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JP2008174717A - 液晶組成物及び液晶素子 - Google Patents

液晶組成物及び液晶素子 Download PDF

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JP2008174717A
JP2008174717A JP2007256557A JP2007256557A JP2008174717A JP 2008174717 A JP2008174717 A JP 2008174717A JP 2007256557 A JP2007256557 A JP 2007256557A JP 2007256557 A JP2007256557 A JP 2007256557A JP 2008174717 A JP2008174717 A JP 2008174717A
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Takashi Miyahara
隆 宮原
Noritaka Matsuumi
法隆 松海
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Abstract

【課題】表示コントラストが高い液晶素子、並びに該液晶素子の作製に有用な液晶組成物を提供する。
【解決手段】少なくとも1種の下記一般式(I)で表される化合物、および、少なくとも1種の二色性色素を含有する液晶組成物。
Figure 2008174717

(式中、L1及びL2は単結合又は二価の連結基を表す。A1及びA2は各々独立に、−O−、−NR−(Rは水素原子又は置換基を表す。)、−S−及び−CO−からなる群から選ばれる基を表す。R1〜R3は置換基を表す。Xは第14〜16族の非金属原子を表す(ただし、Xには水素原子又は置換基が結合してもよい。)。nは0〜2を表す。)
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶組成物及び該液晶組成物を含有する液晶層を有する液晶素子に関し、特にゲストホスト(「GH」という場合がある)方式の液晶素子に好適に利用できる液晶素子に関する。
デジタル情報の普及に伴い、デジタル情報を表示するためのディスプレイ(以下、電子ペーパーと呼ぶ)の重要性が増している。電子ペーパーに要求される性能としては、高い視認性と低消費電力が挙げられる。高い視認性とは、紙に近い白地を意味しており、そのためには、紙と同様の散乱白地に基づく表示方式が適している。低消費電力に関しては、反射型表示方式が、自発光型表示方式よりも低消費電力である。これまで、電子ペーパーとして、多くの方式が提案されている。例えば、反射型液晶表示方式、電気泳動表示方式、磁気泳動表示方式、二色球回転方式、エレクトロクロミック表示方式、ロイコサーマル表示方式などである。いずれの方式についても、高い視認性という観点からは、満足できるレベルにはなく、その改善が求められていた。
液晶素子(液晶表示素子)については、すでに多くの方式が提案されており、中でもゲストホスト方式の液晶素子は、明るい表示が可能であって、反射型に適した液晶素子として期待されている。ゲストホスト方式は、ホストであるネマチック液晶中にゲストとして二色性色素を溶解させた液晶組成物を用いる表示方式である。二色性色素は、1軸の光吸収軸を有し、光吸収軸方向に振動する光のみを吸収することから、電場による液晶の動きに合わせて、二色性色素の配向を変化させ、光吸収軸の向きを制御することにより、セルの吸光状態を変化させることができる。
ゲストホスト方式液晶素子の表示コントラストは、液晶層を構成する液晶組成物中の二色性色素のオーダーパラメータもしくはホスト液晶、又はセル構造によって左右されることが知られている。一般に、ネマチック液晶と二色性色素を組み合わせた液晶組成物は、配向処理した基板間に存在した場合には、ネマチック液晶が一軸配向状態をとるため片側の直線偏光しか吸収できず、半分の光が透過するため、表示コントラスト比が上がらない。また、配向処理をしていない基板間に、ネマチック液晶と二色性色素を組み合わせた液晶組成物を注入した場合にも、マルチドメイン状態をとるため、片側の直線偏光しか吸収できず、半分の光が透過するため、表示コントラスト比が上がらない。そのため、全方位の光を吸収させる方式として、カイラル剤との組み合わせによるカイラルネマチック相を利用した相転移型ゲストホスト方式が提案された(非特許文献1参照)。この方式では、偏光板を使用しない明るい表示が可能となる(特許文献1参照)。
しかしながら、相転移型ゲストホスト方式においては、用いられる二色性色素のホスト液晶に対する溶解性が不十分であり、多くの研究者により鋭意検討されてきたが(特許文献1参照)、依然として、表示性能は満足できるレベルにはなく、その改善が求められており、より高いコントラスト比を有する液晶素子の提供が望まれている。
D.L.White;G.N.Taylor;J.Appl.Phys.,Vol.45,4718(1974) 特開2006−83338号公報
本発明は、表示コントラストが高い液晶素子、及びかかる液晶素子の作製に有用な液晶組成物を提供することを課題とする。
相転移型ゲストホスト方式のコントラスト比を上げるためには、ホスト液晶中の二色性色素の濃度を増加することが重要であるが、同時に、該方式においては、液晶に入射した光は液晶の屈折率異方性の影響により、らせん構造にそって旋光してしまうため、コントラスト比向上のためには、屈折率異方性が低いホスト液晶を使用することが肝要である。一般に主に脂肪族化合物から構成される液晶は屈折率異方性が小さいため該方式のホスト液晶として有用であるが、二色性色素は一般に芳香族化合物であるため、二色性色素の、主に脂肪族化合物から構成される液晶への溶解性は概して低い。
本発明者は鋭意検討した結果、ホスト液晶に屈折率異方性が小さい特定の棒状芳香族化合物を添加することにより、屈折率異方性が小さい液晶組成物を調製でき、かつ、該液晶組成物の二色性色素に対する溶解度を向上することができ、ひいては高い表示コントラストを実現できること、さらには、前記棒状芳香族化合物は、それを液晶に含有させるだけで液晶の誘電率異方性を制御でき、液晶素子の印加電圧を低減しうるなどの知見を得、この知見に基づいてさらに検討して本発明を完成するに至った。
上記課題を解決するための手段は以下の通りである。
[1]少なくとも1種の下記一般式(I)で表される化合物、および、少なくとも1種の二色性色素を含有する液晶組成物。
Figure 2008174717
(式中、L1およびL2は各々独立に単結合または二価の連結基を表す。A1およびA2は各々独立に、−O−、−NR−(Rは水素原子または置換基を表す。)、−S−及び−CO−からなる群から選ばれる基を表す。R1、R2、およびR3は各々独立に置換基を表す。Xは第14〜16族の非金属原子を表す(ただし、Xには水素原子又は置換基が結合してもよい。)。nは0から2までの整数を表す。)
[2]前記一般式(I)で表される化合物が、下記一般式(II)で表される化合物であることを特徴とする、[1]項に記載の液晶組成物。
Figure 2008174717
(式中、L1およびL2は各々独立に単結合または二価の連結基を表す。A1およびA2は各々独立に、−O−、−NR−(Rは水素原子または置換基を表す。)、−S−及び−CO−からなる群から選ばれる基を表す。R1、R2、R3、R4およびR5は各々独立に置換基を表す。nは0から2までの整数を表す。)
[3]前記一般式(I)で表される化合物が液晶化合物である[1]項に記載の液晶組成物。
[4]前記一般式(II)で表される化合物が液晶化合物である[2]項に記載の液晶組成物。
[5]付加的に少なくとも1種の液晶化合物を含有することを特徴とする[1]〜[4]のいずれか1項に記載の液晶組成物。
[6]少なくとも1種のカイラル剤を含有することを特徴とする[1]〜[5]のいずれか1項に記載の液晶組成物。
[7]少なくとも一方が透明電極である一対の電極間に液晶層を有し、該液晶層が、[1]〜[6]のいずれかに記載の液晶組成物を含有する液晶素子。
[8]少なくとも一方が透明電極である一対の電極間に高分子媒体層を有し、該高分子媒体層が、高分子と該高分子中に分散された[1]〜[6]のいずれかに記載の液晶組成物とを含む液晶素子。
[9]少なくとも一方が透明電極である一対の電極間に液晶層を有し、該液晶層が、[1]〜[6]のいずれかに記載の液晶組成物を含むマイクロカプセルを含有する液晶素子。
[10]少なくとも一方が透明電極である一対の電極間に液晶層を有し、該液晶層が、一般式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする液晶組成物である液晶素子。
