JPH0613703B2 - ゲスト―ホスト型液晶組成物 - Google Patents

ゲスト―ホスト型液晶組成物

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JPH0613703B2
JPH0613703B2 JP57111690A JP11169082A JPH0613703B2 JP H0613703 B2 JPH0613703 B2 JP H0613703B2 JP 57111690 A JP57111690 A JP 57111690A JP 11169082 A JP11169082 A JP 11169082A JP H0613703 B2 JPH0613703 B2 JP H0613703B2
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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高
いオーダー・パラメーター(以下、Sと云う)が要求さ
れる。
Sは式(1)で定義され、実験的には式(2)を用いて
求める。式中、cos2θの項は統計的平均化されており、
θはゲスト色素分子の吸収軸とホスト液晶分子の配向方
向とのなす角度でありA//,A⊥はそれぞれ液晶分子の
配向方向に対して平行および垂直に偏光した光に対する
色素分子の吸光度である。
Sはいわばホスト液晶分子の配向方向に対する色素分子
吸収軸の平行度を表し、ゲスト−ホスト型液晶表示素子
において、その表示コントラストを支配する量である。
平行二色性を有する多色性色素の場合には、その値が理
論上の最大値である1に近ずくほど、白抜け部分の残色
度が減少し、明るくコントラストの大きい鮮明な表示が
可能となる。
多色性色素の分子構造とその諸特性との関係については
まだ十分に究明されていない。希望する色素において、
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
な作業である。
このように、多色性色素を特徴付ける最も重要なのがS
値であるが、その他の特性としてはホスト液晶に対する
高い溶解度が実用的には次に重要である。
色素分子においては発色の効果を得るために、いわゆる
助色団としてジアルキルアミノ基 −N(R)(Rは直鎖アルキル基を示す)がしばしば分
子中に導入される。上記Rは、具体的にはメチル基,エ
チル基であることが多い。
しかるに、ジアルキルアミノ基中のRがメチル基,エチ
ル基等の低級アルキル基である場合、そのようなジアル
キルアミノ基を分子中に有する多色性色素のホスト液晶
に対する溶解度が必ずしも必要な程度に達しないことが
ある。
このような場合、ジアルキルアミノ基上の直鎖アルキル
基Rを、例えば、ブチル基以上に長くすれば、ホスト液
晶に対する色素の溶解度が増大する場合があることは公
知のことである。しかし、殆どの場合、ジアルキルアミ
ノ基上の直鎖アルキル基Rが、例えば、ブチル基以上に
長くなると、そのような基を有する多色性色素では、色
相には殆ど変化は起らないものの、S値はRがメチル
基、エチル基のような低級アルキル基であるものに比べ
て大幅に低下してしまうと云うことも知られている。
本発明の目的は、ジアルキルアミノ基を有する多色性色
素における前記のような問題点を解決するためにある。
即ち、色相およびS値は従来タイプの色素と大きく異な
らないが、ホスト液晶に対する溶解度が従来タイプの色
素に比べて大きいジアルキルアミノ型の多色性色素を含
有する液晶組成物を提供することにある。
本発明の要旨は、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ゲスト−ホスト型液晶組
成物において、前記多色性色素が一般式D−W[式中、
Wは一般式〔I〕 (但し、R0はエチル基またはメチル基を,R1は窒素原
子と隣接しない鎖中のメチレン基が酸素またはイオウ原
子で置換されていてもよい炭素数3以上の直鎖アルキル
基を表す。)で示されるジアルキルアミノ基を表示し、
Dは下記式(II)を示す。]で表される色素を含むこと
を特徴とするゲスト−ホスト型液晶組成物にある。
