JPH086047B2 - 液晶表示用二色性トリスアゾ色素 - Google Patents

液晶表示用二色性トリスアゾ色素

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JPH086047B2
JPH086047B2 JP6035523A JP3552394A JPH086047B2 JP H086047 B2 JPH086047 B2 JP H086047B2 JP 6035523 A JP6035523 A JP 6035523A JP 3552394 A JP3552394 A JP 3552394A JP H086047 B2 JPH086047 B2 JP H086047B2
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康之 山田
公敏 加藤
宏 相賀
啓輔 詫摩
功 西沢
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三井東圧化学株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示用の新規なト
リスアゾ系二色性色素に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
省エネルギーおよび小型化の観点から液晶表示素子が広
く使用されるようになった。現在使用されている液晶表
示素子の大部分はツイステッド・ネマチック型液晶の電
気光学効果を利用したもので、2枚の偏光板と組合せる
ことを必須条件として表示がなされるものであり、使用
に際して多くの制限を受けているのが実情である。これ
に替わる液晶表示方式として二色性色素をネマチック液
晶に溶解した着色液晶組成物の電気光学効果を利用す
る、いわゆるゲスト−ホスト方式の液晶表示が検討さ
れ、すでにその一部は、時計、家電製品、産業用計器等
における表示素子として利用され始めている。
【0003】このゲスト−ホスト型液晶表示方式の原理
は、ゲストである二色性色素分子がホストである液晶分
子の配列にしたがって配向して配置することによる。す
なわち、通常は電界で、ある外部刺激を印加することに
より、液晶分子は“オフ”状態から“オン”状態に配向
方向を変化するが、これと同時に二色性色素分子も配向
方向を変化する結果、両状態における色素分子による光
の吸収程度が変化し、表示がなされるという原理に基づ
いている。
【0004】ここで使用される二色性色素は、少量で
十分な着色能力があること、大きな二色性比を有し、
電圧印加−無印加により大きなコントラストを示すこ
と、液晶に対し十分な相溶性を有すること、耐久性
に優れ、安定であり、長時間使用しても装置の性能を劣
化させないこと等の条件を基本的に備えていることが最
低限必要である。
【0005】上記の条件を具備するものとして、種々の
二色性色素が提案され、既に一部は、デジタルロック、
メーター等に使用され始めてはいるが、大きな二色比を
示すものは耐久性に乏しかったり、耐久性は優れている
が実用的に鮮明な表示が可能な程の二色性を有していな
いなど、まだ改良されるべき欠点を有しているものが多
いのが現状である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らはこのような
状況を踏まえ、鋭意検討した結果、大きな二色性比を有
し、かつ耐久性に優れた新規二色性色素を見出すに至っ
た。本発明の液晶表示用色素は、アゾ基を介して分子長
軸末端に4−カルボニルオキシ基を有するビフェニル骨
格と、これに少なくとも一個のナフチル骨格とフェニル
骨格、または三個のフェニル骨格を結合させたトリスア
ゾ色素であることを特徴とするものであり、本発明に係
わる二色性色素は、一般式(1)
【0007】
【化3】
【0008】〔式中、Xはアルキル基、アルコキシアル
キル基、p位をアルキルもしくはアルコキシ基で置換さ
れていてもよいフェニル基またはシクロヘキシル基を表
わし、Pはハロゲン原子、メチル基またはメトキシ基で
置換されていてもよい1,4−フェニレン基または1,
4−ナフチレン基を表わし、Arは1,4−フェニレン
基または1,4−ナフチレン基を表わし、Y1は、水素
原子、メチル基またはメト
【0009】
【化4】 表わし、Rはアルキル基、p位をアルキル基もしくはア
ルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基またはシ
クロヘキシル基であり、R1は水素原子または低級アル
キル基、R2は低級アルキル基またはp位をアルキル、
アルコキシもしくはフェニル基で置換されていてもよい
ベンジル基である。〕で示される液晶表示用二色性トリ
スアゾ色素である。前記、本発明に係わる液晶用色素一
般式(1)におけるXの具体例としては、
【0010】
【化5】
【0011】などの構造式を有する基があげられる。こ
こでXの末端にアルキル基を有する場合は、その炭素数
は15個以下が好ましい。Y1および後述するY2、Y3
の具体例としては、−H、−Cl、−Br、−I、−
F、−CN、−OH、−OCH3、−CH3などが挙げら
れるが、Y1〜Y3が共に水素原子である場合が二色性効
果が大きく、また反応物の純度や原料などの製造コスト
からも有利であり、好ましい。また、Zの具体例として
は、
【0012】
【化6】
【0013】などの構造式を有する基があげられる。本
発明のトリスアゾ色素は常法により合成することができ
る。例えば、一般式(2)
【0014】
【化7】
【0015】〔式中、Xは一般式(1)と同じ意味を表
わす。〕で表わされる化合物を常法によりジアゾ化した
後、一般式(3)
【0016】
【化8】
【0017】〔式中、Y1は一般式(1)と同じ意味を
表わす。〕で表わされる化合物にカップリングし、次い
で加水分解して一般式(4)
【0018】
【化9】
【0019】〔式中、X、Y1は一般式(1)と同じ意
味を表わす。〕で表わされるモノアゾ化合物を得る。次
に一般式(4)の化合物をジアゾ化し、一般式(5)
【0020】
【化10】
【0021】〔式中、Y2は水素原子、ハロゲン原子、
メチル基またはメトキシ基を表わす。〕で表わされる化
合物とカップリングするか、あるいは一般式(6)
【0022】
【化11】
【0023】〔式中、Y3は水素原子、ハロゲン原子、
メチル基またはメトキシ基を表わす。〕のメタンスルホ
ン酸塩とカップリングし、加水分解すれば、本発明の一
般式(1)の前駆物質である一般式(7)
【0024】
【化12】
【0025】〔式中、X、Y1及びPは一般式(1)と
同じ意味を表わす。〕で表わされるジスアゾ化合物が得
られる。次いでこれらのジスアゾ化合物をさらにジアゾ
化し、一般式(8)
【0026】
【化13】
【0027】〔式中、Z’は水酸基、アミノ基またはジ
アルキルアミノ基を表わす。〕で表わされる化合物とカ
ップリングすれば、一般式(1)のトリスアゾ化合物を
得ることができる。またZ’が水酸基の場合は、カップ
リング終了後、引き続き所望のアルキル化剤、またはア
シル化剤などと反応させることにより一般式(1)化合
物のZに相応する置換基にZ’を変換できる。
【0028】このように本発明のトリスアゾ色素一般式
(1)は、一般式(2)化合物を原料としてカップリン
グ成分を適宜選択し、合成することができる。また一般
式(1)中のXは、4’−アミノビフェニル−4−カル
ボン酸を出発原料としてトリスアゾ化合物を合成した後
に、常法のエステル化により導入することも可能であ
る。
【0029】本発明の二色性色素は液晶に含有させてカ
ラー表示用液晶組成物として通常用いられている表示装
置で使用できる。液晶としては種々の液晶、例えばビフ
ェニル系液晶(Merck社製商品番号E−8など)、
フェニルシクロヘキサン系液晶(Merck社製商品番
号ZLI−1132、ZLI−1840など)、シッフ
ベース系液晶、エステル系液晶、ピリミジン系液晶、テ
トラジン系液晶その他の正または負の誘電異方性を示す
ネマチック液晶があげられ、これらが単独もしくは混合
されてもよい。またこれらのネマチック液晶にさらにコ
レステリルノナノエートもしくは施光性4−シアノ−
4’−イソペンチルビフェニルなどの光学活性物質を加
えたいわゆる相転移型液晶も使用できる。また、電圧印
加の方向により不可逆的な配向性を示すいわゆる表示記
憶性能を有するスメクチック液晶、および熱的スメクチ
ック−ネマチック相転移現象を有する液晶を利用した記
憶型スメクチック液晶なども使用できる。
【0030】本発明に係る色素の使用は一種のみでもよ
く、二種以上混合して使用することも出来る。使用する
色素濃度は、色素が液晶に溶解する限度内であって、且
つ、色素分子が液晶分子の配向によって充分配向統制さ
れ得る範囲内であればよいが、一般には液晶に対し0.
