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JP2007249041A - 調光材料 - Google Patents

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浩二 高久
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Abstract

【課題】本発明の課題は、消費電力の少ない調光材料を提供することである。
【解決手段】一対の透明電極間に、少なくとも1種以上の誘電率異方性が負のホスト液晶及び少なくとも1種以上の二色性色素を含有する液晶組成物と、少なくとも1種の高分子材料とを含有する液晶層を有し、前記液晶組成物が電圧無印加時に垂直配向して、電圧印加時よりも無印加時において入射光の透過率が高いことを特徴とする調光材料である。
【選択図】図1

Description

本発明は、調光材料の技術分野に属する。
環境に対する関心の高まりにともなって、光の量を電気的に調節できる材料、いわゆる電気的な調光材料の重要性が高まっている。これまで、電気的な調光材料としては、酸化還元反応を利用したエレクトロクロミック方式、液晶とポリマーの複合系を利用した高分子分散型液晶(PDLC)方式などが提案されている。しかしながら、エレクトロクロミック方式では電流駆動による大面積化が難しい点、エレクトロクロミック色素の耐久性に課題が残されているなどの問題がある。また、高分子分散型液晶(PDLC)方式では、場合によっては調光性能が不足する場合がある。一方、二色性色素とホスト液晶とを組み合わせたゲストホスト方式による調光材料も提案されている。
これらの調光材料において、通常は、電圧無印加時に着色あるいは散乱状態をとる場合が多い。この場合には、電圧を印加することで透明状態となる。しかしながら、実際の使用を考えた場合には、電圧無印加時に透明状態である場合のほうが、消費電力の観点から望ましい。すなわち、電圧無印加時に透明状態である調光材料の開発が望まれている。電圧無印加時に透明状態である材料として高分子分散型液晶(PDLC)方式が提案されているが(例えば、特許文献1参照。)、依然として、場合によっては調光性能が不足する場合がある。
米国特許第5,056,898号明細書
本発明の目的は、電圧無印加時に透明状態である調光材料を提供することである。
通常の液晶組成物を利用した調光材料では、満足すべき表示性能を有する電圧無印加時に透明状態である調光材料や液晶表示素子を得ることが難しかった。そこで、本発明者は、鋭意努力したところ、特定の液晶組成物と高分子材料とを組合せることで非常に高い調光性能を与える電圧無印加時に透明状態である調光材料や液晶表示素子が実現できるという知見を得、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。
前記課題を解決するための手段は以下の通りである。
[1]一対の透明電極間に、少なくとも1種以上の誘電率異方性が負のホスト液晶及び少なくとも1種以上の二色性色素を含有する液晶組成物と、少なくとも1種の高分子材料とを含有する液晶層を有し、前記液晶組成物が電圧無印加時に垂直配向して、電圧印加時よりも無印加時において入射光の透過率が高いことを特徴とする調光材料。
本発明においては、誘電率異方性が負のホスト液晶と高分子材料と二色性色素とを含む液晶層が、電圧無印加時に垂直配向し、電圧無印加時に入射光の透過率が高くなっている。この様子を図1に示す。図1(A)は、電圧無印加時の液晶組成物の配向状態を表し、図1(B)は、電圧印加時の液晶組成物の配向状態を表す。
上記[1]の発明では、一対の透明電極10の間に、液晶層12を有する調光材料である。液晶層12には、液晶組成物14と高分子材料16とが含有されており、更に液晶組成物14中には、液晶分子18と二色性色素20とが含有される。
本発明では、図1(A)に示すように電圧無印加時には、液晶分子18が透明電極10に対し垂直に配向し、これに追随して、二色性色素20も垂直に配向する。液晶分子18の長軸方向の屈折率(n‖)を高分子材料16の屈折率(n)とができるだけ一致するように材料を選択すると、液晶組成物14と高分子材料16の間の屈折率差が小さくなり、光は散乱されることなく透過する。すなわち、透明状態となる。
ここで用いる二色性色素20のオーダーパラメーターが正を示すものであれば、図1(A)の配向状態では、無色透明状態となり、オーダーパラメーターが負の二色性色素であれば、着色透明状態となる。
一方、電圧を印加すると、液晶分子18は負の誘電率異方性を有するため、図1(B)に示すように、液晶分子18は透明電極10に対し水平に配向し、これに追随して、二色性色素20も水平に配向する。液晶分子18は屈折率異方性(Δn)を有するため、液晶分子18の短軸方向の屈折率(n⊥)と高分子材料16の屈折率(n)とに屈折率差が生じ、光が散乱されて、散乱状態となる。
ここで用いる二色性色素20のオーダーパラメーターが正を示すものであれば、図1(A)の配向状態では、着色散乱状態となり、オーダーパラメーターが負の二色性色素であれば、無色散乱状態となる。
したがって、上記[1]の発明によれば、用いる二色性色素の組み合わせによって、無色透明状態と着色散乱状態との切り替え、着色透明状態と白濁(散乱状態)との切り替えを行うことのできる調光材料を得ることができる。いずれの組み合わせであっても、電圧無印加時に透明状態であるため、消費電力を削減することができる。
[2] 前記ホスト液晶が、ネマチック相を呈するものであることを特徴とする前記[1]に記載の調光材料。
ネマチック相を呈する場合には、コレステリック相やスメクチック相を呈する場合に比べて、配列状態の変化に必要な電圧が低くなる。したがって、上記[2]の発明によれば、更に消費電力を削減することができる。
[3] 前記液晶層が、一対の垂直配向膜に挟持されてなることを特徴とする前記[1]又は[2]に記載の調光材料。
図1(A)に示すような電圧無印加時に垂直配向とするには、垂直配向膜を用いることで実現できる。
[4] 前記高分子材料が、シロキサンポリマーであることを特徴とする前記[1]又は[3]のいずれか1項に記載の調光材料。
液晶組成物と共存する高分子材料がシロキサンポリマーである場合には、二色性色素による染着が少なく表示性能が向上するため、好適である。
[5] 前記高分子材料が、誘電率異方性が正のメソゲンを側鎖に有することを特徴とする前記[1]〜[4]のいずれか1項に記載の調光材料。
誘電率異方性が正のメソゲンを側鎖に有する高分子材料を用いた様子を図2に示す。
図2(A)に示すように電圧無印加時には、液晶分子18が透明電極10に対し垂直に配向し、これに追随して、二色性色素20も垂直に配向する。更に、高分子材料16も配向膜等の影響により垂直に配向する。液晶分子18の長軸方向の屈折率(n‖)を高分子材料16の長軸方向の屈折率(n‖)とができるだけ一致するように材料を選択すると、液晶組成物14と高分子材料16の間の屈折率差が小さくなり、光は散乱されることなく透過する。すなわち、透明状態となる。
ここで用いる二色性色素20のオーダーパラメーターが正を示すものであれば、図2(A)の配向状態では、無色透明状態となり、オーダーパラメーターが負の二色性色素であれば、着色透明状態となる。
一方、電圧を印加すると、液晶分子18は負の誘電率異方性を有するため、図2(B)に示すように、液晶分子18は透明電極10に対し水平に配向し、これに追随して、二色性色素20も水平に配向する。更に、高分子材料16は誘電率異方性が正のメソゲンを側鎖に有するので、電圧の印加によって、より配向の状態が整った垂直配向状態となる。すなわち、この状態において、液晶分子18は水平に配向し、高分子材料16は垂直に配向しているので、屈折率差が大きくなり散乱が強くなる。
ここで用いる二色性色素20のオーダーパラメーターが正を示すものであれば、図2(A)の配向状態では、着色散乱状態となり、オーダーパラメーターが負の二色性色素であれば、無色散乱状態となる。
つまり、上記[5]の発明では、電圧印加時の散乱状態が強くなるため、透明状態と散乱状態との光の透過率の比率が大きくなり、その結果、調光性能を高めることができる。
[6] 前記二色性色素が、下記一般式(1)で表される置換基を有することを特徴とする前記[1]〜[5]のいずれか1項に調光材料。
一般式(1): −(Het)−{(B−(Q−(B−C
式中、Hetは酸素原子又は硫黄原子であり、B及びBは、各々独立に、アリーレン基、ヘテロアリーレン基又は2価の環状脂肪族炭化水素基を表し、Qは2価の連結基を表し、Cはアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を表し、jは0又は1を表し、p、q及びrは、各々独立に0〜5の整数を表し、nは1〜3の整数を表し、(p+r)×nは3〜10の整数であり、p、q及びrがそれぞれ2以上の時、2以上のB、Q及びBはそれぞれ同一でも異なっていてもよく、nが2以上の時、2以上の{(B−(Q−(B}は、それぞれ、同一でも異なっていてもよい。
