JPH108057A - 液晶組成物及び液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高電気比抵抗・高電圧保持率であり、高
コントラストで、アクティブマトリックス駆動に適した
液晶組成物および液晶素子を提供する。 【解決手段】 水または酸性水溶液で精製処理した液晶
組成物、およびこれを用いた液晶素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気抵抗の高い、液
晶組成物ならびに液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶表示方式としてはツイストネ
マチック（ＴＮ）型表示モ−ド、ス−パ−ツイスト（Ｓ
ＴＮ）型表示モ−ド、ゲストホスト（ＧＨ）型表示モー
ド等、各種の表示モ−ドが提案されている。このうち、
液晶に二色性色素を溶解して用いるゲストホスト（Ｇ
Ｈ）型表示モード（以下「ＧＨモード」と略す）は、広
い視野角を有する等の特徴があるため、自動車などの表
示パネルとして広く用いられている。

【０００３】また、これら液晶表示用の駆動方式として
従来は単純マトリックス駆動方式が主に使われてきた
が、近年は高画質が得られる薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）等を用いた能動（アクティブ）マトリックス駆動方
式が広く用いられるようになってきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】液晶素子に電圧を印加
した際、液晶組成物の電気抵抗が低いと電流が多く流れ
てしまい、発熱や、液晶又は液晶組成物の電気分解等の
好ましくない現象が発生するため、高い電気抵抗が要求
される。特に能動マトリックス駆動方式では、走査電極
に電圧を印加した後、再び電圧を印加するまでの間は、
液晶素子の電圧を一般に９５％以上という高い率で保持
する必要があり、これを実現するために、従来の単純マ
トリックス駆動方式で要求されていた液晶組成物の電気
比抵抗が１Ｅ１０〜１Ｅ１２Ω・ｃｍの範囲であったの
に対し、１Ｅ１２〜１Ｅ１４Ω・ｃｍという、より高い
電気抵抗が要求されている。

【０００５】よって能動マトリックス駆動方式に、ＧＨ
モードの表示方式を採用する場合にも、使用される液晶
組成物には、高い電気抵抗が求められるが、従来用いら
れていたＧＨモード用液晶組成物、即ち二色性色素を含
んだ液晶組成物、の多くは電気抵抗が低く、液晶だけの
場合よりも電気抵抗が低くなってしまうという欠点があ
った。（「色材」，６１，ｐ２２９，（１９８８）参
照） この点が、特に高電気抵抗が求められる能動マトリック
ス駆動方式で、ＧＨモ−ドを採用する上での大きな制約
となっていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、特定の精製手
段で処理された液晶組成物が、高い電気抵抗を有するこ
とを見出しなされたものであり、二色性色素を含む液晶
組成物を水、好ましくは酸性水溶液と接触させた後、
水、又は酸性水溶液と分離して得られた液晶組成物、及
びこれを用いた液晶素子を提供するものである。

【０００７】普通、液晶組成物に水、酸等の極性物質が
混入すると当然電気抵抗が低下する。その上液晶組成物
は、粘性の高い液体であるため混入した水等の分離が難
しく、また、通常多成分混合物であるので、混入した水
等を除去するため長時間減圧乾燥などを行うと、成分比
が変化してしまい好ましくない。よって、従来は液晶組
成物と水、酸等を接触させることは避けられてきたが、
今回検討の結果、電気抵抗向上効果の方が大きいことを
見出し本発明を完成した。

【０００８】

【発明の実施の態様】以下、本発明につき詳細に説明す
る。本発明の液晶組成物に含まれる二色性色素として
は、液晶に対して溶解性があり、二色性の高い色素、好
ましくはオ−ダ−パラメ−タ−（Ｓ）が０．７以上の色
素が挙げられ、例えばアゾ系、アントラキノン系、キノ
フタロン系、ペリレン系、インジゴ系、チオインジゴ
系、メロシアニン系、スチリル系、アゾメチン系、テト
ラジン系等の構造の公知の二色性色素、好ましくはアゾ
系及びアントラキノン系の構造の二色性色素が挙げられ
る。具体例としては表−１に示したような色素である。
なお本発明で二色性色素とは、単品でもよいが、複数を
混合したものであってもよい

【０００９】

【表１】

【００１０】

【表２】

【００１１】

【表３】

【００１２】これらの式中、Ｒ、Ｒ’、及びＲ''はアル
キル基、アルコキシ基、シアノ基、ハロゲン原子を表
す。アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、
プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプ
チル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等の炭素数１
〜１０の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基が挙げられ
る。このアルキル基は例えばアルコキシ基、ヒドロキシ
基、ベンゼン等のアリール基、シクロペンチル基、シク
ロヘキシル基等のアリサイクリック基、ハロゲン原子、
シアノ基等で置換されていてもよい。