[11]一般式(I)で表される化合物が、一般式(II)で表される化合物であることを特徴とする、[10]に記載の液晶素子。
本発明の液晶組成物は、複屈折異方性が小さく、かつ、芳香族性の二色性色素の溶解性が高い。また、本発明の液晶組成物は、TN、VA、IPS、ゲストホストモードなど液晶素子の作製に広く用いることができ、特にゲストホスト方式液晶表示素子の作製に用いるのが好ましい。本発明の液晶組成物を用いて作製された本発明の液晶素子は、高い表示コントラストを示す。また、前記の一般式(I)または(II)で表される化合物を液晶中に含有させることにより液晶の誘電率異方性を、より負にでき、所要印加電圧の低減効果、波長分散性の低減効果を奏する。
以下、本発明について詳細に説明する。なお、本明細書において「〜」はその前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本発明の液晶組成物は、一般式(I)で表される化合物の少なくとも1種、及び二色性色素の少なくとも1種を含有することを特徴とする。以下、本発明に用いられる種々の材料について説明する。
[一般式(I)又は(II)で表される化合物]
一軸配向している液晶が、小さい屈折率異方性Δnを発現するためには、配向方向(分子長軸方向、以下、A方向と示す)とそれに直交する方向(以下、B方向と示す)における屈折率を上手く設計する必要がある。ΔnはA方向の屈折率からB方向の屈折率を差し引いた値であるため、A方向とB方向の屈折率が近ければ、Δnは小さい値をとるが、一般に、棒状化合物は分子の長軸方向のほうが大きい分極率を有するため、液晶が主に棒状化合物から構成される場合、Δnは正となる。また、棒状化合物の内で棒状芳香族化合物は、脂肪族棒状化合物と比較してΔnは一般にさらに正に大きい値となる。したがって、棒状芳香族化合物を含有する液晶のΔnを小さくするためには、棒状芳香族化合物の短軸方向の分極率を大きくする分子設計が必須となる。したがって、相転移型ゲストホスト方式に適した屈折率異方性Δnが小さく、かつ、一般に芳香族化合物である二色性色素に対する溶解性が高いホスト液晶としては、一般式(I)で表される化合物を含むホスト液晶が好ましく、下記一般式(II)で表される化合物を含むホスト液晶がより好ましい。
Figure 2008174717
(一般式(I)中、L1およびL2は各々独立に単結合または二価の連結基を表す。A1およびA2は各々独立に、−O−、−NR−(Rは水素原子または置換基を表す。)、−S−及び−CO−からなる群から選ばれる基を表す。R1、R2、およびR3は各々独立に置換基を表す。Xは第14〜16族の非金属原子を表す(ただし、Xには水素原子又は置換基が結合してもよい。)。nは0から2までの整数を表す。)
Figure 2008174717
(一般式(II)中、L1およびL2は各々独立に単結合または二価の連結基を表す。A1およびA2は各々独立に、−O−、−NR−(Rは水素原子または置換基を表す。)、−S−及び−CO−からなる群から選ばれる基を表す。R1、R2、R3、R4およびR5は各々独立に置換基を表す。nは0から2までの整数を表す。)
一般式(I)又は(II)において、L1およびL2が表す二価の連結基としては、好ましくは下記の例が挙げられる。
Figure 2008174717
さらに好ましくは−O−、−COO−、−OCO−である。
一般式(I)又は(II)において、R1は置換基であり、複数存在する場合は同じでも異なっていてもよく、環を形成しても良い。置換基の例としては下記のものが適用できる。
ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、アルキル基(好ましくは炭素数1〜30のアルキル基、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基)、シクロアルキル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換または無置換のシクロアルキル基、例えば、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、4−n−ドデシルシクロヘキシル基)、ビシクロアルキル基(好ましくは、炭素数5〜30の置換または無置換のビシクロアルキル基、つまり、炭素数5〜30のビシクロアルカンから水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン−2−イル基、ビシクロ[2,2,2]オクタン−3−イル基)、
アルケニル基(好ましくは炭素数2〜30の置換または無置換のアルケニル基、例えば、ビニル基、アリル基)、シクロアルケニル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換または無置換のシクロアルケニル基、つまり、炭素数3〜30のシクロアルケンの水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、2−シクロペンテン−1−イル、2−シクロヘキセン−1−イル基)、ビシクロアルケニル基(置換または無置換のビシクロアルケニル基、好ましくは、炭素数5〜30の置換または無置換のビシクロアルケニル基、つまり二重結合を一個持つビシクロアルケンの水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[2,2,1]ヘプト−2−エン−1−イル基、ビシクロ[2,2,2]オクト−2−エン−4−イル基)、アルキニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換または無置換のアルキニル基、例えば、エチニル基、プロパルギル基)、
アリール基(好ましくは炭素数6〜30の置換または無置換のアリール基、例えばフェニル基、p−トリル基、ナフチル基)、ヘテロ環基(好ましくは5または6員の置換または無置換の、芳香族または非芳香族のヘテロ環化合物から一個の水素原子を取り除いた一価の基であり、さらに好ましくは、炭素数3〜30の5または6員の芳香族のヘテロ環基である。例えば、2−フリル基、2−チエニル基、2−ピリミジニル基、2−ベンゾチアゾリル基)、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換または無置換のアルコキシ基、例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基、n−オクチルオキシ基、2−メトキシエトキシ基)、アリールオキシ基(好ましくは、炭素数6〜30の置換または無置換のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ基、2−メチルフェノキシ基、4−tert−ブチルフェノキシ基、3−ニトロフェノキシ基、2−テトラデカノイルアミノフェノキシ基)、
シリルオキシ基(好ましくは、炭素数3〜20のシリルオキシ基、例えば、トリメチルシリルオキシ基、tert−ブチルジメチルシリルオキシ基)、ヘテロ環オキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換または無置換のヘテロ環オキシ基、1−フェニルテトラゾール−5−オキシ基、2−テトラヒドロピラニルオキシ基)、アシルオキシ基(好ましくはホルミルオキシ基、炭素数2〜30の置換または無置換のアルキルカルボニルオキシ基、炭素数6〜30の置換または無置換のアリールカルボニルオキシ基、例えば、ホルミルオキシ基、アセチルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ステアロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基、p−メトキシフェニルカルボニルオキシ基)、カルバモイルオキシ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換または無置換のカルバモイルオキシ基、例えば、N,N−ジメチルカルバモイルオキシ基、N,N−ジエチルカルバモイルオキシ基、モルホリノカルボニルオキシ基、N,N−ジ−n−オクチルアミノカルボニルオキシ基、N−n−オクチルカルバモイルオキシ基)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換または無置換アルコキシカルボニルオキシ基、例えばメトキシカルボニルオキシ基、エトキシカルボニルオキシ基、tert−ブトキシカルボニルオキシ基、n−オクチルカルボニルオキシ基)、アリールオキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数7〜30の置換または無置換のアリールオキシカルボニルオキシ基、例えば、フェノキシカルボニルオキシ基、p−メトキシフェノキシカルボニルオキシ基、p−n−ヘキサデシルオキシフェノキシカルボニルオキシ基)、
