(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶材料と染料とを含有し、カラー液晶ディスプレイ用の液晶セルに用いられる液晶混合物であって、
上記染料が双極子を有し、
上記染料が、混合物全体に対して０．５重量％以上の溶解度を持ち、
Ａ２及びＡ１がそれぞれスイッチをオン及びオフにした状態で測定された吸光度値であるときにＳ＝（Ａ２−Ａ１）／（Ａ２＋Ａ１）で定義されるパラメータが０．５以上あり、
上記染料が、下記の化学式（１）で示されるＭｏｒｐｉｐであることを特徴とする
液晶混合物。
【化１】
0004394317.tif 000007
・・・（１）
【請求項２】
上記パラメータが０．７以上であることを特徴とする請求項１に記載の液晶混合物。
【請求項３】
上記液晶材料が、永久双極子を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶混合物。
【請求項４】
上記液晶材料が、誘導双極子を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶混合物。
【請求項５】
上記液晶材料が、強誘電体特性を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶混合物。
【請求項６】
１０１２Ωｃｍ以上の抵抗率を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶混合物。
【請求項７】
１０１３Ωｃｍ以上の抵抗率を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶混合物。
【請求項８】
上記液晶材料が、複数の液晶材の混合体であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の液晶混合物。
【請求項９】
電場によって切り替え可能であり、上記液晶材料の層の表面において上記液晶を配向させる表面効果によって配列可能であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の液晶混合物。
【請求項１０】
上記液晶材料が、下記の化学式（２）で表される４'−ｎ−ペンチル−４−シアノビフェニル（５ＣＢ）であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の液晶混合物。
【化２】
0004394317.tif 000008
・・・（２）
【請求項１１】
液晶小滴が透明なマトリクスポリマ中に分散されてなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の液晶混合物。
【請求項１２】
上記マトリクスポリマは、放射線または熱により硬化可能であることを特徴とする請求項１１記載の液晶混合物。
【請求項１３】
上記液晶材料が、複数の液晶材の混合体であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の液晶混合物。
【請求項１４】
電場の印加によって液晶小滴が整列しているとき、前記液晶混合物の層を通過するように放出された光に対して透明となるように上記マトリクスポリマの屈折率が液晶小滴の屈折率と近接していることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の液晶混合物。
【請求項１５】
ゲスト−ホストセル中で駆動可能なことを特徴とする請求項１乃至１４記載の液晶混合物。
【請求項１６】
上記染料が５デバイ以上の永久双極子を有していることを特徴とする請求項１５記載の液晶混合物。
【請求項１７】
上記染料が１０デバイ以上の永久双極子を有していることを特徴とする請求項１５記載の液晶混合物。
【請求項１８】
上記染料が１５デバイ以上の永久双極子を有していることを特徴とする請求項１５記載の液晶混合物。
【請求項１９】
上記染料が、混合物全体に対して１重量％以上の溶解度をもつことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の液晶混合物。
【請求項２０】
液晶材料と染料とを含有する液晶組成物であって、上記染料が、双極子を有し、上記混合物全体に対して０．５重量％以上の溶解度を持ち、Ａ２及びＡ１がそれぞれスイッチをオン及びオフにした状態で測定された吸光度値であるときにＳ＝（Ａ２−Ａ１）／（Ａ２＋Ａ１）で定義されるパラメータが０．５以上あり、下記の化学式（３）で示されるＭｏｒｐｉｐである、液晶混合物と、
上記液晶混合物を保持する基板プレートと、
上記液晶混合物に電場を供給するための電極と、
上記電極に電圧を供給する電源と
から構成されていることを特徴とするカラー液晶ディスプレイ用の液晶セル。
【化３】
0004394317.tif 000009
・・・（３）
【請求項２１】
上記パラメータが０．７以上であることを特徴とする請求項２０に記載の液晶セル。
【請求項２２】