〔但し、Y1は水素原子,アルキル基,アルキルチオ
基,アルコキシ基、アルコキシアルキル基,アルコキシ
アルコキシアルキル基,ニトロ基,シアノ基,ハロゲン
原子,−CF3(Rはアルキル基)またはWの基のいずれを表し、B0
のいずれかを表し、 B1または を表し、Z1〜Z3は水素原子またはメチル基、Z4〜Z6
は水素原子,ハロゲン原子,メチル基またはメトキシ
基、Z7〜Z9は水素原子,ハロゲン原子またはメチル
基、Z10〜Z12は水素原子,ヒドロキシ基,メチル基ま
たはメトキシ基を表し、Z1とZ2、Z4とZ5、Z7
8、Z10とZ11は互いに連結してナフタリン環または
キノリン環の一部を形成してもよい。n0〜n4は0また
は1を表し、n1,n2,n4が0のときn0は1でB0を、またはn3が1でB1を示す。〕 以下に、一般式〔I〕で表される基の導入により、溶解
度が向上した多色性色素の例を幾つか示す。
例1 溶解度:2.6重量%(25℃) S 値:0.72(25℃) 溶解度:5重量%以上(25℃) S 値:0.71(25℃) 溶解度:5重量%以上(25℃) S 値:0.68(25℃) 例 2 溶解度:0.9重量%(25℃) S 値:0.76(25℃) 溶解度:3.9重量%(25℃) S 値:0.79(25℃) 溶解度:4重量%以上(25℃) S 値:0.74(25℃) 例 3 溶解度:2.4重量%25℃) S 値:0.72(25℃) 溶解度:5重量%以上(25℃) S 値:0.70(25℃) 溶解度:5重量%以上(25℃) S 値:0.65(25℃) 例 4 溶解度:0.3重量%(25℃) S 値:0.76(25℃) 溶解度:1.7重量%(25℃) S 値:0.74(25℃) 溶解度:2重量%以上(25℃) S 値:0.70(25℃) 例 5 溶解度:3重量%以上(25℃) S 値:0.66(25℃) 溶解度:3重量%以上(25℃) S 値:0.71(25℃) 例 6 溶解度:5重量%以上(25℃) S 値:0.54(25℃) 溶解度:5重量%以上(25℃) S 値:0.61(25℃) 上記例1〜3から、末端基であるジメチルアミノ基を、
アルキル基の長さが非対称のジアルキルアミノ基に代え
ることにより、色素の溶解度が向上していることが分か
る。
また、例5と例6では、従来色素,本発明色素とも溶解
度は良好であるが、ジアルキルアミノ基の2つのアルキ
ル基が互いに異なる本発明の色素の方がS値の点で優れ
ていることが分かる。
例5と例6の従来色素のように、ジアルキルアミノ基の
アルキル基を長くすると、溶解性が向上する場合がある
と云うことは以前から知られていた。しかし、2つのア
ルキル基を互いに同じ長さになるように、対称的に伸ば
した場合には、常にS値の大きな低下を伴うことも公知
である。
これに対して、例5,6の本発明色素のように、2つの
アルキル基の長さが同じでないジアルキルアミノ基を導
入すれば、S値の低下が2つのアルキル基が同じである
ジアルキルアミノ基の場合に比べて軽微で、かつ、溶解
度のみが向上した二色性色素を得ることができる。この
ような現象は、本発明により始めて明らかになった。
なお、上記6例の各色素の溶解度およびS値は、後述す
る市販のフェニルシクロヘキサン系の混合液晶であるZ
LI−1132(メルク社製)をホスト液晶として使用
し、室温付近(25℃)で測定したものである。
本発明以前には、ゲスト−ホスト型液晶表示の分野にお
いて、本発明で見出されたような事実が明らかにされた
ことはなかった。
本発明で用いるネマチック液晶としては、動作温度範囲
でネマチック状態を示すものであれば、かなり広い範囲
で選択することができる。また、このようなネマチック
液晶に後述の旋光性物質を加えることにより、コレステ
リック状態をとらせることができる。なお、ネマチック
液晶の例としては第1表に示される物質あるいはこれら
の誘導体が挙げられる。
第1表中、R′はアルキル基またはアルコキシ基を、X
はニトロ基,シアノ基またはハロゲン原子を表す。
第1表の液晶はいずれも誘電異方性が正であるが、誘電
異方性が負の公知のエステル系,アゾキシ系,シッフ
系,ピリミジン系,ジエステル系あるいはビフェニルエ