【００１３】アルコキシ基としては、例えばメトキシ
基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチル
オキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オク
チルオキシ基、ノニルオキシ基、ブシルオキシ基等の炭
素数１〜１０の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基が
挙げられる。このアルコキシ基は例えばアルキル基、ヒ
ドロキシ基、ベンゼン等のアリール基、シクロペンチル
基、シクロヘキシル基等のアリサイクリック基、ハロゲ
ン原子、シアノ基等で置換されていてもよい。

【００１４】本発明では有機溶媒は必ずしも使用しなく
ても良いが、操作のし易さの点から使用した方が好まし
い。使用する有機溶媒は、二色性色素を含む液晶組成物
を溶解し、水と混和しない溶媒であればよく、例えばベ
ンゼン、トルエン、キシレンのような芳香族炭化水素、
ヘキサン、オクタンのような脂肪族炭化水素、塩化メチ
レン、クロロホルム、ジクロロエタン、クロルベンゼ
ン、ジクロルベンゼンのようなハロゲン化炭化水素、ジ
エチルエ−テル、ジブチルエ−テルのようなエ−テル
類、酢酸エチル、酢酸ブチルのようなエステル類、ブタ
ノ−ル、アミルアルコ−ルのようなアルコ−ル類、メチ
ルプロピルケトン、メチルブチルケトンのようなケトン
類等が挙げられる。好ましくは、芳香族炭化水素または
ハロゲン化炭化水素を使用する。

【００１５】使用する有機溶媒は、あまり沸点が低いと
操作が困難であり、またあまり高いと除去の際残存しや
すく、精製後の液晶組成物の組成比が狂う原因となるた
め好ましくない。使用有機溶媒の沸点は好ましくは３０
〜１５０℃、特に好ましくは５０〜１２０℃である。有
機溶媒の使用量は特に限定されないが、あまり少ないと
操作しにくく使用する意味がない。またあまり多いとコ
スト的に不利であるため、通常は二色性色素を含む液晶
組成物に対し容量比で０．５〜２０倍、好ましくは１〜
５倍の範囲で溶解するようにする。

【００１６】本発明に使用する水は特に限定しないが、
あらかじめイオン交換樹脂、逆浸透膜、精密濾過等で精
製した水を用いるほうが好ましい。また、使用する二色
性色素を含む液晶組成物が酸に対して安定である場合
は、水に酸を添加したほうがより効果がある。添加する
酸としては塩酸、硫酸、硝酸、リン酸のような無機酸、
メタンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸のような有
機酸のどちらでもよいが、有機相への混入が少なく、除
去も容易な無機酸の方が好ましい。特に好ましくは、塩
酸と硝酸である。酸を添加する場合は、水と混合して酸
性水溶液の形で添加するのが好ましい。

【００１７】水の使用量は特に限定はないが、あまり少
ないと精製の効果が少なく、またあまり多いのはコスト
的にも操作上にも不利であるため、通常は有機相に対し
０．５〜１０倍量の範囲、好ましくは１〜５倍量の範囲
である。酸の添加量はあまり多いと色素が分解する可能
性があるため、通常は水溶液としての酸濃度２０重量％
以下、好ましくは０．１から５重量％の範囲である。

【００１８】具体的な操作方法としては、二色性色素を
含む液晶組成物をそのまま又は有機溶媒に溶解した後、
水と接触させる。この接触方法としては、特に限定され
ないが、通常は有機相と水とを混合した後分液ロ−ト中
で振盪させたり、該有機相と水とを攪拌槽中で攪拌しつ
つ混合することにより実施される。必要であれば向流分
配装置等を使用してもよい。

【００１９】接触後は静置等によって有機相と水相とを
分離し、該有機層を分取した後、水及び有機溶媒を使用
した場合は有機溶媒を留去、乾燥する。また、水相に酸
を添加した場合は、上記と同様に該有機相を分取した
後、残存している酸を水洗等により除去し、上記と同様
に処理する。なお、本発明では当然、吸着材を用いたク
ロマトグラフィ−等他の公知の精製法と組み合わせて実
施してもよい。例えば、これらの精製を行った後に、上
記の水による精製を行ったり、その処理順序が逆でもよ
い。

【００２０】本発明の液晶組成物は、「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（１９８
９）；ｐ１５４〜１９２，ｐ７１５〜７２２に記載の、
ネマチックあるいはスメクチック相を示すビフェニル
系、フェニルシクロヘキサン系、フェニルピリミジン
系、シクロヘキシルシクロヘキサン系などの各種の液晶
化合物、またはこれらの液晶化合物の混合物に、二色性
色素を公知の方法で混合、溶解することにより容易に調
製することが出来る。本発明で使用する液晶化合物とし
て好ましいものを表４に例示する。

