DE102004060835B4

DE102004060835B4 - Optisches Flüssigkristallelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102004060835B4
Application number: DE102004060835.0A
Authority: DE
Inventors: Shinya Tahara; Seiji Kojima; Shunichi Suwa; Masao Ozeki; Satoshi Niiyama
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2015-02-26
Anticipated expiration: 2024-12-18
Also published as: DE102004060835A1; US7459189B2; US20050206832A1; JP5333492B2; TWI261067B; TW200523344A; JP2011154388A

Abstract

Optisches Flüssigkristallelement, umfassend ein Paar von Substraten mit Elektroden, von denen mindestens eine transparent ist, und eine elektrooptisch funktionelle Schicht, die einen Flüssigkristall und ein Polymer enthält, sandwichartig zwischen den Substraten angeordnet ist, und so gestaltet ist, dass sie durch Ändern des Ausrichtungszustands des Flüssigkristalls als Reaktion auf das Anlegen einer Spannung einen Lichtstrahl-Durchlasszustand und einen Lichtstrahl-Streuzustand zeigt, wobei das Polymer kolumnare Harze bildet, wobei als kolumnare Harze Harze, deren Hauptachsenrichtungen mit der Richtung senkrecht zu der Ebene der Substrate mit den Elektroden übereinstimmen, und Harze, die bezüglich der senkrechten Richtung geneigt sind, koexistieren, der Gehalt des Polymers in der elektrooptisch funktionellen Schicht mindestens 10 Gew.-% beträgt und die Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls in dem Lichtstrahl-Durchlasszustand im Wesentlichen mit der Richtung senkrecht zur Substratebene übereinstimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Flüssigkristallelement, das ein Paar von Substraten mit Elektroden und eine elektrooptisch funktionelle Schicht umfasst, die einen Flüssigkristall und ein Polymer enthält, die zwischen den Substraten sandwichartig angeordnet sind, und das so aufgebaut ist, dass es durch Ändern des Ausrichtungszustands des Flüssigkristalls als Reaktion auf das Anlegen einer Spannung einen Lichtstrahl-Durchlasszustand und einen Lichtstrahl-Streuzustand zeigt, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Bisher war ein optisches Flüssigkristall/Polymer-Verbund-Flüssigkristallelement bekannt, das einen Betriebsmodus des Durchlass/Streu-Typs aufwies. Der Flüssigkristall/Polymer-Verbund steuert Licht durch eine Differenz des Brechungsindex zwischen dem Polymer und dem Flüssigkristall oder in der Domäne im Inneren des Flüssigkristalls. Vorwiegend wird eine Spannung auf die gegenüber liegenden Elektroden angelegt, um die optischen Eigenschaften zu ändern. Dieses Element wird auch als Polymer-dispergiertes Flüssigkristallelement (PDLC) oder einfach als dispergierter Flüssigkristall bezeichnet.
Ein optisches Flüssigkristallelement des Durchlass/Streu-Typs erfordert im Prinzip keine Polarisierungsplatte, wodurch es sich von einem optischen TN- oder STN-Flüssigkristallelement unterscheidet. Demgemäß stellt es grundsätzlich eine hohe Lichtdurchlässigkeit bereit und wird in Kombination mit den Streueigenschaften z. B. für ein Lichtsteuerungsglas, eine optische Blende und Lasergeräte verwendet.
Als Grundtechnik eines optischen Flüssigkristallelements mit einer Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht können die folgenden Techniken genannt werden. Zunächst beschreibt das Dokument 1 des Standes der Technik die Bildung eines optischen Flüssigkristallelements aus einer Mischflüssigkeit aus einem Flüssigkristall und einem polymerisierbaren Flüssigkristall. Die Mischflüssigkeit wird in einem ausgerichteten Zustand in einer Flüssigkristallzelle angeordnet und zur Bildung eines Gels aus der Mischflüssigkeit mit ultravioletter Strahlung bestrahlt. In dem Dokument 1 des Standes der Technik ( US 5,188,760 A ) wird dieses Gel insbesondere als anisotropes Gel bezeichnet.
Ferner stimmen in dem optischen Flüssigkristallelement, das in dem Dokument 1 des Standes der Technik beschrieben ist, der Brechungsindex des Flüssigkristalls, wenn keine Spannung angelegt ist, und der Brechungsindex des anisotropen Gels (polymerisiertes Polymer) im Wesentlichen überein. Demgemäß kann ungeachtet des Betrachtungswinkels ein hochtransparentes optisches Element erhalten werden. Wenn eine Spannung angelegt wird, ändert sich ferner die Ausrichtung des Flüssigkristalls aufgrund der dielektrischen Anisotropie des Flüssigkristalls, wodurch der Brechungsindex des Flüssigkristalls und der Brechungsindex des anisotropen Gels voneinander verschieden werden und das optische Element einen Streuzustand zeigt.
Das Dokument 2 des Standes der Technik ( WO 92/19695 A2 ) beschreibt ein Element, das einen chiral-nematischen Flüssigkristall mit einer positiven dielektrischen Anisotropie und eine sehr geringe Menge eines in dem Flüssigkristall dispergierten Polymers umfasst. Dessen Grundstruktur stimmt mit derjenigen des Dokumentes 1 des Standes der Technik überein. Ein transparenter Zustand wird ohne Anlegen einer Spannung erhalten und ein Streuzustand wird durch Anlegen einer Spannung erhalten. Das optische Flüssigkristallelement des Dokumentes 2 des Standes der Technik wird als PSCT (Polymer-stabilisierte cholesterische Textur) bezeichnet.
Ferner beschreibt das Dokument 3 des Standes der Technik ( EP 1 154 006 A1 , Beispiel 7), dass ein Gemisch aus einem Polymer und einem Flüssigkristall mit einer negativen dielektrischen Anisotropie sandwichartig zwischen vertikalen Ausrichtungsfilmen angeordnet ist, um durch eine Polymerphasentrennung einen Flüssigkristall/Polymer-Verbund zu bilden.
Ein im inversen Modus dispergiertes optisches Flüssigkristallelement, wie es in den vorstehend genannten Dokumenten 1 bis 3 des Standes der Technik beschrieben ist, d. h. ein Element, das einen transparenten Zustand zeigt, wenn keine Spannung angelegt ist, sieht wie eine Glasplatte aus. Demgemäß kann es als hochtransparentes Glasprodukt verwendet werden, dem zusätzliche Funktionen hinzugefügt worden sind. Beispielsweise kann es als Lichtsteuerungsglas, als Head-up-Display, als Anzeigetafel von Spielgeräten und als öffentliche Anzeigevorrichtung eingesetzt werden.
Für solche Anwendungen ist die Oberfläche eines optischen Flüssigkristallelements in vielen Fällen nicht geschützt und liegt frei, um eine hohe Transparenz zu erreichen. In einem solchen Zustand ist es jedoch wahrscheinlich, dass eine Person die Oberfläche des optischen Flüssigkristallelements direkt berührt oder dass ein Gegenstand gegen die Oberfläche des optischen Flüssigkristallelements stößt. In einem solchen Fall kann in manchen Fällen auf der Oberfläche, insbesondere auf dem Abschnitt, auf den ein Schlag ausgeübt wird, eine weiße Trübung auftreten, die nicht wieder transparent wird.
Es wird angenommen, dass die Ursache für diese weiße Trübung darin liegt, dass die Struktur eines Polymers (wie z. B. eines polymerisierten Produkts z. B. eines Monomers) im Inneren des optischen Flüssigkristallelements zerstört und verformt wird. Ferner wird angenommen, dass diese nicht nur darauf zurückzuführen ist, dass die Form des Polymers teilweise verformt wird, sondern auch darauf, dass die Ausrichtung des Flüssigkristalls in der Peripherie desselben verändert wird.
Der Abschnitt mit einer solchen weißen Trübung wird selbst dann nicht in den ursprünglichen Zustand zurückkehren, wenn an das optische Flüssigkristallelement eine Ansteuerspannung angelegt wird, die ausreichend ist, um den optischen Zustand zu ändern. Der so genannte reversibel-stabile optische Zustand wird beeinträchtigt. Folglich geht an dem Abschnitt mit der weißen Trübung die Anzeigefunktion verloren und der ursprünglich erwünschte Anzeigebetrieb kann nicht durchgeführt werden.