上記[6]の発明では、下記一般式(1)で表される置換基を有する二色性色素を用いる。かかる二色性色素はオーダーパラメーターが正の二色性色素であるため、この二色性色素を含有する調光材料は、無色透明状態と着色散乱状態との切り替えを可能とする。
また、当該二色性色素は、水平配向状態における光の吸収性が高いため、電圧印加時に高い着色性を示す調光材料を提供することができる。
[7] 前記二色性色素が、アントラキノン色素又はフェノキサジン色素であることを特徴とする前記[1]〜[6]のいずれか1項に調光材料。
[8] 前記調光材料が反射防止膜を有することを特徴とする前記[1]〜[7]のいずれか1項に記載の調光材料。
[9] 前記調光材料がバリア層を有することを特徴とする前記[1]〜[8]のいずれか1項に記載の調光材料。
[10] 前記調光材料が紫外線吸収層を有することを特徴とする前記[1]〜[9]のいずれか1項に記載の調光材料。
[11] 少なくとも一方が透明電極である一対の電極間に、少なくとも1種以上の誘電率異方性が負のホスト液晶及び少なくとも1種以上の二色性色素を含有する液晶組成物と、少なくとも1種の高分子材料とを含有する液晶層を有し、前記液晶組成物が電圧無印加時に垂直配向して、電圧印加時よりも無印加時において入射光の透過率が高いことを特徴とする液晶表示素子。
上記[11]の発明は、誘電率異方性が負のホスト液晶と高分子材料と二色性色素とを含む液晶層が、電圧無印加時に垂直配向し、電圧無印加時に入射光の透過率が高くなる液晶表示素子である。これまでに説明した調光材料のときの駆動と原理は同様である。
[12] 前記ホスト液晶が、ネマチック相を呈するものであることを特徴とする前記[11]に記載の液晶表示素子。
[13] 前記液晶層が、一対の垂直配向膜に挟持されてなることを特徴とする前記[11]又は[12]に記載の調光材料。
[14] 前記高分子材料が、シロキサンポリマーであることを特徴とする前記[11]〜[13]のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
[15] 前記高分子材料が、誘電率異方性が正のメソゲンを側鎖に有することを特徴とする前記[11]〜[14]のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
[16] 前記二色性色素が、下記一般式(1)で表される置換基を有することを特徴とする前記[11]〜[15]のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
一般式(1): −(Het)−{(B−(Q−(B−C
式中、Hetは酸素原子又は硫黄原子であり、B及びBは、各々独立に、アリーレン基、ヘテロアリーレン基又は2価の環状脂肪族炭化水素基を表し、Qは2価の連結基を表し、Cはアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を表し、jは0又は1を表し、p、q及びrは、各々独立に0〜5の整数を表し、nは1〜3の整数を表し、(p+r)×nは3〜10の整数であり、p、q及びrがそれぞれ2以上の時、2以上のB、Q及びBはそれぞれ同一でも異なっていてもよく、nが2以上の時、2以上の{(B−(Q−(B}は、それぞれ、同一でも異なっていてもよい。
[17] 前記二色性色素が、アントラキノン色素又はフェノキサジン色素であることを特徴とする前記[11]〜[16]のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
[18] 前記調光材料が反射防止膜を有することを特徴とする前記[11]〜[17]のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
[19] 前記調光材料がバリア層を有することを特徴とする前記[11]〜[18]のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
[20] 前記調光材料が紫外線吸収層を有することを特徴とする前記[11]〜前記[19]のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
本発明によれば、電圧無印加時に透明状態である調光材料及び液晶表示素子を提供することができる。
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。
本発明の調光材料及び液晶表示装置は、一対の透明電極間に、少なくとも1種以上の誘電率異方性が負のホスト液晶及び少なくとも1種以上の二色性色素を含有する液晶組成物と、少なくとも1種の高分子材料とを含有する液晶層を有し、前記液晶組成物が電圧無印加時に垂直配向して、電圧印加時よりも無印加時において入射光の透過率が高いことを特徴とする。
なお、本明細書においては、「液晶組成物」は、少なくとも、前記二色性色素と、前記ホスト液晶と、を含有し、更に他の添加剤を含有することもできる。また、液晶層は、少なくとも前記液晶組成物と、高分子材料と、を含有する。
本発明の調光材料及び液晶表示素子に用いられる組成物について説明する。
(ホスト液晶)
本発明に使用可能な液晶組成物は、誘電率異方性が負である。本発明に使用可能な液晶組成物としては、ネマチック液晶、スメクチック液晶のいずれであってもよい。中でも、ネマチック液晶化合物が好ましい。ネマチック液晶の場合には、コレステリック液晶やスメクチック液晶に比べて、配列状態の変化に必要な電圧が低くなる。
ネマチック液晶化合物の具体例としては、アゾメチン化合物、シアノ置換ビフェニル化合物、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、シアノ置換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。
誘電率異方性が負の液晶となるためには、液晶分子の短軸に誘電率異方性が大きくなる構造にする必要があるが、例えば、「月刊デイスプレイ」(2000年、4月号)の第4頁〜9頁に記載のもの、Syn Lett.,第4巻、第389頁〜396頁、1999年に記載のものが挙げられる。中でも、電圧保持率の観点から、フッ素系置換基を有する誘電率異方性が負の液晶が好ましい。例えば、Merck社の液晶(MLC−6608、6609、6610など)が挙げられる。
用いるホスト液晶の誘電率異方性は負に大きいほど好ましく、好ましい範囲は−1〜−50の範囲、特に好ましくは−2〜−30の範囲である。
本発明の液晶組成物に、ホスト液晶の物性を変化させる目的(例えば,液晶相の温度範囲、誘電率異方性、屈折率異方性)で液晶性を示さない化合物を添加してもよい。また、本発明の液晶組成物には、種々の添加剤、例えば、紫外線吸収剤、酸化防止剤などを添加しても良い。
(高分子材料)
本発明の調光材料及び液晶表示素子の液晶層は、少なくとも1つ以上の液晶組成物と高分子材料とが共存してなる。ここで、本発明の散乱状態と透明状態とを切り替える原理について説明する。
まず、液晶分子の長軸方向の屈折率(n‖)は高分子材料の屈折率(n)とできるだけ一致するようにする。そして、電圧無印加時に垂直配向をさせる。この場合、液晶組成物と高分子材料の間の屈折率差は小さく、光は散乱されることなく透過する。すなわち、透明状態となる。
屈折率異方性(Δn)とは、液晶分子の長軸方向の屈折率(n‖)と液晶分子の短軸方向の屈折率(n⊥)との差として下記式のように定義される。
Δn = n‖ − n⊥
ここで、Δnが0でないホスト液晶を用いて、電圧を印加した場合、ホスト液晶の誘電率異方性Δεが負であるため、ホスト液晶は水平に配向しようとする。その場合、ホスト液晶の短軸方向の屈折率(n⊥)と高分子材料の屈折率(n)に差が生じるため、光が散乱される。光の散乱を強くするためには、このn⊥とnの差が大きいほうが好ましいため、すなわち、Δnの大きなホスト液晶を用いることが好ましい。ホスト液晶のΔnとしては、0.05以上であることが好ましく、さらに好ましくは0.10以上である。
一方、光の散乱の少ない透明着色状態を得る場合には、ホスト液晶としてΔnは小さいほうが好ましい。この場合、ホスト液晶のΔnとしては、0.15以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.10以下である。
本発明の調光材料ならびに液晶表示素子に用いる液晶組成物を分散含有する高分子媒体層は、例えば、液晶組成物を分散したポリマー溶液を、基板上に塗設することにより形成することができる。ポリマー溶液中に液晶組成物を分散する方法としては、機械的攪拌、加熱、超音波、あるいはその組合せなどを利用して行うことができる。
