基であることが特に好ましい。さらに前記芳香族化合物がモノ又はジアルキルアミノ基等の置換基を有するベンゼン系化合物の場合、そのベンゼン系化合物が元々有していた置換基に対して、上記式(1)で表される残基が、その置換基のパラ位に結合されることが特に好ましい。また、前記式(1)で表される残基が結合される芳香族化合物が、置換基を有するナフタレン系芳香族化合物の場合、そのナフタレン骨格が元々有していた置換基と上記式(1)で表される残基とが、そのナフタレン骨格の1位及び4位に配置されるように結合されることが特に好ましい。 In the dichroic azo dye of the present invention, the compound to which the residue represented by the formula (1) is bonded is not particularly limited, but is selected from the group consisting of an aromatic compound and an aromatic azo compound. Compounds are preferred. The aromatic compound is preferably an aromatic compound having a mono- or dialkylamino group such as dialkylaminobenzene and monoalkylaminobenzene, and the alkyl group of the mono- or dialkylamino group is an alkyl group having 4 or less carbon atoms. It is particularly preferred. Further, when the aromatic compound is a benzene compound having a substituent such as a mono- or dialkylamino group, the residue represented by the above formula (1) with respect to the substituent originally possessed by the benzene compound Is particularly preferably bonded to the para-position of the substituent. When the aromatic compound to which the residue represented by the formula (1) is bonded is a naphthalene-based aromatic compound having a substituent, the substituent originally contained in the naphthalene skeleton and the above formula (1) It is particularly preferable that the residues represented by) are bonded so as to be arranged at the 1-position and 4-position of the naphthalene skeleton.
本発明の液晶用二色性アゾ色素の構造が、上記式(1)で表される残基と芳香族及び/又は複素環式アゾ化合物とが結合された構造を有する場合は、その芳香族及び/又は複素環式アゾ化合物が、複素環基、モノ又はジアルキルアミノフェニル基、及びナフタレン基からなる群から選ばれた2つ以上の基が互いにアゾ基によって連結された構造を有し、かつ、その連結された構造中に少なくとも1つの窒素含有基、例えばモノ若しくはジアルキルアミノ基、又は窒素含有複素環基が存在することが好ましい。上記芳香族及び/又は複素環式アゾ化合物として好ましい化合物としては、例えば、(p−モノ又はジアルキルアミノフェニルアゾ)−1−ナフタレン、(p−モノ又はジアルキルアミノフェニルアゾ)−1−ナフタレン−4−アゾ−1'−ナフタレン、及びユロリジニルアゾ−1−ナフタレン等が挙げられる。したがって、本発明の好ましい液晶用二色性アゾ色素としては、上記アゾ化合物に上記式(1)で表される残基が結合された構造を有する化合物が例示できる。 When the structure of the dichroic azo dye for liquid crystal of the present invention has a structure in which the residue represented by the above formula (1) and an aromatic and / or heterocyclic azo compound are bonded, the aromatic And / or the heterocyclic azo compound has a structure in which two or more groups selected from the group consisting of a heterocyclic group, a mono- or dialkylaminophenyl group, and a naphthalene group are connected to each other by an azo group, and Preferably, at least one nitrogen-containing group such as a mono- or dialkylamino group or a nitrogen-containing heterocyclic group is present in the linked structure. Preferred examples of the aromatic and / or heterocyclic azo compound include (p-mono or dialkylaminophenylazo) -1-naphthalene and (p-mono or dialkylaminophenylazo) -1-naphthalene-4. -Azo-1'-naphthalene, urolidinylazo-1-naphthalene, etc. are mentioned. Therefore, as a preferable dichroic azo dye for liquid crystal of the present invention, a compound having a structure in which the residue represented by the above formula (1) is bonded to the azo compound can be exemplified.
なお、これまで式(1)で表される残基が結合される相手の化合物の構造を説明したが、以上の説明中における式(1)で表される残基が化合物に結合されるということの意味は、本発明の液晶用二色性アゾ色素がそのように結合された構造を有する化合物であるという意味であって、実際に本発明のアゾ色素を得るための化学反応経路そのものを示したものではない。 Although the structure of the partner compound to which the residue represented by formula (1) is bound has been described so far, the residue represented by formula (1) in the above description is bound to the compound. This means that the dichroic azo dye for liquid crystal of the present invention is a compound having such a bonded structure, and the chemical reaction route itself for actually obtaining the azo dye of the present invention is described. Not shown.