Ferner wird das vorstehend genannte Problem der weißen Trübung auch dann auftreten, wenn ein optisches Flüssigkristallelement hergestellt wird oder wenn das optische Flüssigkristallelement z. B. zu einer Anzeigevorrichtung zusammengebaut wird. Beispielsweise wird in einem Herstellungsverfahren in manchen Fällen durch externe Faktoren ein Schlag auf eine Flüssigkristallzelle ausgeübt. Dann tritt die vorstehend genannte weiße Trübung auf, die zu einer Verminderung der Ausbeute in dem gesamten Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements führt.
US 5,404,245 A beschreibt ein automatisches Lichtventil mit einer polymeren Schicht, die Bindungsnetzwerke enthält.
JP 08-201780 A beschreibt ein Flüssigkristallanzeigemittel.
US 6,452,651 B1 beschreibt eine Flüssigkristallanzeige und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Unter diesen Umständen wurde die vorliegende Erfindung gemacht, um die vorstehend genannten Probleme zu lösen, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines optischen Flüssigkristallelements mit einer hervorragenden Schlagfestigkeit und eines Verfahrens zu dessen Herstellung.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Flüssigkristallelement bereitgestellt, das ein Paar von Substraten mit Elektroden, von denen mindestens eine transparent ist, und eine elektrooptisch funktionelle Schicht umfasst, die einen Flüssigkristall und ein Polymer enthält, sandwichartig zwischen den Substraten angeordnet ist, und so gestaltet ist, dass sie durch Ändern des Ausrichtungszustands des Flüssigkristalls als Reaktion auf das Anlegen einer Spannung einen Lichtstrahl-Durchlasszustand und einen Lichtstrahl-Streuzustand zeigt, wobei das Polymer kolumnare Harze bildet, wobei als kolumnare Harze Harze, deren Hauptachsenrichtungen mit der Richtung senkrecht zu der Ebene der Substrate mit den Elektroden übereinstimmen, und Harze, die bezüglich der senkrechten Richtung geneigt sind, koexistieren, der Gehalt des Polymers in der elektrooptisch funktionellen Schicht mindestens 10 Gew.-% beträgt und die Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls in dem Lichtstrahl-Durchlasszustand im Wesentlichen mit der Richtung senkrecht zur Substratebene übereinstimmt.
Gemäß des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung kann ein optisches Flüssigkristallelement mit hervorragender Schlagfestigkeit durch Gestalten der Bedingungen des Gehalts des Polymers bezüglich der Zusammensetzung, der Form des Polymers und der Ausrichtungseigenschaften des Polymers in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht erhalten werden. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass eine feste Struktur nicht nur in der senkrechten Richtung sondern auch in der horizontalen Richtung bezogen auf die Substratoberfläche realisiert wird, wenn die vorstehend genannten Zusammensetzungsbedingungen erfüllt sind. Als Folge davon können eine Verformung eines Polymers bei der Ausübung eines Schlags auf das Polymer und die Bildung einer weißen Trübung aufgrund der Änderung der Ausrichtung des Flüssigkristalls um dessen Peripherie unterdrückt werden, und es kann ein optisches Flüssigkristallelement mit hervorragender Schlagfestigkeit bereitgestellt werden. Wenn der Gehalt des Polymers in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 weniger als 10 Gew.-% beträgt, können die Streuintensität, die Schlagfestigkeit, die Spannungsfestigkeit, die Zuverlässigkeit, usw., abnehmen.
Gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das vorstehend beschriebene optische Flüssigkristallelement bereitgestellt, bei dem von den kolumnaren Harzen die Harze, die bezüglich der Richtung senkrecht zu der Ebene der Substrate mit den Elektroden geneigt sind, einen durchschnittlichen Neigungswinkel von 15 bis 50° aufweisen. Der durchschnittliche Neigungswinkel ist der Durchschnitt der Winkel, die durch die Richtung senkrecht zu der Substratebene und den Hauptachsenrichtungen der kolumnaren Harze, die geneigt ausgerichtet sind, gebildet wird. Durch einen solchen Aufbau kann ein optisches Flüssigkristallelement mit einer noch besseren Schlagfestigkeit bereitgestellt werden. Wenn der durchschnittliche Neigungswinkel 50° übersteigt, neigen die Domänen des Flüssigkristalls zur Uneinheitlichkeit und die Ansteuerspannung kann zunehmen oder die Streueigenschaften können sich verschlechtern. Wenn ferner der durchschnittliche Neigungswinkel weniger als 15° beträgt, kann die Schlagfestigkeit abnehmen. Insbesondere kann das Polymer durch ein Strömen des Flüssigkristalls im Zusammenhang mit der Verformung des Substrats bei der Ausübung eines Schlags irreversibel verformt werden. Wenn das Polymer irreversibel verformt wird, kann ferner eine weiße Trübung aufgrund von Unregelmäßigkeiten bei der Ausrichtung auftreten.
Gemäß eines dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das vorstehend beschriebene optische Flüssigkristallelement bereitgestellt, bei dem mindestens ein Teil der kolumnaren Harze einen verzweigten Rest bzw. Molekülteil aufweist. Durch einen solchen Aufbau kann die Schlagfestigkeit des optischen Flüssigkristallelements effektiv verbessert werden.
Gemäß eines vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das vorstehend beschriebene optische Flüssigkristallelement bereitgestellt, bei dem mindestens ein Teil der kolumnaren Harze, die einen verzweigten Rest bzw. Molekülteil aufweisen, mittels des verzweigten Rests bzw. Molekülteils mit anderen kolumnaren Harzen verbunden ist. Durch einen solchen Aufbau kann die Schlagfestigkeit des optischen Flüssigkristallelements weiter verbessert werden.
Gemäß eines fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das vorstehend beschriebene optische Flüssigkristallelement bereitgestellt, bei dem der Durchmesser der kolumnaren Harze in der Nebenachsenrichtung 0,05 bis 1 μm beträgt. Wenn der Durchmesser weniger als 0,05 μm beträgt, können die Schlagfestigkeit, die Spannungsfestigkeit, die Zuverlässigkeit, usw., abnehmen, und wenn der Durchmesser 1 μm übersteigt, kann die Transparenz zum Zeitpunkt des Durchgangs eines Lichtstrahls abnehmen.
Gemäß eines sechsten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das vorstehend beschriebene optische Flüssigkristallelement bereitgestellt, bei dem die Fläche, die von den kolumnaren Harzen in der elektrooptisch funktionellen Schicht auf der Ebene horizontal zu der Substratebene eingenommen wird, mit zunehmendem Abstand zum jeweils nächstliegenden Substrat mit den Elektroden beträchtlich abnimmt. Durch einen solchen Aufbau kann die Flüssigkristalldomänenregion größtenteils in einem Mittelbereich zwischen dem Paar der Substrate gebildet werden. Als Folge davon kann eine Zunahme der Ansteuerspannung unterdrückt werden.
Gemäß eines siebten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das vorstehend beschriebene optische Flüssigkristallelement bereitgestellt, bei dem der Gehalt des Polymers in der elektrooptisch funktionellen Schicht höchstens 50 Gew.-% beträgt. Wenn der Gehalt 50 Gew.-% übersteigt, kann die Ansteuerspannung zunehmen.
Gemäß eines achten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das optische Flüssigkristallelement bereitgestellt, bei dem der Flüssigkristall ein nematischer Flüssigkristall ist, der eine negative dielektrische Anisotropie zeigt, und bei dem ein Ausrichtungsfilm, der den Flüssigkristall vertikal zu der Ebene der Substrate mit den Elektroden ausrichtet, auf mindestens einem der Substrate mit den Elektroden bereitgestellt ist.
