JP3538880B2 - 二色性色素、該色素を含む液晶組成物および液晶素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は新規な青色のアントラキ
ノン系二色性色素及びこれを含む液晶組成物ならびにそ
れを用いた液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶表示素子としてはツイストネ
マチック（ＴＮ）型表示モード、スーパーツイスト（Ｓ
ＴＮ）モード等の他に各種の表示モードが提案されてい
る。このうち液晶に色素を溶解しているゲストホスト
（ＧＨ）型表示方式が広い視野角等の特徴のために、自
動車などの表示パネルとして広く用いられている。

【０００３】このＧＨモードに用いられる二色性色素の
特徴としては下記の項目 １）二色性 ２）溶解性 ３）耐光性 ４）着色力 が優れていることが要求される。

【０００４】又、薄膜トランジスターなどを用いたアク
ティブマトリクス駆動による液晶表示素子においては、
液晶材料はフレーム周波数間の蓄積電荷を保持しなけれ
ばならない。そのため液晶材料にはフレーム周波数間の
蓄積電荷の保持能力の高い、すなわち電圧保持率の高い
材料を用いることが必須になっている。これらの液晶材
料おいては、従来のシアノ基を含む液晶材料の代りに、
通常イオン性不純物を含みにくいフッ素系液晶材料を用
いることが行われてきた。しかしながらこれらの液晶材
料に二色性色素を添加すると、しばしばホスト液晶の持
つ電圧保持特性を大きく損なう問題があり、このことに
よりゲストホスト液晶組成物を用いたアクティブマトリ
クス駆動液晶表示素子の実用化は困難であった。

【０００５】そしてこの二色性色素および二色性色素を
添加したゲストホスト液晶組成物については、電圧保持
特性を損なう要因が、色素に含まれるイオン性不純物に
よる影響であるか、あるいは色素の分子構造に起因する
ものかの判別が困難であるなど、電圧保持率と他のパラ
メーターとの因果関係が明らかになっていない。

【０００６】

【課題を解決するための課題】本発明は上記の従来の問
題点を解決し得る、特に電圧保持率の高い青色の二色性
色素及びこれを含む液晶組成物並びに該組成物を用いた
液晶素子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らはゲストホス
ト液晶組成物において電圧保持特性を損なわれるという
前記の問題点を解決すべく鋭意検討した結果、一般式
〔Ｉ〕で表されるトリフルオロメトキシアニリノ基を有
するアントラキノン系二色性色素が高い電圧保持率を示
すことを見出し、本発明に至ったものである。すなわち
本発明の要旨は、下記一般式〔Ｉ〕

【０００８】

【化２】

【０００９】（式中、Ａはフェニレン基、トランス−シ
クロヘキシレン基、ナフチレン基、テトラヒドロナフチ
レン基、または、トランス−デカヒドロナフチレン基を
示し、Ｒは水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アル
コキシアルキル基、アルコキシ基、または、アルキル
基、アルコキシアルキル基、もしくはアルコキシ基で置
換されていても良いシクロヘキシル基を示し、ｎは０ま
たは１の数を表す。）で表されるトリフルオロメトキシ
アニリノ基を有するアントラキノン系二色性色素に存す
る。

【００１０】本発明のアントラキノン系二色性色素は例
えば、１−アミノ−４−ブロモアントラキノン−２−カ
ルボン酸と、トリフルオロメトキシアニリンを銅触媒の
存在下に反応させることにより得られる下記のアントラ
キノン化合物

【００１１】

【化３】

【００１２】と、Ｒ−（Ａ）ｎ−ＯＨ（式中、Ｒ、Ａ、
ｎは前示一般式〔Ｉ〕に於けると同一の意義を有す
る。）で示される化合物を酸触媒の存在下にエステル化
反応することによって得られる。前記一般式〔Ｉ〕にお
けるＲの具体例としては、水素原子；フッ素原子、塩素
原子、臭素原子等のハロゲン原子；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、
オクチル基、ノニル基、ドデシル基等の炭素数１〜１０
の直鎖状又は分岐状のアルキル基；メトキシメチル基、
ブトキシメチル基、メトキシプロピル基、エトキシエチ
ル基、ブトキシエチル基等の総炭素数１〜１４の直鎖状
又は分岐状のアルコキシアルキル基；メトキシ基、エト
キシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基、オ
クトキシ基等の炭素数１〜１０の直鎖状又は分岐状のア
ルコキシ基；シクロヘキシル基；プロピルシクロヘキシ
ル基、ブチルシクロヘキシル基、ペンチルシクロヘキシ
ル基、ヘキシルシクロヘキシル基、オクチルシクロヘキ
シル基等炭素数１〜１０の直鎖状又は分岐状のアルキル
基で置換されているシクロヘキシル基；メトキシメチル
シクロヘキシル基、ブトキシエチルシクロヘキシル基、
ペントキシブチルシクロヘキシル基等の総炭素数１〜１
４の直鎖状又は分岐状のアルコキシアルキル基で置換さ
れているシクロヘキシル基；メトキシシクロヘキシル
基、プロポキシシクロヘキシル基、オクトキシシクロヘ
キシル基等の炭素数１〜１０の直鎖状又は分岐状のアル
コキシ基で置換されているシクロヘキシル基が挙げられ
る。