前記高分子媒体層において、高分子媒体中に分散された液晶組成物と高分子媒体との質量比は、1:10〜10:1が好ましく、1:1〜8:2がより好ましい。
高分子媒体層を形成する方法としては、高分子材料と液晶組成物とを溶解させた溶液を、基板上に塗設する方法もしくは液晶組成物とポリマーとを共通の溶媒に溶解した後、基板上に塗設し、溶媒を蒸発させる方法が好ましい。
前記ポリマー媒体層に用いる高分子材料には特に制限はない。シロキサンポリマー、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリオキシエチレン、ポリビニルブチラール、ゼラチン等の水溶性高分子、ポリアクリレート類、ポリメタクリレート類、ポリアミド類、ポリエステル類、ポリカーボネート類、酢酸ビニルやポリビニルブチラールに代表されるポリビニルアルコール誘導体類、トリアセチルセルロースのようなセルロース誘導体類、ポリウレタン類、スチレン類等の非水溶性高分子が用いられる。
本発明の調光材料に用いる高分子材料としては、ホスト液晶との相溶性が高いという観点からシロキサンポリマー、ポリアクリレート類、ポリメタクリレート類が好ましく、特に、二色性色素による染着が少なく表示性能が向上するため、シロキサンポリマーが好ましい。
本発明の高分子材料は、散乱着色状態をとる場合には、側鎖に誘電率異方性が正のメソゲンを有する構造が好ましい。これは、電圧印加時に誘電率異方性が負であるホスト液晶との相分離が容易となり、屈折率差が大きくなり散乱が強くなるためである。
以下に、本発明のシロキサンポリマーの具体例を以下に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 2007249041
Figure 2007249041
Figure 2007249041
さらに、ポリマー媒体層中には、液晶組成物の分散を安定化することを目的として、界面活性剤を用いることができる。本発明に適用できる界面活性剤に特に制限はないが、非イオン系界面活性剤が好ましく、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル類、ポリオキエチレンアルキルエーテル類、フルオロアルキルエチレンオキシド類等が用いられる。
(二色性色素)
本発明の液晶組成物は、二色性色素を含有する。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。前記二色性色素の吸収極大ならびに吸収帯に関しては特に制限はないが、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、緑、赤、青域に吸収を有する二色性色素を用いて、フルカラー表示を行うことも好適である。
それぞれの液晶組成物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、同一種の発色団を有する色素同士を混合してもよいし、互いに異なる発色団を有する二色性色素を混合してもよく、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、例えば、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。
次に、本発明の二色性色素に用いられる発色団について説明する。
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、アリーロキシ、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。
本発明の二色性色素は、下記一般式(1)で表される置換基を有することが好ましい。
一般式(1): −(Het)−{(B−(Q−(B−C
式中、Hetは酸素原子又は硫黄原子であり、B及びBは、各々独立に、アリーレン基、ヘテロアリーレン基又は2価の環状脂肪族炭化水素基を表し、Qは2価の連結基を表し、Cはアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を表し、jは0又は1を表し、p、q及びrは、各々独立に0〜5の整数を表し、nは1〜3の整数を表し、(p+r)×nは3〜10の整数であり、p、q及びrがそれぞれ2以上の時、2以上のB、Q及びBはそれぞれ同一でも異なっていてもよく、nが2以上の時、2以上の{(B−(Q−(B}は、それぞれ、同一でも異なっていてもよい。
Hetは酸素原子又は硫黄原子であり、特に好ましくは硫黄原子である。
及びBは、各々独立にアリーレン基、ヘテロアリーレン基又は2価の環状脂肪族炭化水素基を表し、いずれも置換基を有していてもいなくてもよい。
及びBで表されるアリーレン基としては、好ましくは炭素数6〜20のアリーレン基であり、より好ましくは炭素数6〜10のアリーレン基である。好ましいアリーレン基の具体例を挙げると、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環の基である。特に好ましくは、ベンゼン環、置換ベンゼン環の基であり、さらに好ましくは1、4−フェニレン基である。
及びBで表わされるヘテロアリーレン基としては、好ましくは炭素数1〜20のヘテロアリーレン基であり、より好ましくは炭素数2〜9のヘテロアリーレン基である。好ましいヘテロアリーレン基の具体例は、ピリジン環、キノリン環、イソキノリン環、ピリミジン環、ピラジン環、チオフェン環、フラン環、オキサゾール環、チアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環及びトリアゾール環からなる基、及びこれらが縮環して形成される縮環ヘテロアリーレン基である。
及びBの表す2価の環状脂肪族炭化水素基としては、好ましくは、炭素数3〜20、より好ましくは炭素数4〜10の2価の環状脂肪族炭化水素基である。好ましい2価の環状脂肪族炭化水素基としては、シクロヘキサンジイル、シクロペンタンジイルであり、より好ましくはシクロヘキサン−1,2−ジイル基、シクロヘキサン−1,3−ジイル基、シクロヘキサン−1,4−ジイル基、シクロペンタンー1,3−ジイル基であり、特に好ましくは、(E)−シクロヘキサン−1、4−ジイル基である。
及びBの表す2価のアリーレン基、ヘテロアリーレン基及び2価の環状脂肪族炭化水素基は、さらに置換基を有していてもよく、置換基としては、下記の置換基群Vが挙げられる。
(置換基群V)
ハロゲン原子(例えば塩素、臭素、沃素、フッ素)、メルカプト基、シアノ基、カルボキシル基、リン酸基、スルホ基、ヒドロキシ基、炭素数1〜10、好ましくは炭素数2〜8、更に好ましくは炭素数2〜5のカルバモイル基(例えばメチルカルバモイル、エチルカルバモイル、モルホリノカルボニル)、炭素数0〜10、好ましくは炭素数2〜8、更に好ましくは炭素数2〜5のスルファモイル基(例えばメチルスルファモイル、エチルスルファモイル、ピペリジノスルフォニル)、ニトロ基、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜8のアルコキシ基(例えばメトキシ、エトキシ、2−メトキシエトキシ、2−フェニルエトキシ)、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜12、更に好ましくは炭素数6〜10のアリールオキシ基(例えばフェノキシ、p−メチルフェノキシ、p−クロロフェノキシ、ナフトキシ)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアシル基(例えばアセチル、ベンゾイル、トリクロロアセチル)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアシルオキシ基(例えばアセチルオキシ、ベンゾイルオキシ)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアシルアミノ基(例えばアセチルアミノ)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜8のスルホニル基(例えばメタンスルホニル、エタンスルホニル、ベンゼンスルホニル)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜8のスルフィニル基(例えばメタンスルフィニル、エタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニル)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜12、更に好ましくは炭素数1〜8の置換又は無置換のアミノ基(例えばアミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ベンジルアミノ、アニリノ、ジフェニルアミノ、4−メチルフェニルアミノ、4−エチルフェニルアミノ、3−n−プロピルフェニルアミノ、4−n−プロピルフェニルアミノ、3