本発明の液晶用二色性アゾ色素の好ましい具体例として、以下の化学式(I)〜(XI)で表される化合物が例示できるが本発明はこれらに限定されるものではない。これらの化合物は、以下に説明する二色性アゾ色素の合成法において、相当する構造を有する適当な化合物を原料として用い、適宜反応条件を選択することによって、当業者であれば容易に製造(合成)することができるものである。 Preferred specific examples of the dichroic azo dye for liquid crystal of the present invention include compounds represented by the following chemical formulas (I) to (XI), but the present invention is not limited to these. These compounds can be easily produced by those skilled in the art by appropriately selecting reaction conditions using appropriate compounds having a corresponding structure as raw materials in the synthesis method of the dichroic azo dye described below ( Can be synthesized).
さらに上記化合物(I〜XI)をフッ素系液晶材料(ZLI−4792(商品名)、E.Merck社製)中に溶解させて得られた混合物の色調、及びその混合物の可視領域における吸収極大の波長(λmax=nm)を表1に示した。なお、この吸収極大の波長は可視紫外吸収スペクトル測定装置で測定した値である。 Furthermore, the color tone of the mixture obtained by dissolving the above compounds (I to XI) in a fluorine-based liquid crystal material (ZLI-4792 (trade name), manufactured by E. Merck), and the absorption maximum in the visible region of the mixture The wavelength (λmax = nm) is shown in Table 1. The wavelength of this absorption maximum is a value measured with a visible ultraviolet absorption spectrum measuring apparatus.
次に本発明の液晶用二色性アゾ色素を製造(合成)する方法を説明する。本発明の液晶用二色性アゾ色素の製造法としては、どのような方法を用いてもよいが、以下に示す製造法(合成法)が特に好ましい。 Next, a method for producing (synthesizing) the dichroic azo dye for liquid crystal of the present invention will be described. As a method for producing the dichroic azo dye for liquid crystal of the present invention, any method may be used, but the following production method (synthesis method) is particularly preferable.
本発明の上記液晶用二色性アゾ色素の好ましい第1の製造法は、以下の式(2):
上記式(2)中のA、X、及びYは、上記において説明した式(1)のA、X、及びYとそれぞれ同じ意味を表し、好ましい基も同じである。 A, X, and Y in the formula (2) have the same meanings as A, X, and Y in the formula (1) described above, and preferred groups are also the same.
上記式(2)で表されるアクリロニトリル誘導体は、例えば特公昭47−57107号公報(特許第694279号)に記載された方法を用いて製造することができる。例えば、α−フェニル−β−(2−メトキシ−4−アミノフェニル)−アクリロニトリルは以下に示すようにして合成できる。 The acrylonitrile derivative represented by the above formula (2) can be produced, for example, using the method described in Japanese Patent Publication No. 47-57107 (Patent No. 694279). For example, α-phenyl-β- (2-methoxy-4-aminophenyl) -acrylonitrile can be synthesized as shown below.
2−メトキシ−4−ニトロトルエン(30g)を95%エチルアルコール(200g)に溶解した液を加熱して沸騰させ、攪拌下で前記液に対し、結晶硫化ソーダ(18g)、苛性ソーダ(16.5g)、硫黄(8.5g)、及び水(200g)からなる液を約2時間かけて滴下する。さらに同温度で6時間攪拌した後、液を40℃まで冷却してから21.1gのベンジルシアナイドを加え、同温度で3時間攪拌した後、放冷する。析出した黄色の生成物を濾過により分別し、得られた生成物を水及び少量のエタノールで洗浄し、融点138〜139℃のα−フェニル−β−(2−メトキシ−4−アミノフェニル)−アクリロニトリルの結晶(25.5g)を得ることができる。 A solution obtained by dissolving 2-methoxy-4-nitrotoluene (30 g) in 95% ethyl alcohol (200 g) is heated to boil, and with stirring, the above-described solution is subjected to crystalline sodium sulfide (18 g), caustic soda (16.5 g). , Sulfur (8.5 g), and water (200 g) are added dropwise over about 2 hours. After further stirring for 6 hours at the same temperature, the solution was cooled to 40 ° C., 21.1 g of benzyl cyanide was added, and the mixture was stirred for 3 hours at the same temperature and then allowed to cool. The precipitated yellow product was separated by filtration, and the resulting product was washed with water and a small amount of ethanol, and α-phenyl-β- (2-methoxy-4-aminophenyl)-having a melting point of 138 to 139 ° C. Acrylonitrile crystals (25.5 g) can be obtained.