Gemäß eines neunten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements, das ein Paar von Substraten mit Elektroden, ein Paar von Ausrichtungsfilmen und eine elektrooptisch funktionelle Schicht, die einen Flüssigkristall und ein Polymer enthält, die sandwichartig zwischen den Substraten angeordnet ist, und die so angeordnet ist, dass sie mit dem Paar von Ausrichtungsfilmen in Kontakt ist, umfasst, wobei das Verfahren das Bilden eines flüssigkristallinen Gemischs (D), das mindestens einen Typ einer bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) der Formel (1), mindestens einen Typ einer bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) der Formel (2) und eine nicht-polymerisierbare flüssigkristalline Zusammensetzung (C) enthält, das Anordnen des Gemischs (D) zwischen dem Paar von Ausrichtungsfilmen, und das Polymerisieren der polymerisierbaren Verbindungen in dem Gemisch (D) in einem Zustand, bei dem das Gemisch (D) eine Flüssigkristallinität zeigt, zur Bildung eines Polymers A₁-R₁-X₁-(Q₃-Z₂)_p-Q₁-Z₁-Q₂-(Z₃-Q₄)_q-X₂-R₂-A₂ (1) A₃-R₃-A₄ (2) umfasst, wobei
A₁, A₂, A₃ und A₄, die unabhängig voneinander sind, jeweils eine Acryloyloxygruppe, eine Methacryloyloxygruppe, eine Vinylethergruppe, eine Vinylgruppe oder eine Glycidylethergruppe sind;
Q₁, Q₂, Q₃ und Q₄, die unabhängig voneinander sind, jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, eine 1,4-Cyclohexylengruppe oder eine Pyrimidin-2,5-diylgruppe sind;
X₁ und X₂, die unabhängig voneinander sind, jeweils eine Einfachbindung, ein Sauerstoffatom oder eine Esterbindung sind;
R₁ und R₂, die unabhängig voneinander sind, jeweils eine Einfachbindung oder eine lineare oder verzweigte C_1-20-Alkylengruppe sind, die ein oder mehrere Ethersauerstoffatom(e) zwischen Kohlenstoffatomen aufweisen kann;
Z₁, Z₂ und Z₃, die unabhängig voneinander sind, jeweils eine Einfachbindung, -C(=O)-O-, -O-C(=O)-, -CH₂-CH₂-, -C≡C-, -CH₂-O-, -O-CH₂-, -CH=N- oder -N=CH- sind;
R₃ eine lineare oder verzweigte C_1-50-Alkylengruppe ist, die ein oder mehrere Ethersauerstoffatom(e) zwischen Kohlenstoffatomen aufweisen kann; und
p und q, die unabhängig voneinander sind, jeweils den Wert 0 oder 1 haben.
Gemäß eines zehnten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssig kristallelements gemäß des neunten Aspekts bereitgestellt, bei dem die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) der Formel (1) eine Verbindung ist, welche die folgenden Bedingungen erfüllt:
A₁ und A₂, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Acryloyloxygruppe, eine Methacryloyloxygruppe oder eine Vinylethergruppe;
Q₁, Q₂, Q₃ und Q₄, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, oder eine 1,4-Cyclohexylengruppe;
X₁ und X₂, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Einfachbindung, ein Sauerstoffatom oder eine Esterbindung;
R₁ und R₂, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Einfachbindung oder eine lineare oder verzweigte C_2-20-Alkylengruppe, die ein oder mehrere Ethersauerstoffatom(e) zwischen Kohlenstoffatomen aufweisen kann;
Z₁, Z₂ und Z₃, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Einfachbindung, -C(=O)-O-, -O-C(=O)-, -CH₂-CH₂-, -C≡C-, -CH₂-O- oder -O-CH₂-; und
p und q haben jeweils den Wert 0 oder eines davon hat den Wert 0 und das andere hat den Wert 1.
Gemäß eines elften Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements gemäß des neunten oder zehnten Aspekts bereitgestellt, bei dem die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) der Formel (1) eine Verbindung ist, welche die folgenden Bedingungen erfüllt:
A₁ und A₂, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Acryloyloxygruppe oder eine Methacryloyloxygruppe;
Q₁ und Q₂ sind jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, und Q₃ und Q₄, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, oder eine 1,4-Cyclohexylengruppe;
Z₁, Z₂ und Z₃, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Einfachbindung, -C(=O)-O-, -O-C(=O)-, -CH₂-CH₂- oder -C≡C-; und
p und q haben jeweils den Wert 0 oder eines davon hat den Wert 0 und das andere hat den Wert 1.
Gemäß eines zwölften Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements gemäß des neunten, zehnten oder elften Aspekts bereitgestellt, bei dem die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) der Formel (1) eine Verbindung ist, welche die folgenden Bedingungen erfüllt:
A₁ und A₂ sind jeweils eine Acryloyloxygruppe;
Q₁ und Q₂ sind jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, und Q₃ und Q₄, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, oder eine 1,4-Cyclohexylengruppe;
R₁ und R₂, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine lineare oder verzweigte C_2-20-Alkylengruppe;
Z₁ ist eine Einfachbindung, -C(=O)-O-, -O-C(=O)-, -CH₂-CH₂- oder -C≡C-, und Z₂ und Z₃ sind jeweils eine Einfachbindung; und
p und q haben jeweils den Wert 0 oder eines davon hat den Wert 0 und das andere hat den Wert 1.
Gemäß eines dreizehnten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements gemäß des neunten, zehnten, elften oder zwölften Aspekts bereitgestellt, bei dem die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B) der Formel (2) eine Verbindung ist, welche die folgenden Bedingungen erfüllt:
A₃ und A₄, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Acryloyloxygruppe, eine Methacryloyloxygruppe oder eine Vinylethergruppe; und
R₃ ist -R₄- oder (R₅-O)_n-R₅-, wobei R₄ eine lineare oder verzweigte C_2-20-Alkylengruppe ist, R₅ eine lineare oder verzweigte C_2-8-Alkylengruppe ist und n eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
Gemäß eines vierzehnten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements gemäß des dreizehnten Aspekts bereitgestellt, bei dem R₄ eine lineare C_2-20-Alkylengruppe ist, R₅-(CH₂)_r-, -CH₂-CH(CH₃)-, -CH₂-CH₂-CH(CH₃)- oder -CH₂-CH₂-C(CH₃)₂- ist (wobei r eine ganze Zahl von 2 bis 5 ist) und n eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist.
Gemäß eines fünfzehnten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements gemäß eines des neunten bis vierzehnten Aspekts bereitgestellt, bei dem die dielektrische Anisotropie der nicht-polymerisierbaren flüssigkristallinen Zusammensetzung (C) negativ ist.
Gemäß eines sechzehnten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements gemäß eines des neunten bis fünfzehnten Aspekts bereitgestellt, bei dem die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) als einzelne Verbindung keine Flüssigkristallinität zeigt.
Gemäß eines siebzehnten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements gemäß eines des neunten bis sechzehnten Aspekts bereitgestellt, bei dem die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) als einzelne Verbindung bei einer Temperatur zum Zeitpunkt der Polymerisation eine Flüssigkristallinität zeigt.
Gemäß eines achtzehnten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements gemäß eines des neunten bis siebzehnten Aspekts bereitgestellt, bei dem das flüssigkristalline Gemisch (D) 5 bis 30 Masse-% der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A), 0,5 bis 20 Masse-% der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) und 50 bis 94,5 Masse-% der nicht-polymerisierbaren flüssigkristallinen Zusammensetzung (C), auf der Basis der Gesamtmenge der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A), der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) und der nicht-polymerisierbaren flüssigkristallinen Zusammensetzung (C), enthält, und
das Gemisch (D) ferner 0,01 bis 20 Gewichtsteile eines Polymerisationsinitiators, auf der Basis der Gesamtmenge von 100 Gewichtsteilen der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) und der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B), enthält.
Gemäß eines neunzehnten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Flüssigkristallelement bereitgestellt, das mit dem Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements, das gemäß eines des neunten bis achtzehnten Aspekts definiert ist, hergestellt worden ist.
Erfindungsgemäß kann ein optisches Flüssigkristallelement mit hervorragender Schlagfestigkeit bereitgestellt werden. Insbesondere weist die vorliegende Erfindung einen hervorragenden Effekt der Bereitstellung eines in der Praxis verwendbaren optischen Flüssigkristallelements in Anwendungen auf, bei denen es wahrscheinlich ist, dass eine mechanische externe Kraft ausgeübt wird.
1 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein Beispiel der Struktur des erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelements zeigt.
2 ist eine Zeichnung, welche die Neigungsausrichtung und den Neigungsazimut der kolumnaren Harze gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
3(a) ist eine Schnittansicht, welche die Polymerform in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht gemäß Beispiel 1 veranschaulicht und 3(b) ist eine perspektivische Ansicht, welche die Polymerform in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht gemäß Beispiel 1 veranschaulicht.