−n−ブチルフェニルアミノ、4−n−ブチルフェニルアミノ、3−n−ペンチルフェニルアミノ、4−n−ペンチルフェニルアミノ、3−トリフルオロメチルフェニルアミノ、4−トリフルオロメチルフェニルアミノ、2−ピリジルアミノ、3−ピリジルアミノ、2−チアゾリルアミノ、2−オキサゾリルアミノ、N,N−メチルフェニルアミノ、N,N−エチルフェニルアミノ)、炭素数0〜15、好ましくは炭素数3〜10、更に好ましくは炭素数3〜6のアンモニウム基(例えばトリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム)、炭素数0〜15、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜6のヒドラジノ基(例えばトリメチルヒドラジノ基)、炭素数1〜15、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜6のウレイド基(例えばウレイド基、N,N−ジメチルウレイド基)、炭素数1〜15、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜6のイミド基(例えばスクシンイミド基)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜12、更に好ましくは炭素数1〜8のアルキルチオ基(例えばメチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ)、炭素数6〜80、好ましくは炭素数6〜40、更に好ましくは炭素数6〜30のアリールチオ基(例えばフェニルチオ、p−メチルフェニルチオ、p−クロロフェニルチオ、2−ピリジルチオ、1−ナフチルチオ、2−ナフチルチオ、4−プロピルシクロヘキシル−4’−ビフェニルチオ、4−ブチルシクロヘキシル−4’−ビフェニルチオ、4−ペンチルシクロヘキシル−4’−ビフェニルチオ、4−プロピルフェニル−2−エチニル−4’−ビフェニルチオ)、炭素数1〜80、好ましくは炭素数1〜40、更に好ましくは炭素数1〜30のヘテロアリールチオ基(例えば2−ピリジルチオ、3−ピリジルチオ、4−ピリジルチオ、2−キノリルチオ、2−フリルチオ、2−ピロリルチオ)、炭素数2〜20、好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアルコキシカルボニル基(例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル、2−ベンジルオキシカルボニル)、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜12、更に好ましくは炭素数6〜10のアリーロキシカルボニル基(例えばフェノキシカルボニル)、炭素数1〜18、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜5の無置換アルキル基(例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル)、炭素数1〜18、好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜5の置換アルキル基{例えばヒドロキシメチル、トリフルオロメチル、ベンジル、カルボキシエチル、エトキシカルボニルメチル、アセチルアミノメチル、またここでは炭素数2〜18、好ましくは炭素数3〜10、更に好ましくは炭素数3〜5の不飽和炭化水素基(例えばビニル基、エチニル基1−シクロヘキセニル基、ベンジリジン基、ベンジリデン基)も置換アルキル基に含まれることにする}、炭素数6〜20、好ましくは炭素数6〜15、更に好ましくは炭素数6〜10の置換又は無置換のアリール基(例えばフェニル、ナフチル、p−カルボキシフェニル、p−ニトロフェニル、3,5−ジクロロフェニル、p−シアノフェニル、m−フルオロフェニル、p−トリル、4−プロピルシクロヘキシル−4’−ビフェニル、4−ブチルシクロヘキシル−4’−ビフェニル、4−ペンチルシクロヘキシル−4’−ビフェニル、4−プロピルフェニル−2−エチニル−4’−ビフェニル)、炭素数1〜20、好ましくは炭素数2〜10、更に好ましくは炭素数4〜6の置換又は無置換のヘテロアリール基(例えばピリジル、5−メチルピリジル、チエニル、フリル、モルホリノ、テトラヒドロフルフリル)。
これら置換基群Vはベンゼン環やナフタレン環が縮合した構造もとることができる。さらに、これらの置換基上にさらに此処までに説明したVの説明で示した置換基が置換していてもよい。
置換基群Vとして好ましいものは、上述のアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子、アミノ基、置換アミノ基、ヒドロキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基であり、更に好ましくは、アルキル基、アリール基、ハロゲン原子である。
は2価の連結基を表す。好ましくは、炭素原子、窒素原子、硫黄原子及び酸素原子から選ばれる少なくとも1種の原子から構成される原子団からなる連結基である。Qが表す2価の連結基としては、好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜10のアルキレン基(例えば、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、シクロヘキシル−1,4−ジイル)、好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜10のアルケニレン基(例えば、エテニレン)、好ましくは炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜10のアルキニレン基(例えば、エチニレン)、アミド基、エーテル基、エルテル基、スルホアミド基、スルホン酸エステル基、ウレイド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオエーテル基、カルボニル基、−NR−基(ここで、Rは水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、Rで表されるアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは1〜10のアルキル基であり、Rで表されるアリール基としては、好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは6〜10のアリール基である。)、アゾ基、アゾキシ基、複素環2価基(好ましくは、炭素数2〜20、より好ましくは炭素数4〜10の複素環2価基であり、例えば、ピペラジン−1,4−ジイル基である。)を1つ又はそれ以上組み合わせて構成される炭素数0〜60の2価の連結基が挙げられる。
の表す2価の連結基として、好ましくは、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、エーテル基、チオエーテル基、アミド基、エステル基、カルボニル基、及びそれらを組み合わせた基である。
はさらに置換基を有していてもよく、置換基としては上記置換基群Vが挙げられる。
はアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を表す。Cが表すアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基には、置換基を有するそれぞれの基も含むものとする。
は好ましくは、炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜12、更に好ましくは炭素数1〜8のアルキル及びシクロアルキル基(例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、t−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、ペンチル、t−ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、シクロヘキシル、4−メチルシクロヘキシル、4−エチルシクロヘキシル、4−プロピルシクロヘキシル、4−ブチルシクロヘキシル、4−ペンチルシクロヘキシル、ヒドロキシメチル、トリフルオロメチル、ベンジル)、炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜10、更に好ましくは炭素数1〜8のアルコキシ基(例えばメトキシ、エトキシ、2−メトキシエトキシ、2−フェニルエトキシ)、炭素数1〜20、より好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアシルオキシ基(例えばアセチルオキシ、ベンゾイルオキシ)、炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜12、更に好ましくは炭素数1〜8のアシル基(例えばアセチル、ホルミル基、ピバロイル、2−クロロアセチル、ステアロイル、ベンゾイル、p−n−オクチルオキシフェニルカルボニル)、又は炭素数2〜20、より好ましくは炭素数2〜12、更に好ましくは炭素数2〜8のアルコキシカルボニル基(例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル、2−ベンジルオキシカルボニル)を表す。