上記基板プレートが、ガラス及び／又はプラスチックからなることを特徴とする請求項２０又は２１記載の液晶セル。
【請求項２３】
上記電極が、基板プレートにコーティングすることにより形成されていることを特徴とする請求項２０乃至２２のいずれかに記載の液晶セル。
【請求項２４】
上記コーティングが、ＩＴＯコーティングであることを特徴とする請求項２３記載の液晶セル。
【請求項２５】
上記ＩＴＯコーティングが、基板プレートの両面に形成されていることを特徴とする請求項２４の液晶セル。
【請求項２６】
上記液晶材料は、複数の基板プレート間に保持されて液晶層となり、上記液晶層の厚みは５〜４０μｍであることを特徴とする請求項２０乃至２５のいずれかに記載の液晶セル。
【請求項２７】
上記液晶材料は、複数の基板プレート間に保持されて液晶層となり、上記液晶層の厚みは１０〜２５μｍであることを特徴とする請求項２０乃至２５のいずれかに記載の液晶セル。
【請求項２８】
液晶材料と染料とを含有し、液晶セル及び／又は液晶ディスプレイに用いられ、Ａ２及びＡ１がそれぞれスイッチをオン及びオフにした状態で測定された吸光度値であるときにＳ＝（Ａ２−Ａ１）／（Ａ２＋Ａ１）で定義されるパラメータが０．５以上ある液晶混合物において、上記染料として、双極子を有し、上記混合物全体に対して０．５重量％以上の溶解度を持ち、下記の化学式（４）で示されるＭｏｒｐｉｐである染料を用いる
染料の使用方法。
【化４】
0004394317.tif 000010
・・・（４）
【請求項２９】
上記液晶セルは、液晶分子が基板平面に対して垂直に配向する液晶セルであることを特徴とする請求項２８記載の染料の使用方法。
【請求項３０】
上記液晶セルが、ＰＤＬＣセルであることを特徴とする請求項２８記載の染料の使用方法。
【請求項３１】
上記液晶セルが、ゲスト−ホストセルであることを特徴とする請求項２８記載の染料の使用方法。
【請求項３２】
上記染料が、永久双極子を有していることを特徴とする請求項２８乃至３１のいずれかに記載の染料の使用方法。
【請求項３３】
上記染料が、５デバイ以上の永久双極子を有していることを特徴とする請求項３２記載の染料の使用方法。
【請求項３４】
上記染料が、１０デバイ以上の永久双極子を有していることを特徴とする請求項３２記載の染料の使用方法。
【請求項３５】
上記染料が、１５デバイ以上の永久双極子を有していることを特徴とする請求項３２記載の染料の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、応答時間を大幅に短縮した液晶混合物、カラー液晶ディスプレイＬＣＤ用の液晶セル及び双極子を有する染料を液晶混合物に用いる使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶及び液晶混合物は、幅広いアプリケーションに用いることができる。液晶を用いた最もポピュラーなアプリケーションは、ノートブック型コンピュータ液晶ディスプレイＬＣＤであるが、最近では据え置き型デスクトップパソコンなどにもその用途が広がっている。
【０００３】
他のモニターと比較して、液晶ディスプレイの最も大きな利点の一つとしては、ディスプレイが小型であるということだけではなく、画像にちらつきがないことが挙げられる。これは使用者、特に長時間ディスプレイに向かって仕事をする人の目の保護のために非常に有用である。
【０００４】
液晶ディスプレイは液晶セルが配列されて構成される。様々な種類の液晶セルが近年になって開発されている。最も重要な液晶セルとしては、ＴＮセル（twisted nematic cell）、ＳＴＮセル（super twisted nematic cell）、ＰＤＬＣセル（polymer dispersed liquid crystal cell）等が挙げられる。液晶セルには、通常、ネマチック液晶が用いられるが、スメクチック液晶やコレステリック液晶も用いられる。
【０００５】
上述したような液晶は一般的に共通の特性を有している。それは、棒状の分子構造、強固な長軸及び双極子、及び／又は、永久双極子又は誘導双極子を提供することにより容易に極性化される置換基を有しているということである。
【０００６】
また、液晶の注目すべき特性は、分子が同じ方向を指し示す、ディレクターとよばれる特性である。液晶分子のこの特性は、異方性として知られている条件と関連する。異方性は、材料の特性、特に光透過特性が、それらが測定される方向に依存することを意味する。液晶の異方性は、液晶に独特の光学特性の要因となっている。
【０００７】
永久双極子または誘導双極子を有する液晶分子は、電界又は磁界の場の方向に沿って配向するという傾向があるため、液晶セル及び液晶ディスプレイにおいて、液晶材料、混合物又は液晶セルに電界又は磁界を与えることによって分子の配向をコントロールすることができる。
【０００８】
液晶混合物又は液晶セルに電界又は磁界を作用させることによって、分子を一般的に２つの配向状態、すなわち、好ましい方向で液晶セルが透明である「オン状態」と、上記方向で液晶セルが不透明である「オフ状態」との間で切り替えることができる。
