JPS6121508B2

JPS6121508B2 -

Info

Publication number: JPS6121508B2
Application number: JP54105873A
Authority: JP
Inventors: Akio Kobi; Shuji Imazeki; Teruo Kitamura; Yoshiaki Okabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-08-22
Filing date: 1979-08-22
Publication date: 1986-05-27
Also published as: JPS5630484A

Description

【発明の詳細な説明】

液晶はその分子配列の仕方により、ネマチツ
ク、コレステリツクおよびスメクチツク液晶の３
種類に分類できる。このうちネマチツク液晶では
すべての分子がその長軸方向が互いに平行である
配列をしている。そして液晶分子の長軸が素子ま
たは容器壁に垂直な場合にはその配列はホメオト
ロピツクと呼ばれ、平行な場合にはその配列はホ
モジニアスと呼ばれる。またネマチツク液晶は適
当な配向処理によりツイストした配列をとらせる
ことができる。一方、コレステリツク液晶では分
子はその長軸方向を互いに平行にして配列してい
るが、さらにこの長軸方向と直交する方向に極め
て薄い層を形成し、各層は分子の長軸方向が全体
的にみて、層を垂直に貫く軸を中心に順次回転し
ているようならせん構造を示す。このようなコレ
ステリツク液晶にはその液晶分子の長軸が電界を
印加した場合に電界方向に揃つてホメオトロピツ
ク構造のネマチツク状態をとるという性質を有す
るものがある。このような性質を利用し、液晶素
子の電極表面上を平行配向処理もしくは垂直配向
処理することにより、あるいはまた特に配向処理
を施すことなくコレステリツク状態からネマチツ
ク状態へ、もしくはネマチツク状態からコレステ
リツク状態への転移を起こさせ表示を行なう方法
が知られている。一般に液晶表示装置には液晶物質自体の電気光
学的効果を用いるものと他の混入物との相互作用
の結果生じる電気光学的効果を利用するものとが
ある。後者には例えばネマチツク液晶あるいはコ
レステリツク液晶に多色性色素を溶解したものを
用いた液晶表示装置がある。ところで多色性色素の中には、可視光の吸収の
遷移モーメントの方向が分子の長軸方向と殆ど平
行で、ゲスト分子として上記液晶中に溶解したと
き色素分子軸が液晶分子軸と同方向に良好に配列
するもののあることが知られている。液晶物質中
に溶解された色素分子の配列状態の程度は後述す
るオーダ・パラメータＳで表わすことができる。このような多色性色素を含むネマチツク液晶を
対向する二枚の電極板間に介在させ、これに電圧
を印加すれば液晶の誘電特性、流動特性に基づい
て液晶分子は擾乱運動を起こしたり、あるいは電
場方向に分子整列を起こしたりする。このとき、
色素分子は液晶分子と共働的に運動し、これによ
つて色素分子の吸収遷移モーメントに方向変化が
ひき起きされ、液晶表示装置の吸収特性に変化を
生じさせることが可能となり、電気的制御による
カラー表示装置を構成することができる。このよ
うな現象は「ゲスト−ホスト効果」として広く知
られている。また、旋光性物質の添加により、らせん構造を
有するに至つたネマチツク液晶や、元来それ自体
でらせん構造を有するコレステリツク液晶をホス
ト物質として、それに多色性色素を溶解した場合
には、これらのホスト物質の有するらせん構造に
より多色性色素の分子は配列される。このような
ゲスト・ホスト物質のらせん軸に平行に光が伝播
するとき、らせん分子配列により楕円二色性が順
次誘起される。電界を加えない場合、ゲスト・ホ
スト物質は白色入射光を２つの基準モードで伝播
し、それらはそれぞれ右まわり左まわりの楕円偏
光になる。これらのモードを表示する光の電気ベ
クトルの向きはゲスト分子の長軸と密接に関係し
ており、入射光の特定の波長領域がゲスト物質に
よつて吸収され、結果としてゲスト・ホスト物質
は着色状態をとる。電界を加えていくと、ゲス
ト・ホスト物質のらせん構造は巻き戻されて、同
一方向の分子配向（ホメオトロピツク配向）を生
ずる。この配列では入射光はゲスト分子によつて
殆ど吸収されず、従つて、ゲスト・ホスト物質は
透明に見える。ゲスト・ホスト効果を利用した液晶表示素子に
おいて、オン状態とオフ状態の間で優れたコント
ラストを得るためには、ゲストである多色性色素
は一方の状態で強い着色を示し、他方の状態で透