は特に好ましくは、アルキル基又はアルコキシ基であり、さらに好ましくは、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基又はトリフルオロメトキシ基である。
はさらに置換基を有していてもよく、置換基としては上記置換基群Vが挙げられる。
で表されるアルキル基の置換基としては、置換基群Vのうち、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、カルバモイル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロアリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基であることが好ましい。
で表されるシクロアルキル基の置換基は、置換基群Vのうち、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、カルバモイル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロアリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基、アルキル基であることが好ましい。
で表されるアルコキシ基の置換基は、置換基群Vのうち、ハロゲン原子(特にフッ素原子)、シアノ基、ヒドロキシ基、カルバモイル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロアリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基であることが好ましい。
で表されるアルコキシカルボニル基の置換基は、置換基群Vのうち、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、カルバモイル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロアリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基であることが好ましい。
で表されるアシル基の置換基は、置換基群Vのうち、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、カルバモイル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロアリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基であることが好ましい。
で表されるアシルオキシ基の置換基は、置換基群Vのうち、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、カルバモイル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロアリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリーロキシカルボニル基であることが好ましい。
jは0又は1を表し、好ましくは0である。
p、q及びrは各々0〜5の数を表し、nは1〜3の数を表し、B及びBで表される基の総数、すなわち(p+r)×nは、3〜10の整数であり、より好ましくは3〜5の整数である。なお、p、q、又はrが2以上のとき、2以上のB、Q及びBはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、nが2以上のとき、2以上の{(B−(Q−(B}は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。
好ましいp、q、r及びnの組合せを以下に記す。
(i) p=3、q=0、r=0、n=1
(ii) p=4、q=0、r=0、n=1
(iii) p=5、q=0、r=0、n=1
(iv) p=2、q=0、r=1、n=1
(v) p=2、q=1、r=1、n=1
(vi) p=1、q=1、r=2、n=1
(vii) p=3、q=1、r=1、n=1
(viii) p=2、q=0、r=2、n=1
(ix) p=1、q=1、r=1、n=2
(x) p=2、q=1、r=1、n=2
特に好ましくは、(i)p=3、q=0、r=0、n=1;(iv)p=2、q=0、r=1、n=1;及び(v)p=2、q=1、r=1、n=1;の組合せである。
なお、−{(B−(Q−(B−Cとしては、液晶性を示す部分構造を含むことが好ましい。ここでいう液晶とは、いかなるフェーズであってもよいが、好ましくはネマチック液晶、スメクチック液晶、ディスコティック液晶であり、特に好ましくは、ネマチック液晶である。
−{(B−(Q−(B−Cの具体例を以下に示すが、本発明はこれに限定されるものではない(下記化学式中、波線は連結位置を表す)。
Figure 2007249041
Figure 2007249041
本発明に用いられる二色性色素は、−{(B−(Q−(B−Cで表される置換基を1以上有しているのが好ましく、1〜8個有しているのがより好ましく、1〜4個有しているのがさらに好ましく、特に好ましくは1又は2個有している場合である。
前記一般式(1)で表される置換基の好ましい構造は、下記の組み合わせである。
〔1〕 Hetが硫黄原子であり、Bがアリール基又はヘテロアリール基を表し、Bがシクロヘキサン−1,4−ジイル基を表し、Cがアルキル基を表し、j=1、p=2、q=0、r=1及びn=1を表す構造。
〔2〕 Hetが硫黄原子であり、Bがアリール基又はヘテロアリール基を表し、Bがシクロヘキサン−1,4−ジイル基を表し、Cがアルキル基を表し、j=1、p=1、q=0、r=2及びn=1を表す構造。
特に好ましい構造は、
〔I〕 Hetが硫黄原子を表し、Bが1,4−フェニレン基を表し、Bがトランス−シクロヘキシル基を表し、Cがアルキル基(好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基又はヘキシル基)を表し、j=1、p=2、q=0、r=1及びn=1である下記一般式(a−1)で表される構造、
〔2〕 Hetが硫黄原子を表し、Bが1,4−フェニレン基を表し、Bがトランス−シクロヘキサン−1,4−ジイル基を表し、Cがアルキル基(好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基又はヘキシル基)を表し、j=1、p=1、q=0、r=2及びn=1である下記一般式(a−2)で表される構造、
である。
Figure 2007249041
前記一般式(a−1)及び(a−2)中、Ra1〜Ra12は各々独立に、水素原子又は置換基を表す。該置換基としては、前述の置換基群Vから選ばれる置換基が挙げられる。
a1〜Ra12は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子(特にフッ素原子)、アルキル基、アリール基、アルコキシ基であるのが好ましい。Ra1〜Ra12で表わされるアルキル基、アリール基、及びアルコキシ基のうち、好ましいものは、前述の置換基群Vに記載のアルキル基、アリール基、及びアルコキシ基と同義である。
前記一般式(a−1)及び(a−2)中、Ca1及びCa2は各々独立してアルキル基を表し、好ましくは炭素数1〜20、より好ましくは炭素数1〜10のアルキル基である。特に好ましくは、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、オクチル基又はノニル基を表す。
前記一般式(a−1)及び(a−2)のうち、前記一般式(1)で表される置換基としては、特に、Ca1及びCa2が炭素数3から10の長鎖アルキル基の場合に、ホスト液晶への溶解性が向上し、着色状態における光吸収量が増加するため調光材料に好適である。この理由は明らかとなっていないが、ホスト液晶との相溶性が向上するためではないかと推測される。
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環(ベンゼン環、ナフタレン環など)のほかヘテロ環(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、アルコキシ基、アリーロキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルキルアミノ基、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。