4(a) ist eine Draufsicht, welche die Polymerform in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht gemäß Vergleichsbeispiel A veranschaulicht und
4(b) ist eine perspektivische Ansicht, welche die Polymerform in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
5 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Bewertungsvorrichtung zur Bewertung der Schlagfestigkeit des erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelements veranschaulicht.
6 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Bewertungsvorrichtung zur Bewertung der Schlagfestigkeit des erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelements veranschaulicht.
Nachstehend werden die Ausführungsformen erläutert, auf welche die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Die folgende Erläuterung bezieht sich auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.
Bei dem erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelement handelt es sich um ein Element, das den Lichtstrahl-Durchlasszustand und den Lichtstrahl-Streuzustand als Reaktion auf das Anlegen einer Ansteuerspannung reversibel steuern kann. Der Lichtstrahl-Durchlasszustand und der Lichtstrahl-Streuzustand werden gewöhnlich auf sichtbares Licht angewandt. Im Allgemeinen liegen ein Normalmodus und ein inverser Modus für den Durchlass/Streumodus eines optischen Flüssigkristallelements vor. Der Normalmodus ist derart, dass sich das Element in einem Lichtstrahl-Durchlasszustand befindet, wenn eine Spannung angelegt wird, und in einem Lichtstrahl-Streuzustand, wenn keine Spannung angelegt wird, und der inverse Modus ist derart, dass sich das Element in einem Lichtstrahl-Streuzustand befindet, wenn eine Spannung angelegt wird, und in einem Lichtstrahl-Durchlasszustand, wenn keine Spannung angelegt wird.
Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass sich das optische Flüssigkristallelement in einem Lichtstrahl-Durchlasszustand befindet, wenn keine Spannung angelegt wird, so dass die Gegenwart des Elements für den Anwender nicht lästig oder bedrückend wirkt, obwohl dies von der Anwendung und dem Verwendungszweck abhängt. Demgemäß wird in der vorliegenden Beschreibung eine Erläuterung bezüglich eines optischen Flüssigkristallelements in einem inversen Modus angegeben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung auch auf ein optisches Flüssigkristallelement in einem Normalmodus anwendbar ist.
Die 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein Beispiel der Struktur des erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelements veranschaulicht. Gemäß der 1 umfasst das erfindungsgemäße optische Flüssigkristallelement ein erstes Substrat 1, ein zweites Substrat 2, eine erste Elektrode 3, eine zweite Elektrode 4, eine Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5, Abstandshalter 6, eine Umfangsdichtung 7, einen ersten Ausrichtungsfilm 8, einen zweiten Ausrichtungsfilm 9 und dergleichen.
Als erstes Substrat 1 und zweites Substrat 2 kann z. B. jeweils ein transparentes Glassubstrat, ein Filmsubstrat aus z. B. einem Polyesterfilm oder ein Substrat, das eine Kombination davon umfasst, verwendet werden. Bei dem ersten Substrat 1 und dem zweiten Substrat 2 handelt es sich nicht notwendigerweise um das gleiche Substrat. Beispielsweise kann ein Substrat des Substratpaars ein Substrat sein, das z. B. aus Aluminium hergestellt ist und auch eine Funktion als Elektrode aufweist, oder ein Substrat, das eine Gegenelektrode aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm umfasst. Das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 2 sind so angeordnet, dass sie mit einem bestimmten Abstand einander gegenüber liegen, wie es in der 1 gezeigt ist. Das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 2 sind nicht notwendigerweise planar, sondern können geformt sein, wie z. B. gekrümmt.
Auf den einander gegenüber liegenden Ebenen der Hauptebenen des ersten Substrats 1 und des zweiten Substrats 2 sind jeweils Muster der ersten Elektrode 3 und der zweiten Elektrode 4 ausgebildet. Als erste Elektrode 3 und als zweite Elektrode 4 kann z. B. ein Film aus einem Metalloxid wie z. B. ITO (Indiumoxid/Zinnoxid) oder Zinnoxid verwendet werden. Beispielsweise kann ein so genanntes Glas mit transparenten Elektrodenfilmen, das Glassubstrate als erstes Substrat 1 und zweites Substrat 2 und Filme aus einem Metalloxid wie z. B. ITO (Indiumoxid/Zinnoxid) oder Zinnoxid, die als erste Elektrode 3 und zweite Elektrode 4 ausgebildet sind, umfasst, ein Polyesterfilm mit einem transparenten Elektrodenfilm, der Polyethylenterephthalat (PET) und einen auf PET ausgebildeten ITO-Film umfasst, oder PES mit einem transparenten Elektrodenfilm verwendet werden. Ferner kann auf einem Substrat des Substratpaars ein abgeschiedener Aluminiumfilm oder ein abgeschiedener Goldfilm ausgebildet sein.
Auf der ersten Elektrode 3 und der zweiten Elektrode 4 ist der erste Ausrichtungsfilm 8 bzw. der zweite Ausrichtungsfilm 9, die mit der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 in Kontakt stehen und den Flüssigkristall in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 ausrichten, ausgebildet. Der erste Ausrichtungsfilm 8 und der zweite Ausrichtungsfilm 9 weisen eine Rolle dahingehend auf, den Flüssigkristall in einer Richtung vertikal zur Substratebene auszurichten. Die Ausrichtungsenergie kann z. B. dadurch verliehen werden, dass ein dünner Film einer Reibbehandlung unterworfen wird. Das optische Flüssigkristallelement weist nicht notwendigerweise Ausrichtungsfilme auf, wenn die Ausrichtung des Flüssigkristalls so gesteuert werden kann, dass sie vertikal zur Substratebene ist. Beispielsweise können eine erste Elektrode 3 oder eine zweite Elektrode 4, deren Oberfläche direkt poliert wird, verwendet werden, oder es kann eine Elektrode für die Oberfläche verwendet werden, der eine Funktion zur Ausrichtung des Flüssigkristalls verliehen worden ist.
Zwischen dem ersten Substrat 1 und dem zweiten Substrat 2 sind gemäß der 1 die Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 als elektrooptisch funktionelle Schicht und die Abstandshalter 6 sandwichartig angeordnet. Die Abstandshalter 6 weisen eine Rolle dahingehend auf, dass sie die Dicke der Flüssigkristallzelle definieren. Insbesondere wird die Dicke der zwischen den Substraten sandwichartig angeordneten Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 durch den Abstandshalter 6 definiert. Als Materialien für die Abstandshalter 6 kann bzw. können z. B. Glasteilchen, Harzteilchen, Aluminiumoxidteilchen, Glasfasern oder ein Film verwendet werden. Bezüglich der Form der Abstandshalter können z. B. kugelförmige Abstandshalter, faserförmige Abstandshalter oder kolumnare bzw. säulenförmige Abstandshalter verwendet werden.
Die Dicke der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 beträgt gewöhnlich 1 bis 50 μm, mehr bevorzugt 5 bis 30 μm. Wenn der Abstand zu gering ist, neigt der Kontrast zu einer Abnahme, und wenn der Abstand andererseits zu groß ist, neigt die Ansteuerspannung zu einer Zunahme.
Das in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 enthaltene Polymer besteht aus kolumnaren Harzen. Als kolumnare Harze koexistieren Harze, deren Hauptachsenrichtungen mit der Richtung senkrecht zu der Ebene der Substrate mit den Elektroden übereinstimmen, und Harze, die bezüglich der senkrechten Richtung geneigt sind. Der Gehalt des Polymers in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht beträgt mindestens 10 Gew.-%.