アミノ基(好ましくは、アミノ基、炭素数1〜30の置換または無置換のアルキルアミノ基、炭素数6〜30の置換または無置換のアニリノ基、例えば、アミノ基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、アニリノ基、N−メチル−アニリノ基、ジフェニルアミノ基)、アシルアミノ基(好ましくは、ホルミルアミノ基、炭素数1〜30の置換または無置換のアルキルカルボニルアミノ基、炭素数6〜30の置換または無置換のアリールカルボニルアミノ基、例えば、ホルミルアミノ基、アセチルアミノ基、ピバロイルアミノ基、ラウロイルアミノ基、ベンゾイルアミノ基)、アミノカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換または無置換のアミノカルボニルアミノ基、例えば、カルバモイルアミノ基、N,N−ジメチルアミノカルボニルアミノ基、N,N−ジエチルアミノカルボニルアミノ基、モルホリノカルボニルアミノ基)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30の置換または無置換アルコキシカルボニルアミノ基、例えば、メトキシカルボニルアミノ基、エトキシカルボニルアミノ基、tert−ブトキシカルボニルアミノ基、n−オクタデシルオキシカルボニルアミノ基、N−メチルーメトキシカルボニルアミノ基)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数7〜30の置換または無置換のアリールオキシカルボニルアミノ基、例えば、フェノキシカルボニルアミノ基、p−クロロフェノキシカルボニルアミノ基、m−n−オクチルオキシフェノキシカルボニルアミノ基)、
スルファモイルアミノ基(好ましくは、炭素数0〜30の置換または無置換のスルファモイルアミノ基、例えば、スルファモイルアミノ基、N,N−ジメチルアミノスルホニルアミノ基、N−n−オクチルアミノスルホニルアミノ基)、アルキル又はアリールスルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜30の置換または無置換のアルキルスルホニルアミノ基、炭素数6〜30の置換または無置換のアリールスルホニルアミノ基、例えば、メチルスルホニルアミノ基、ブチルスルホニルアミノ基、フェニルスルホニルアミノ基、2,3,5−トリクロロフェニルスルホニルアミノ基、p−メチルフェニルスルホニルアミノ基)、メルカプト基、アルキルチオ基(好ましくは、炭素数1〜30の置換または無置換のアルキルチオ基、例えばメチルチオ基、エチルチオ基、n−ヘキサデシルチオ基)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜30の置換または無置換のアリールチオ基、例えば、フェニルチオ基、p−クロロフェニルチオ基、m−メトキシフェニルチオ基)、ヘテロ環チオ基(好ましくは炭素数2〜30の置換または無置換のヘテロ環チオ基、例えば、2−ベンゾチアゾリルチオ基、1−フェニルテトラゾール−5−イルチオ基)、
スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜30の置換または無置換のスルファモイル基、例えば、N−エチルスルファモイル基、N−(3−ドデシルオキシプロピル)スルファモイル基、N,N−ジメチルスルファモイル基、N−アセチルスルファモイル基、N−ベンゾイルスルファモイル基、N−(N’−フェニルカルバモイル)スルファモイル基)、スルホ基、アルキル又はアリールスルフィニル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換または無置換のアルキルスルフィニル基、炭素数6〜30の置換または無置換のアリールスルフィニル基、例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、p−メチルフェニルスルフィニル基)、アルキル又はアリールスルホニル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換または無置換のアルキルスルホニル基、炭素数6〜30の置換または無置換のアリールスルホニル基、例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、フェニルスルホニル基、p−メチルフェニルスルホニル基)、
アシル基(好ましくはホルミル基、炭素数2〜30の置換または無置換のアルキルカルボニル基、炭素数7〜30の置換または無置換のアリールカルボニル基、例えば、アセチル基、ピバロイルベンゾイル基)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは、炭素数7〜30の置換または無置換のアリールオキシカルボニル基、例えば、フェノキシカルボニル基、o−クロロフェノキシカルボニル基、m−ニトロフェノキシカルボニル基、p−tert−ブチルフェノキシカルボニル基)、アルコキシカルボニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換または無置換アルコキシカルボニル基、例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、n−オクタデシルオキシカルボニル基)、カルバモイル基(好ましくは、炭素数1〜30の置換または無置換のカルバモイル基、例えば、カルバモイル基、N−メチルカルバモイル基、N,N−ジメチルカルバモイル基、N,N−ジ−n−オクチルカルバモイル基、N−(メチルスルホニル)カルバモイル基)、
アリールおよびヘテロ環アゾ基(好ましくは炭素数6〜30の置換または無置換のアリールアゾ基、炭素数3〜30の置換または無置換のヘテロ環アゾ基、例えば、フェニルアゾ基、p−クロロフェニルアゾ基、5−エチルチオ−1,3,4−チアジアゾール−2−イルアゾ基)、イミド基(好ましくは、N−スクシンイミド基、N−フタルイミド基)、ホスフィノ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換または無置換のホスフィノ基、例えば、ジメチルホスフィノ基、ジフェニルホスフィノ基、メチルフェノキシホスフィノ基)、ホスフィニル基(好ましくは、炭素数2〜30の置換または無置換のホスフィニル基、例えば、ホスフィニル基、ジオクチルオキシホスフィニル基、ジエトキシホスフィニル基)、ホスフィニルオキシ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換または無置換のホスフィニルオキシ基、例えば、ジフェノキシホスフィニルオキシ基、ジオクチルオキシホスフィニルオキシ基)、ホスフィニルアミノ基(好ましくは、炭素数2〜30の置換または無置換のホスフィニルアミノ基、例えば、ジメトキシホスフィニルアミノ基、ジメチルアミノホスフィニルアミノ基)、シリル基(好ましくは、炭素数3〜30の置換または無置換のシリル基、例えば、トリメチルシリル基、tert−ブチルジメチルシリル基、フェニルジメチルシリル基)を表わす。
上記の置換基の中で、水素原子を有するものは、これを取り去りさらに上記の基で置換されていてもよい。そのような官能基の例としては、アルキルカルボニルアミノスルホニル基、アリールカルボニルアミノスルホニル基、アルキルスルホニルアミノカルボニル基、アリールスルホニルアミノカルボニル基が挙げられる。その例としては、メチルスルホニルアミノカルボニル基、p−メチルフェニルスルホニルアミノカルボニル基、アセチルアミノスルホニル基、ベンゾイルアミノスルホニル基が挙げられる。
1は好ましくは、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシルオキシ基、シアノ基、アミノ基であり、さらに好ましくは、ハロゲン原子、アルキル基、シアノ基、アルコキシ基である。
2、R3は各々独立に置換基を表す。例としては上記R1の例があげられる。好ましくは置換もしくは無置換のベンゼン環、置換もしくは無置換のシクロヘキサン環である。より好ましくは置換基を有するベンゼン環、置換基を有するシクロヘキサン環であり、さらに好ましくは4位に置換基を有するベンゼン環、4位に置換基を有するシクロヘキサン環である。さらに好ましくは置換もしくは無置換のベンゾイルオキシ基を4位に有するベンゼン環、置換もしくは無置換のシクロヘキシル基を4位に有するベンゼン環、置換もしくは無置換のベンゼン環を4位に有するシクロヘキサン環、または、置換もしくは無置換のシクロヘキシル基を4位に有するシクロへキサン環であり、中でも、置換もしくは無置換のシクロヘキシル基を4位に有するシクロへキサン環を好適に挙げることができる。また、さらに好ましくは4位に置換基を有するベンゾイルオキシ基を4位に有するベンゼン環、4位に置換基を有するシクロヘキシル基を4位に有するベンゼン環、4位に置換基を有するベンゼン環を4位に有するシクロヘキサン環、4位に置換基を有するシクロヘキシル基を4位に有するシクロへキサン環である。最も好ましくは、4位に置換基を有するシクロヘキシル基を4位に有するシクロへキサン環であり、4位に置換基を有するシクロへキシル基の置換基としては、特に制限されるものではないが、アルキル基を好適に挙げることができる。