【０００９】
液晶セルに依存して、透明度が影響を受ける効果は異なる。例えばＴＮセル（twisted namatic cell）では、液晶材料の両側に偏光フィルタが配されているにもかかわらず、偏光は液晶材料に影響される。作用される場に依存して、偏光は液晶材料によって影響される場合もあるし、影響されない場合もある。光は、「オン状態」においては双方の偏光フィルタを通過することができるが、「オフ状態」においては偏光フィルタを通過することができない。
【００１０】
ＰＤＬＣセル（polymer dispersed liquid crystal cell）においては、小さな液晶小滴が透明なマトリクスポリマ中に均一に分散されている。液晶小滴の直径は可視光線の波長と同程度である。液晶層の厚さと比較して、液晶小滴の直径が小さいので、初期状態の方向に放出された光（透過の方向は、液晶セル又はディスプレイの機能を考える際に必須であり、実用的で好ましい方向といわれる。）は、液晶とポリマとの屈折率との組み合わせが合わないと、液晶層を透過する前に何回も散乱して十分に大きな「オフ状態」となる。磁界や電界の場がない状態では、上述した散乱により液晶層は乳白色に見える。
【００１１】
他方、「オン状態」では、個々の液晶小滴は場に従って配列され、小滴を含有する液晶の屈折率は、マトリクスポリマ材料の屈折率に十分に近づくことになる。そして、液晶材料は、上述した好ましい方向において透明になる。
【００１２】
場が除去されると、表面力と空洞が完全球体でないことによって液晶は初めの配向状態に戻る。「オフ状態」での散乱の程度は、屈折率のミスマッチの程度と、液晶小滴の大きさ、数密度に依存する。
【００１３】
さらに、色情報の表示を可能にするために、二色性染料が液晶材料中に添加されている。一般的に、液晶は有機分子にとって優れた溶剤である。したがって、幾何学的な異方性を有する少量の染料が液晶中に混合される場合、染料分子は、染料分子の長軸が液晶のディレクターに沿って配列するという傾向のため、液晶の異方性分子間相互作用場にしたがって配列する。場、好ましくは電場が作用されると、染料分子の配向は液晶配向に伴って切り替えることができる。この現象は「ゲスト−ホスト相互作用」と言われ、そして、このような液晶セルは「ゲスト−ホスト効果セル（ＧＨセル）」と呼ばれる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
液晶セル及び液晶ディスプレイの質は、よいコントラスト及びよい色、すなわちよい光学特性によって決定される。また、液晶セル及び液晶ディスプレイの質は、液晶を例えばオフ状態からオン状態、あるいはその逆へ切り替える際の応答時間によっても決定される。
【００１５】
立ち上がり時間は、液晶材料又は液晶セルに場が作用された場合に、当該液晶材料又は液晶セルがオン状態の透過率の９０に達するために必要とされる時間である。同様に、減衰時間は、場がゼロにされたときに、オン状態の材料がオン状態の透過率の１０％となるまでに要する時間である。応答の速さは、動画ばかりでなく、標準的なコンピュータにおいて画面を切り替える場合にも非常に重要である。
【００１６】
本発明は、非常に速い応答時間、短い立ち上がり時間及び短い減衰時間で色情報を表すことができる液晶混合物及び液晶ディスプレイ用の液晶セルを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は請求項１記載の液晶材料、請求項２０記載のカラー液晶ディスプレイ（カラーＬＣＤ）用の液晶セル、請求項２７記載の永久双極子を有する液晶用染料の使用方法によって達成される。
【００１８】
請求項２〜１９に記載の液晶材料、２１〜２６に記載の液晶セル、２８〜３５に記載の永久双極子を有する液晶用染料の使用方法については、好ましい具体的な実施の形態の記載によって明らかにされる。
【００１９】
すなわち、本発明の液晶混合物は、液晶材料と染料とを含有し、特にカラー液晶ディスプレイ用の液晶セルに用いられる液晶混合物であって、上記染料が双極子を有することを特徴とする。上述したような本発明に係る液晶混合物は、双極子を有する染料を含有しているので、応答時間が大幅に短縮される。
【００２０】
また、本発明の液晶セルは、液晶混合物と、上記液晶混合物を保持する基板プレートと、上記液晶混合物に電場を供給するための電極と、上記電極に電圧を供給する電源とから構成され、上記染料が、双極子を有することを特徴とする。上述したような本発明に係る液晶セルでは、上記液晶混合物が、双極子を有する染料を含有しているので、応答時間が大幅に短縮される。
【００２１】
また、本発明の液晶の使用方法は、双極子を有する染料を液晶混合物に用いることを特徴とする。上述したような本発明の染料の使用方法では、双極子を有する染料を液晶混合物に用いているので、当該液晶混合物の応答時間が大幅に短縮される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した液晶混合物、液晶セル及び染料の使用方法について、その実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