明に近い非着色となるような性質をもつていなけ
ればならない。すなわち、強い着色を与えるため
には、多色性色素の長軸が入射白色光の電気ベク
トルに平行、すなわち光の伝播方向に垂直に配列
される必要があり、他方、透明に近い非着色な状
態を与えるためには、多色性色素分子の長軸が入
射白色光の電気ベクトルに垂直、すなわち光の伝
播方向に平行に配列される必要がある。入射白色
光の液晶物質内での伝播方向は、通常、素子の空
間的構成によつて決定される。この方向は、通
常、一対の対向電極面に垂直である。すなわち、
電界が印加される方向に固定される。しかしながら、液晶分子および色素分子は配列
に関して無秩序な熱的揺動を起こし、光の伝播方
向に対してつねに直交もしくは平行であることは
できない。従つて色素分子の液晶中での特定な方
向に対する配列の秩序正しさが素子のコントラス
トに大きな影響を与えることになる。液晶媒体中
における色素分子の配列の程列は、通常、オーダ
ー・パラメーターと呼ばれる数値で表わされる。
オーダー・パラメーターＳは色素分子の吸収遷移
モーメントの液晶分子の配向方向（通常、デイレ
クターと呼ばれるベクトルで表わされる）に対す
る平行度を表わし、次のように定義される。Ｓ＝１／２（３²−１）式中、cos²θの項は時間平均されており、θは
多色性色素の吸収遷移モーメントと液晶の配向方
向（デイレクター）とのなす角である。液晶中に
溶解された多色性色素のオーダー・パラメーター
Ｓは次式を用いて求めることができる。Ｓ＝Ａ−Ａ⊥／２Ａ⊥＋Ａ式中、Ａ、Ａ⊥はそれぞれホスト液晶の配向
方向（デイレクター）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を表わす。
従つて吸収スペクトルの測定により、Ａ、Ａ⊥
を求めれば色素の、ホスト液晶中におけるオーダ
ー・パラメーターＳが得られ、色素の配向性を評
価することができる。こうしたゲスト・ホスト効果を利用した液晶表
示素子においては、多色性色素としては、電界
の有無に応じて大きなコントラストを示す為に、
配向秩序度が大きいこと、鮮明な各種色彩を実
現するために吸光係数が大きいこと、光、熱、
水、酸素等に対する安定性が優れていること、
液晶に対する溶解性が大きく、必要な範囲で任意
の濃度が得られること等の条件を満たす必要があ
る。特に、これらの性質の内で仲々満足すべき性
能が得られないのがの液晶への溶解性で、例え
ば、安定性の優れているアントラキノン系色素に
おいても溶解性が良いものは極めて少い。また、
溶解性の良いと言われている色素も低温における
溶解性が悪いものが多く、放置により析出したり
することがある。本発明の目的は上記問題点に鑑み、溶解性を改
良した、特に低温における液晶への溶解性を改良
した２色性色素を提供することにある。また、本発明の目的は色相及び配向秩序度を低
下させずに溶解性を向上できる２色性色素を提供
することにある。本発明者等は２色性色素の配向秩序度及び色相
が色素の基本骨格によりほゞ決まることに注目
し、基本骨格が同じでflexibleな側鎖の異る同族
体（以下便宜上“同族体”と称する）を２種以上
混合することにより、色相、配向秩序度を低下さ
せずに混合前の各色素よりも低温における溶解性
が向上することを見い出したものである。色素の液晶に対する溶解性は当然、色素構造、
液晶構造によつて変わるが、本発明は広く適用で
きるもので、例えば代表的な色素としては表に
示すものが、また液晶材料としては表に示すも
のを使用することができる。表において基本骨
格とは特にrigidな部分を意味し、flexibleな側鎖
とはアルキル基、アルコキシ基、アルキルアミノ
基、アルキルエステル基、アリルエステル基等の
ような自由回転結合を有する基を意味する。これ
ら色素の液晶への溶解性は一般に室温で２重量％
以下であるが、２種以上混合することによつて室
温における溶解性が２重量％以上と向上すること
がある。特に混合色素は０℃以下の低温における
析出はほとんどみられなくなる。従来においても
色素を２種以上混合することは良く行われている
が、ほとんどが基本骨格あるいは種類の異なる色
素を混合し色相の改良および多色を実現する為に
行われているに過ぎず、本発明のような同族体を
２種以上混合し、色相、配向秩序度を変えずに低
温における溶解性が改良できることは知られてい
ない。本発明で用いるネマチツク液晶としては、表
の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
表に示されるようなもの、あるいはこれらの誘
導体があげられる。