上記の製造法で用いた2−メトキシ−4−ニトロトルエンに代えて、4−ニトロトルエンを用いることにより、α−フェニル−β−(4−アミノフェニル)−アクリロニトリルを製造することができる。同様に、α−ニトロフェニル−アクリロニトリル誘導体、α−ピリジル−アクリロニトリル誘導体、α−チエニル−アクリロニトリル誘導体の合成は、上記製造法で用いるベンジルシアナイドに代えて、相当するアセトニトリル誘導体を用いることによって製造することができる。 Α-phenyl-β- (4-aminophenyl) -acrylonitrile can be produced by using 4-nitrotoluene instead of 2-methoxy-4-nitrotoluene used in the above production method. Similarly, the synthesis of α-nitrophenyl-acrylonitrile derivatives, α-pyridyl-acrylonitrile derivatives and α-thienyl-acrylonitrile derivatives is produced by using the corresponding acetonitrile derivatives instead of benzyl cyanide used in the above production method. be able to.
上記式(2)で表される化合物は第一級アミノ基を有し、例えば亜硝酸ナトリウムを用いる方法等の公知のジアゾ化反応によってジアゾニウム塩にすることができる。得られたジアゾニウム塩と、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有しないアゾ成分とをカップリング反応させることにより、上記式(1)で表される残基を有する本発明の二色性アゾ色素が合成できる。このジアゾ化反応及びカップリング反応は公知の方法であり、当業者は公知の反応剤を用いることができるほか、反応温度、反応時間等、反応収率が高くなるように適宜好ましい反応条件を定めることができる。また、上記のジアゾ化可能な第一級アミノ基を有しないアゾ成分としては、第一級アミノ基を有しない芳香族化合物又は第一級アミノ基を有しない複素環式化合物であって、ジアゾニウム塩との求電子置換反応によりアゾカップリング反応可能な化合物が挙げられる。アゾ成分として用いる前記第一級アミノ基を有しない芳香族化合物としては特に第一級アミノ基を有しないベンゼン系又はナフタレン系芳香族化合物等が好ましく、具体的には例えば、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジブチルアニリン等のN,N−ジアルキルアニリン類;及びN−メチル、N−エチル、N−ブチル等のN−モノアルキルアニリン類が好ましく、また複素環式アゾ成分としてはユロリジン等が好ましいものとして例示できる。 The compound represented by the above formula (2) has a primary amino group and can be converted into a diazonium salt by a known diazotization reaction such as a method using sodium nitrite. A dichroic azo of the present invention having a residue represented by the above formula (1) is obtained by coupling reaction of the obtained diazonium salt with an azo component having no diazotizable primary amino group. A dye can be synthesized. This diazotization reaction and coupling reaction are known methods, and those skilled in the art can use known reactants, and appropriately determine preferable reaction conditions such as reaction temperature, reaction time, etc. so as to increase the reaction yield. be able to. The azo component having no primary amino group that can be diazotized is an aromatic compound having no primary amino group or a heterocyclic compound having no primary amino group, which is a diazonium Examples thereof include compounds capable of azo coupling reaction by electrophilic substitution reaction with a salt. The aromatic compound having no primary amino group used as the azo component is particularly preferably a benzene-based or naphthalene-based aromatic compound having no primary amino group, and specifically, for example, N, N-dimethyl N, N-dialkylanilines such as aniline and N, N-dibutylaniline; and N-monoalkylanilines such as N-methyl, N-ethyl and N-butyl are preferred, and the heterocyclic azo component is urolidine. Etc. can be illustrated as preferable.
また、本発明の液晶用二色性アゾ色素の第2の製造法は、以下のステップ:
(ステップ1):下記式(2):
(ステップ2):前ステップで得られたジアゾニウム塩を、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有するアゾ成分とカップリング反応させて、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有するカップリング生成物を得る;
(ステップ3):前ステップで得られた、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有するカップリング生成物をジアゾ化してジアゾニウム塩とする;及び
(ステップ4):前ステップで得られたジアゾニウム塩を、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有しないアゾ成分とカップリング反応させる;
という各ステップを含む方法であって、上記ステップ1を行った後、上記ステップ2及び3をn回(nは1以上の整数を表す。)この順番に順次行い、最後に前記ステップ4を行うという方法である。すなわち、ステップ1→ステップ2→ステップ3→(ステップ2→ステップ3)(n−1回、nは1以上の整数を表す。)→ステップ4の順に反応を行う。全製造工程においてステップ2を2回以上含む製造法を用いる場合、ステップ2において用いるアゾ成分は、各ステップごとに所望する化合物を組み合わせて用いることができ、同じ化合物を用いることも、異なる化合物を用いることもできる。各ステップにおいては、当業者が通常行うように適宜好ましい反応剤及び反応条件を用いることができる。なお、この第2の製造法で用いる式(2)で表されるアクリロニトリル誘導体は、上記第1の製造法における式(2)のアクリロニトリル誘導体と同じである。
The second method for producing the dichroic azo dye for liquid crystal of the present invention includes the following steps:
(Step 1): Formula (2) below:
(Step 2): Coupling product having a diazotizable primary amino group by coupling reaction of the diazonium salt obtained in the previous step with an azo component having a diazotizable primary amino group To obtain
(Step 3): The coupling product having a diazotizable primary amino group obtained in the previous step is diazotized into a diazonium salt; and (Step 4): The diazonium salt obtained in the previous step. Coupling reaction with an azo component which does not have a diazotizable primary amino group;
After performing step 1 above, steps 2 and 3 are performed n times (n represents an integer of 1 or more) in this order, and finally step 4 is performed. It is a method. That is, the reaction is performed in the order of step 1 → step 2 → step 3 → (step 2 → step 3) (n−1 times, n represents an integer of 1 or more) → step 4. When using the production method including step 2 twice or more in the whole production process, the azo component used in step 2 can be used in combination with a desired compound for each step, and the same compound can be used, or different compounds can be used. It can also be used. In each step, preferable reactants and reaction conditions can be appropriately used as is usually performed by those skilled in the art. The acrylonitrile derivative represented by the formula (2) used in the second production method is the same as the acrylonitrile derivative of the formula (2) in the first production method.