本発明に係る、液晶ディスプレイ用の液晶セルに用いられる液晶混合物は、液晶材料と染料とから構成される。ここで上記染料は双極子を有する。染料は、永久双極子を有することが好ましいが、誘導双極子であっても十分に適用可能である。
【００２４】
液晶材料に、双極子を有する染料を添加することによって、液晶材料に、立ち上がり時間を飛躍的に短縮することができる。これは、場の印加により直接的に影響を受ける染料の付加的な双極子に起因する。すなわち、付加場と液晶混合物の全体の双極子モーメントとの相互作用により実現される全体的な「配向力」が増加するからである。しかし一方では、減衰時間はほとんど影響されず、永久双極子を有する染料の追加によっても向上することはない。
【００２５】
応答時間、特に立ち上がり時間の減少は、光学特性において重要である。切り替え時間は、一般的に温度低下に従って増加するから、ディスプレイの操作温度の低温限界、すなわち、液晶混合物、液晶セル又は液晶ディスプレイが利用できる温度範囲の低温限界を低下させることができる。
【００２６】
本発明の液晶混合物、カラー液晶ディスプレイ用の液晶セルは、双極子を有する染料を含有しているので、液晶混合物又は材料、セル及びディスプレイを利用することのできる温度限界を高低ともに広げることができる。そしてそれは、通常の状態で使用するユーザにとってはよりよい光学特性を与えることにもなる。
【００２７】
ここで用いられる染料は、少なくとも１つの発色団を含有する媒質又は分子ユニットである。ここで、どんな分子ユニットも、単独であるいは他の任意の分子ユニット又は原子ユニットと結合することで発色の原因となっているため、発色団はできる限り広く解釈されなければならない。１つあるいはそれ以上の発色団を色原体に組み合わせることができ、これもまた、できる限り広く解釈されなければならない。
【００２８】
さらに、本発明の染料は、少なくとも発色効果に影響を及ぼす他のグループを含んでいる。また、本発明の染料は、発色効果には全く影響を及ぼさないグループあるいはユニットを含んでいる場合もある。このようなグループは、通常、それぞれ色又は色の波長の変化を引き起こす助色団であり、例えばＮＲ２、ＯＲ、ＣＯＯＨ、ＳＯ３Ｈ等が挙げられる。
【００２９】
個々の分子ユニット又は部分ユニットは、単独であるいは他の分子ユニット又は部分ユニットと結びついて、本発明の染料に双極子を与える。染料の双極子は、特に、１つあるいはそれ以上の発色団及び／又は発色団内部のユニット又は部分ユニットによってもたらされる場合もある。双極子はまた、発色団や色原体に含まれない外延的なグループのユニット（又は部分ユニット）によってもたらされる場合もある。これらの外延的なグループは、上述したように、染料の発色効果に影響を及す場合もあるし及ぼさない場合もある。
【００３０】
特に、双極子を持たない染料分子に、ユニット、分子及び／又は原子及び／又はイオンを付加あるいは脱離することにより、染料分子に双極子を形成し、染料を修正することは可能であるし好ましい。
【００３１】
上述したように、双極子を持たない染料を修正することは色の変化を引き起こすかもしれない。しかしながら、染料に所望の双極子を与えることで、発色効果に影響を及ぼすことなくユニットを追加又は脱離することも可能である。
【００３２】
染料の発色効果は、人間にとって可視領域での効果であることが好ましいことは言うまでもない。しかし、染料の発色効果は人間にとって可視外の波長範囲における発色効果でもある。したがって、例えば、本発明の染料を含有する液晶混合物による透過、吸収及び／又は反射の際のいかなる波長変化など、発色効果もまたできる限り広い範囲で理解されるべきである。
【００３３】
本発明の液晶混合物に用いられる染料は、１種類を単独で用いたものでも構わないし、２種類あるいはそれ以上の異なる種類をブレンドして用いたものでも構わない。
【００３４】
本明細書における液晶「混合物」の意味は、機能性混合物又は層において有用なすべての材料や要素を本質的に含むという、一般的な意味である。そして液晶混合物が液晶セルに用いられるような場合には、例えば完全な液晶層又はセルそれ自体として理解される。すなわち、液晶「混合物」の意味は、ある特定の液晶材料のみを含むことがあるし、あるいは複数種の液晶材料の混合であるかもしれない。また、液晶ではない他の添加物を含む場合もある。
【００３５】
さらに、本明細書での意味における液晶混合物は、具体的には後述するが、例えば液晶小滴を分散させるためのマトリクスポリマを含む場合もあるし、また、液晶を他の材料又は分子グループに埋め込んだ場合もある。また、１つあるいはそれ以上の液晶材料及び／又は他の材料又はグループ又は化学結合間の相互作用が起こる場合も、本発明の液晶混合物である。
【００３６】