01〜10重量%の濃度、好ましくは0.01〜5重量
%の濃度で使用するのが良い。
【0031】また本発明に係る二色性色素と他の二色性
色素または、二色性のない色素とを混合し所望の色相と
して使用することも可能であり何ら限定されない。二色
性色素の液晶への溶解は、所望量の色素を液晶と混合し
長時間かきまぜるか、もしくは液晶が等方性液体となる
温度以上に加熱しかきまぜることによって行なわれ、所
望のカラー表示用液晶組成物とすることが出来る。
【0032】
【実施例】以下、本発明の二色性色素の代表例について
実施例および表−1をあげ具体的に説明する。実施例お
よび表−1に示す二色比は、本発明の新規二色性色素の
有用性を最も特徴付ける特性値である。実施例および表
−1に示す二色比は、各色素0.5重量%を代表的ネマ
チック液晶であるMerck社製液晶(商品番号ZLI
−1840)に溶解し、あらかじめホモジニアス配向す
べく処理した厚さ10μmの液晶セル中に封入したの
ち、分光光度計の光路におき、液晶配列と平行な直線偏
光をあてて測定した極大吸収波長における吸光度(A
‖)および液晶配列と直角な直線偏光をあてて測定した
同波長における吸光度(A⊥)を測定し、次式
【0033】
【数1】 より算出したものである。部は重量部を示し、%は重量
%を示す。
【0034】実施例1 モノアゾ工程 式
【0035】
【化14】
【0036】で表わされる化合物7部をN,N−ジメチ
ルホルムアミド(以下、DMFと略す)400部に溶解
後、35%塩酸20部を加え、5℃以下に冷却し、10
%亜硝酸ソーダ水溶液25部を滴下、同温度で2時間攪
拌した後、スルファミン酸を加え、ジアゾ化液を得た。
このジアゾ化液をpH=4にした後、アニリノメタンス
ルホン酸ソーダ7.5部を溶解した水溶液57.5部を
添加し、0〜5℃で2時間攪拌した。反応液を氷水10
00部に排出し、濾過した。得られたケーキを水1lに
分散し、85〜90℃で8時間攪拌し、濾過、水洗、乾
燥し、式
【0037】
【化15】 で表わされるモノアゾ化合物の粗生成物11部を得た。
【0038】ジスアゾ工程 得られたモノアゾ化合物4部をDMF200部に溶解
後、35%塩酸12部を加え、5℃以下に冷却し、10
%亜硝酸ソーダ水溶液12部を滴下、同温度で2時間攪
拌した後、スルファミン酸を加え、ジアゾ化液を得た。
このジアゾ化液にα−ナフチルアミン2.2部をDMF
10部に溶解したものを滴下し、0〜5℃で2時間攪拌
した。反応液を氷水500部に排出し、濾過、水洗し、
得られた固体を5%苛性ソーダ水溶液100部に加え、
90℃にて2時間加熱撹拌した。冷却後、濾過、水洗、
乾燥し、式
【0039】
【化16】 で表わされるジスアゾ化合物の粗生成物5部を得た。
【0040】トリスアゾ工程 得られたジスアゾ化合物5部をDMF300部に溶解
し、35%塩酸10部を加え、0〜5℃に冷却し、10
%亜硝酸ソーダ水溶液8部を滴下、同温度で2時間攪拌
した後、スルファミン酸を加え、ジアゾ化液を得た。こ
のジアゾ化液にフェノール2部を10%苛性ソーダ水溶
液30部に溶解したものを滴下し、0〜5℃でpH=7
〜9に2時間攪拌した。反応液を氷水500部に排出
し、濾過、水洗、乾燥し、式
【0041】
【化17】
【0042】で表わされるトリスアゾ化合物の粗生成物
4.5部を得た。粗生成物をトルエンに溶解し、シリカ
ゲルを詰めたカラムクロマトグラフィーにより分離精製
し、後記の表−1中No.1の色素を得た。
【0043】二色比測定 次に小ビーカーにMerck社製液晶(商品番号ZLI
−1840)10部を加え、さらに表−1中のNo.1
の染料0.05部を加え、約80℃に加熱して、完全に
清澄な溶液とした。次いで内容物を放置冷却した後、液
晶表示素子内にこの着色液晶溶液を封入した。この表示
装置は電圧無印加時に橙色を示し、電圧印加時には電極
部分のみが無色となり、良好なコントラストを示した。
また二色比は極大吸収波長469nmにおいて13.0
であった。本表示装置をキセノンフェードメーター(ス
ガ試験機株式会社製)を用いてブラックパネル温度63
±2℃にて100時間照射して、耐光性試験を行なった
ところ、吸収極大波長465nmでの吸光度の減少はわ
ずか4%であった。つまり、耐光保持率は96%と良好
な結果を得た。
【0044】実施例2 実施例1と同様に合成した式
【0045】
【化18】
【0046】の化合物3部をDMF60部に溶解し、炭
酸カリウム0.8部及びヨウ化カリウム0.2部を加
え、70℃で1時間攪拌後、n−ブチルブロマイド1.