ステル系の液晶も誘電異方性が正の液晶と混合して、全
体として正の液晶として用いることができる。また、誘
電異方性が負の液晶でも、適当な素子構成および駆動法
を用いればそのまま使用できることは勿論である。
本発明で用いるホスト液晶物質は第1表に示した液晶化
合物またはそれらの混合物のいずれでもよいが、次の液
晶化合物の混合物としてメルク社から市販されているZ
LI−1132、 および、下記のBritish Drug House社から市販さ
れているE−7が、本発明の液晶物質として、特に有効
であることが分かる。
本発明に用いる旋光性物質としてはカイラルネマクチツ
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−メチルヘトキシ基等
の光学活性基をネマチツク液晶化合物に導入したもので
ある。
また、特開昭51−45546号公報に示す、l−メン
トール,d−ボルネオール等のアルコール誘導体、d−
ショウノウ,2−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−ショウノウ酸等のカルボン
酸誘導体、d−シトロネラール等のアルデヒド誘導体、
d−リノネン等のアルケン誘導体、その他のアミン,ア
ミド,ニトリル誘導体等の光学活性物質が用いられる。
本発明に使用する液晶表示素子とは、公知のものが使用
できる。
一般に、少なくとも一方が透明な2枚のガラス基板上に
任意のパターンの透明電極を設け、電極面が対向するよ
うに適当なスペーサに介して、2枚のガラス基板が平行
になるように構成した素子が用いられる。この場合、ス
ペーサにより素子のギャップが決められる。素子ギャッ
プとしては3〜100μm、特に、56〜50μmが実
用的見地から好ましい。
以下に、表示体に使用される本発明の色素の例およびこ
れらの色素を用いた液晶組成物について実施例により具
体的に説明する。
〔実施例1〕 まず、本発明に用いられる多色性色素の例を、その色
相、S値とともに第2表に示した。
第2表に記載した各色素の特性は次のようにして調べ
た。
前記フェニルシクロヘキサン系混合液晶ZLI−113
2に、多色性色素として、第2表に示す色素を添加し、
特に加熱することなく、よくかきまぜて色素を溶解し
た。
こうして調整した液晶組成物を、透明電極を有し、液晶
と接する面をポリアミド系樹脂を塗布硬化後、ラビング
を施しホモジニアス配向処理した2枚のガラス基板(ギ
ャップ10μm)で構成された様子に封入した。
上記素子内では、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に従っ
て同様の配向をとる。
このようにして作製したゲスト−ホスト液晶素子の吸収
スペクトルの測定を、液晶分子の配向方向に対して平行
に偏光した光およ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//およびA⊥
と最大吸収波長を求めた。
色素の吸光度を求めるに当っては、ホスト液晶およびガ
ラス基板による吸収と、素子の反射損失に関して補正を
行った。このようにして求めた上記各偏光に対する色素
の吸光度の値A//およびA⊥を用いて下位の式(2) S=(A//−A⊥)/(2A⊥+A//) …(2) からS値を算出した。
〔実施例2〕 実施例1で用いたものと全く同様の液晶に、第2表のN
o.26の色素を0.69重量%添加した液晶組成物を実
施例1の素子(基板間ギャップ約10μm)に封入し、
同様にして測定した吸収スペクトルを第1図に示す。
図中、曲線iはA//を、曲線iiはA⊥をそれぞれ示
す。可視領域におけるA//は1.380、A⊥は0.1
65であった。従って、本実施例色素のS値は0.71
となる。
なお、本実施例色素のZLI−1132中における最大
吸収波長は493nmであった。
〔実施例3〕 実施例1で用いたものと全く同様の液晶に、第2表のN
o.39の色素を0.76重量%添加した液晶組成物を実
施例1の素子に封入し、同様にして測定した吸収スペク
トルを第2図に示す。
図中、曲線iiiはA//を、曲線ivはAをそれぞれ示
