JPH0454714B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はカラー表示可能な液晶表示素子に用い
るゲスト−ホスト型液晶組成物と、これを用いて
構成したゲスト−ホスト型液晶表示素子に関す
る。 ゲスト−ホスト型液晶組成物は母体となるホス
ト液晶中に、ゲスト物質である多色性色素を溶解
させた液晶組成物である。そしてこの多色性色素
にはホスト液晶中での高いオーダー・パラメータ
ー（以下、Ｓと記す。）が要求される。 Ｓはホスト液晶分子の配向方向に対する色素分
子吸収軸の平行度を表わし、素子の表示コントラ
ストを支配する量である。平行二色性を有する多
色性色素の場合には、その値が理論上の最大値で
ある１に近づく程、白ぬけ部分の残色度が減少
し、明るくコントラストの大きい鮮明な表示が可
能となる。多色性色素に要求されるＳ値は、その
色素を用いた液晶表示素子の用途や使用条件に応
じて様々であり、特定し難い。通常は、使用目的
に適したホスト液晶中において、室温付近ででき
れば0.5以上が望ましい。 多色性色素の分子構造とその諸特性との関係に
ついてはまだ充分には究明されていない。希望す
る色相においてより高いＳ値を有する多色性色素
を選択することは困難な作業であり、公知の材料
から類推することも困難な作業である。 特にゲスト−ホスト型液晶組成物の組成成分と
して橙色系色素は知られていない。 従来、黒色表示を行う場合には、少なくとも黄
色系色素、赤色系色素、青色系色素の３成分を必
要としていた。若し適当な橙色系色素を得ること
ができれば、青色系色素と組み合わせることによ
つて２成分の色素のみで黒色表示が可能となる。
つまりカラー液晶表示素子の製造コストが低減
し、プロセスが簡略化するであろうとの期待が持
たれる。 本発明の目的は、単一成分で橙色系色相を呈す
る多色性色素を含みかつ表示コントラストに優れ
たゲスト−ホスト型液晶組成物及び液晶表示素子
を提供するにある。 本発明のゲスト−ホスト型液晶組成物は、多色
性色素が橙色系色素を含むことを特徴とする。勿
論他の色相を呈するゲスト物質例えば青色系色素
との併用も本発明の範囲にある。この場合には黒
色表示が２つの色素の調色で完成する。本発明者
等は橙色系色素としてフタロペリノン系色素が最
も有効であることを確認した。フタロペリノン系
色素の内、Ｓ値に優れたものは次の一般式〔〕で
示される色素である。 （式中、R¹はアルキル基またはアルキル基、ア
ルコキシ基もしくはフエニル基で置換されていて
もよいフエニル基を示し、Ｂは−COO−、−OCO
−、−COS−、−OCH₂−、−CONR²−（R²は水素
原子又はメチル基を示す。）の基を示し、X¹，X²
は水素原子、

【式】の基、

【式】 の基を示す。） 一般式〔〕におけるR¹の具体例としては、炭素
原子数３〜18の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基
で置換されたフエニル基；フエニル基、ブチルフ
エニル基、オクチルフエニル基、ブトキシフエニ
ル基、ヘプチルオキシフエニル基等のアリール基
で置換されたフエニル基；シアノフエニル基；フ
ツ素原子、塩素原子、臭素原子で置換されたフエ
ニル基；アセトキシ基、ペンタノイルオキシ基、
オクタノイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基、ブ
チルベンゾイルオキシ基、オクチルベンゾイルオ
キシ基、ブトキシベンゾイルオキシ基、ペンチル
シクロヘキシルカルボニルオキシ基などのアシル
オキシ基で置換されたフエニル基；メトキシカル
ボニル基、ブトキシカルボニル基、オクトキシカ
ルボニル基、プロピルシクロヘキシルオキシカル
ボニル基、ヘプチルシクロヘキシルオキシカルボ
ニル基、フエノキシカルボニル基、ブチルフエノ
キシカルボニル基、ノニルフエノキシカルボニル
基、ブトキシフエノキシカルボニル基、オクトキ
シフエノキシカルボニル基、ペンチルシクロヘキ
シルフエノキシカルボニル基等のカルボン酸エス
テルの基で置換されたフエニル基；メチル基、エ
チル基、直鎖状又は分岐鎖状のプロピル基、ブチ
ル基、ヘプチル基、オクチル基、ドデシル基、オ
クタデシル基等のアルキル基があげられる。 一般式〔〕において、X¹，X²，−Ｂ−R¹の各置
換基の位置、数、種類は厳格に規定されており、
式〔〕に示された以外の位置に、各置換基が入つ
た場合には色素の諸特性に大きな変化が起こるお
それがある。 本発明のゲスト−ホスト型液晶表示素子は、二
枚の基板の内少なくとも一方を透明とし、両基板
の各片面に電極と更に該電極を覆う配向膜とを形
成し、電極形成面が対向するように両基板を重ね
合わせ、基板間に前記の橙色系色素入りのゲスト
−ホスト型液晶組成物を封入したことを特徴とす
る。特に、橙色系色素に加えて青色系色素をホス
ト液晶中に溶解させることにより黒色を呈するよ
うにした液晶表示素子が実用的価値大である。 本発明で用いるホスト液晶としては、動作温度
範囲でネマチツク状態を示すものであれば、かな
り広い範囲で選択することができる。またこのよ
うなネマチツク液晶に後述の旋光性物質を加える
ことにより、コレステリツク状態をとらせること
ができる。ネマチツク液晶の例としては表１に示
される物質、あるいはこれらの誘導体があげられ
る。