5部を加え、80℃で2時間攪拌した。室温まで冷却
後、水300部に排出し、濾過、メタノール洗浄、水洗
し、式
【0047】
【化19】
【0048】の化合物の粗生成物を得た。この精製色素
(表−1中No.2)の二色比は極大吸収波長465n
mにおいて16.4であった。耐光性試験を実施例1と
同様にして行ったところ、耐光保持率は97%と良好な
結果を得た。
【0049】実施例3 実施例1のジスアゾ工程でα−ナフチルアミンのかわり
に、アニリノメタンスルホン酸と反応させた以外は実施
例1と全く同様に合成し、式
【0050】
【化20】 で表わされるジスアゾ化合物を得た。このジスアゾ化合
物4.5部をDMF100部に溶解し、35%塩酸5部
を加え、室温で30分攪拌した後、0〜5℃に冷却し、
10%亜硝酸ソーダ水溶液8.3部を滴下、同温度で2
時間攪拌した後、スルファミン酸を加え、ジアゾ化液を
得た。このジアゾ化液にN,N−ジメチルアニリン1.
5部を加え、0〜5℃で2時間攪拌した。水500部に
排出後、濾過、水洗、乾燥し、式
【0051】
【化21】
【0052】で表わされる化合物の粗生成物を得た。こ
の精製色素(表−1中No.3)の二色比は極大吸収波
長553nmにおいて15.3であった。耐光性試験を
実施例1と同様にして行ったところ、耐光保持率は96
%と良好な結果を得た。以下、これらの方法に準じて合
成、精製して得られたトリスアゾ色素の二色比、耐光保
持率を表−1に示す。
【0053】比較例1 式
【化22】 で示される化合物を実施例1と同様にして二色性を測定
したところ吸収極大波長468nmにおいて二色性は
8.6であり、耐光保持率は84%であった。
【0054】比較例2 式
【化23】 で示される化合物を実施例1と同様にして二色性を測定
したところ吸収極大波長519nmにおいて二色性は
9.2であり、耐光保持率は81%であった。
【0055】比較例3 式
【化24】 で示される化合物を実施例1と同様にして二色性を測定
したところ吸収極大波長511nmにおいて二色性は1
0.1であったが、液晶への溶解度が非常に悪く、0.
2%以下であった。したがって着色度の点で実用レベル
以下であり、きわめて淡い色にしか着色しなかった。ま
た、耐光保持率は91%と比較的悪い結果であった。
【0056】
【発明の効果】本発明に係る色素は実施例、比較例から
も明らかなように大きな二色性比を有し、且つ耐久性に
優れている。
【0057】
【表1】
【0058】
【表2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−4674(JP,A) 特開 昭58−84858(JP,A) 特開 昭59−47261(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(1) 【化1】 〔式中、Xはアルキル基、アルコキシアルキル基、p位
    をアルキルもしくはアルコキシ基で置換されていてもよ
    いフェニル基またはシクロヘキシル基を表わし、Pはハ
    ロゲン原子、メチル基またはメトキシ基で置換されてい
    てもよい1,4−フェニレン基または1,4−ナフチレ
    ン基を表わし、Arは1,4−フェニレン基または1,
    4−ナフチレン基を表わし、Y1は、水素原子、メチル
    基またはメト 【化2】 表わし、Rはアルキル基、p位をアルキル基もしくはア
    ルコキシ基で置換されていてもよいフェニル基またはシ
    クロヘキシル基であり、R1は水素原子または低級アル
    キル基、R2は低級アルキル基またはp位をアルキル、
    アルコキシもしくはフェニル基で置換されていてもよい
    ベンジル基である。〕で示される液晶表示用二色性トリ
    スアゾ色素。
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