す。可視領域におけるA//は0.930、A⊥は0.0
75であった。従って、本実施例色素のS値は0.79
となる。
なお、本実施例色素のZLI−1132中における最大
吸収波長は512nmであった。
〔実施例4〕 実施例1で用いたものと全く同様の液晶に、第2表のN
o.42の色素を0.63重量%添加した液晶組成物を実
施例1の素子に封入し、同様にして測定した吸収スペク
トルを第3図に示す。
図中、曲線vはA//を、曲線viはA⊥をそれぞれ示す。
可視領域におけるAは0.830、A⊥は0.085で
あった。従って、本実施例色素のS値は0.75とな
る。
なお、本実施例色素のZLI−1132中における最大
吸収波長は556nmであった。
〔実施例5〕 実施例1で用いたものと全く同様の液晶に、第2表のN
o.173の色素を0.68重量%添加した液晶組成物を
実施例1の素子に封入し、同様に吸収スペクトルを測定
した。
可視領域におけるA//は1.078、A⊥は0.112
であった。従って、本実施例色素のS値は0.74とな
る。
なお、本実施例色素のZLI−1132中における最大
吸収波長は512nmであった。
〔実施例6〕 実施例1で用いたものと全く同様の液晶に、第2表のN
o.174の色素を0.73重量%添加した液晶組成物を
実施例1の素子に封入し、同様にして吸収スペクトルを
測定した。
可視領域におけるA//は1.036、A⊥は0.129
であった。従って、本実施例色素のS値は0.70とな
る。
なお、本実施例色素のZLI−1132中における最大
吸収波長は550nmであった。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は、本発明の液晶組成物を用いた実施例2〜
4の液晶表示素子の分光特性を示す。
フロントページの続き (72)発明者 岩波 淳子 神奈川県大和市中央林間3−17−2 (72)発明者 今関 周治 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 向尾 昭夫 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐藤 幹夫 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭52−2885(JP,A) 特開 昭53−75180(JP,A) 特開 昭56−57850(JP,A) 特開 昭55−84383(JP,A) 特開 昭54−71088(JP,A) 特開 昭57−167352(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、前記多色性色素が 一般式D−W[式中、Wは一般式〔I〕 (但し、R0はエチル基またはメチル基を,R1は窒素原
    子と隣接しない鎖中のメチレン基が酸素またはイオウ原
    子で置換されていてもよい炭素数3以上の直鎖アルキル
    基を表す。)で示されるジアルキルアミノ基を示し、D
    は下記式(II)を示す。]で表される色素を含むことを
    特徴とするゲスト−ホスト型液晶組成物。 [但し、Y1は水素原子,アルキル基,アルキルチオ
    基,アルコキシ基,アルコキシアルキル基,アルコキシ
    アルコキシアルキル基,ニトロ基,シアノ基,ハロゲン
    原子,−CF3(Rはアルキル基)またはWの基のいずれかを表し、B
    0のいずれかを表し、B1または− を表し、Z1〜Z3は水素原子またはメチル基、Z4〜Z6
    は水素原子、ハロゲン原子,メチル基またはメトキシ
    基、Z7〜Z9は水素原子,ハロゲン原子またはメチル
    基、Z10〜Z12は水素原子、ヒドロキシ基,メチル基ま
    たはメトキシ基を表し、Z1とZ2、Z4とZ5、Z7
    8、Z10とZ11は互いに連結してナフタリン環または
    キノリン環の一部を形成してもよい。n0〜n4は0また
    は1を表し、n1,n2,n4が0のときn0は1でB0を、またn3が1でB1を示す。
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