4、R5は各々独立に置換基を表す。例としては上記R1の例があげられる。好ましくは、ハメットの置換基定数σp値が0より大きい電子吸引性の置換基であることが好ましく、σp値が0〜1.5の電子吸引性の置換基を有していることがさらに好ましい。このような置換基としてはトリフルオロメチル基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基等が挙げられる。また、R4とR5とが結合して環を形成してもよい。
なお、ハメットの置換基定数のσp、σmに関しては、例えば、稲本直樹著「ハメット則−構造と反応性−」(丸善)、日本化学会編「新実験化学講座14 有機化合物の合成と反応V」2605頁(丸善)、仲谷忠雄著「理論有機化学解説」217頁(東京化学同人)、ケミカル レビュー,91巻,165〜195頁(1991年)等の成書に詳しく解説されている。
1およびA2は各々独立に、−O−、−NR−(Rは水素原子または置換基)、−S−及び−CO−からなる群から選ばれる基を表す。好ましくは−O−、−NR−(Rは置換基を表し、例としては上記R1の例が挙げられる。)または−S−である。
Xは第14〜16族の非金属原子を表す。ただし、Xには水素原子又は置換基が結合してもよい。Xは=O、=S、=NRa、=C(Rb)Rcが好ましい(ここでRa、Rb、Rcは各々独立に置換基を表し、例としては上記R1の例が挙げられる。)。
nは0〜2の整数を表し、好ましくは0又は1である。
以下に、前記一般式(I)又は(II)で表される化合物の具体例を示すが、本発明は以下の具体例によって何ら限定されることはない。下記化合物に関しては、指定のない限り括弧( )内の数字にて例示化合物(X)と示す。
Figure 2008174717
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前記一般式(I)又は(II)で表される化合物の合成は、既知の方法を参照して行うことができる。例えば、例示化合物(1)は、下記スキームに従って合成することができる。
Figure 2008174717
前記スキーム中、化合物(1−A)から化合物(1−D)までの合成は、“Journal of Chemical Crystallography”(1997);27(9);p.515−526.に記載の方法を参照して行うことができる。
さらに、前記スキームに示したように、化合物(1−E)のテトラヒドロフラン溶液に、メタンスルホン酸クロライドを加え、N,N−ジイソプロピルエチルアミンを滴下し攪拌した後、N,N−ジイソプロピルエチルアミンを加え、化合物(1−D)のテトラヒドロフラン溶液を滴下し、その後、N,N−ジメチルアミノピリジン(DMAP)のテトラヒドロフラン溶液を滴下することで、例示化合物(1)を得ることができる。
前記一般式(I)又は(II)で表される化合物は、一般に芳香族である二色性色素の、ホスト液晶に対する溶解性を向上するとともに、屈折率異方性Δnが小さい液晶組成物を提供する役割を果たし、相転移型ゲストホスト方式において表示コントラストを向上する上で好適な役割を果たす。さらに、相転移型ゲストホスト方式においては、液晶組成物の誘電率異方性は負であることが必須であるが、一般式(I)又は(II)で表される化合物は、好適な負の誘電率異方性を有する液晶組成物を提供する役割を果たし、相転移型ゲストホスト方式において好適な駆動電圧を提供する役割を果たす。
前記一般式(I)又は(II)で表される化合物は、液晶を発現する化合物としてホスト液晶として用いることができる。また、一般式(I)又は(II)で表される化合物は単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよく、また、他のホスト液晶を併用してもよい。
[二色性色素]
本発明において、二色性色素は、ホスト液晶中に溶解し、光を吸収する機能を有する化合物と定義される。二色性色素は、二色比(R)及びオーダーパラメーター(S)が大きく、ホスト液晶に対して良好な相溶性を示すことが好ましい。二色性色素としては、吸収極大ならびに吸収帯に関しては、いかなるものであってもよいが、イエロー域(Y)、マゼンタ域(M)、あるいはシアン域(C)に吸収極大を有する場合が好ましい。また、本発明の液晶素子に用いられる二色性色素は、単独で使用してもよいが、複数を混合したものであってもよい。複数の色素を混合する場合には、Y、M、Cに吸収極大を有する二色性色素の混合物を用いるのが好ましい。公知の二色性色素としては、たとえば、A.V.Ivashchenko著,Diachronic Dyes for Liquid Crystal Display,CRC社,1994年に記載のものが挙げられる。イエロー色素、マゼンタ色素ならびにシアン色素を混合することによるフルカラー化表示を行う方法については、「カラーケミストリー」(時田澄男著、丸善、1982年)に詳しい。ここでいう、イエロー域とは430〜490nmの範囲、マゼンタ域とは500〜580nmの範囲、シアン域とは600〜700nmの範囲である。
前記二色性色素の発色団はいかなるものであってもよいが、例えば、アゾ色素、アントラキノン色素、ペリレン色素、メロシアニン色素、アゾメチン色素、フタロペリレン色素、インジゴ色素、アズレン色素、ジオキサジン色素、ポリチオフェン色素、フェノキサジン色素などが挙げられる。好ましくはアゾ色素、アントラキノン色素、フェノキサジン色素であり、特に好ましくはアントラキノン色素、フェノキサゾン色素(フェノキサジン−3−オン)である。
アゾ色素はモノアゾ色素、ビスアゾ色素、トリスアゾ色素、テトラキスアゾ色素、ペンタキスアゾ色素などいかなるものであってもよいが、好ましくはモノアゾ色素、ビスアゾ色素、トリスアゾ色素である。
アゾ色素に含まれる環構造としては芳香族基(ベンゼン環、ナフタレン環など)のほかにも複素環(キノリン環、ピリジン環、チアゾール環、ベンゾチアゾール環、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリミジン環など)であってもよい。
アントラキノン色素の置換基としては、酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含むものが好ましく、例えば、アルコキシ、アリールオキシ、アルキルチオ、アリールチオ、アルキルアミノ、アリールアミノ基である。該置換基の置換数はいかなる数であってもよいが、ジ置換、トリ置換、テトラキス置換が好ましく、特に好ましくはジ置換、トリ置換である。該置換基の置換位置はいかなる場所であってもよいが、好ましくは1,4位ジ置換、1,5位ジ置換、1,4,5位トリ置換、1,2,4位トリ置換、1,2,5位トリ置換、1,2,4,5位テトラ置換、1,2,5,6位テトラ置換構造である。
フェノキサゾン色素(フェノキサジン−3−オン)の置換基としては、酸素原子、硫黄原子又は窒素原子を含むものが好ましく、例えば、アルコキシ、アリールオキシ、アルキルチオ、アリールチオ、アルキルアミノ、アリールアミノ基である。
以下に、本発明に使用可能な二色性色素の具体例を示すが、本発明は以下の具体例によって何ら限定されるものではない。
Figure 2008174717
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Figure 2008174717
Figure 2008174717
以下に、本発明に使用可能なアゾ系二色性色素の具体例を示すが、本発明は以下の具体例によってなんら限定されるものではない。
Figure 2008174717
以下に本発明に使用可能なジオキサジン系二色性色素ならびにメロシアニン系二色性色素の具体例を示すが、本発明は以下の具体例によってなんら限定されるものではない。
Figure 2008174717
<液晶組成物>
次に、本発明の液晶組成物について説明する。本発明の液晶組成物は、少なくとも1種の前記一般式(I)で表される化合物を含有し、少なくとも1種の二色性色素をゲスト色素として含有する。また、少なくとも1種のカイラル剤を含有させてもよい。
(ホスト液晶)