双極子、好ましくは永久電気双極子を有する染料は、可視的な色を表現する機能と、応答時間を速くする双極子モーメントとしての機能とを有する二機能性染料としての機能を果たす。さらに、この染料は光学的異方性を示すことが好ましい。
【００３７】
本発明の液晶混合物に用いられる液晶材料は、分子中の電子及び陽子を僅かに再配置することによって引き起こされる誘導電気双極子を有している。場が印加されると、上述したように、より高い全体の双極子、及びより強い「配向力」が引き起こされる。さらに、液晶分子は強い永久電気双極子を有していることが好ましい。強誘電体特性を備えた液晶は特に好ましい。
【００３８】
液晶材料の抵抗率は、非常に大きいことが好ましい。抵抗率は、１０１２Ωｃｍ以上であることが好ましく、１０１３Ωｃｍ以上であることがより好ましい。抵抗率の大きい液晶材料を用いることで、本発明の液晶混合物を用いた液晶セルや液晶ディスプレイの消費パワーを低減することができる。
【００３９】
このような液晶混合物としては、上述したＴＮ（Twisted Nematic）効果によって操作及び制御可能なものが用いられ、具体的には、５ＣＢといわれる４'-ｎ-ペンチル-４-シアノビフェニル（4'-n-pentyl-4-cyanobiphenyl）が好ましく用いられる。
【００４０】
液晶混合物の他の具体例としては、上述したような、液晶小滴が透明なマトリクスポリマ中に均一に分散されてなるＰＤＬＣ(polymer dispersed liquid crystal)が好ましく挙げられる。
【００４１】
複数の液晶材料がブレンドされてなる材料を用いることも好ましい。例えば、イギリスのＭｅｒｃｋ株式会社から販売されている「ＢＬ００１」（正式にはＥ７）が挙げられる。ここでＢＬ００１の組成を化５に示す。
【００４２】
【化５】
0004394317.tif 000002
【００４３】
液晶小滴を分散させるマトリクスポリマ材料としては、紫外線に曝されたときに透明で無色の液体フォトポリマを用いることが好ましい。このようなフォトポリマとしては、例えばアメリカ合衆国のNorland Product社から販売されている「Norland Optical Adhesive65（ＮＯＡ６５）」が挙げられる。
【００４４】
液晶小滴の大きさは、大きすぎあるいは小さすぎる場合には、光を効率的に散乱させることができないため、０．０１〜２０μｍの範囲であることが好ましく、０．５〜５μｍの範囲であることがより好ましい。液晶小滴として最も好ましいサイズは約３μｍである。液晶小滴の最適なサイズとしては、透過させる光の波長の５倍程度の大きさであることがわかっている。上述した３μｍはこれに近い。液晶小滴の形状としては、好ましくは基本的には球形であるが、いくらかのムラが生じるかもしれない。しかしながら、小滴の形として他の形状も可能であり、特に制限はない。
【００４５】
本発明の液晶混合物は液晶セルに用いられ、上述したゲスト−ホスト効果によって操作及び制御可能である。
【００４６】
本発明の液晶混合物の染料は、５デバイより大きな永久双極子を有している。大きな永久双極子を有する染料を用いることで、応答時間、特に立ち上がり時間の大幅な短縮を図ることができる。１０デバイより大きいことが好ましく、１５デバイ以上であることが最も好ましい。もちろん、より大きな双極子を有する染料も本発明に用いることができる。
【００４７】
また、本発明の液晶混合物は、０．５以上、より好ましくは０．７以上の秩序パラメータを有していることが好ましい。秩序パラメータは、混合物の秩序化の度合を示すパラメータであり、秩序パラメータＳは、以下のように定義される。
【００４８】
Ｓ＝（Ａ２−Ａ１）／（Ａ２＋Ａ１）
ここで、Ａ２及びＡ１は、それぞれスイッチをオン及びオフにした状態で測定された吸光度値である。
【００４９】
また、本発明の液晶混合物に含まれる染料は、高い溶解性を有していることが好ましい。具体的には０．５重量％以上が好ましく、１重量％以上であることがより好ましい。
【００５０】
液晶材料は、サブパーセントから５重量％までの範囲で染料を含有していることが好ましく、０．５〜２重量％の範囲であることがより好ましく。１〜１．５重量％であることが最も好ましい。ここで重量％は、非液晶グループ、ユニット又は材料、染料をも含んで、可能な全ての成分を含む液晶混合物全体について計算される。
【００５１】
本発明の液晶混合物として最も好ましい染料は、Ｃ２２Ｈ２８Ｎ４Ｏの構成を有するＭｏｒｐｉｐである。このＭｏｒｐｉｐの構造を化６に示す。
【００５２】
【化６】
0004394317.tif 000003
【００５３】
Ｍｏｒｐｉｐはクロロホルム（溶剤の極性に依存して）中において１５±１デバイの双極子モーメントを有し、４５４．５ｎｍに吸収ピークを有するため、本発明の液晶混合物として好ましい。
【００５４】
また、染料の好ましい構造は化７のように表される。
【００５５】
【化７】
0004394317.tif 000004
【００５６】
ここで、Ｄは電子供与グループを表す。また、πはπ共役電子系を表す。またＡは電子受容グループを表す。
【００５７】