この第2の製造法で用いるジアゾ化可能な第一級アミノ基を有しないアゾ成分としては、上述した第1の製造法において説明したジアゾ化可能な第一級アミノ基を有しないアゾ成分と同じ化合物を挙げることができる。 Examples of the azo component having no diazotizable primary amino group used in the second production method include the azo component having no diazotizable primary amino group described in the first production method described above. Mention may be made of the same compounds.
また、上記のジアゾ化可能な第一級アミノ基を有するアゾ成分としては、例えば、アニリン、トルイジン、キシリジン及びα−ナフチルアミン等の芳香族第一級アミン、並びに、例えば5−又は8−アミノキノリン等の第一級アミノ基含有複素環式化合物等が好ましいものとして挙げられる。 Examples of the azo component having a primary amino group capable of diazotization include aromatic primary amines such as aniline, toluidine, xylidine and α-naphthylamine, and 5- or 8-aminoquinoline. Primary amino group-containing heterocyclic compounds such as are preferable.
アゾ色素の上記第1及び第2の製造法の具体例を示す。上記式(I)で表される化合物は、α−フェニル−β−(2−メトキシ−4−アミノフェニル)−アクリロニトリルをジアゾ化し、N,N−ジエチルアミノアニリンとカップリング反応させることによって製造できる(上記第1の製造法)。また、上記式(VIII)で表される化合物は、α−フェニル−β−(4−アミノフェニル)−アクリロニトリルをジアゾ化し、α−ナフチルアミンとカップリングしてカップリング体を得、さらにこのカップリング体をジアゾ化してN,N−ジ−n−ブチルアニリンとカップリングさせることによって得られる(上記第2の製造法)。 Specific examples of the first and second production methods of the azo dye will be shown. The compound represented by the above formula (I) can be produced by diazotizing α-phenyl-β- (2-methoxy-4-aminophenyl) -acrylonitrile and coupling reaction with N, N-diethylaminoaniline ( First manufacturing method). The compound represented by the above formula (VIII) is obtained by diazotizing α-phenyl-β- (4-aminophenyl) -acrylonitrile and coupling with α-naphthylamine to obtain a coupling product. The product is obtained by diazotization and coupling with N, N-di-n-butylaniline (the second production method).
本発明のアゾ色素はいずれも二色性を示し、フッ素系液晶材料に混合して用いた場合、優れたオーダーパラメーターを有するゲストホスト液晶組成物を与えるものである。 All of the azo dyes of the present invention exhibit dichroism and provide a guest-host liquid crystal composition having excellent order parameters when used in a mixture with a fluorine-based liquid crystal material.
次に本発明の二色性アゾ色素と組み合わせて液晶組成物を調製するために用いる、好ましい液晶材料について説明する。この液晶材料としては、以下の構造式(A)〜(E):
上記式(A)〜(E)において、式:
以下に説明するように、上記の液晶化合物に本発明の二色性アゾ色素を添加して液晶組成物を調製する。さらに、上記の液晶化合物には、コレステリルノナノエートのような光学活性物質、紫外線吸収剤、酸化防止剤等の添加物を添加して用いることができ、それらの添加量も適宜好ましい量を定めることができる。 As will be described below, a liquid crystal composition is prepared by adding the dichroic azo dye of the present invention to the above liquid crystal compound. Further, the above liquid crystal compound can be used by adding an additive such as an optically active substance such as cholesteryl nonanoate, an ultraviolet absorber, an antioxidant, and the like, and the addition amount thereof is appropriately determined. Can do.