まず、ホスト液晶について説明する。本発明の液晶組成物及び液晶素子に使用可能なホスト液晶とは、電界の作用により、その配向状態を変化させ、ゲストとして溶解されている二色性色素の配向状態を制御する機能を有する液晶が好ましい。
本発明の液晶組成物及び液晶素子に用いられるホスト液晶は、ネマチック相を示す液晶であり、1種類以上の一般式(I)もしくは一般式(II)で表される化合物のみで構成されていても良いし、一般式(I)もしくは一般式(II)で表される化合物の少なくとも1種類と公知の液晶化合物との混合物であっても良く、また、1種類以上の公知の液晶化合物のみで構成されていてもよい。ホスト液晶の屈折率異方性(Δn)の絶対値は0.25以下のものが好ましい。より好ましくは、|Δn|<0.15であり、特に好ましくは、|Δn|<0.10であり、最も好ましくは、|Δn|<0.05である。
公知の液晶化合物の具体例としては、アゾメチン化合物、シアノビフェニル化合物、シアノフェニルエステル、フッ素置換フェニルエステル、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル、フッ素置換シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル、シアノフェニルシクロヘキサン、フッ素置換フェニルシクロヘキサン、シアノ置換フェニルピリミジン、フッ素置換フェニルピリミジン、アルコキシ置換フェニルピリミジン、フッ素置換アルコキシ置換フェニルピリミジン、フェニルジオキサン、トラン系化合物、フッ素置換トラン系化合物、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリルなどが挙げられる。「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、1989年)の第154〜192頁および第715〜722頁に記載の液晶化合物を用いることができる。TFT駆動に適したフッ素置換されたホスト液晶を使用することもできる。例えば、Merck社の液晶(ZLI−28064692、MLC−6610、6267、6284、6287、6288、6406、6422、6423、6425、6435、6437、7700、7800、9000、9100、9200、9300、10000など、いずれも商品名)、チッソ社の液晶(LIXON5036xx、5037xx、5039xx、5040xx、5041xxなど、いずれも商品名)が挙げられる。
本発明の液晶組成物及び液晶素子において、ホスト液晶中における一般式(I)または一般式(II)で表される化合物の含有量について制限はなく、ホスト液晶が、一般式(I)または一般式(II)で表される化合物のみから構成されていてもよい。好ましくは本発明の前記の規定する一般的(I)又は(II)で表される化合物と少なくとも1種の二色性色素との合計が液晶層の全液晶中少なくとも0.5〜100質量%の範囲であり、より好ましくは1.0〜100質量%である。また、調製したホスト液晶の屈折率異方性Δn、色素溶解度、色素のオーダーパラメータを測定することで、所望の表示コントラストに必要なホスト液晶の組成を決定することが好ましい。
本発明の液晶組成物には、ホスト液晶の物性を所望の範囲に変化させることを目的として(例えば、液晶相の温度範囲を所望の範囲にすることを目的として)、液晶性を示さない化合物を添加してもよい。また、紫外線吸収剤、酸化防止剤などの化合物を含有させてもよい。
(カイラル剤)
また、本発明の液晶組成物及び液晶素子に用いられるカイラル剤とは、光学活性物質であって、前記ホスト液晶材料に添加することで、該液晶組成物がカイラルネマチック相を示すようになるもののことをさす。たとえば、日本学術振興会第142委員会編,「液晶デバイスハンドブック」,日刊工業新聞社,1989年,199〜202頁に記載のTN、STN用カイラル剤が挙げられる。
本発明の液晶組成物において、カイラル剤の含有量について制限はないが、本発明の液晶素子として用いる液晶セルのセルギャップをd、液晶のヘリカルピッチをPとしたときに、0.1≦d/P≦20となるように含有されることが好ましい。より好ましくは、0.25≦d/P≦5であり、特に好ましくは、0.4≦d/P≦2であり、最も好ましくは、0.5≦d/P≦1である。
なおヘリカルピッチとは、液晶分子のらせん構造が360°旋回する距離として定義される。
(二色性色素)
本発明の液晶組成物及び液晶素子において、ホスト液晶および二色性色素の含有量については制限はないが、二色性色素の含有量(混合物の場合には、二色性色素の全含有量)はホスト液晶の含有量に対して0.1〜15質量%であることが好ましく、0.5〜6質量%であることが特に好ましい。また、液晶セルの吸収スペクトルを測定することで、所望の光学濃度に必要な色素濃度を決定することが望ましい。
ホスト液晶への前記二色性色素の溶解は、機械的攪拌、加熱、超音波、あるいはその組合せなどを利用することができる。
<液晶素子>
本発明の液晶素子は、本発明の液晶を含有する液晶層を備えた液晶素子である。本発明の液晶素子は、例えば、一対の電極基板(少なくとも一方は透明電極基板であるのが好ましい)間と、一対の電極基板に挟持される本発明の液晶組成物を含有する液晶層とから構成することができる。前記基板としては、通常ガラスあるいはプラスチック基板が用いられ、プラスチック基板としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。基板については、たとえば、日本学術振興会第142委員会編,「液晶デバイスハンドブック」,日刊工業新聞社,1989年,218〜231頁に詳しい。その基板上には、電極層が形成され、好ましくは透明電極である。その電極層としては、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化スズなどが用いられる。透明電極については、たとえば、日本学術振興会第142委員会編,「液晶デバイスハンドブック」,日刊工業新聞社,1989年,232〜239頁に記載のものが用いられる。
本発明の液晶素子は前記の課題を解決する手段で<10>、<11>として規定したものであってもよい。すなわち、少なくとも一方が透明電極である一対の電極間に液晶層を有し、該液晶中に、一般式(1)又は(2)で表される化合物を含有する液晶組成物である液晶素子である。この場合の一般式(1)又は(2)で表される化合物の含有量は前記の二色性色素を含有する液晶組成物を用いた場合と同様である。
本発明の液晶素子は液晶を配向させる目的で、液晶と基板の接する表面に配向処理を施した層を形成することが好ましい。該配向処理としては、たとえば、4級アンモニウム塩を塗布し配向させる方法、ポリイミドを塗布しラビング処理により配向する方法、SiOxを斜め方向から蒸着して配向する方法、さらには、光異性化を利用した光照射による配向方法などが挙げられる。配向膜については、たとえば、日本学術振興会第142委員会編,「液晶デバイスハンドブック」,日刊工業新聞社,1989年,240〜256頁に記載のものが用いられる。
本発明の液晶素子は基板同士をスペーサーなどを介して、1〜50μmの間隔を設け、その空間に本発明の液晶組成物を注入して作製することができる。スペーサーについては、たとえば、日本学術振興会第142委員会編,「液晶デバイスハンドブック」,日刊工業新聞社,1989年,257〜262頁に記載のものが用いられる。本発明の液晶組成物は、基板上に塗布あるいは印刷することにより基板間の空間に配置することができる。
本発明の液晶素子は、単純マトリックス駆動方式あるいは薄膜トランジスタ(TFT)などを用いたアクティブマトリックス駆動方式を用いて駆動することができる。駆動方式については、例えば、「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、1989年)の387〜460頁に詳細が記載され、本発明の液晶素子の駆動方法として利用できる。
本発明の液晶素子を用いた液晶ディスプレイの方式は特に制限はないが、例えば、日本学術振興会第142委員会編,「液晶デバイスハンドブック」,日刊工業新聞社,1989年,309頁に記載のゲストホスト方式に記載されている(1)ホモジニアス配向、(2)ホメオトロピック配向、White−Taylor型(相転移)として(3)フォーカルコニック配向及び(4)ホメオトロピック配向、(5)Super Twisted Nematic(STN)との組合せ、(6)強誘電性液晶(FLC)との組合せ、また、内田龍男監修,「反射型カラーLCD総合技術」,シーエムシー社,1999年,2−1章(GHモード反射型カラーLCD),15〜16頁に記載されている、(1)Heilmeier型GHモード、(2)1/4波長板型GHモード、(3)2層型GHモード、(4)相転移型GHモード、(5)高分子分散液晶(PDLC)型GHモードなどが挙げられる。