アントラキノン系色素としては、より好ましくは、下記一般式(2)で表される化合物であり、フェノキサゾン色素として、より好ましくは、下記一般式(3)で表される化合物である。
Figure 2007249041
一般式(2)中、R、R、R、R、R、R、R及びRの少なくとも一つは、−(Het)−{(B−(Q−(B−Cであり、他は各々独立に、水素原子又は置換基である。
Figure 2007249041

一般式(3)中、R11、R12、R13、R14、R15、R16及びR17の少なくとも一つ以上は、−(Het)−{(B−(Q−(B−Cであり、他はそれぞれ水素原子又は置換基である。
ここで、Het、B、B、Q、j、p、q、r、n、及びCは、一般式(1)におけるHet、B、B、Q、j、p、q、r、n、及びCと同定義である。
一般式(2)中、R、R、R、R、R、R、R及びRで表される前記置換基としては、上記置換基群Vが挙げられるが、好ましくは、炭素数6〜80、より好ましくは炭素数6〜40、更に好ましくは炭素数6〜30のアリールチオ基(例えばフェニルチオ、p−メチルフェニルチオ、p−クロロフェニルチオ、4−メチルフェニルチオ、4−エチルフェニルチオ、4−n−プロピルフェニルチオ、2−n−ブチルフェニルチオ、3−n−ブチルフェニルチオ、4−n−ブチルフェニルチオ、2−t−ブチルフェニルチオ、3−t−ブチルフェニルチオ、4−t−ブチルフェニルチオ、3−n−ペンチルフェニルチオ、4−n−ペンチルフェニルチオ、4−アミルペンチルフェニルチオ、4−ヘキシルフェニルチオ、4−ヘプチルフェニルチオ、4−オクチルフェニルチオ、4−トリフルオロメチルフェニルチオ、3−トリフルオロメチルフェニルチオ、2−ピリジルチオ、1−ナフチルチオ、2−ナフチルチオ、4−プロピルシクロヘキシル−4’−ビフェニルチオ、4−ブチルシクロヘキシル−4’−ビフェニルチオ、4−ペンチルシクロヘキシル−4’−ビフェニルチオ、4−プロピルフェニル−2−エチニル−4’−ビフェニルチオ)、炭素数1〜80、より好ましくは炭素数1〜40、更に好ましくは炭素数1〜30のヘテロアリールチオ基(例えば2−ピリジルチオ、3−ピリジルチオ、4−ピリジルチオ、2−キノリルチオ、2−フリルチオ、2−ピロリルチオ)、置換若しくは無置換のアルキルチオ基(例えば、メチルチオ、エチルチオ、ブチルチオ、フェネチルチオ)、置換若しくは無置換のアミノ基(例えば、アミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ベンジルアミノ、アニリノ、ジフェニルアミノ、4−メチルフェニルアミノ、4−エチルフェニルアミノ、3−n−プロピルフェニルアミノ、4−n−プロピルフェニルアミノ、3−n−ブチルフェニルアミノ、4−n−ブチルフェニルアミノ、3−n−ペンチルフェニルアミノ、4−n−ペンチルフェニルアミノ、3−トリフルオロメチルフェニルアミノ、4−トリフルオロメチルフェニルアミノ、2−ピリジルアミノ、3−ピリジルアミノ、2−チアゾリルアミノ、2−オキサゾリルアミノ、N,N−メチルフェニルアミノ、N,N−エチルフェニルアミノ)、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子)、置換若しくは無置換のアルキル基(例えば、メチル、トリフルオロメチル)、置換若しくは無置換のアルコキシ基(例えば、メトキシ、トリフルオロメトキシ)、置換若しくは無置換のアリール基(例えば、フェニル)、置換若しくは無置換のヘテロアリール基(例えば、2−ピリジル)、置換若しくは無置換のアリールオキシ基(例えば、フェノキシ)、置換若しくは無置換のヘテロアリールオキシ基(例えば、3−チエニルオキシ)などである。
、R、R、R、R、R、R及びRとして好ましくは、水素原子、フッ素原子、塩素原子、置換若しくは無置換の、アリールチオ基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アルキル基、アリール基、アルコキシ基又はアリーロキシ基であり、特に好ましくは水素原子、フッ素原子、置換若しくは無置換の、アリールチオ基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基又はアリールアミノ基である。
また、更に好ましくは、一般式(2)において、R、R、R、及びRの少なくとも一つが、−(Het)−{(B−(Q−(B−Cの場合である。
一般式(3)中、R11、R12、R13、R14、R15、R16及びR17で表される置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、カルバモイル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アミド基であり、特に好ましくは水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリールチオ基、アミド基である。
16として、好ましくはアミノ基(アルキルアミノ、アリールアミノ基を含む)、ヒドロキシル基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルコキシ基又はアリールオキシ基であり、特に好ましくはアミノ基である。
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なんら限定されるものではない。
Figure 2007249041
Figure 2007249041
Figure 2007249041
Figure 2007249041
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 2007249041
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 2007249041
前記一般式(1)で表される置換基を有する二色性色素は、公知の方法を組み合わせて合成することができる。例えば、特開2003−192664号公報等の記載の方法に従い合成することができる。
本発明の調光材料におけるホスト液晶及び二色性色素の含有量については特に制限はないが、二色性色素の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、0.5〜10質量%であることがより好ましく、1〜8質量%であることが更に好ましい。また、ホスト液晶及び二色性色素の含有量は、双方を含む液晶組成物を調製し、その液晶組成物を封入した液晶セルの吸収スペクトルをそれぞれ測定して、液晶セルとして所望の光学濃度を示すのに必要な色素濃度を決定することが望ましい。
本発明の調光材料における調光性能については、その着色状態と透明状態における光の透過率の比(透明状態/着色状態)が3〜1000の範囲であることが好ましい。さらに好ましくは、4〜1000の範囲であり、特に好ましくは、5〜1000の範囲である。
本発明の調光材料において、前記液晶層の厚みは、1〜30μmであることが好ましく、2〜20μmであることがより好ましく、5〜15μmであることが更に好ましい。
また、調光材料の場合においては、特に二色性色素の添加量が多いほうが調光性能が上がるため好ましい。
なお、本発明の調光材料は、1つの液晶層中に複数の二色性色素を混合してもよい。呈示する色についても、いかなるものであってもよい。
また、各色を呈する液晶層を別層にして積層してもよい。更には、各色を呈する液晶層(液晶部)を並置してもよい。
<調光材料の構成>
(各構成部材)
−電極基板−
電極基板としては、通常ガラスあるいはプラスチック(ポリマー)からなる基板上に、電極層を形成したものを用いることができる。好ましくはプラスチック基板である。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、PESあるいはPENなどが挙げられる。基板については、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)の第218〜231頁に記載のものを用いることができる。
基板上に形成される電極層は、調光材料の場合には、両電極共に透明電極である。液晶表示装置の場合には、少なくとも一方が透明電極であればよく、好ましくは片側が透明電極の場合である。
透明電極は、例えば、酸化インジウム、ITO(インジウム錫オキサイド)、酸化スズ等から形成することができる。透明電極については、たとえば、「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)の第232〜239頁に記載のものが用いられる。
−スペーサー−