本発明の二色性アゾ色素を少なくとも一種、上記液晶化合物に公知の方法を用いて溶解させることにより、液晶組成物を容易に調製することができる。一般に、所望する色相を有する液晶組成物を得るためには、本発明のアゾ色素の2種以上を液晶材料に添加することが好ましい。また、本発明の効果を損なわない範囲で、本発明の二色性アゾ色素以外の二色性色素を本発明の二色性アゾ色素と併用して液晶組成物に用いることができる。液晶組成物を調製する場合に液晶化合物に添加する本発明の二色性アゾ色素の量は、所望する色相にしたがって適宜選択することができるが、例えば、ブラック、ブラウン、又はダークブルー等の色相を有する液晶組成物を得るためには、用いるホスト液晶化合物(液晶材料)100質量部に対して0.1〜5.0質量部であることが好ましい。 A liquid crystal composition can be easily prepared by dissolving at least one dichroic azo dye of the present invention in the above liquid crystal compound by a known method. Generally, in order to obtain a liquid crystal composition having a desired hue, it is preferable to add two or more of the azo dyes of the present invention to a liquid crystal material. In addition, a dichroic dye other than the dichroic azo dye of the present invention can be used in the liquid crystal composition in combination with the dichroic azo dye of the present invention as long as the effects of the present invention are not impaired. The amount of the dichroic azo dye of the present invention added to the liquid crystal compound when preparing the liquid crystal composition can be appropriately selected according to the desired hue, for example, a hue such as black, brown, or dark blue In order to obtain a liquid crystal composition having a content of 0.1 to 5.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the host liquid crystal compound (liquid crystal material) to be used.
このように調製された液晶組成物を、少なくとも一方が透明な一対の電極基板間に挟持することにより各種液晶表示素子を構成することができるが、そのような表示素子としては、「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、日刊工業新聞社発行、第315頁から第329頁」等に記載されているHeilmeier型ゲストホスト若しくは相転移型ゲストホスト等のゲストホスト効果、又は「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、日刊工業新聞社発行、第367頁から第370頁」等に記載されている高分子分散型ゲストホスト等のゲストホスト効果を応用した各種表示素子を例示することができる。 Various liquid crystal display elements can be constructed by sandwiching the liquid crystal composition thus prepared between a pair of electrode substrates, at least one of which is transparent. Examples of such display elements include the “Liquid Crystal Device Handbook” Guest host effect such as Heilmeier type guest host or phase transition type guest host described in the Japan Society for the Promotion of Science 142nd Committee edition, published by Nikkan Kogyo Shimbun, pages 315 to 329, etc. Various display elements applying the guest host effect such as a polymer dispersed guest host described in Device Handbook, Japan Society for the Promotion of Science 142nd edition, published by Nikkan Kogyo Shimbun, pages 367 to 370 Can be illustrated.
以上述べたとおり、本発明の二色性アゾ色素は、液晶表示素子の材料として種々のモードの素子に用いることができるが、特に本発明のアゾ色素を用いたネマチック液晶組成物中にさらに光学活性物質を加えることによって得られる相転移モードにおいては、偏光板を用いなくてもコントラストが高く明るい表示が得られることから、本発明の二色性アゾ色素を反射型液晶表示素子に用いることが特に好ましい。 As described above, the dichroic azo dye of the present invention can be used for various modes of devices as a material for a liquid crystal display element. In the phase transition mode obtained by adding an active substance, a bright display with high contrast can be obtained without using a polarizing plate. Therefore, the dichroic azo dye of the present invention can be used for a reflective liquid crystal display element. Particularly preferred.
本発明の液晶表示素子の実施態様の一例として、図1及び図2にアクティブ駆動方式の相転移モードゲストホスト型液晶表示素子の断面図を模式的に示した。図1は電圧印加状態の液晶表示素子を表し、図2は電圧無印加状態の液晶表示素子を表す。図1中、1は入射光、3はガラス基板、4は透明電極、5は配向膜、6は二色性アゾ色素分子、7は液晶分子、9は反射層、10は反射光をそれぞれ表す。 As an example of an embodiment of the liquid crystal display element of the present invention, FIG. 1 and FIG. 2 schematically show cross-sectional views of an active drive type phase transition mode guest-host type liquid crystal display element. FIG. 1 shows a liquid crystal display element in a voltage applied state, and FIG. 2 shows a liquid crystal display element in a no voltage applied state. In FIG. 1, 1 is incident light, 3 is a glass substrate, 4 is a transparent electrode, 5 is an alignment film, 6 is a dichroic azo dye molecule, 7 is a liquid crystal molecule, 9 is a reflective layer, and 10 is reflected light. .