さらに、本発明の液晶素子は特開平10−67990号、同10−239702号、同10−133223号、同10−339881号、同11−52411号、同11−64880号、特開2000−221538号公報などに記載されている積層型GHモードに用いることができる。
また、本発明の液晶素子は、特開平11−24090号公報などに記載されているマイクロカプセルを利用したGHモードに用いることができる。即ち、本発明の液晶素子の一実施形態は、少なくとも一方が透明電極である一対の電極間に液晶層を有し、該液晶層が本発明の液晶組成物を含むマイクロカプセルを含有する、マイクロカプセルを利用したGHモードの液晶素子である。
さらに、本発明の液晶素子は、特開平5−61025号、同5−265053号、同6−3691号、同6−23061号、同5−203940号、同6−242423号、同6−289376号、同8−278490号、同9−813174号公報に記載されている高分子分散液晶型GHモードに用いることができる。即ち、本発明の液晶素子の一態様は、少なくとも一方が透明電極である一対の電極間に高分子媒体層を有し、該高分子媒体層が、高分子と、該高分子中に分散された本発明の液晶組成物とを含む、高分子分散液晶型GHモード液晶素子である。
さらに、本発明の液晶素子は、特開平6−235931号、同6−235940号、同6−265859号、同7−56174号、同9−146124号、同9−197388号、同10−20346号、同10−31207号、同10−31216号、同10−31231号、同10−31232号、同10−31233号、同10−31234号、同10−82986号、同10−90674号、同10−111513号、同10−111523号、同10−123509号、同10−123510号、同10−206851号、同10−253993号、同10−268300号、同11−149252号、特開2000−2874号公報などに記載されている反射型液晶ディスプレイに用いることができる。
本発明の液晶素子は、複数の二色性色素を含有する液晶組成物を利用したものであってもよい。また、液晶組成物の色についても、いかなるものであってもよい。例えば、複数の二色性色素を混合して用いる等、黒色の液晶組成物を調製した場合には、電圧の印加によって白黒表示用の液晶素子としての利用が挙げられる。また、レッド、グリーン及びブルーに各々着色された液晶組成物を調製し、3種類の組成物を基板上に並置配置することにより、カラー表示用の液晶素子を作製することもできる。また、本発明の液晶素子は、積層構造を有していてもよい。例えば、イエロー、マゼンタ及びシアンに着色した液晶組成物の各々からなる層を3層積層させる構成;及びイエロー、マゼンタ及びシアンに着色した液晶組成物と、補色の関係にあるブルー、グリーン及びレッドに着色した液晶組成物の各々からなる層を並置配置させた層とを2層積層させる構成;及び黒に着色した液晶組成物の層と、レッド、ブルー及びグリーンの液晶組成物の各々からなる層を並置配置させた層とを2層積層させる構成;などが挙げられる。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の主旨から逸脱しない限り適宜変更することができる従って本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。
参考例1
<二色性色素の調製>
二色性色素(1−1)、(1−2)、(1−7)及び(1−8)は、特開2003−192664号公報に記載の方法に従い調製した。
参考例2
<ホスト液晶(HLC−1)の調製>
液晶化合物(商品名ZLI−2806(E.Merck社製))80mg、例示化合物(18)3mg、例示化合物(20)8mg、例示化合物(128)2mg、例示化合物(130)7mgを混合し、該混合物を150℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。なお、例示化合物(18)及び(20)は単独で液晶相を呈するが、例示化合物(128)及び(130)は単独では液晶相を呈さなかった。
<ホスト液晶(HLC−2)の調製>
商品名ZLI−2806(E.Merck社製)70mg、例示化合物(18)7mg、例示化合物(20)12mg、例示化合物(128)3mg、例示化合物(130)8mgを混合し、該混合物を150℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。
<ホスト液晶の評価>
ホスト液晶(HLC−1)、ホスト液晶(HLC−2)、および、商品名ZLI−2806(E.Merck社製)を、夫々、くさび型の液晶セル(N−Wedge NLCD−057、商品名、NIPPO DENKI CO.,LTD.製)に130℃で注入し、30℃における550nmのΔnを求めたところ、Δn(550nm)=0.045、0.047、0.044であることがわかった。下記表1に示す。
Figure 2008174717
表1から、例示化合物(18)、(20)、(128)及び(130)を含有するホスト液晶(HLC−1)及び(HLC−2)の屈折率異方性Δnは、芳香族化合物を含まない液晶組成物である商品名ZLI−2806(E.Merck社製)屈折率異方性Δnと同等で、0.05以下であることが分かる。
実施例1
以下の液晶組成物(LCM−1)〜(LCM−6)に二色性色素を含有させ液晶を調製し色素の溶解度およびオーダーパラメータを測定した。
<液晶組成物(LCM−1)の調製>
二色性色素(No.1−1)7mg、及び上記で調製したホスト液晶(HLC−1)100mgを混合し、該混合物を150℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。
<液晶組成物(LCM−2)の調製>
二色性色素(No.1−8)7mg、及び上記で調製したホスト液晶(HLC−1)100mgを混合し、該混合物を150℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。
<液晶組成物(LCM−3)の調製>
二色性色素(No.1−1)8mg、及び上記で調製したホスト液晶(HLC−2)100mgを混合し、該混合物を150℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。
<液晶組成物(LCM−4)の調製>
二色性色素(No.1−8)8mg、及び上記で調製したホスト液晶(HLC−2)100mgを混合し、該混合物を150℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。
<液晶組成物(LCM−5)の調製(比較例)>
二色性色素(No.1−1)5mg、及びホスト液晶として商品名ZLI−2806(E.Merck社製)100mgを混合し、該混合物を150℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。
<液晶組成物(LCM−6)の調製(比較例)>
二色性色素(No.1−8)5mg、及びホスト液晶として商品名ZLI−2806(E.Merck社製)100mgを混合し、該混合物を150℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。
<液晶素子の作製>
上記で得られた液晶組成物(LCM−1)〜(LCM−6)の各々を、ニッポ電線社製の液晶セルに注入し、液晶素子(LCD−1)〜(LCD−6)をそれぞれ作製した。用いた液晶セル用基板は、E.H.C.社製のもので、ITO透明電極層が形成されたガラス板(厚さ0.7mm)であり、セルギャップ8μmで、エポキシ樹脂シール付きであった。また、一対のガラス基板の対向面には、ラビング処理が施されたポリイミド水平配向膜が形成されていて、封入する液晶をパラレル配向させることができるものであった。
<オーダーパラメータの評価>
作製した液晶素子(LCD−1)〜(LCD−6)に、ラビング方向と平行な偏光及び垂直な偏光を各々照射し、それぞれの吸収スペクトル(A‖及びA⊥)を(株)島津製作所製の紫外可視分光光度計(UV2400PC、商品名)にて測定した。極大吸収波長におけるA‖及びA⊥から、オーダーパラメータSを下式1に従い求めた。
式1
S = (A‖−A⊥)/(A‖+2・A⊥)
測定結果を表2に示す。表2中、吸光度とはラビング方向と平行な偏光を照射したときの吸収スペクトルA‖を示す。
Figure 2008174717