【表】

【表】ＲはCnH2n＋１，CnH2n＋1Oを、ＸはNO₂，
CN、ハロゲンを表わす。表の液晶はいずれも誘導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
異方性が正の液晶を混合して、全体として正とす
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−メチルヘキトシ基などの光学活性基をネマチ
ツク液晶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。ツイストネマチツク方式のよう
な偏光板を用いない素子としては一般に少くとも
一方が透明な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
ペーサーを介して平行に素子を構成したものが用
いられる。この場合、スペーサーにより素子のギ
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、本発明を実施例にて説明する。実施例１〜３市販ビフエニル系液晶（メルク社製Ｅ−７）。フエニルシクロヘキサン系液晶（メルク社製
ZLI−1132）およびシツフ系液晶（ホフマン社製
TN200）に下記組成の２色性色素を添加し、ギヤ
ツプ10μｍのガラス基板中に封入し−20℃で
1000hr放置し、顕微鏡で色素の析出状態を観測し
た。その結果を表に示す。２色性色素組成

【表】表より液晶材料に析出する傾向がやゝ異なる
が、２色性色素の同族体混合物は各組成の混合前
に比べほとんど析出が見られず溶解性が優れてい
ることが判る。また、色相も混合によりほとんど
変化していないことが判る。なお、各液晶材料に
ついて色素を添加せずに同様に−20℃で1000hr放
置したが結晶化は生じていないことを確認した。
また、色素混合は予め各色素を溶媒に溶解した
後、乾固もしくは再結晶による混晶を液晶に加え
た方が、個々に添加するよりも効果のあることが
判つた。表の実施例４〜５にこの結果を示
す。実施例６〜８実施例１と同様な方法で下記２色性色素の組成
物Ｄ〜Ｆとフエニルシクロヘキサン系液晶（メル
ク社製ZLI−1132）を組合せた結果、表の如く
−40℃で1000hr放置しても結晶化しないことが判
つた。

【表】実施例９実施例１〜13のゲスト・ホスト型液晶素子の本
文中の方法により配向秩序度を測定した結果、各
色素混合物の配向秩序度は、混合物の各色素の配
向秩序度の平均値に対±0.05とほとんど変わらな
かつた。

【表】

【表】表に記載したオーダー・パラメーターＳはメ
ルク社製のフエニルシクロヘキサン系混合液晶で
あるZLI−1132（液晶温度範囲−６℃〜70℃）
に、旋光性物質としてBDH社製の４−（２−メチ
ルブチル）−4′−シアノビフエニルを７重量％加
えたものをホスト液晶とし、その中に上記の多色
性アントラキノン色素を溶解し、透明電極付き素
子に封入した上で、測定したものである。オーダー・パラメーターの値はホスト液晶の性
質および多色性色素の濃度に部分的に依存してい
るので、ホスト液晶の種類もしくは色素濃度を変
えると多少変動することもあり得る。

Claims

【特許請求の範囲】

１ゲスト・ホスト型カラー液晶表示方法におい
て、ゲストとして基本骨核が同じで、側鎖が異な
り、且つ側鎖がフレキシブルな基を有する２色性
色素の２種以上を用いることを特徴とするカラー
液晶表示方法。