【表】

【表】

【表】 上記表中、R³はアルキル基またはアルコキシ
基を、Ｘはニトロ基、シアノ基、またはハロゲン
原子を表わす。 表１の液晶はいずれも誘電異方性が正である
が、誘電異方性が負の公知のエステル系、アゾキ
シ系、アゾ系、シツフ系、ピリミジン系、ジエス
テル系あるいはビフエニルエステル系の液晶も、
誘電異方性が正の液晶と混合して、全体して正の
液晶にして用いることができる。また、誘電異方
性が負の液晶でも、適当な素子構成および駆動法
を用いればそのまま使用できることは勿論であ
る。 本発明で用いるホスト液晶物質は表１に示した
液晶化合物またはそれらの混合物のずれでもよい
が、次の４種類の液晶化合物

【式】38.4重量％

【式】34.2重量％

【式】18.1重量％ 9.3重量％ の混合物として、メルク社からZLI 1132という
商品名で販売されている液晶物質及び、次の４種
類の液晶化合物

【式】51重量％

【式】25重量％

【式】16重量％ ８重量％ の混合物として、British Drug House社からＥ
−７という商品名で販売されている液晶物質が本
発明においては特に有用であることがわかつた。 本発明に用いる旋光性物質としてはカイラルネ
マチツク化合物、例えば、２−メチルブチル基、
３−メチルブトキシ基、３−メチルペンチル基、
３−メチルペントキシ基、４−メチルヘキシル
基、４−メチルヘキトキシ基などの光学活性基を
ネマチツク液晶化合物に導入した化合物がある。
また特開昭51−45546号に示すｌ−メントール、
ｄ−ボルネオール等のアルコール誘導体、ｄ−シ
ヨウノウ、３−メチルシクロヘキサン等のケトン
誘導体、ｄ−シトロネラ酸、ｌ−シヨウノウ酸等
のカルボン酸誘導体、ｄ−シトロネラール等のア
ルデヒド誘導体、ｄ−リノネン等のアルケン誘導
体、その他のアミン、アミド、ニトリル誘導体な
どの光学活性物質は勿論使用できる。 本発明に使用する素子とは公知の液晶表示用素
子を使用できる。すなわち、第１図に示す如く、
少なくとも一方が透明な２枚の基板１上に任意の
パターンの透明電極２を設け、電極面が対向する
ように適当なスペーサを介して、２枚の基板１が
平行になるように素子を構成したものが用いられ
る。電極２は配向膜３で覆われる。素子の周辺は
シール材４でシールされるが、これは同時にスペ
ーサの機能を有する。基板間に挾持された液晶層
５は、液晶分子６と色素分子７とから成つてい
る。この場合、スペーサにより素子のギヤツプが
決められる。素子ギヤツプとしては３〜100μｍ、
特に５〜50μｍが実用的見地から好ましい。 以下に、本発明の液晶組成物に使用される色素
の例およびこれらの色素を用いた液晶組成物と液
晶表示素子について実施例により具体的に説明す
る。 実施例 １ まず、本発明に使用される多色性色素の例を、
Ｓ値とともに表２に示す。いずれの色素も液晶中
で橙色を示す。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 表２に記載した各色素の特性は次のようにして
調べた。すなわち、前述のフエニルシクロヘキサ
ン系混合液晶ZLI−1132に、多色性色素として、
表２に示す色素のいずれかを添加し、70℃以上に
加熱し、液晶が等方性液体になつた状態でよくか
きまぜた後、放置冷却する工程を繰返し行い、色
素を溶解した。 このようにして調製した上記液晶組成物を、透
明電極２を有し、液晶と接する面をポリアミド系
樹脂を塗布硬化後ラビングしてホモジニアス配向
処理を施した上下２枚の基板１からなる基板間ギ
ヤツプ10〜100μｍの素子に封入した。上記配向
処理を施した素子内では電圧無印加のとき上記液
晶組成物は、液晶分子及び色素分子が電極面に平
行かつ一定方向に配列するホモジニアス配向状態
をとり、色素分子７もホスト液晶分子６に従つて