Das kolumnare Harz, dessen Hauptachsenrichtung bezüglich der senkrechten Richtung geneigt ist, ist, wie es in der 2 gezeigt ist, ist ein Harz, dessen Hauptachsenrichtung n bezüglich der Senkrechten (z-Achse in der Fig.) der Substratebene geneigt ist. Gemäß der 2 wird der Winkel θ, der durch die Senkrechte (z-Achse in der Fig.) auf die Substratebene und die Hauptachsenrichtung n des kolumnaren Harzes gebildet wird, als Neigungswinkel bezeichnet. Ferner wird die Richtung c der Projektion der Hauptachsenrichtung n des kolumnaren Harzes auf die Substratebene bezüglich einer optionalen Richtung (z. B. der x-Achse in der Fig.) auf der Substratebene als Neigungsazimut bezeichnet.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann dann, wenn von außen ein Schlag auf das optische Flüssigkristallelement ausgeübt wird, eine weiße Trübung auf der Oberfläche, und zwar insbesondere auf dem Abschnitt des optischen Flüssigkristallelements, auf die bzw. den ein Schlag ausgeübt wird, erscheinen, die nicht verschwindet. Es wird angenommen, dass die Ursache der weißen Trübung darauf zurückzuführen ist, dass die Struktur des Polymers im Inneren des optischen Flüssigkristallelements zerstört und verformt wird. Ferner wird angenommen, dass sie darauf zurückzuführen ist, dass nicht nur die Form des Polymers teilweise verformt wird, sondern dass auch die Ausrichtung des Flüssigkristalls um die Peripherie desselben verändert wird. Der Abschnitt mit einer solchen weißen Trübung wird selbst dann nicht zu dem ursprünglichen Zustand zurückkehren, wenn an das optische Flüssigkristallelement eine Ansteuerspannung angelegt wird, die ausreichend ist, um den optischen Zustand zu ändern. Der so genannte reversible stabile optische Zustand wird beeinträchtigt. Demgemäß geht an dem Abschnitt mit der weißen Trübung die Anzeigefunktion verloren und der ursprünglich erwünschte Anzeigebetrieb wird nicht ausgeführt.
Es wird gefunden, dass gemäß der ersten Ausführungsform durch Gestalten der Bedingungen des Gehalts des Polymers bezüglich der Zusammensetzung, der Form des Polymers und der Ausrichtungseigenschaften des Polymers in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht eine hohe Schlagfestigkeit erhalten wird. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass eine feste Struktur nicht nur in der Richtung senkrecht, sondern auch in der Richtung horizontal zur Substratebene realisiert werden kann, wenn die vorstehend genannten Bedingungen bezüglich der Zusammensetzung erfüllt werden. Als Folge davon werden eine Verformung des Polymers, wenn ein Schlag ausgeübt wird, und die Bildung einer weißen Trübung aufgrund der Änderung der Ausrichtung des Flüssigkristalls um dessen Peripherie unterdrückt, und ein optisches Flüssigkristallelement mit einer hohen Schlagfestigkeit kann bereitgestellt werden.
Wenn der Gehalt des Polymers in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 weniger als 10 Gew.-% beträgt, können die Schlagfestigkeit, die Spannungsfestigkeit, die Zuverlässigkeit, usw., abnehmen. Im Hinblick auf die Unterdrückung der Zunahme der Ansteuerspannung beträgt der Gehalt des Polymers in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 mehr bevorzugt höchstens 50 Gew.-%. Ein mehr bevorzugter Bereich des Gehalts des Polymers in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht beträgt 12 bis 35 Gew.-%, mehr bevorzugt 13 bis 18 Gew.-%.
Von den kolumnaren Harzen weisen Harze, die geneigt ausgerichtet sind, einen durchschnittlichen Neigungswinkel von vorzugsweise 15 bis 50° auf. Der durchschnittliche Neigungswinkel ist der Durchschnitt der Winkel, die durch die Richtung senkrecht zu der Substratebene und die Hauptachsenrichtungen der kolumnaren Harze, die geneigt ausgerichtet sind, gebildet wird. Wenn der durchschnittliche Neigungswinkel 50° übersteigt, neigen die Domänen des Flüssigkristalls zur Uneinheitlichkeit und die Ansteuerspannung kann zunehmen oder die Streueigenschaften können sich verschlechtern. Wenn ferner der durchschnittliche Neigungswinkel weniger als 15° beträgt, kann das Polymer durch ein Strömen des Flüssigkristalls im Zusammenhang mit der Verformung des Substrats bei der Ausübung eines Schlags irreversibel verformt werden. Wenn das Polymer irreversibel verformt wird, kann ferner eine weiße Trübung aufgrund von Unregelmäßigkeiten bei der Ausrichtung auftreten. Der durchschnittliche Neigungswinkel beträgt im Hinblick auf die Bereitstellung verschiedener Eigenschaften wie z. B. bezüglich der Schlagfestigkeit und der Ansteuerspannung mehr bevorzugt 20 bis 30°.
Die Neigungsazimute der Harze von den kolumnaren Harzen, die geneigt ausgerichtet sind, sind nicht speziell beschränkt. Im Hinblick auf die Verbesserung der Schlagfestigkeit sind die Harze jedoch anstelle eines spezifischen Azimuts bezogen auf die Ebene der Substrate mit den Elektroden vorzugsweise in allen Azimuten ausgerichtet.
Bezüglich der kolumnaren Harze kann mindestens ein Teil der kolumnaren Harze einen verzweigten Rest bzw. Molekülteil aufweisen. Ferner können die Harze so aufgebaut sein, dass sie mit anderen kolumnaren Harzen mittels des verzweigten Rests bzw. Molekülteils verbunden sind. Durch einen solchen Aufbau kann die Schlagfestigkeit des optischen Flüssigkristallelements weiter verbessert werden.
Der Durchmesser der kolumnaren Harze in der Nebenachsenrichtung beträgt vorzugsweise 0,05 bis 1 μm. Wenn dieser Durchmesser weniger als 0,05 μm beträgt, kann die Schlagfestigkeit oder die Spannungsfestigkeit abnehmen, oder die Zuverlässigkeit kann abnehmen, und wenn dieser Durchmesser 1 μm übersteigt, kann die Transparenz beim Durchgang eines Lichtstrahls abnehmen. Der Durchmesser der kolumnaren Harze in der Nebenachsenrichtung beträgt mehr bevorzugt 0,1 bis 0,5 μm, mehr bevorzugt 0,2 bis 0,3 μm.
Die Fläche, die von den kolumnaren Harzen in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 auf der Ebene horizontal zu der Ebene der Substrate mit den Elektroden eingenommen wird, ist so gestaltet, dass sie mit zunehmendem Abstand zum jeweils nächstliegenden Substrat abnimmt. Durch einen solchen Aufbau kann der Flüssigkristalldomänenbereich an einem Zentralbereich zwischen dem Paar der Substrate effektiv ausgebildet werden. Demgemäß kann eine Zunahme der Ansteuerspannung unterdrückt werden.
Die kolumnaren Harze können chemisch oder physikalisch an die Oberfläche der Substrate, die z. B. durch den Ausrichtungsfilm gebildet wird, gebunden sein, oder sie können nicht gebunden sein.
Bezüglich des Flüssigkristalls in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 wird die Ausrichtungsrichtung der Flüssigkristalle in einem Lichtstrahl-Durchlasszustand so eingestellt, dass sie im Wesentlichen mit der Richtung senkrecht zu der Substratebene übereinstimmt. Das optische Flüssigkristallelement wird mehr bevorzugt durch vertikales Ausrichten des Flüssigkristalls in einem Lichtstrahl-Durchlasszustand gehalten. In der vorliegenden Erfindung wird bei der Verwendung des inversen Modus der Flüssigkristall ausgerichtet und das Element befindet sich in einem Lichtstrahl-Durchlasszustand, wenn an die erste Elektrode 3 und die zweite Elektrode keine Spannung angelegt wird.
Wenn andererseits an die erste Elektrode 3 und die zweite Elektrode 4 eine Spannung angelegt wird, wird der Flüssigkristall aufgrund des elektrischen Felds zwischen den Elektroden statistisch ausgerichtet und das Element befindet sich in einem Lichtstrahl-Streuzustand. Der Lichtstrahl-Streuzustand und der Lichtstrahl-Durchlasszustand können durch Anlegen oder nicht-Anlegen einer Spannung gesteuert werden und so kann ein gewünschtes Bild abhängig von dem Bildungsmuster der ersten Elektrode 3 und der zweiten Elektrode 4 angezeigt werden.
Als Typ des Flüssigkristalls kann z. B. ein nematischer Flüssigkristall, ein cholesterischer Flüssigkristall, ein smektischer Flüssigkristall oder ein ferroelektrischer Flüssigkristall verwendet werden. Es ist bevorzugt, von diesen Flüssigkristallen einen nematischen Flüssigkristall zu verwenden, der verglichen mit anderen Flüssigkristallen einen breiten Bereich der Flüssigkristalltemperatur und eine niedrige Viskosität aufweist, und der dadurch den Betriebstemperaturbereich des Flüssigkristalls breit und die Betriebsgeschwindigkeit hoch machen kann. In einem Fall, bei dem der Flüssigkristall eine negative dielektrische Anisotropie aufweist, wird der Flüssigkristall vertikal ausgerichtet.