【００１３】本発明に用いる液晶材料としては、下記に
構造で示されるような各種液晶化合物を混合したフッ素
原子、トリフルロメチル基、等のフルオロメチル基、ト
リフルオロメトキシ基などのフルオロメトキシ基などの
フッ素原子を含む置換基を持つ液晶化合物を主成分とす
る１００℃の高温化においても、電圧保持率が９５％以
上のフッ素液晶材料組成物が挙げられる。

【００１４】

【化４】

【００１５】（式中Ｒ′、Ｘ′はそれぞれアルキル基、
アルコキシアルキル基、アルコキシ基、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、アルキルアルコキシシクロヘキシ
ルフェニル基、ハロゲン原子、トリフルオロメチル基な
どのフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基などの
フルオロメトキシ基、アルキルフェニルアルキル基、ア
ルコキシアルキル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、アル
キルシクロヘキシルフェニルアルキル基を示し、さらに
上記各基のアルキル鎖、アルコキシ鎖中に光学活性中心
を有しても良い。また、Ｒ′、Ｘ′中のフェニル基又は
フェノキシ基は、フッ素原子、塩素原子などのハロゲン
原子で置換されていても良く、各式中のフェニル基は１
個または２個のフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子
で置換されていても良い。）上記の液晶化合物は主とし
て誘電異方性が正で有るが、誘電異方性が負の公知の液
晶も、誘電異方性が正の液晶と混合して、全体として正
の液晶材料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、適当な素子構成及び駆動方法を用い
ればそのまま使用することもできる。

【００１６】更に上記の液晶化合物は、コレステリルノ
ナノエートのような光学活性物質、紫外線吸収剤、酸化
防止剤などの添加物を含有しても良い。本発明の液晶組
成物は、上記の液晶化合物に一般式〔Ｉ〕で表されるト
リフルオロメトキシアニリノ基を有するアントラキノン
系二色性色素を公知の方法で溶解させることにより、容
易に調整することができる。

【００１７】色素の使用量は液晶材料に対して０．１〜
１５重量％（以下、ｗｔ％）、好ましくは０．５〜５ｗ
ｔ％である。得られたゲストホスト液晶組成物は、比電
圧保持率、すなわち、（ゲストホスト液晶組成物の電圧
保持率）／（ゲストホスト液晶材料の電圧保持率）が
０．８以上、好ましくは０．９以上である。

【００１８】このように調整された液晶組成物を、少な
くとも一方が透明な一対の電極基板間に挟持させること
により、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、日刊工業新聞社発行、第３
１５頁から第３２９頁」等に記載されているＨｅｉｌｍ
ｅｉｅｒモードゲストホスト、相転移モードゲストホス
ト、ツイストネマチック（ＴＮ）モードゲストホストや
「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、日刊工業新聞社発行、第３６７頁から第３７
０頁」等に記載されている高分子分散モードゲストホス
トなどのゲストホスト効果を応用した各種表示素子を構
成することができる。

【００１９】このように、本発明では液晶表示素子のモ
ードは種々のものが使用可能であるが、ネマチック液晶
組成物中に光学活性物質を加えることにより得られる相
転移モードでは、通常用いられる偏光板が不用になるこ
とで、表示が明るくなるので好ましい。

【００２０】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、その要旨を越えない限り以下に限定されるもの
ではない。 〔実施例１〕１−アミノ−４−ブロモアントラキノン−
２−カルボン酸３．５ｇ、炭酸水素ナトリウム２．５ｇ
を水５０ｍｌ、及びイソプロピルアルコール３０ｍｌに
溶解し、ｐ−トリフルオロメトキシアニリン５．３ｇ、
ヨウ化第一銅０．５ｇを添加して８０℃に加熱し、同温
度で９時間反応させた。反応後、熱濾過して濾液に塩酸
を加えてｐＨ４とし、析出物を濾過、イソプロピルアル
コール及び水で洗浄、乾燥して下記構造式のアントラキ
ノン化合物の粗結晶を得た。