電子供与グループＤとしては、例えばジアルキルアミノ、ピリジノ、ピリミジモ等が挙げられる。電子受容グループＡとしては、例えばニトロ、ジシアノメタニド、トリシアノメタニド等が挙げられる。π系としては、エチレン単位だけではなく、チオフェン環単位、フェニル単位など全ての共役系が含まれる。
【００５８】
このようなタイプの染料の例として、化８に示す一般構造式を有する全ての染料が挙げられる。
【００５９】
【化８】
0004394317.tif 000005
【００６０】
ここで、Ｄ及びＤ’は、適切な電子供与グループを表す。また、Ｙは水素かハロゲンのいずれかを表す。Ｙがハロゲンの場合には、フッ素であることが好ましい。
【００６１】
他にも、１０デバイ以上の双極子モーメントを有する分子が知られている。例えば化９に示すようなものが挙げられる。この染料は１７デバイの双極子モーメントを有する。
【００６２】
【化９】
0004394317.tif 000006
【００６３】
本発明の液晶混合物は、二色性比が少なくとも２であることが好ましく、５以上であることがより好ましく、７あるいはそれ以上であることが最も好ましい。二色性比は、液晶混合物又は液晶セルにおいて、機能的な方向において測定された、オン状態での透過光とオフ状態での透過光との強度比として定義される。高い二色性比は、本発明の液晶混合物を用いたそれぞれの機器の光学特性を向上させる。
【００６４】
本発明はまた、カラー液晶ディスプレイ（カラーＬＣＤ）に用いられる液晶セルにも関する。
【００６５】
この液晶セルは、液晶混合物をその上あるいは間に保持する基板と、電場を作用させる電極と、電極に電圧を供給する電源と、永久双極子を有する染料を含有した上記液晶混合物とから構成される。もちろん、電源は外部電源であっても構わないし、例えば単一の電源に接続されたディスプレイに用いられるマルチプル（並列、多重）のセルであっても構わない。
【００６６】
このような、ＬＣＤに用いられる液晶セルの利点は、これまでにも説明したように、応答時間が特に短いことである。基板は、ガラス及び／又はプラスチックからなることが好ましく、電極は基板上に導電性コーティングすることによって形成される。コーティングはＩＴＯ（Indium tin oxide）コーティングであることが好ましい。このコーティングは通常、ガラスやプラスチック製の基板の一方の面に形成される。
【００６７】
基板の間に配された液晶層、特にＰＤＬＣ層の厚みは、５〜４０μｍであることが好ましく、１０〜２５μｍであることが特に好ましい。ここで、液晶層の厚さは、上述したように機能的な方向において測定される。
【００６８】
基板は、平坦なプレートだけから構成される訳ではなく、液晶混合物がその中に保持されるセルを構成することのできるいかなる種類の基板から構成することができる。平坦なプレート基板には、上記液晶混合物の保持が可能である。
【００６９】
さらに本発明は、双極子、好ましくは永久双極子を有する、液晶セル及び／又はＬＣＤに用いられる染料の使用方法に間する。ＬＣＤ用の液晶セルとしては、上述したアンチパラレル複屈折（anti-parallel birefrigent）セル、ＴＮ効果セル、ＰＤＬＣセル、ＧＨセルが特に好ましい。
【００７０】
上述した全ての特徴及び、本発明に適用可能な液晶混合物、特に双極子を有する染料は、本発明の双極子を有する染料の利用に関連していることは勿論である。
【００７１】
つぎに、上述したような本発明の液晶セルのより具体的構成、及び、本発明の液晶混合物の特性評価結果について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００７２】
図１は、液晶セル１００の構成を概略的に示した図である。液晶セル１００は、その内側の表面がＩＴＯコーティング１１４で被覆された２枚のガラス基板１１０と、液晶混合物１２０とから構成される。液晶混合物１２０は、液晶材料として４'-ｎ-ペンチル-４-シアノビフェニル（５ＣＢ）と、染料として１５±１デバイの電気双極子を有するＭｏｒｐｉｐとを含有する。この液晶混合物１２０は、Ｍｏｒｐｉｐを１．０重量％の割合で含有する。
【００７３】
また、図２は、本発明の他の液晶セル２００の構成例を概略的に示した図である。この液晶セル２００は、その内側の表面がＩＴＯでコーティング２１４で被覆された２枚のガラス基板２１０とを備える。
【００７４】
液晶混合物２２０は、具体的には、例えば液晶小滴２２２が透明なマトリクスポリマ２２４中に分散されてなるＰＤＬＣ層であることが好ましい。上記最初の方向において測定された、この液晶層の厚さは１５μｍである。この方向は、光の透過において好ましく又は本質的な方向であり、液晶セルの機能に必要不可欠である。この方向は機能的な方向といわれる。
【００７５】
模式的に記された液晶小滴２２２の直径は、約３μｍである。ここで図２に示す接続図では、電源２３０から電極であるＩＴＯ表面コーティング２４０に電圧が供給されていない。また図に示されるように、スクリーン３００は配線３１０で接続されている。しかし、個々の液晶セルは別々に接続されて操作されるべきである。セルとスクリーンは、上述した散乱のため、好ましい方向においてそれぞれ不透明である。