電圧無印加時(図2)においては、ホスト液晶分子(以下、単に液晶分子とも記す。)(7)はコレステリック相を示す。二色性アゾ色素分子(6)は液晶分子(7)とともにコレステリック構造を示すので、入射光(1)が自然光であり、かつ、偏光板を用いていない場合でも、入射光(1)は二色性色素分子(6)に吸収される。一方、液晶表示素子に電圧を印加すると(図1)、液晶分子(7)と二色性アゾ色素分子(6)が電界方向に配列するため、光は液晶組成物中を透過して反射層(9)によって反射される。このように、液晶表示素子においては電圧印加の有無、すなわち電界の有無によって表示素子が光を反射(又は透過)させるか、吸収させるかを制御することができる。 When no voltage is applied (FIG. 2), host liquid crystal molecules (hereinafter also simply referred to as liquid crystal molecules) (7) exhibit a cholesteric phase. Since the dichroic azo dye molecule (6) exhibits a cholesteric structure together with the liquid crystal molecule (7), even if the incident light (1) is natural light and no polarizing plate is used, the incident light (1) is It is absorbed by the chromatic dye molecule (6). On the other hand, when a voltage is applied to the liquid crystal display element (FIG. 1), the liquid crystal molecules (7) and the dichroic azo dye molecules (6) are aligned in the direction of the electric field, so that light is transmitted through the liquid crystal composition and reflected layer. Reflected by (9). As described above, in the liquid crystal display element, it is possible to control whether the display element reflects (or transmits) or absorbs light depending on the presence / absence of voltage application, that is, the presence / absence of an electric field.
以下に実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
〔ゲストホスト液晶組成物を用いた液晶素子の作成、及びオーダーパラメーターの測定〕
(液晶組成物の調製)
以下の実施例1〜4、及び比較例に示すようにゲストホスト型液晶組成物を調製した。なお、以下の化合物I〜XIは、本発明の二色性アゾ色素の好ましい例として上記構造式I〜XIで示した化合物と同じものである。
The present invention will be described below based on examples, but the present invention is not limited to the examples.
[Creation of liquid crystal element using guest-host liquid crystal composition and measurement of order parameter]
(Preparation of liquid crystal composition)
As shown in the following Examples 1 to 4 and Comparative Examples, guest-host type liquid crystal compositions were prepared. The following compounds I to XI are the same as the compounds represented by the above structural formulas I to XI as preferred examples of the dichroic azo dye of the present invention.
[実施例1〜4、及び比較例]
各実施例及び比較例ごとに、以下に記載した化合物の各記載量を、フッ素系化合物を主成分として含む液晶混合物であるZLI−4792(商品名、E.Merck社製)100gに溶解し、液晶組成物を調製した。したがって、各液晶組成物中には二色性アゾ色素が4種含まれている。得られたそれぞれの液晶組成物を「実施例1」〜「実施例4」又は「比較例」の液晶組成物という。
[Examples 1 to 4 and Comparative Example]
For each example and comparative example, each described amount of the compound described below is dissolved in 100 g of ZLI-4792 (trade name, manufactured by E. Merck), which is a liquid crystal mixture containing a fluorine-based compound as a main component, A liquid crystal composition was prepared. Therefore, each liquid crystal composition contains four types of dichroic azo dyes. The obtained liquid crystal compositions are referred to as “Example 1” to “Example 4” or “Comparative Example” liquid crystal compositions.
[実施例1] 化合物I 0.4g、
化合物VIII 0.7g、
化合物IX 0.5g、
及び化合物XI 0.4g。
Example 1 0.4 g of compound I
0.7 g of compound VIII,
Compound IX 0.5 g,
And Compound XI 0.4 g.
[実施例2] 化合物II 0.5g、
化合物III 0.5g、
化合物V 0.4g、
及び化合物X 0.7g。
Example 2 0.5 g of compound II
0.5 g of compound III,
0.4 g of compound V,
And 0.7 g of compound X.
[実施例3] 化合物I 0.4g、
化合物IV 0.5g、
化合物VII 0.5g、
及び化合物VIII 0.7g。
Example 3 0.4 g of compound I
Compound IV 0.5g,
0.5 g of compound VII,
And 0.7 g of compound VIII.
[実施例4] 化合物I 0.4g、
化合物VI 0.5g、
化合物IX 0.5g、
及び化合物XI 0.7g。
Example 4 0.4 g of compound I
0.5 g of compound VI,
Compound IX 0.5 g,
And Compound XI 0.7 g.
[比較例]
下記構造式:
下記構造式:
下記構造式:
下記構造式:
下記構造式:
なお、上記比較例の処方は、市販のアゾ系二色性色素とアントラキノン系二色性色素を用いた一般的な処方の一つである。
[Comparative example]
The following structural formula:
The following structural formula:
The following structural formula:
The following structural formula:
The prescription of the comparative example is one of general prescriptions using a commercially available azo dichroic dye and anthraquinone dichroic dye.