【００２１】

【化５】

【００２２】上記アントラキノン化合物１．５ｇ、トラ
ンス−ｐ−ｎ−ヘプチルシクロヘキサノール２．０ｇを
モノクロルベンゼン３０ｍｌ中、ｐ−トルエンスルフォ
ン酸０．３ｇを添加して１２５℃加熱し、同温度で８時
間反応させた。冷却後、メタノールで希釈して析出物を
濾過、水洗、乾燥後、カラムクロマト精製し、目的の下
記構造式で示されるアントラキノン色素を得た。

【００２３】

【化６】

【００２４】このアントラキノン色素をＺＬＩ−４７９
２（Ｅ．ＭＥＲＣＫ社製）として市販されているフッ素
系液晶混合物に１ｗｔ％の濃度で溶解させ青色のゲスト
ホスト液晶組成物を調整した。これ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硝子基板
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９μのセルに封入した。

【００２５】この青色に着色したセルの配向方向に平行
な直線偏光に対する吸光度（Ａ//）及び配向方向に垂直
な直線偏光に対する吸光度（Ａ⊥）を測定し、その吸収
ピーク（λmax：６５５ｎｍ）におけるオーダーパラメ
ーター（Ｓ）を下記の式

【数１】Ｓ＝（Ａ//−Ａ⊥）／（Ａ//＋２Ａ⊥） から求めた結果、Ｓ＝０．７６であった。

【００２６】また、このセルを１１０℃の恒温下で１時
間焼成した後、２５℃下でフレーム周波数３０Ｈｚ、電
圧５Ｖ、ＯＮ時間６０μｓｅｃのパルス信号を印加し電
圧保持率を測定した。比電圧保持率、即ち、（ゲストホ
スト液晶組成物の電圧保持率）／（ホスト液晶材料の電
圧保持率）を算出した結果、０．９７であった。 〔実施例２〕トランス−ｐ−ｎ−ヘプチルシクロヘキサ
ノールの代わりに、ｎ−オクチルアルコールを用いた他
は実施例１と同様にして反応を行い、精製し、下記構造
式のアントラキノン色素を得た。該色素を実施例１と同
様にＺＬＩ−４７９２（Ｅ．ＭＥＲＣＫ社製）として市
販されているフッ素系液晶混合物に溶解させ、液晶セル
を作成した。オーダーパラメーターは０．７０、比電圧
保持率は０．９６であった。

【００２７】

【化７】

【００２８】〔実施例３〕トランス−ｐ−ｎ−ヘプチル
シクロヘキサノールの代わりに、４−ｎ−ブチルフェノ
ールを用いた他は実施例１と同様にして反応を行い、精
製し、下記構造式のアントラキノン色素を得た。該色素
を実施例１と同様にＺＬＩ−４７９２（Ｅ．ＭＥＲＣＫ
社製）として市販されているフッ素系液晶混合物に溶解
させ、液晶セルを作成した。オーダーパラメーターは
０．７１、比電圧保持率は０．９６であった。

【００２９】

【化８】

【００３０】〔参考例〕特開昭６３−１６５４８３号公
報に含まれている下記構造式のアントラキノン系二色性
色素を用いて実施例１と同様に液晶セルを作成し、評価
した結果、オーダーパラメーターは０．７０、比電圧保
持率は０．６４であった。

【００３１】

【化９】

【００３２】〔実施例４〕実施例１に準じた方法により
得られたアントラキノン化合物のフッ素系液晶混合物で
あるＺＬＩ−４７９２（Ｅ．ＭＥＲＣＫ社製）中に於け
るオーダーパラメーター（Ｓ）、比電圧保持率および色
相を表ー１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【発明の効果】本発明の比電圧保持率の高い二色性色素
およびこれを含むゲストホスト液晶組成物により、アク
ティブマトリックス液晶表示素子が可能となり、視野角
および色調の改善された表示素子を構成することができ
る。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−5941（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−27956（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−52354（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−90081（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09K 19/60 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記一般式〔Ｉ〕 【化１】 （式中、Ａはフェニレン基、トランス−シクロヘキシレ
   ン基、ナフチレン基、テトラヒドロナフチレン基、また
   は、トランス−デカヒドロナフチレン基を示し、Ｒは水
   素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシアルキ
   ル基、アルコキシ基、または、アルキル基、アルコキシ
   アルキル基、もしくはアルコキシ基で置換されていても
   良いシクロヘキシル基を示し、ｎは０または１の数を表
   す。）で表されるトリフルオロメトキシアニリノ基を有
   するアントラキノン系二色性色素。
2. 【請求項２】 液晶化合物と請求項１に記載のトリフル
   オロメトキシアニリノ基を有するアントラキノン系二色
   性色素を含むことを特徴とする液晶組成物。
3. 【請求項３】 少なくとも一方が透明な電極付基板間に
   請求項２に記載の液晶組成物を挟持して成ることを特徴
   とする液晶素子。