Als Flüssigkristallverbindung können verschiedene Verbindungen verwendet werden, die als gebräuchliches Anzeigematerial oder als Material eines Feld-angesteuerten Anzeigeelements verwendet werden. Beispiele sind insbesondere ein Biphenyltyp, ein Phenylbenzoattyp, ein Cyclohexylbenzoltyp, ein Azoxybenzoltyp, ein Azobenzoltyp, ein Azomethintyp, ein Terphenyltyp, ein Biphenylbenzoattyp, ein Cyclohexylbiphenyltyp, ein Phenylpyridintyp, ein Cyclohexylpyrimidintyp oder ein Cholesterintyp.
Die Flüssigkristallverbindung wird nicht notwendigerweise allein verwendet, sondern es können auch zwei oder mehr Typen von Flüssigkristallverbindungen in einer Kombination verwendet werden, wie bei einem Fall, bei dem diese gebräuchlich verwendet wird. Ferner ist es für eine Anzeige durch ein elektrisches Feld bevorzugt, von den vorstehend genannten Flüssigkristallverbindungen eine Flüssigkristallverbindung mit einer negativen dielektrischen Anisotropie zu verwenden. Um ferner die Ansteuerspannung zu vermindern, ist es bevorzugt, eine Flüssigkristallverbindung mit einem hohen Absolutwert der dielektrischen Anisotropie zu verwenden. Als Flüssigkristallverbindung mit einem hohen Absolutwert der dielektrischen Anisotropie wird im Hinblick auf die chemische Stabilität eine Verbindung mit einer Cyanogruppe oder einem Halogenatom wie z. B. Fluor oder Chlor als Substituenten verwendet. Eine Verbindung mit einer Cyanogruppe als Substituent wird verwendet, wenn eine Verminderung der Ansteuerspannung wichtig ist, und eine Verbindung mit einem Fluoratom als Substituent wird verwendet, wenn die Zuverlässigkeit wichtig ist.
Der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 können verschiedene Verbindungen zugesetzt werde, um das Kontrastverhältnis und die Stabilität zu verbessern. Beispielsweise kann zur Verbesserung des Kontrasts ein dichroitischer Farbstoff wie z. B. eines Anthrachinontyps, eines Styryltyps, eines Azomethintyps oder eines Azotyps verwendet werden. In einem solchen Fall ist der dichroitische Farbstoff vorzugsweise grundsätzlich mit der Flüssigkristallverbindung verträglich und mit der Polymerverbindung unverträglich. Darüber hinaus kann im Hinblick auf die Verbesserung der Stabilität und der Dauerbeständigkeit auch vorzugsweise ein Antioxidationsmittel, ein Ultraviolettabsorptionsmittel oder ein Weichmacher verwendet werden.
In dem erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelement ist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, die Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 ein Hauptbestandteilselement bei der Entwicklung der optischen Funktion. Die Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 wird aus einer Mischflüssigkeit aus einer Vorstufe der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht (wird nachstehend manchmal einfach als „Mischflüssigkeit„ bezeichnet) ausgebildet. Es ist wichtig, dass eine optisch funktionelle, bevorzugte Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 ausgehend von dem Zustand der Mischflüssigkeit über den Vorgang einer Phasentrennung erhalten wird. Wenn die Phasentrennung nicht ausreichend ist, können Nachteile wie z. B. dahingehend auftreten, dass die Ansteuerspannung für den Betrieb des Flüssigkristalls zunehmen kann, oder dass das optische Flüssigkristallelement nicht funktioniert. Die Phasentrennungsstruktur ist eine Struktur im Inneren der Flüssigkristallzelle, die mittels des Phasentrennungsvorgangs erhalten wird und elektrooptische Eigenschaften und Funktionen entwickeln kann.
Die mikroskopische Form der Phasentrennungsstruktur in dem Flüssigkristall/Polymer-Verbund kann abhängig von dem Typ, den Eigenschaften, dem Mischungsverhältnis, usw., von Verbindungen, welche die Mischflüssigkeit einer Vorstufe der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 bilden, verschiedenartig verändert werden. Die Kombination und das Mischungsverhältnis der einzusetzenden Materialien werden unter Berücksichtigung der optischen Eigenschaften wie z. B. der Durchlass/Streueigenschaften, der Größe der Ansteuerspannung und des Ausmaßes der Zuverlässigkeit, die als elektrooptisches Element erforderlich ist, bestimmt. Die Mischflüssigkeit einer Vorstufe der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 ist nicht speziell beschränkt, so lange die vorstehend beschriebene Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 erhalten wird, jedoch wird diese aus einer Mischflüssigkeit ausgebildet, die eine Flüssigkristallverbindung und eine polymerisierbare Verbindung enthält. Es ist bevorzugt, den Typ und das Mischungsverhältnis der Zusammensetzung optional so auszuwählen, dass die Mischflüssigkeit einer Vorstufe eine einheitliche Flüssigkristallschicht bildet, um eine Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 mit einer hohen Qualität mit einheitlichen elektrooptischen Durchlass/Streueigenschaften zu erhalten.
Als bevorzugte Mischflüssigkeit einer Vorstufe der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 kann z. B. eine Mischflüssigkeit verwendet werden, die eine Flüssigkristallverbindung <C>, eine erste polymerisierbare Verbindung <A> und eine zweite polymerisierbare Verbindung umfasst, wobei gegebenenfalls ein Polymerisationsinitiator zugesetzt wird. Als erste polymerisierbare Verbindung <A> wird eine Verbindung ausgewählt, die derart ist, dass dann, wenn eine Zusammensetzung aus der ersten polymerisierbaren Verbindung <A>, der Flüssigkristallverbindung <C> und des Polymerisationsinitiators mit einem nachstehend beschriebenen Verfahren zur Polymerisation zwischen die Substrate injiziert wird, das polymerisierte Polymer kolumnare Harze bildet, die im Wesentlichen vertikal zur Richtung senkrecht zu der Substratebene vorliegen. Als zweite polymerisierbare Verbindung wird eine Verbindung ausgewählt, die derart ist, dass dann, wenn eine Zusammensetzung aus der zweiten polymerisierbaren Verbindung , der Flüssigkristallverbindung <C> und des Polymerisationsinitiators mit einem nachstehend beschriebenen Verfahren zur Polymerisation zwischen die Substrate injiziert wird, das polymerisierte Polymer statistisch ausgerichtete kolumnare Harze bildet.
Die Flüssigkristallverbindung <C> ist vorzugsweise eine nicht-polymerisierbare Flüssigkristallverbindung. Es kann jeweils ein Typ der ersten polymerisierbaren Verbindung <A> und der zweiten polymerisierbaren Verbindung verwendet werden, oder es können mehrere Typen verwendet werden. Das polymerisierte Polymer kann ein Copolymer sein, wie z. B. ein statistisches Copolymer oder ein alternierendes Copolymer, oder es kann sich um Homopolymere der jeweiligen Monomere handeln. Das Polymer ist unter Berücksichtigung der Einheitlichkeit des Polymers in dem Flüssigkristall/Polymer-Verbund 5 vorzugsweise ein Copolymer. Durch die Verwendung der ersten polymerisierbaren Verbindung <A> und der zweiten polymerisierbaren Verbindung kann eine Koexistenz kolumnarer Harze, deren Hauptachsenrichtungen mit der Richtung senkrecht zu der Substratebene übereinstimmen, und kolumnarer Harze, die geneigt ausgerichtet sind, erhalten werden.
Nachstehend wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung des optischen Flüssigkristallelements gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform erläutert. Das nachstehend erläuterte Herstellungsverfahren ist ein typisches Beispiel und selbstverständlich kann auch ein anderes Herstellungsverfahren eingesetzt werden, so lange es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung löst.
Wenn das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 2 Filmsubstrate sind, werden das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 2, die jeweils mit einer Elektrode ausgestattet sind und kontinuierlich zugeführt werden, zwischen z. B. zwei Kautschukwalzen sandwichartig angeordnet, und eine Flüssigkeit, bei der Abstandshalter in der Mischflüssigkeit dispergiert sind, wird zugeführt und zwischen den zwei Substraten sandwichartig angeordnet, und dann wird eine kontinuierliche Polymerisation durchgeführt, wodurch eine hohe Produktivität erhalten wird.