本発明の調光材料は、例えば、一対の基板をスペーサーなどを介して、1〜50μm間隔で対向させ、基板間に形成された空間に液晶組成物を配置することにより作製することができる。前記スペーサーについては、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)の第257〜262頁に記載のものを用いることができる。本発明の調光材料は、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。
本発明の調光材料の場合、液晶層の厚さ、すなわちスペーサーにより形成される基板間の間隔は、1〜30μmであることが好ましく、より好ましくは2〜20μmである。30μmより厚いと透明状態における透過率が低下しやすくなり、1μmより薄いと部分的な欠陥による通電のため表示ムラが生じやすくなり好ましくない。
−配向処理層−
本発明において、液晶組成物が電圧無印加時に垂直配向させる目的で、液晶と基板の接する表面に配向処理を施した層を形成させることが好ましい。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。
このなかでも垂直配向膜を設けることが好ましい。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、第240〜256頁に記載のものが用いられる。具体的には、配向膜としては、ポリイミド、シランカップリング剤、ポリビニルアルコール、ゼラチンなどを用いることが好ましく、ポリイミド、シランカップリング剤を用いることが、配向能力、耐久性、絶縁性、コストの観点から好ましい。
垂直配向力を高めるためには、配向膜を疎水性にすることが好ましく、ポリイミド側鎖置換基、シランカップリング剤の置換基の疎水性を高くすることが好ましい。具体的には、長鎖アルキル基、アリール基などを有するポリイミドならびにシランカップリング剤が好ましい。配向膜の設置方法としては、塗布したのち焼成する方法、シランカップリング剤の場合にはシランカップリング剤を含むアルコール溶液に浸漬させて反応させる方法が好適に用いられる。
−その他の部材−
その他の部材としては、例えば、バリア膜、紫外線吸収層、反射防止層、ハードコート層、汚れ防止層、有機層間絶縁膜、金属反射板、位相差板、配向膜などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
バリア膜は、本発明において、水及び/又は酸素の通過を阻止するのに好適である。
バリア膜としては、有機ポリマー系、無機系、有機−無機の複合系いずれでもよい。有機ポリマー系としてはエチレンービニルアルコール(EVOH)、ポリビニルアルコール(PVA/PVOH)、ナイロンMXD6(NーMXD)、ナノコンポジット系ナイロンなどが挙げられる。無機系としてはシリカ、アルミナ、ニ元系などが挙げられる。その詳細は、例えば「ハイバリア材料の開発、成膜技術とバリア性の測定・評価方法」(技術情報協会、2004年)に記載されている。
本発明の調光材料において、バリア層は、製造しやすさの観点から支持体上の透明電極が設置されていない面側に設置することが好ましい。また、対向する2つの支持体の双方に設けられていてもよく、片方にのみ設けられていてもよい。
本発明では、液晶層の紫外線による劣化を防止するために紫外線吸収層を設けることが好ましい。
紫外線吸収層としては、2,2−チオビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,6−ジ−t−ブチルフェノール等の酸化防止剤:2−(3−t−ブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、アルコキシベンゾフェノン等の紫外線吸収剤を含有することが好ましい。
本発明の調光材料において、紫外線吸収層は、製造しやすさの観点から支持体上の透明電極が設置されていない面側に設置することが好ましい。また、対向する2つの支持体の双方に設けられていてもよく、片方にのみ設けられていてもよいが、紫外線吸収層の機能を発揮するよう、少なくとも光の入射側の支持体に設けられていることが好ましい。
反射防止膜は、無機材料又は有機材料を用いて形成され、膜構成としては、単層であってもよく、又は多層であってもよい。さらにまた、無機材料の膜と有機材料の膜との多層構造であってもよい。反射防止膜は、調光材料の一面側又は両面に設けることができる。両面に設ける場合、両面の反射防止膜は、同じ構成であっても別の構成であっても良い。例えば、一方の面の反射防止膜を多層構造とし、他方の面側の反射防止膜を簡略化して単層構造とすることも可能である。また、透明電極又は支持体上に直接反射防止膜を設けることができる。
反射防止膜に用いる無機材料としては、SiO、SiO、ZrO、TiO、TiO、Ti、Ti、Al、Ta、CeO、MgO、Y、SnO、MgF、WO等が挙げられ、これらを単独で又は2種以上を併用して用いることができる。これらの中でも、レンズがプラスチック製のレンズであるので、低温で真空蒸着が可能なSiO、ZrO、TiO、Taが好ましい。
無機材料で形成される多層膜としては、レンズ側からZrO層とSiO層の合計光学的膜厚がλ/4、ZrO層の光学的膜厚がλ/4、最表層のSiO層の光学的膜厚がλ/4の、高屈折率材料層と低屈折率材料層とを交互に成膜する積層構造が例示される。ここで、λは設計波長であり、通常520nmが用いられる。最表層は、屈折率が低く、かつ反射防止膜に機械的強度を付与できることからSiOとすることが好ましい。
無機材料で反射防止膜を形成する場合、成膜方法は例えば真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、CVD法、飽和溶液中での化学反応により析出させる方法等を採用することができる。
反射防止膜に用いる有機材料としては、例えばFFP(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、ETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体)等を挙げることができ、レンズ材料やハードコート膜(有する場合)の屈折率を考慮して選定される。成膜方法は、真空蒸着法の他、スピンコート法、ディップコート法などの量産性に優れた塗装方法で成膜することができる。
ハードコート層としては、公知の紫外線硬化もしくは電子線硬化のアクリル系もしくはエポキシ系の樹脂を用いることができる。
汚れ防止膜としては、含フッ素有機重合体のような撥水撥油性材料を使用することができる。
なお、本発明の調光材料は、反射型表示素子として用いることも可能である。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、本発明の液晶組成物をはさんだ構成として、反射層を片側の基板上に設けることで、反射型の表示素子としても利用可能である。反射層としては、白色散乱層が好ましく、例えば、酸化チタン白色顔料をポリマーバインダ中に分散させた白色散乱層が好適に用いられる。
<用途>
本発明の調光材料は、高い調光性能を与えることができるため、調光、セキュリテイー、車載用途、インテリア、広告、情報表示板として好適に利用することができる。
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。
[実施例1]
<調光材料の調製>
1.二色性色素及び液晶の調製
二色性色素(1−2)及び(1−8)は、特開2003−192664号記載の方法に従い合成した。二色性色素(1−13)は、特開2005−120334号記載の方法に従い合成した。イエロー化合物Y−1、マゼンタ化合物M−1及びシアン化合物C−1は、Jpn.J.Appl.Phys.vol.37、3422(1998)記載の方法に従い合成した。
ホスト液晶ZLI−2806(ネマチック液晶)はメルク社から購入した。前記具体例化合物の高分子材料No.4及びNo.9は、下記スキームに従い合成した。
Figure 2007249041
2.調光材料の調製
透明電極であるITO付きガラス基板上にポリイミド垂直配向膜(日産化学製)をスピンコート、焼成により付設した。
ホスト液晶(ZLI−2806、Δn=0.043)1.0g中に、下表1に示した二色性色素又は下記イエロー化合物Y−1、マゼンタ化合物M−1若しくはシアン化合物C−1と、高分子材料とを、表2に示す組み合わせで加熱して溶解させた後、室温下1日放置させた。補助溶剤としてアセトンを用いた。
各々の二色性色素の添加量は、上記液晶組成物を8μmの液晶評価用セルに注入した場合における透過率が20%となるように調整した。高分子材料はホスト液晶に対して5質量%となるように調整した。
得られた液晶組成物に16μmの球状スペーサー(積水化学製)を少量混合し、上記のITO付きガラス基板を配向膜側が液晶層に接するように挟んで、光硬化型シール剤(積水化学製)にて封止した。