各実施例及び比較例において調製した液晶組成物の特性を測定するために用いた液晶表示素子は、Np型液晶組成物を用いたHeilmeierモードの透過型液晶素子であり、図3及び図4はその液晶素子の断面を概念的に示した図である。図3及び図4中で番号を記したものは、上記図1及び図2に記した同じ番号のものと同じであり、説明を省略する。図3及び図4中、2は偏光板、8は透過光を表す。 The liquid crystal display elements used for measuring the characteristics of the liquid crystal compositions prepared in each Example and Comparative Example are Heilmeier mode transmissive liquid crystal elements using an Np type liquid crystal composition, and FIG. 3 and FIG. It is the figure which showed notionally the cross section of the liquid crystal element. 3 and 4 are the same as those shown in FIGS. 1 and 2 and are not described here. 3 and 4, 2 represents a polarizing plate, and 8 represents transmitted light.
本実施例及び比較例で用いた液晶素子は、図3及び図4に示すように、ガラス基板(3)の片面に透明電極(4)を有し、さらにその透明電極(4)の表面に配向膜(5)を有する2枚のガラス基板を、配向膜(5)を内側に向けて対向配置し、さらにこのセルの片方のガラス基板の外側面であって光が入射する側の面に偏光板(2)を配置して構成したものである。前記配向膜(5)は、ガラス基板の透明電極(4)上にポリイミド系樹脂溶液を塗布して乾燥させた後、ラビングしてホモジニアス配向処理したものである。このセルの中に上記実施例1〜4又は比較例の液晶組成物を封入してそれぞれの液晶組成物を含む液晶素子を作製した。 As shown in FIGS. 3 and 4, the liquid crystal element used in this example and the comparative example has a transparent electrode (4) on one side of a glass substrate (3), and further on the surface of the transparent electrode (4). Two glass substrates having an alignment film (5) are arranged opposite to each other with the alignment film (5) facing inward, and further on the outer surface of the glass substrate on one side of the cell where light enters. A polarizing plate (2) is arranged. The alignment film (5) is obtained by applying a polyimide resin solution on a transparent electrode (4) of a glass substrate and drying it, followed by rubbing and homogeneous alignment treatment. In this cell, the liquid crystal compositions of Examples 1 to 4 or Comparative Examples were sealed to prepare liquid crystal elements including the respective liquid crystal compositions.
[オーダーパラメーターの測定]
上記の各液晶素子を用いてオーダーパラメーターの測定を行った。
この液晶素子においては、電圧無印加(図4)の場合、液晶分子は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り、色素分子もホスト液晶分子と同じ配向をとる。オーダーパラメーターの測定は、液晶素子に電圧を印加しない状態で、液晶素子に光を透過させたときの光吸収スペクトルを測定し、液晶組成物中の色素の吸光度を測定することによって行った。
[Measurement of order parameters]
The order parameter was measured using each liquid crystal element described above.
In this liquid crystal element, when no voltage is applied (FIG. 4), the liquid crystal molecules are in a homogeneous alignment state parallel to the electrode surface and arranged in a certain direction, and the dye molecules have the same alignment as the host liquid crystal molecules. The measurement of the order parameter was performed by measuring the light absorption spectrum when light was transmitted through the liquid crystal element without applying a voltage to the liquid crystal element, and measuring the absorbance of the dye in the liquid crystal composition.
液晶素子の光吸収スペクトルの測定は、液晶分子の配向方向に対して平行に偏光した光、又は垂直に偏光した光を用いた2通りで行った。すなわち、液晶分子の配向方向に対して平行に偏光した光に対する色素の吸光度(A//)、及び液晶分子の配向方向に対して垂直に偏光した光に対する色素の吸光度(A⊥)を測定した。色素の吸光度を測定するにあたっては、ホスト液晶組成物及びガラス基板による光の吸収、及び素子自身の反射による光の損失に関する補正を行い、色素のみによる吸光度を算出した。 The light absorption spectrum of the liquid crystal element was measured in two ways using light polarized parallel to the alignment direction of liquid crystal molecules or light polarized perpendicularly. That is, the absorbance (A //) of the dye with respect to light polarized parallel to the alignment direction of the liquid crystal molecules and the absorbance (A⊥) of the dye with respect to light polarized perpendicular to the alignment direction of the liquid crystal molecules were measured. . In measuring the absorbance of the dye, correction was made for light absorption by the host liquid crystal composition and the glass substrate and light loss due to reflection of the element itself, and the absorbance by the dye alone was calculated.