In einem Fall, bei dem das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 2 Glassubstrate sind, wird eine sehr geringe Menge von Abstandshaltern auf deren Ebenen ausgebreitet, vier Seiten der aufeinander zu gerichteten Substrate werden mit einem Abdichtungsmittel wie z. B. einem Epoxyharz abgedichtet, so dass eine abgedichtete Zelle gebildet wird, einer von mindestens zwei Ausschnitten, die auf dem abgedichteten Abschnitt ausgebildet sind, wird in das Mischharz eingetaucht, und das Mischharz wird von dem anderen Ausschnitt her durch einen Unterdruck angesaugt, so dass die Flüssigkristallzelle mit der Mischflüssigkeit gefüllt wird, und es wird eine Polymerisation durchgeführt.
Als erstes werden auf einem ersten Substrat 1 und einem zweiten Substrat 2 eine erste Elektrode 3 bzw. eine zweite Elektrode 4, ein erster Ausrichtungsfilm 8 bzw. ein zweiter Ausrichtungsfilm 9, usw., ausgebildet. Nach dem Brennen der Ausrichtungsfilme wird gegebenenfalls eine Ausrichtungsbehandlung wie z. B. ein Reiben durchgeführt. Dann werden Abstandshalter 6 mit einer Streichvorrichtung auf der Seite des ersten Substrats 1, auf welcher der Ausrichtungsfilm ausgebildet ist, ausgebreitet. Das zweite Substrat 2 wird mit einem Abdichtungsmittel 7 beschichtet. Das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 2 werden durch Erhitzen kontaktgebunden, nachdem eine Positionierung z. B. mittels einer Ausrichtungsmarkierung durchgeführt worden ist. Der Abstand zwischen den Substraten nach dem Kontaktbinden wird durch die Abstandshalter 6 beibehalten.
Dann wird eine Mischflüssigkeit, die eine Vorstufe einer Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 ist, zwischen die Substrate injiziert und es wird eine Abdichtung vorgenommen. Zur Abdichtung kann ein bekanntes Verfahren eingesetzt werden.
Dann wird auf die Mischflüssigkeit aus einer Vorstufe einer Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 eine externe Anregung ausgeübt, um eine Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 zu bilden. Die externe Anregung kann z. B. eine Bestrahlung mit Lichtstrahlen wie z. B. sichtbaren Lichtstrahlen, Ultraviolettstrahlen oder Elektronenstrahlen oder ein Erwärmen bzw. Erhitzen sein. Im Hinblick auf eine einfache Steuerung der Temperatur zum Zeitpunkt der Polymerisation ist es bevorzugt, eine Bestrahlung mit Licht durchzuführen. Als Bestrahlung mit Licht ist es im Hinblick auf die Handhabungseffizienz, eine einfache Herstellung, usw., mehr bevorzugt, Ultraviolettstrahlen einzusetzen.
Im Fall eines so genannten Photopolymerisationsphasentrennungsverfahrens, bei dem die Mischflüssigkeit aus einer Vorstufe der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 einer Phasentrennung unterworfen wird, um die Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 zu erhalten, kann als Lichtquelle z. B. eine Hochdruckquecksilberlampe, eine Niederdruckquecksilberlampe oder eine Metallhalogenidlampe verwendet werden.
Wenn die Mischflüssigkeit aus einer Vorstufe einer Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 einer Polymerisation durch Bestrahlen mit Licht unterworfen wird, werden die Bestrahlungsbedingungen entsprechend des Typs der polymerisierbaren Monomere eingestellt. Wenn die Mischflüssigkeit direkt bestrahlt wird, beträgt die Lichtintensität vorzugsweise 1 bis 400 mW/cm². Wenn die Lichtintensität weniger als 1 mW/cm² beträgt, besteht eine Tendenz dahingehend, dass die Phasentrennungsgeschwindigkeit niedrig ist und die Streuintensität abnimmt, und wenn sie 400 mW/cm² übersteigt, besteht eine Tendenz dahingehend, dass durch eine Photoreaktion eine Zersetzung auftritt und dass die Retention abnimmt.
Die Temperatur zum Zeitpunkt der Bestrahlung mit Licht liegt vorzugsweise innerhalb eines Temperaturbereichs, in dem die Mischflüssigkeit eine Flüssigkristallphase zeigt. Wenn eine Polymerisation bei einer Temperatur durchgeführt wird, die höchstens der verträglichen Temperatur entspricht, bei welcher sich die Mischflüssigkeit in einem verträglichen Zustand befindet, besteht die Gefahr, dass vor der Photopolymerisation eine Phasentrennung stattfinden kann, und es kann ein Flüssigkristall/Polymer-Verbund erhalten werden, bei dem sich der Flüssigkristall in einem uneinheitlichen Zustand befindet. Wenn ferner die Temperatur der Mischflüssigkeit zu hoch ist, kann die Mischflüssigkeit einer Phasenumwandlung von einer Flüssigkristallphase zu einer isotropen Phase unterliegen und die elektrooptischen Streu/Durchlasseigenschaften des optischen Flüssigkristallelements können gegebenenfalls nicht sichergestellt werden. Ein bevorzugter Bereich der Flüssigkristalltemperatur, bei der die Mischflüssigkeit eine Flüssigkristallphase zeigt, liegt bei 10 bis 60°C, mehr bevorzugt bei 30 bis 50°C. Die Polymerisation wird vorzugsweise in einer bestimmten Umgebung unter Verwendung z. B. einer thermostatisierten Kammer durchgeführt, so dass die gesamte Ebene des optischen Flüssigkristallelements 10 unter einheitlichen Bedingungen (Bestrahlung, Polymerisationstemperatur) der Polymerisation unterworfen wird.
Der Polymerisationsinitiator kann gegebenenfalls aus bekannten Polymerisationskatalysatoren ausgewählt werden. Im Fall einer Photopolymerisation kann ein Photopolymerisationsinitiator, der gewöhnlich zur Photopolymerisation verwendet wird, wie z. B. ein Benzoinethertyp, ein Acetophenontyp oder ein Phosphinoxidtyp, verwendet werden. Im Fall einer thermischen Polymerisation kann abhängig von der Polymerisationsstelle ein thermischer Polymerisationsinitiator wie z. B. ein Peroxidtyp, ein Thioltyp, ein Amintyp oder ein Säureanhydridtyp verwendet werden, und gegebenenfalls kann ein Härtungshilfsmittel wie z. B. ein Amin verwendet werden.
Der Gehalt des Polymerisationsinitiators liegt gewöhnlich bei 0,1 bis 20 Gewichtsteilen, vorzugsweise bei 0,1 bis 10 Gewichtsteilen, auf der Basis der Gesamtmenge von 100 Gewichtsteilen der polymerisierbaren Monomere. Wenn ein Polymer (polymerisiertes Produkt) nach der Polymerisation ein hohes Molekulargewicht oder einen hohen spezifischen Widerstand aufweisen muss, beträgt der Gehalt mehr bevorzugt 0,1 bis 5 Gewichtsteile. Wenn der Gehalt des Polymerisationsinitiators 20 Gewichtsteile übersteigt, besteht eine Tendenz dahingehend, dass die Verträglichkeit der Mischflüssigkeit beeinträchtigt wird.
Wenn der Gehalt des Polymerisationsinitiators ferner weniger als 0,1 Gewichtsteile beträgt, können die in der Mischflüssigkeit enthaltenen polymerisierbaren Monomere gegebenenfalls nicht angemessen polymerisiert werden und es wird keine gewünschte Phasentrennungsstruktur gebildet. Demgemäß ist es bevorzugt, dass der vorstehend genannte Bereich eingehalten wird. Ferner kann der Mischflüssigkeit zur Verbesserung des Kontrastverhältnisses des optischen Flüssigkristallelements beim Anlegen/nicht-Anlegen eines elektrischen Felds ein bekanntes chirales Mittel zugesetzt werden.
Nachstehend wird die zweite erfindungsgemäße Ausführungsform erläutert. Diese dient zur Entwicklung gewünschter mechanischer Eigenschaften durch eine Auswahl und Kombination der eingesetzten Materialien.