表2に示した結果から明らかなように、芳香族化合物である例示化合物(18)、(20)、(128)及び(130)を含有する本発明の液晶組成物(LCM−1)、(LCM−2)、(LCM−3)及び(LCM−4)は、例示化合物(18)、(20)、(128)又は(130)のいずれも含有しない液晶組成物(LCM−5)及び(LCM−6)と比較して、高い吸光度を与えることがわかった。本発明の液晶組成物(LCM−1)、(LCM−2)、(LCM−3)及び(LCM−4)のオーダーパラメータはいずれも、例示化合物(18)、(20)、(128)又は(130)のいずれも含有しない液晶組成物(LCM−5)及び(LCM−6)と同等で、液晶の配向性の程度は同等であることが分かった。すなわち本発明の液晶組成物を用いれば従来のものに比べ吸光度が高く、しかもオーダーパラメータの低下しない液晶素子が得られる。
実施例2
<液晶組成物(LCM−7)の調製>
二色性色素(No.1−1)3.5mg、二色性色素(No.1−2)3.5mg、ホスト液晶(HLC−1)100mg、及びカイラル剤としてR−811(商品名、E.Merck社製)1.1mgを混合し、該混合物を130℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。
<液晶組成物(LCM−8)の調製>
二色性色素(No.1−7)3.5mg、二色性色素(No.1−8)3.5mg、ホスト液晶(HLC−1)100mg、及びカイラル剤としてR−811(商品名、E.Merck社製)1.1mgを混合し、該混合物を130℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。
<液晶組成物(LCM−9)の調製>
二色性色素(No.1−1)4.0mg、二色性色素(No.1−2)4.0mg、ホスト液晶(HLC−2)100mg、及びカイラル剤としてR−811(商品名、E.Merck社製)1.1mgを混合し、該混合物を130℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。
<液晶組成物(LCM−10)の調製>
二色性色素(No.1−7)4.0mg、二色性色素(No.1−8)4.0mg、ホスト液晶(HLC−2)100mg、及びカイラル剤としてR−811(商品名、E.Merck社製)1.1mgを混合し、該混合物を130℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。
<液晶組成物(LCM−11)の調製(比較例)>
二色性色素(No.1−1)2.5mg、二色性色素(No.1−2)2.5mg、ホスト液晶として商品名ZLI−2806(E.Merck社製)100mg、及びカイラル剤としてR−811(商品名、E.Merck社製)1.1mgを混合し、該混合物を130℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。
<液晶組成物(LCM−12)の調製(比較例)>
二色性色素(No.1−7)2.5mg、二色性色素(No.1−8)2.5mg、ホスト液晶として商品名ZLI−2806(E.Merck社製)100mg、及びカイラル剤としてR−811(商品名、E.Merck社製)1.1mgを混合し、該混合物を130℃のホットプレート上で1時間加熱して、液晶組成物を調製した。該液晶組成物を室温にまで冷却させ、1晩放置した。
<液晶素子の作製>
上記で得られた液晶組成物(LCM−7)〜(LCM−12)の各々を、実施例1と同様にしてニッポ電機社製の液晶セルに注入し、液晶素子(LCD−7)〜(LCD−12)を作製した。用いた液晶セル様の基板は、ITO透明電極層が形成されたガラス基板(厚み1.1mm)であり、セルギャップ8μmで、エポキシ樹脂シール付きであり、一対の基板の対向面には、JSR製ポリイミド配向膜JALS−2021(商品名、垂直配向)が形成されたものである。
<コントラスト比の評価>
作製した液晶素子(LCD−7)〜(LCD−12)の画像表示面側において、コントラスト比(白表示の透過率/色表示の透過率)を、分光光度測定器(島津製作所社製、UV−2400PC、商品名)を用いて測定した。なお、色表示側(着色時)は、100Hz、20Vの電圧を印加した。結果を表3に示す。
Figure 2008174717
表3に示した結果より、前記一般式(I)または一般式(II)で表される化合物、二色性色素、およびカイラル剤を含む液晶組成物(LCM−7)、(LCM−8)、(LCM−9)又は(LCM−10)を用いて作製された本発明の液晶素子は、前記一般式(I)または一般式(II)で表される化合物でない液晶化合物を含有させ、カイラル剤を用いた液晶組成物(LCM−11)又は(LCM−12)を用いて作製された液晶素子と比較して、格段に高いコントラスト比を与えることがわかった。
以上の結果から、前記一般式(I)または一般式(II)で表される化合物をホスト液晶として含有する本発明の液晶組成物は、芳香族である二色性色素の溶解性が高く、その結果、本発明の液晶組成物を用いて作製した液晶素子は、前記一般式(I)または一般式(II)で表される化合物を含有しない液晶組成物を用いて作製した液晶素子と比較して、電圧印加時におけるDmaxが格段に大きくなり、表示コントラストが格段に大きくなることがわかった。
実施例3
<液晶組成物(LCM−13)〜(LCM−16)の調製>
市販品の液晶(商品名ZLI−2806(E.Merck社製))と、例示化合物(1)または(20)とを表4に示した重量比で混合し、150℃のホットプレート上で1時間加熱した。該混合物を、室温にまで冷却後、1晩放置し、液晶組成物(LCM−13)〜(LCM−16)を調製した。
<液晶組成物(LCM−17)〜(LCM−21)の調製>
市販品の液晶(商品名MLC−6610(E.Merck社製))と、例示化合物(1)または(20)とを表4に示した重量比で混合し、150℃のホットプレート上で1時間加熱した。該混合物を、室温にまで冷却後、1晩放置し、液晶組成物(LCM−17)〜(LCM−21)を調製した。
<液晶素子(LCD−13垂直)〜(LCD−21垂直)の作製>
上記で得られた液晶組成物(LCM−13)〜(LCM−21)の各々を、ニッポ電機製の液晶セルに注入し、液晶素子(LCD−13垂直)〜(LCD−21垂直)を作製した。用いた液晶セル様の基板は、ITO透明電極層が形成されたガラス基板(厚み1.1mm)であり、セルギャップ8μmで、エポキシ樹脂シール付きであり、一対の基板の対向面には、JSR製ポリイミド配向膜JALS−2021(商品名、垂直配向)が形成されたものである。
<液晶素子(LCD−22垂直)の作製(比較例)>
上記、液晶素子(LCD−13垂直)の作製において、液晶組成物(LCM−13)の代わりに、市販液晶(商品名ZLI−2806(E.Merck社製))を用いた以外は、同様の方法により、液晶素子(LCD−22垂直)を作製した。
<液晶素子(LCD−23垂直)の作製(比較例)>
上記、液晶素子(LCD−13垂直)の作製において、液晶組成物(LCM−13)の代わりに、市販液晶(商品名MLC−6610(E.Merck社製))を用いた以外は、同様の方法により、液晶素子(LCD−23垂直)を作製した。
<液晶素子(LCD−13水平)〜(LCD−21水平)の作製>
上記で得られた液晶組成物(LCM−13)〜(LCM−21)の各々を、実施例1と同様にしてニッポ電機社製の液晶セルに注入し、(LCD−13水平)〜(LCD−21水平)を作製した。用いた液晶セル様の基板は、ITO透明電極層が形成されたガラス基板(厚み1.1mm)であり、セルギャップ8μmで、エポキシ樹脂シール付きであり、一対の基板の対向面には、日産化学製配向膜SE−130(商品名、水平配向)が形成されたものである。
<液晶素子(LCD−22水平)の作製(比較例)>
上記、液晶素子(LCD−13水平)の作製において、液晶組成物(LCM−13)の代わりに、市販液晶、商品名ZLI−2806(E.Merck社製)を用いた以外は、同様の方法により、液晶素子(LCD−22水平)を作製した。
<液晶素子(LCD−23水平)の作製(比較例)>
上記、液晶素子(LCD−13水平)の作製において、液晶組成物(LCM−13)の代わりに、市販液晶、商品名MLC−6610(E.Merck社製)を用いた以外は、同様の方法により、液晶素子(LCD−23水平)を作製した。
Figure 2008174717
<誘電率異方性の測定>
上記で得られた液晶組成物(LCM−13)〜(LCM−21)、と市販液晶の商品名ZLI−2806(E.Merck社製)、および、商品名MLC−6610(E.Merck社製)の誘電率異方性を周波数応答アナライザ(東陽テクニカ社製、1255B、商品名)を用いて測定した。液晶組成物(LCM−XX)の誘電率異方性は、液晶素子(LCD−XX垂直)および(LCD−XX水平)を用いて測定した(上記、XXは、13〜21を表す。)。液晶、ZLI−2806の誘電率異方性は、液晶素子(LCD−22垂直)および(LCD−22水平)を用いて測定した。液晶MLC−6610の誘電率異方性は、液晶素子(LCD−23垂直)および(LCD−23水平)を用いて測定した。誘電率異方性は、周波数100〜1000Hzの範囲で測定し、100、400、1000Hzにおける測定結果の平均値を測定値とした。結果を表5に示す。