同様の配向をとる。 このようにして作製したゲスト・ホスト素子の
吸収スペクトルの測定を、液晶分子６の配向方向
に対して平行に偏光した光及び垂直に偏光した光
の各々を用いて行い、これら各偏光に対する色素
の吸光度A及びA⊥と最大吸収波長を求めた。
色素の吸光度を求めるにあたつては、ホスト液晶
およびガラス基板による吸収と、素子の反射損失
に関して補正を行つた。このようにして求めた上
記各偏光に対する色素の吸光度の値Aおよび
A⊥を用いて、前述の式 Ｓ＝A−A⊥／2A⊥＋A からＳ値を算出した。 表２に記した色素の実用的安定性に関して知見
を得るために促進劣化試験を実施した。すなわち
表２の各色素を溶解した上記液晶組成物を、上記
素子に封入したものをサンシヤインウエザーメー
ター中に約100時間放置し、吸光度の減少率と消
費電流値の増加率を追跡した。本実施例で用いた
サンシヤインウエザーメーターの光源はカーボン
アーク灯であり、試料室内の条件は温度が約50℃
で加湿・散水は行わなかつた。 その結果、紫外線カツトフイルターで、上記素
子を保護して上記試験を行つた場合には、促進劣
化試験100時間で、表２の各色素はいずれも吸光
度の減少率は10％以下、32Hz、5Vの交流印加時
の消費電流値の増大は２倍以内であつた。 本実施例による色素は熱安定性もすぐれてお
り、暗条件下90℃で100時間後における素子中の
色素の吸光度の減少率は10％以下、32Hz、5V交
流印加時の消費電流の増加率は２倍以下であつ
た。 実施例 ２ 実施例１で用いたものと全く同様の液晶に多色
性色素として表２No.２の色素を1.93重量％添加し
た液晶組成物を実施例１と全く同様の素子（但
し、基板間ギヤツプは約10μｍ）に封入し、実施
例１と同様に吸収スペクトルを測定した。そのス
ペクトルを第２図に示す。図中、曲線は
Aを、曲線はA⊥をそれぞれ示す。可視領域
における吸収ピークは469nm、496nm、540nm等
に見られ、このうち最大吸収波長は496nmであ
る。最大吸収波長におけるAは0.644、A⊥は
0.133であつた。従つて本実施例色素のZLI−1132
中におけるＳ値は0.56となる。 実施例 ３ 実施例１で用いたものと全く同様の液晶を表２
No.４の色素で飽和させた液晶組成物を実施例１と
全く同様の素子（但し、基板間ギヤツプ約100μ
ｍ）に封入し、実施例１と同様に吸収スペクトル
を測定した。そのスペクトルを第３図に示す。図
中、曲線はAを、曲線はA⊥をそれぞれ示
す。可視領域における吸収ピークは476nm、
499nm、550nm等に見られ、このうち最大吸収波
長は499nmである。最大吸収波長におけるAは
0.862、A⊥は0.134であつた。従つて本実施例色
素のZLI−1132中におけるＳ値は0.64となる。 実施例 ４ 実施例１で用いたものと全く同様の液晶に多色
性色素として表２No.５の色素を1.97重量％添加し
た液晶組成物を実施例１と全く同様の素子（但
し、基板間ギヤツプは約10μｍ）に封入し、実施
例１と同様に吸収スペクトルを測定した。そのス
ペクトルを第４図に示す。図中、曲線は
Aを、曲線はA⊥をそれぞれ示す。可視領域
におけるピークは472nm、500nm、546nm等にみ
られ、このうち最大吸収波長は500nmである。最
大吸収波長におけるAは0.742、A⊥は0.099で
あつた。従つて本実施例色素のZLI−1132中にお
けるＳ値は0.68となる。 実施例 ５ 実施例１で用いたものと全く同様の液晶を表２
No.17の色素で飽和させた液晶組成物を実施例１と
全く同様の素子（但し、基板間ギヤツプは約50μ
ｍ）に封入し、実施例１と同様に吸収スペクトル
を測定した。そのスペクトルを第５図に示す。図
中、曲線はAを、曲線はA⊥をそれぞれ示
す。可視領域における吸収ピークは405nm、
444nm、472nm、506nm、550nm等に見られ、こ