【００２１】

【表４】

【００２２】（式中、Ｖ及びＷは、それぞれアルキル
基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、アルキルフ
ェニル基、アルコキシアルキルフェニル基、アルコキシ
フェニル基、アルキルシクロヘキシル基、アルコキシア
ルキルシクロヘキシル基、アルキルシクロヘキシルフェ
ニル基、シアノフェニル基、シアノ基、ハロゲン原子、
フルオロメチル基、フルオロメトキシ基、アルキルフェ
ニルアルキル基、アルコキシフェニルアルキル基、アル
キルシクロヘキシルアルキル基、アルコキシアルコキシ
シクロヘキシルアルキル基、アルコキシフェニルアルキ
ル基、またはアルキルシクロヘキシルフェニルアルキル
基を表し、これらのアルキル鎖およびアルコキシ鎖中
に、光学活性中心を有してもよい。Ｙは水素原子、ハロ
ゲン原子またはシアノ基を表し、またＶおよびＷ中のフ
ェニル基またはフェノキシ基は、シアノ基、フッ素原
子、塩素原子等のハロゲン原子でさらに置換されてもよ
い。また、上記各構造式中のフェニル基は、１個から４
個のフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子、シアノ基
でさらに置換されていてもよい。） 最近、従来のシアノ基を含有した液晶化合物のかわり
に、−Ｆ、−ＣＦ３、−ＯＣＦ３などのフッ素原子また
はフッ素原子含有基を有するいわゆるフッ素系液晶化合
物が、特にＴＦＴ・ＬＣＤ（薄膜トランジスタ方式液晶
ディスプレイ）等に好適に用いられているが、これらも
もちろん、本発明に好適に使用される。

【００２３】本発明の二色性色素を含む液晶組成物は、
コレステリルノナノエ−トなどの光学活性化合物や、液
晶相を全く示さないか又は殆ど示さないが、液晶化合物
と混合してその物性（例えば液晶相を示す温度範囲等）
を変化させる物質を含有してもよく、あるいは紫外線吸
収剤、酸化防止剤などの各種の添加剤を含有してもよ
い。

【００２４】このようにして得られた二色性色素を含む
液晶組成物を、少なくとも一方が透明な電極付き基板間
に挟持することにより、ゲストホスト効果を応用した素
子などを構成することが出来る。（松本正一、角田市良
著、「液晶の最新技術」工業調査会発行、３４（１９８
３）及びＪ．Ｌ．Ｆｅｒｇａｓｏｎ，ＳＩＤ８５ Ｄｉ
ｇｅｓｔ，６８（１９８５）等参照） 透明な電極の基板としては、通常ガラス板或いはアクリ
ル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂等の各種
合成樹脂板が挙げられ、その基板上に電極層が形成され
る。透明電極層としては、酸化インジウム、酸化インジ
ウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ等の金属酸化物から成る
ものが通常使用される。透明電極層の液晶に接する表面
は必要に応じて配向処理を施す。該配向処理の方法とし
ては、例えばオクタデシルジメチル［３−（トリメトキ
シシリル）プロピル］アンモニウムクロライド、ヘキサ
デシルトリメチルアンモニウムブロマイド等を塗布して
垂直配向する方法、ポリイミドを塗布して平行配向する
方法、綿布、脱脂綿等でラビングして平行配向にする方
法、ＳｉＯｘを斜めの角度から蒸着して平行配向する方
法等が適宜用いられる。

【００２５】基板は互いに配向面が対向するようにして
スペーサー等を介して一体化し、２枚の基板間にその間
隔が１〜５０μｍ、好ましくは１〜２５μｍとように空
間を設けた素子（セル）を形成し、この空間の中に液晶
を封入する。

【００２６】

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに具体的に説
明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実
施例によってその範囲を制約されるものではない。本実
施例及び比較例における液晶組成物の比抵抗及び電圧保
持率の測定は以下のように実施した。

【００２７】比抵抗の測定方法は、安藤電気社製、液体
電極「ＬＥ−２１」（商品名）に１ｍｌの液晶組成物を
入れ、ＫＥＩＴＨＬＥＹ社製、エレクトロメ−タ−６１
７型にて電圧（ＤＣ）１０Ｖ印加時の電流値を２５℃に
て測定し、比抵抗を算出した。電圧保持率の測定方法
は、液晶組成物をポリイミド系樹脂を塗布、硬化、ラビ
ング処理した透明電極付きガラス基板２枚を対向させ、
液晶が平行配向となるように構成したギャップ９μｍの
セルに封入し、７０℃にて、ＤＣ５Ｖ、波長６０μｓの
パルスを印加し、１７．６ｍｓ（ミリ秒）後の電圧を測
定し、電圧保持率を算出した。