Figure 2008174717
表5に示した結果より、前記一般式(I)で表される化合物を市販液晶に比較的少量添加するだけで、市販液晶の誘電率異方性を負に大きくすることができることが分かった。外挿法により求められる例示化合物(1)、(20)の誘電率異方性は、各々12.2、5.6であった。
実施例4
<液晶素子(LCD−24)および(LCD−25)の作製(VAモード)>
上記で得られた液晶組成物(LCM−16)および(LCM−21)の各々を、実施例1と同様にしてニッポ電機社製の液晶セルに注入し、液晶素子(LCD−24)および(LCD−25)を作製した。用いた液晶セル様の基板は、ITO透明電極層が形成されたガラス基板(厚み1.1mm)であり、セルギャップ8μmで、エポキシ樹脂シール付きであり、一対の基板の対向面には、日産化学社製配向膜SE−1211(商品名、垂直配向)が形成されたものである。
<液晶素子(LCD−26)の作製(VAモード、比較例)>
上記、液晶素子(LCD−24)の作製において、液晶組成物(LCM−16)の代わりに、市販液晶、商品名ZLI−2806(E.Merck社製)を用いた以外は、同様の方法により、液晶素子(LCD−26)を作製した。
<液晶素子(LCD−27)の作製(VAモード、比較例)>
上記、液晶素子(LCD−24)の作製において、液晶組成物(LCM−16)の代わりに、市販液晶、商品名MLC−6610(E.Merck社製)を用いた以外は、同様の方法により、液晶素子(LCD−27)を作製した。
<駆動電圧の測定>
上記で作製した液晶素子(LCD−24)〜(LCD−27)各々に対して、その両面に偏光板を1枚ずつ貼り付けた。1つの液晶素子に対して貼り付けた2枚の偏光板はクロスニコル配置とした。偏光板を貼り付けた液晶素子に、電圧を印加した際の光(550
nm)の透過率を、(株)島津製作所製の紫外可視分光光度計(UV2400PC、商品名)にて測定した。最大の透過率の90%の透過率になるときの印加電圧をV90と定義した。結果を表6に示す。
Figure 2008174717
表6に示した結果より、前記一般式(I)で表される化合物を液晶に少量含有させることにより、最大の透過率の90%の透過率を与える印加電圧V90を小さくすることができることが分かった。
実施例5
<液晶組成物(LCM−22)の調製>
市販液晶、商品名MLC−6609(E.Merck社製)96mg、および、例示化合物(130)4mgを混合し、150℃のホットプレート上で1時間加熱した。該混合物を、室温にまで冷却後、1晩放置し、液晶組成物(LCM−22)を調製した。
<波長分散の評価>
液晶組成物(LCM−22)、および、市販液晶、商品名MLC−6609(E.Merck社製)を、夫々、くさび型の液晶セル(N−Wedge NLCD−057、商品名、NIPPO DENKI CO.,LTD.製)に130℃で注入し、30℃での、450nm、550nm、650nmにおけるΔnを求めた。さらに、550nmにおけるΔnに対する450nmにおけるΔnの比Δn(450nm)/ Δn(550nm)、および、550nmにおけるΔnに対する650nmにおけるΔnの比Δn(650nm)/ Δn(550nm)を算出した。結果を表7に示す。
Figure 2008174717
表7から明らかなように、前記一般式(I)で表される化合物を少量含有した液晶とすることにより、液晶組成物の順分散性(低波長領域ほど複屈折(Δn)が大きい波長分散性を順分散とする)を小さくすることができることが分かる。
実施例6
<液晶組成物(LCM−23)の調製>
市販液晶、商品名MLC−16000−100(E.Merck社製)96mg、および、例示化合物(20)4mgを混合し、100℃のホットプレート上で1時間加熱した。該混合物を、室温にまで冷却後、1晩放置し、液晶組成物(LCM−23)を調製した。
<液晶素子(LCD−28)の作製(IPSモード)>
一枚のガラス基板上に、図1に示す様に、隣接する電極間の距離が20μmとなるように電極(図1中2及び3)を配設し、その上に日産化学社製配向膜SE−130(商品名、水平配向)を設け、ラビング処理を行なった。図1中に示す方向4に、ラビング処理を行なった。別に用意した一枚のガラス基板の一方の表面に配向膜SE−130を設け、ラビング処理を行なって配向膜とした。二枚のガラス基板を、配向膜同士を対向させて、基板の間隔(ギャップ;d)を3.9μmとし、二枚のガラス基板のラビング方向が平行となるようにして重ねて貼り合わせ、次いで液晶組成物(LCM−23)を封入した。
<液晶素子(LCD−28)の表示特性>
上記で作製した液晶素子(LCD−28)に対して、その両面に偏光板を1枚ずつ貼り付けた。1枚の偏光板の透過軸はラビング方向と平行になるように貼り、もう1枚の偏光板の透過軸はラビング方向と垂直になるように貼りつけた(2枚の偏光板はクロスニコル配置。)。偏光板を貼り合わせた該液晶素子は、電圧未印加の場合は黒表示であるが、5V、55Hzの矩形波電圧を印加した場合は白表示となり、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置として良好に駆動した。
本発明の液晶表示装置の画素領域例を示す概略図である。
符号の説明
1 液晶素子画素領域
2 画素電極
3 表示電極
4 ラビング方向
5a、5b 黒表示時の液晶化合物のダイレクター
6a、6b 白表示時の液晶化合物のダイレクター

Claims (11)

  1. 少なくとも1種の下記一般式(I)で表される化合物、および、少なくとも1種の二色性色素を含有する液晶組成物。
    Figure 2008174717
    (式中、L1およびL2は各々独立に単結合または二価の連結基を表す。A1およびA2は各々独立に、−O−、−NR−(Rは水素原子または置換基を表す。)、−S−及び−CO−からなる群から選ばれる基を表す。R1、R2、およびR3は各々独立に置換基を表す。Xは第14〜16族の非金属原子を表す(ただし、Xには水素原子又は置換基が結合してもよい。)。nは0から2までの整数を表す。)
  2. 前記一般式(I)で表される化合物が、下記一般式(II)で表される化合物であることを特徴とする、請求項1に記載の液晶組成物。
    Figure 2008174717
    (式中、L1およびL2は各々独立に単結合または二価の連結基を表す。A1およびA2は各々独立に、−O−、−NR−(Rは水素原子または置換基を表す。)、−S−及び−CO−からなる群から選ばれる基を表す。R1、R2、R3、R4およびR5は各々独立に置換基を表す。nは0から2までの整数を表す。)
  3. 前記一般式(I)で表される化合物が液晶化合物である請求項1に記載の液晶組成物。
  4. 前記一般式(II)で表される化合物が液晶化合物である請求項2に記載の液晶組成物。
  5. 付加的に少なくとも1種の液晶化合物を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  6. 少なくとも1種のカイラル剤を含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の液晶組成物。
  7. 少なくとも一方が透明電極である一対の電極間に液晶層を有し、該液晶層が、請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶組成物を含有する液晶素子。
  8. 少なくとも一方が透明電極である一対の電極間に高分子媒体層を有し、該高分子媒体層が、高分子と該高分子中に分散された請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶組成物とを含む液晶素子。
  9. 少なくとも一方が透明電極である一対の電極間に液晶層を有し、該液晶層が、請求項1〜5のいずれか1項に記載の液晶組成物を含むマイクロカプセルを含有する液晶素子。
  10. 少なくとも一方が透明電極である一対の電極間に液晶層を有し、該液晶層が、一般式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする液晶組成物である液晶素子。
  11. 一般式(I)で表される化合物が、一般式(II)で表される化合物であることを特徴とする、請求項10に記載の液晶素子。
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