実施例1〜4及び比較例の液晶組成物を用いた各液晶素子について、A//及びA⊥を測定し、得られたスペクトルをもとに、450nm、500nm、550nm、600nm、及び650nmの波長におけるオーダーパラメーターS(S値)を下記式:
S=(A//−A⊥)/(2A⊥+A//)
を用いて算出した。
得られた結果を表2に示した。
For each liquid crystal element using the liquid crystal compositions of Examples 1 to 4 and Comparative Example, A // and A⊥ were measured, and based on the obtained spectra, 450 nm, 500 nm, 550 nm, 600 nm, and 650 nm The order parameter S (S value) at the wavelength is expressed by the following formula:
S = (A // − A⊥) / (2A⊥ + A //)
It calculated using.
The obtained results are shown in Table 2.
表2に示したとおり、本発明の二色性アゾ色素を用いた液晶組成物は各波長において、従来用いられている色素に比べて0.02〜0.06高いオーダーパラメーター(S値)を有し、さらに本発明の二色性アゾ色素を用いた液晶組成物を用いて作成された液晶表示素子は、従来公知の液晶組成物を用いて作成された液晶表示素子より顕著に優れた視認性を有することが視覚的に観察できた。 As shown in Table 2, the liquid crystal composition using the dichroic azo dye of the present invention has an order parameter (S value) 0.02 to 0.06 higher than the conventionally used dye at each wavelength. Furthermore, the liquid crystal display element produced using the liquid crystal composition using the dichroic azo dye of the present invention has a significantly superior visual recognition than the liquid crystal display element produced using the conventionally known liquid crystal composition It was visually observable to have sex.
本発明の二色性アゾ色素は、液晶材料用二色性アゾ色素として用いることができ、特にフッ素系液晶材料を用いたカラー液晶組成物に用いるための色素として優れている。さらに本発明の二色性アゾ色素を用いたカラー液晶組成物は液晶表示素子に用いることができる。 The dichroic azo dye of the present invention can be used as a dichroic azo dye for liquid crystal materials, and is particularly excellent as a dye for use in a color liquid crystal composition using a fluorine-based liquid crystal material. Furthermore, the color liquid crystal composition using the dichroic azo dye of the present invention can be used for a liquid crystal display device.
1…入射光
2…偏光板
3…ガラス基板
4…透明電極
5…配向膜
6…二色性アゾ色素分子
7…ホスト液晶分子
8…透過光
9…反射層
10…反射光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Incident light 2 ... Polarizing plate 3 ... Glass substrate 4 ... Transparent electrode 5 ... Orientation film 6 ... Dichroic azo dye molecule 7 ... Host liquid crystal molecule 8 ... Transmitted light 9 ... Reflective layer 10 ... Reflected light
Claims (3)
で表されるアクリロニトリル誘導体をジアゾ化して得られたジアゾニウム塩を、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有しないアゾ成分とカップリングさせることを特徴とする請求項1記載の液晶用二色性アゾ色素の製造法。 The following formula (2):
A dichroic salt for liquid crystal according to claim 1, wherein a diazonium salt obtained by diazotizing the acrylonitrile derivative represented by formula (1) is coupled with an azo component having no diazotizable primary amino group. A manufacturing method of azo dyes.
(ステップ1):以下の式(2):
で表されるアクリロニトリル誘導体をジアゾ化してジアゾニウム塩とする;
(ステップ2):前ステップで得られたジアゾニウム塩を、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有するアゾ成分とカップリング反応させて、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有するカップリング生成物を得る;
(ステップ3):前ステップで得られたジアゾ化可能な第一級アミノ基を有するカップリング生成物をジアゾ化してジアゾニウム塩とする;及び
(ステップ4):前ステップで得られたジアゾニウム塩を、ジアゾ化可能な第一級アミノ基を有しないアゾ成分とカップリング反応させる;
を含み、前記ステップ1を行った後、前記ステップ2及び3をn回(nは1以上の整数を表す。)この順番で順次行い、最後に前記ステップ4を行うことを特徴とする請求項1に記載の液晶用二色性アゾ色素の製造法。 The following steps:
(Step 1): Formula (2) below:
A diazonium salt of an acrylonitrile derivative represented by the formula:
(Step 2): Coupling product having a diazotizable primary amino group by coupling reaction of the diazonium salt obtained in the previous step with an azo component having a diazotizable primary amino group To obtain
(Step 3): The coupling product having a diazotizable primary amino group obtained in the previous step is diazotized to form a diazonium salt; and (Step 4): The diazonium salt obtained in the previous step is converted into a diazonium salt. Coupling reaction with an azo component having no diazotizable primary amino group;
The step 2 and the step 3 are performed n times (n represents an integer of 1 or more) sequentially in this order, and the step 4 is finally performed. 2. A process for producing a dichroic azo dye for liquid crystal according to 1.
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