【００７６】
図３には、図２と同様の具体的構成が示されているが、液晶セル２００のＩＴＯコーティング２１４に電圧が供給されている。図の右側に示すように、十分な電圧、ここでは７５ボルト、が供給されている場合、個々の液晶小滴は場に従って配列する。このとき、液晶小滴を有する液晶の屈折率は、マトリクスポリマ材料の屈折率に近づいている（この例での屈折率の差はΔｎは０．００２より小さい。）。そして、液晶混合物は好ましい方向において透明になる。図３の左側の接続図に示すように、スクリーン３００も切り替わって、明確に情報が表示される。
【００７７】
図４〜図７は、応答時間について測定した実験結果を示す図である。本発明の液晶材料に用いられる双極子を有する染料の効果を確認するために、立ち上がり時間及び減衰時間を測定した。立ち上がり時間の測定は、液晶混合物に駆動電圧を供給することにより行った。供給された電圧は、好ましい方向において、オン状態での透過の９０％の透過を与えるだけの電圧とする。この例では、供給する電圧を２５Ｖ／１５μｍとした。また、測定は、２４±１℃の室温下で行った。
【００７８】
図４は、染料濃度を変えた３つの液晶混合物（上述した液晶ブレンドＢＬ００１、イギリスＭｅｒｃｋ社製を用いたＰＤＬＣ混合物）についての立ち上がり時間の測定結果である。１つ目は染料を添加せず、２つ目は０．５重量％のＭｏｒｐｉｐを添加したもの、３つ目は１．０重量％のＭｏｒｐｉｐを添加したものであり、２つ目と３つ目は本発明の液晶混合物である。
【００７９】
駆動電圧周波数（５００Ｈｚから４２ｋＨｚ）をそろえて測定されたものによると、Ｍｏｒｐｉｐを本発明の０．５重量％から１．０重量％で加えることによって、立ち上がり時間は大幅に減少している。しかし、図４に示されるように、温度が僅かに変化しただけで、立ち上がり時間は大きく変化してしまうため、測定誤差も大きい。本発明の液晶混合物の立ち上がり時間の減少の傾向は、単純な液晶混合物と比較することによってわかる。本発明の液晶材料は、双極子を有する染料を加えない状態のものに比べて非常に速く応答することがわかる。
【００８０】
図５は、図４に示された測定結果について、駆動電圧の範囲をそろえてその平均を示したものである。この図によると、液晶材料に高い永久双極子を有する染料としてＭｏｒｐｉｐを加えることによって、立ち上がり時間が顕著に減少することがわかる。
【００８１】
図６及び図７は、上述したＰＤＬＣ液晶混合物の代わりに、本発明の液晶材料５ＣＢを含む、アンチパラレルに配列された（anti-parallel aligned）セルを用いて同様に測定したものである。
【００８２】
本発明の染料を含まないものと、Ｍｏｒｐｉｐをそれぞれ０．５重量％、１．０重量％、１．５重量％の割合で含む３種類の本発明の液晶混合物について、立ち上がり時間を測定した。図６及び図７から、本発明の高い電気双極子を有する染料を添加することによって、立ち上がり時間は大幅に減少していることが明らかである。
【００８３】
図８は、図４及び図５で作製された液晶混合物、すなわちＰＤＬＣ混合物について、ターンオフ時間の測定結果を示すグラフである。
【００８４】
このグラフからは、０．５重量％のＭｏｒｐｉｐを添加しただけでは、ターンオフ時間はほとんど変化しない。しかし、Ｍｏｒｐｉｐを１．０重量％で添加すると、減衰時間は僅かに上昇することがわかる。液晶小滴濃度が高い場合に、減衰時間がわすかに長くなるのは、液晶混合物の粘度が高くなることによると考えられる。
【００８５】
図９は、アンチパラレルに配列された（anti-parallel aligned）セルについて、図８と同様にターンオフ時間の測定結果を示すグラフであり、図６及び図７に示される結果と関係がある。この場合においても、減衰時間が長くなるのは、液晶混合物の粘度の増加によると考えられる。意外にも、２．０重量％という高濃度でＭｏｒｐｉｐを添加しても、減衰時間は殆ど変化しなかった。
【００８６】
以上の図４から図９に示した測定結果から、本発明の液晶混合物では、液晶セルの立ち上がり時間を飛躍的に減少することができることがわかった。上述したように、立ち上がり時間の短縮は、液晶ディスプレイにおいて非常に重要な特性である。一方で、減衰時間は、双極子を有する染料を添加することによっては殆ど変化しなかった。なお、減衰時間は、双極子モーメントを有しない染料を添加したときも、上述したような液晶混合物の粘度の増加によって上昇することがあるということは心に留めておかなければならない。
【００８７】
上述したような構成を有する、本発明の液晶セル、ＰＤＬＣセル（又はＴＮセル）は、例えば以下に示すような工程によって製造することが好ましい。
【００８８】
１．ガラスセルの準備