Figure 2007249041
3.評価
得られた本発明の調光材料は、電圧無印加時に透明状態であった。信号発生器(テクトロニクス株式会社製)を用いて、電圧(80V、60Hz)を印加した場合、液晶層は着色散乱状態となった。また、二色性色素の極大吸収波長における散乱着色状態と透明状態におけるUV/vis吸収スペクトル測定(島津製UV2400)を行い、散乱着色状態と透明状態の透過率を測定した。着色状態と透明状態における透過率の比(T(透明)/T(着色時))を表2に示す。
表2に示す通り、本発明の調光材料は、電気的に光の透過率を制御できる調光機能を有することが確認された。また、電圧無印加時に透過率の高い透明状態となることが確認された。
Figure 2007249041
Figure 2007249041
[実施例2]
<調光材料の調製>
1.プラスチック基板の作製
特開2000−105445号公報の実施例1の試料110の作製と同様にPEN(Dupont−Teijin Q65A)に対し下塗り層及びバック層を作成した。すなわち、ポリエチレン−2,6−ナフタレートポリマー100重量部と紫外線吸収剤としてTinuvin P.326(チバ・ガイギーCiba−Geigy社製)2重量部とを乾燥した後、300℃にて溶融後、T型ダイから押し出し、140℃で3.3倍の縦延伸を行い、続いて130℃で3.3倍の横延伸を行い、さらに250℃で6秒間熱固定して厚さ90μmの本発明のプラスチック基板(PEN)を得た。
2.透明電極層の作製
上記で得られたプラスチック基板の片面に、導電性のインジウム酸化スズ(ITO)をコーティングして、厚さ200nmの均一な薄膜を積層した。面抵抗約20Ω/cm、光透過率(500nm)85%であった。つぎに、ITO表面上に反射防止膜としてSiO薄膜(100nm)をスパッタにより付設した。光透過率(500nm)90%であった。
3.液晶層の調製
上記支持体を用いて、配向膜としてSiO層を100nm蒸着によりITO上に設置し、さらにシランカップリング剤としてオクタデシルトリメトキシシランを用いて、そのアルコール溶液に基板を浸漬させることで、垂直配向膜を付設した。それ以外は実施例1と同様の操作にて、本発明の調光材料を調製した。
4.バリア層及び紫外線吸収層の付設
得られた調光材料に更にバリア層と紫外線吸収層を付設した。
(バリア層の付設)
有機−無機ハイブリッド層の作製ソアノールD2908(日本合成化学工業(株)製、エチレン−ビニルアルコール共重合体)8gを1−プロパノール118.8g及び水73.2gの混合溶媒に80℃で溶解した。この溶液の10.72gに2N塩酸を2.4ml加えて混合した。この溶液を攪拌しながらテトラエトキシシラン1gを滴下して30分間攪拌を続けた。次いで、得られた塗布液を前記調光材料の支持体上にワイヤーバーで塗布した。その後120℃で5分間乾燥することにより、調光材料に膜厚約1μmの有機−無機ハイブリッド層を形成した。
(紫外線吸収層の付設)
水42g、シラノール変性ポリビニルアルコール(クラレ社製:商品名R2105)40g、紫外線フィルター用カプセル液13.5gを混合した後、50質量%の2−(3−t−ブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾールの水溶液17g、20質量%のコロイダルシリカ分散液(日産化学社製:商品名スノーテックス0)65g、ポリオキシエチレンアルキルエーテル燐酸エステル(東邦化学社製 ネオスコアCM57)2.5gとポリエチレングリコールドデシルエーテル(花王社製 エマルゲン109P)2.5gを混合し、紫外線フィルター層用塗布液を得た。
次いで、得られた塗布液を前記調光材料のバリア層上にワイヤーバーで塗布した。その後120℃で5分間乾燥することにより、調光材料に膜厚約1μmの紫外線吸収層を形成した。
<表示性能の評価>
実施例1と同様の評価を行った。表3に、その結果を示す。なお、表3中、色素濃度とは、液晶層を構成する全液晶組成物の総質量に対する質量(質量%)を示し、高分子材料の添加量は、ホスト液晶に対する質量(質量%)で示す。
Figure 2007249041
比較例として、高分子材料を添加しない場合について実施例3と同様の操作にて比較の調光材料を調製し、その結果を表3に示した。表3に示すように、本発明の調光材料に比べ、比較の調光材料では、透過率の比が低く調光機能が低いことが明らかとなった。
また、本発明の調光材料は、電圧無印加時に透過率の高い透明状態となることが確認された。
(光耐久性の評価)
光耐久性の評価を行った。Xeランプ(10万ルクス)を上記調光材料に照射(300時間)したところ、本発明の調光材料は電気的な特性に変化はなかったが、比較の調光材料は、電圧印加時における着色状態の光の吸収率が目視で低下していることが確認された。すなわち、本発明の調光材料は光耐久性に優れていることが確認された。
(車載用途への応用)
本発明の調光材料を、自動車車両のフロントガラス内側ならびにサイドガラス内側に接着剤で接着させ、電気的に透明状態と散乱着色状態とが切り換えられることを確認した。すなわち、本発明の調光材料は、車載用途調光材料として好適に使用できることが確認された。また、電圧無印加時に透過率の高い透明状態となり、消費電力を低減できることが確認された。
(インテリア用途への応用)
本発明の調光材料を、ドアガラスに接着剤で接着させ、電気的に透明状態と散乱着色状態とが切り換えられることを確認した。すなわち、本発明の調光材料は、インテリア用途調光材料として好適に使用できることが確認された。また、電圧無印加時に透過率の高い透明状態となり、消費電力を低減できることが確認された。
[実施例3]
実施例1において、ホスト液晶として、ZLI−6610(メルク社製)を用いた点、垂直配向膜として、オクタデシルシランカップリング剤(信越化学工業社製)に変更した以外は、実施例1と同様にして本発明の調光材料を調整した。実施例1と同様の評価を行ったところ、本発明の調光材料は高い調光機能を有することが確認された。また、電圧無印加時に透過率の高い透明状態となり、消費電力を低減できることが確認された。
本発明における液晶層の配向状態を説明する図である。図1(A)は、電圧無印加時の液晶組成物の配向状態を表し、図1(B)は、電圧印加時の液晶組成物の配向状態を表す。 本発明において、誘電率異方性が正のメソゲンを側鎖に有する高分子材料を用いた場合の、液晶層の配向状態を説明する図である。図2(A)は、電圧無印加時の液晶組成物の配向状態を表し、図2(B)は、電圧印加時の液晶組成物の配向状態を表す。
符号の説明
10 透明電極
12 液晶層
14 液晶組成物
16 高分子材料
18 液晶分子
20 二色性色素
21 メソゲン

Claims (5)

  1. 一対の透明電極間に、少なくとも1種以上の誘電率異方性が負のホスト液晶及び少なくとも1種以上の二色性色素を含有する液晶組成物と、少なくとも1種の高分子材料とを含有する液晶層を有し、前記液晶組成物が電圧無印加時に垂直配向して、電圧印加時よりも無印加時において入射光の透過率が高いことを特徴とする調光材料。
  2. 前記高分子材料が、シロキサンポリマーであることを特徴とする請求項1に記載の調光材料。
  3. 前記高分子材料が、誘電率異方性が正のメソゲンを側鎖に有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の調光材料。
  4. 前記二色性色素が、下記一般式(1)で表される置換基を有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の調光材料。
    一般式(1): −(Het)−{(B−(Q−(B−C
    〔式中、Hetは酸素原子又は硫黄原子であり、B及びBは、各々独立に、アリーレン基、ヘテロアリーレン基又は2価の環状脂肪族炭化水素基を表し、Qは2価の連結基を表し、Cはアルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基又はアシルオキシ基を表し、jは0又は1を表し、p、q及びrは、各々独立に0〜5の整数を表し、nは1〜3の整数を表し、(p+r)×nは3〜10の整数であり、p、q及びrがそれぞれ2以上の時、2以上のB、Q及びBはそれぞれ同一でも異なっていてもよく、nが2以上の時、2以上の{(B−(Q−(B}は、それぞれ、同一でも異なっていてもよい。〕
  5. 前記二色性色素が、アントラキノン色素又はフェノキサジン色素であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の調光材料。
JP2006075241A 2006-03-17 2006-03-17 調光材料 Abandoned JP2007249041A (ja)

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