【００２８】実施例１ 下記構造式で示されるアントラキノン系二色性色素

【００２９】

【化１】

【００３０】を商品名ＺＬＩ−４７９２（Ｅ．ＭＥＲＣ
Ｋ社製品）として市販されているフッ素系液晶混合物に
３重量％の濃度で溶解させてゲストホスト液晶組成物を
調製し、比抵抗を測定した結果、１．５Ｅ１１Ω・ｃｍ
であった。このゲストホスト液晶組成物の電圧保持率を
測定した結果、９０．０％であった。この液晶組成物５
ｇに水１５ｇを添加し３０分間撹拌後静置して液晶組成
物を水と分離した。同じ操作を５回繰り返した後減圧に
て乾燥して精製した液晶組成物を得た。この液晶組成物
の比抵抗を測定した結果、１．１Ｅ１２Ω・ｃｍであっ
た。電圧保持率を測定した結果、９４．３％であった。

【００３１】実施例２ 実施例１で精製に用いたのと同じ液晶組成物５ｇをトル
エン１０ｇに溶解し、これに２５℃で５重量％硝酸水溶
液２０ｇ添加し、１５分間攪拌後静置、分液してトルエ
ン相を分取した。このトルエン相を、水２０ｇで洗浄、
分液する操作を５回繰り返し、残存硝酸を除去した後、
減圧にてトルエン留去、乾燥して精製した液晶組成物を
得た。この液晶組成物の比抵抗を測定した結果、４．１
Ｅ１２Ω・ｃｍであった。電圧保持率を測定した結果、
９６．８％であった。 実施例３ 下記構造式で示されるアゾ系二色性色素

【００３２】

【化２】

【００３３】を商品名ＺＬＩ−４７９２（Ｅ．ＭＥＲＣ
Ｋ社製品）として市販されているフッ素系液晶混合物に
３重量％の濃度で溶解させてゲストホスト液晶組成物を
調製し、比抵抗を測定した結果、９．０Ｅ１０Ω・ｃｍ
であった。このゲストホスト液晶組成物の電圧保持率を
測定した結果、５３％であった。この液晶組成物５ｇを
実施例１と全く同様にして精製した液晶組成物を得た。
この液晶組成物の比抵抗を測定した結果、２．６Ｅ１１
Ω・ｃｍであった。電圧保持率を測定した結果、８６．
８％であった。

【００３４】実施例４ 実施例３で精製に用いたのと同じ液晶組成物５ｇをクロ
ロホルム１５ｇに溶解し、これに２５℃で２重量％塩酸
水溶液２０ｇ添加し、１５分間攪拌後静置、分液してク
ロロホルム相を分取した。このクロロホルム相を、水２
０ｇで洗浄、分液する操作を５回繰り返し、残存塩酸を
除去した後、減圧にてクロロホルム留去、乾燥して精製
した液晶組成物を得た。この液晶組成物の比抵抗を測定
した結果、９．２Ｅ１１Ω・ｃｍであった。電圧保持率
を測定した結果、９５．１％であった。

【００３５】

【発明の効果】本発明の高い電気抵抗をもつ液晶組成物
により、コントラストに優れ、また電圧保持率の高いア
クティブマトリックス駆動のＧＨモードの液晶表示素子
が得られる。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二色性色素を含む液晶組成物を水と接触
   させた後、水と分離して得られた液晶組成物。
2. 【請求項２】 二色性色素を含む液晶組成物を酸性水溶
   液と接触させた後、酸性水溶液と分離して得られた液晶
   組成物。
3. 【請求項３】 酸が塩酸または硝酸であることを特徴と
   する請求項２記載の液晶組成物。
4. 【請求項４】 二色性色素を含む液晶組成物を、水と混
   和しない有機溶媒に溶解し、該溶液を水と接触させた
   後、該溶液から取得された液晶組成物。
5. 【請求項５】 二色性色素を含む液晶組成物を、水と混
   和しない有機溶媒に溶解し、該溶液を酸性水溶液と接触
   させた後、該溶液から取得された液晶組成物。
6. 【請求項６】 酸が塩酸または硝酸であることを特徴と
   する請求項５記載の液晶組成物。
7. 【請求項７】 少なくとも一方が透明な２枚の電極付き
   基板間に、請求項１〜６記載の液晶組成物を挟持してな
   る液晶素子。
8. 【請求項８】 能動（アクティブ）マトリクスモードに
   使用する請求項７に記載の液晶素子。