のうち最大吸収波長は472nmである。最大吸収波
長におけるAは0.182、A⊥は0.021であつた。
従つて本実施例色素のZLI−1132中におけるＳ値
は0.72となる。 実施例 ６ 橙色系色素として表２No.５の色素を約３重量
％、青色系色素として次の色素 を約２重量％、実施例１と全く同様の液晶に添加
したものを実施例１と全く同様の素子（但し、基
板間ギヤツプは約10μｍ）に封入したところ素子
は良好な黒色を示した。本実施例素子の吸収スペ
クトルを第６図に示す。図中、曲線は
10^-Aを、曲線は10^-A⊥をそれぞれ示す。本実
施例により、本発明の橙色系色素を用いれば、適
当な青色系色素と組み合わせて２成分のみで黒色
が実現できることがわかる。 以上説明したように、本発明によれば、単一成
分で橙色系色相を呈する多色性色素を含みかつ表
示コントラストに優れたゲスト−ホスト型液晶組
成物及び液晶表示素子が得られるという効果があ
る。しかも２種類の色素の混合で黒色を帯びさせ
ることが可能となり、カラー液晶表示素子の製造
コストの低減と、プロセスの簡略化が図れるとい
う副次的な効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るゲスト−ホスト型液晶表
示素子の一実施例の断面模式図、第２図乃至第６
図はいずれも本発明に係るゲスト−ホスト型液晶
組成物の分光特性図である。 １…基板、２…透明電極、３…配向膜、５…液
晶層、６…液晶分子、７…色素分子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 母体となるホスト液晶中にゲスト物質である
   多色性色素を溶解させたゲスト−ホスト型液晶組
   成物において、前記多色性色素として少なくとも
   一種の下記一般式〔〕 （式中、R¹はアルキル基、またはアルキル基、
   アルコキシ基もしくはフエニル基で置換されてい
   てもよいフエニル基を示し、Ｂは−COO−、−
   OCO−、−COS−、−OCH₂−、−CONR²−（R²は
   水素原子又はメチル基を示す。）の基を示し、 X¹，X²は水素原子、【式】の基、 【式】の基を示す。）で表わされるフ タロペリノン系色素を含むことを特徴とするゲス
   ト−ホスト型液晶組成物。 ２ 多色性色素が、前記一般式〔〕で示されるフ
   タロペリノン系色素と青色系色素とから成つて黒
   色を呈することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のゲスト−ホスト型液晶組成物。 ３ 二枚の基板の内少なくとも一方を透明とし、
   両基板の各片面に電極と更に該電極を覆う配向膜
   とを形成し、電極形成面が対向するように両基板
   を重ね合わせ、基板間にゲスト−ホスト型液晶組
   成物を封入したゲスト−ホスト型液晶表示素子に
   おいて、前記ゲスト−ホスト型液晶組成物は、母
   体となるホスト液晶中にゲスト物質として下記一
   般式〔〕 （式中、R¹はアルキル基またはアルキル基、ア
   ルコキシ基もしくはフエニル基で置換されていて
   もよいフエニル基を示し、Ｂは−COO−、−OCO
   −、−COS−、−OCH₂−、−CONR²−（R²は水素
   原子又はメチル基を示す。）の基を示し、 X¹，X²は水素原子、【式】の基、 【式】の基を示す。）で表わされるフ タロペリノン系色素を溶解させたものであること
   を特徴とするゲスト−ホスト型液晶表示素子。 ４ 多色性色素として前記一般式〔〕で示される
   フタロペリノン系色素と青色系色素を用い全体と
   して黒色を呈するゲスト−ホスト型液晶組成物を
   用いることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載のゲスト−ホスト型液晶表示素子。