セルの厚さは、ヒューレット・パッカード社製の容量測定器、ＨＰ４２７８Ａ（１ｋＨｚ／１ＭＨｚ）を用いて測定される。空のガラスセルの容量は２１℃の室温下で測定する。そして容量から厚さを計算する。セルは、日本のＥ．Ｈ．Ｃで既製の空のガラスサンドイッチセルを用いる。これらは両面にＩＴＯコーティングが予め施されている。配列されていない１５μｍセルは、ＰＤＬＣセルを作製するのに用いられる。アンチパラレルに配された５μｍセルは、複屈折ＬＣセルを作るのに用いられる。
【００８９】
２．２色性染料の調製
染料は、再結晶することにより高純度で得られる。このとき８０℃の減圧炉で１週間以上乾燥することで、空気中の水分によるイオン不純物を可能な限り除去することができる。
【００９０】
３．二色性ＰＤＬＣ混合物の調製
フォトポリマー（ＮＯＡ６５）を０．０５ｃｃと、液晶材料（ＢＬ００１）を０．０５ｃｃとを混合することにより、４４．３重量％のＢＬ００１混合物が得られる。
【００９１】
４．液晶混合物へのゲスト染料の添加
適切な量の染料（Ｍｏｒｐｉｐ）を液晶混合物に添加して所望の染料濃度とする。染料が光で分解してしまうことを防ぐため、暗闇で一晩以上攪拌する。ここで、液晶が変形するのに必要とされるエネルギーは小さく、たとえゴミ粒子であってもそれに起因して液晶が変形してしまうため、攪拌終了後、混合物をろ過（ＨＰＬＣ  Ａｃｒｏｄｉｓｃ０．４５μｍ）して、溶解しなかった結晶を取り除く。
【００９２】
５．液晶混合物をガラスセル中に充填
サンプルは、工程１で測定された適切な空のガラスセルを用いて作製される。セルの一開口端に数滴の混合物を供給することで、毛管力を利用してセル中に混合物を充填する。その後、このセルを減圧炉の中に１５分間放置して、セル中の気泡を除去する。この減圧炉は、毛管力が混合物を引き上げる際に引き起こされる配列の欠陥を防ぐために、８０℃（ＴＮセルの場合。ＢＬ００１の場合は６１℃、５ＣＢの場合は３５℃）に保たれる。その後、周囲の空気によって汚染されないよう、セルの両方の開口端を、エポキシ樹脂で封止する。
【００９３】
６．相分離を開始してＰＤＬＣを形成
液晶混合物が充填されたセルに、２１℃の環境下でＵＶ光（Spectroline, Model EN-180L/F,230V,50Hz,0.17=39.1W used at 110mm apart）を２分間照射し、ポリマ混合物を完全にキュアする。直交分極顕微鏡によって、分離した液晶小滴の層が観察され、その液晶小滴の直径は数ミクロンである。以上のようにしてＰＤＬＣセルが完成する。
【００９４】
なお、ＰＤＬＣセルの代わりにＴＮセルを作製する場合には、５ＣＢ複屈折液晶は、双極子を有する染料、好ましくはＭｏｒｐｉｐを添加して作製される。ここで染料はゲスト、液晶はホストとなる。液晶としては、具体的に４'-ｎ-ペンチル-４-シアノビフェニル（５ＣＢ）が好ましい。ＴＮセルを作製する場合には、ＰＤＬＣセルを作製するための上述した第３及び第６の工程を省くことができる。
【００９５】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明はそれぞれ個々の技術を単独で適用することもできるし、複数の技術を必要に応じて適宜組み合わせて適用することもできる。また、本発明は上述した例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００９６】
【発明の効果】
本発明では、双極子を有する染料を液晶混合物に添加することにより、当該液晶材料の応答時間を大幅に短縮することができる。そして、本発明では、このような液晶混合物を、液晶ディスプレイ用の液晶セルに用いることで、応答時間の短い液晶セル、ひいては光学的特性に優れた液晶セルを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶セルの一構成例を示す図である。
【図２】オフ状態の接続の様子を共に示した、液晶セルの他の構成例を示す図である。
【図３】オン状態の接続の様子を共に示した、液晶セルの他の構成例を示す図である。
【図４】Ｍｏｒｐｉｐ濃度を変えたＰＤＬＣセルについて、立ち上がり時間と駆動電圧周波数との関係を示した図である。
【図５】図４に示したＭｏｒｐｉｐ濃度と立ち上がり時間との関係を示した図である。
【図６】Ｍｏｒｐｉｐ濃度を変えた、anti-parallel aligned液晶セルについて、立ち上がり時間と駆動電圧周波数との関係を示した図である。
【図７】図６に示したＭｏｒｐｉｐ濃度と立ち上がり時間との関係を示した図である。
【図８】ＰＤＬＣセルについて、Ｍｏｒｐｉｐ濃度と減衰時間との関係を示した図である。
【図９】  anti-parallel aligned液晶セルについて、Ｍｏｒｐｉｐ濃度と減衰時間との関係を示した図である。
【符号の説明】
１００  液晶セル、  １１０  ガラス基板、  １１４  ＩＴＯコーティング、
１１６  電源、  １２０  液晶混合物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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