In dem optischen Flüssigkristallelement gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht, die durch eine Phasentrennung eines Flüssigkristalls und eines Polymers gebildet worden ist, ein Hauptaufbauelement zur Entwicklung optischer Funktionen. Es ist wichtig, dass eine vorteilhafte optisch funktionelle Struktur aus dem Zustand eines Gemischs mittels des Vorgangs einer Phasentrennung gebildet wird. Wenn die Phasentrennung nicht ausreichend ist, können Nachteile dahingehend entstehen, dass die Ansteuerspannung zum Betreiben des Flüssigkristalls zunehmen kann oder dass das optische Flüssigkristallelement nicht funktioniert.
Die mikroskopische Form der Phasentrennungsstruktur in dem Flüssigkristall/Polymer-Verbund kann abhängig von dem Typ, den Eigenschaften, dem Mischungsverhältnis, usw., der Flüssigkristallverbindung, der polymerisierbaren Verbindung und der nicht-polymerisierbaren Verbindung, die verwendet werden, verschiedenartig geändert werden. Die Kombination und das Mischungsverhältnis der einzusetzenden Materialien werden unter Berücksichtigung der optischen Eigenschaften wie z. B. der Durchlass/Streueigenschaften, der Größe der Ansteuerspannung und dem Ausmaß der erforderlichen Zuverlässigkeit als elektrooptisches Element bestimmt. Die Phasentrennungsstruktur ist eine Struktur im Inneren der Flüssigkristallzelle, die mittels des Phasentrennungsvorgangs erhalten wird und elektrooptische Eigenschaften und Funktionen entwickeln kann.
Um ferner einen Flüssigkristall/Polymer-Verbund mit hoher Qualität und einheitlichen elektrooptischen Durchlass/Streueigenschaften zu erhalten, ist die Mischflüssigkeit, die mindestens eine Flüssigkristallverbindung und polymerisierbare Monomere enthält, nach dem Mischen vorzugsweise eine homogene Lösung.
Wenn ein Gemisch gemischt wird, kann sich die Mischflüssigkeit dann, wenn der Gehalt der polymerisierbaren Monomere hoch ist, trennen. Demgemäß wird eine vorteilhafte Phasentrennungsstruktur kaum erhalten und das erhaltene Produkt kann nicht als optisches Flüssigkristallelement verwendet werden. Ferner kann das Gemisch (gewöhnlich in dem Zustand einer Mischflüssigkeit) dann, wenn der Gehalt der polymerisierbaren Monomere hoch ist, gegebenenfalls keine Verträglichkeit aufweisen und die Phasentrennungstemperatur neigt zu einem Anstieg, und ferner neigt die Phasenübergangstemperatur von der Flüssigkristallphase zu der isotropen Phase zu einer Verminderung. Demgemäß besteht eine Tendenz dahingehend, dass der Temperaturbereich, in dem das Gemisch eine Flüssigkristallphase zeigt, eng ist. Demgemäß ist es bevorzugt, den Typ und das Mischungsverhältnis der Zusammensetzungen gegebenenfalls so auszuwählen, dass das Gemisch eine einheitliche Flüssigkristallphase zeigt.
In der vorliegenden Erfindung befindet sich, wenn ein flüssigkristallines Gemisch (D) zwischen Ausrichtungsfilmen in einem Flüssigkristallzustand gehalten wird, das Gemisch (D) in einem Ausrichtungszustand z. B. einer horizontalen Ausrichtung, einer verdrehten Ausrichtung, einer Hybridausrichtung oder einer vertikalen Ausrichtung, und zwar abhängig von dem Typ (dem Ausrichtungsvermögen) des Ausrichtungsfilms. Die polymerisierbaren Verbindungen in dem Gemisch (D) werden in einem solchen Ausrichtungszustand zur Bildung eines Polymers polymerisiert.
Durch ein solches Verfahren unterliegen das Polymer und die flüssigkristalline Zusammensetzung (C) einer Phasentrennung, wodurch ein Flüssigkristall/Polymer-Verbund gebildet werden kann. Dabei wird eine bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) so ausgewählt, dass die molekulare Ausrichtung in dem Polymer vor der Polymerisation beibehalten werden kann. Um die Ausrichtung vor und nach dem Polymerisationsphasentrennungsvorgang beizubehalten, ist eine Verträglichkeit zwischen der flüssigkristallinen Zusammensetzung (C) und der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) vorteilhaft.
Andererseits ist die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) vorzugsweise nicht flüssigkristallin, so dass das Polymer, das nach der Polymerisation gebildet wird, einer vorteilhaften Phasentrennung von der flüssigkristallinen Zusammensetzung (C) unterliegt. Als Ausrichtungszustand kann ein beliebiger der vorstehend genannten Ausrichtungszustände vorliegen. Eine vertikale Ausrichtung ist bevorzugt, um die Transparenz eines fertiggestellten optischen Flüssigkristallelements zu verbessern, wenn keine Spannung angelegt wird. Im Fall einer vertikalen Ausrichtung können Ausrichtungsnachteile, die sich durch die Abstandshalter ergeben, vermindert werden, da die Transparenz der optischen Flüssigkristallausrichtung stärker verbessert wird. Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelements kann die Polarität der dielektrischen Anisotropie der Flüssigkristallzusammensetzung positiv oder negativ sein. Sie ist im Fall einer vertikalen Ausrichtung vorzugsweise negativ und in anderen Fällen vorzugsweise positiv.
In dem erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelement ist eine Polymerverbindung, die den Flüssigkristall/Polymer-Verbund bildet, ein polymerisiertes Produkt, das von einem Gemisch abgeleitet ist, das zumindest mindestens einen Typ der vorstehend genannten bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A), mindestens einen Typ der vorstehend genannten bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) und eine nicht-polymerisierbare flüssigkristalline Zusammensetzung (C) enthält. Die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) bildet eine Hauptgrundgerüstkomponente, die eine Steifigkeit aufweist, in der Polymerverbindung. Ferner weist die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) die Eigenschaft auf, dass sie zum Zeitpunkt der Phasentrennung mit der flüssigkristallinen Zusammensetzung (C) einer Phasentrennung unterliegt, während die Richtung der Grundgerüstreste Q₁, Q₂, Q₃ und Q4 der Verbindung (A) im Einklang mit dem Grundgerüstrest der Flüssigkristallverbindung (C) gehalten wird, und weist deshalb den Effekt auf, dass eine kolumnare Harzstruktur gebildet wird. Andererseits bildet die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B) eine flexible Komponente, die in der Polymerverbindung eine Rolle als Stoßdämpfer ausüben kann.
Ferner weist die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B) keinen Grundgerüstrest Q₁, Q₂, Q₃ oder Q₄ auf und weist daher bezüglich der Phasentrennung mit der flüssigkristallinen Zusammensetzung (C) keine Richtungseigenschaften auf, und hat somit den Effekt, dass die zu bildende Harzstruktur verzweigt oder geneigt ausgebildet wird. Durch Kombinieren solcher Verbindungen mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften kann ein Flüssigkristall/Polymer-Verbund mit einer vorteilhaften Schlagfestigkeit als elektrooptisches Element gebildet werden.
Nachstehend wird die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B), die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, detaillierter erläutert. Die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B) ist nicht speziell beschränkt, so lange es sich um eine Verbindung der Formal (2) handelt. Es kann sich z. B. um eine Verbindung handeln, welche die folgenden Bedingungen erfüllt:
Eine Verbindung, bei der
A₃ und A₄, die unabhängig voneinander sind, jeweils eine Acryloyloxygruppe, eine Methacryloyloxygruppe oder eine Vinylethergruppe sind;
R₃-R₄- oder (R₅-O)_n-R₅- ist, wobei R₄ eine lineare oder verzweigte C_2-20-Alkylengruppe ist, R₅ eine lineare oder verzweigte C_2-8-Alkylengruppe ist und n eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist, oder wobei R₄ eine lineare C_2-20-Alkylengruppe ist, R₅-(CH₂)_r-, -CH₂-CH(CH₃)-, -CH₂-CH₂-CH(CH₃)- oder CH₂-CH₂-C(CH₃)₂- ist (wobei r eine ganze Zahl von 2 bis 5 ist) und n eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist.
Ein optisches Flüssigkristallelement, in dem eine solche bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B) eingesetzt wird, weist eine hohe Schlagfestigkeit auf und ist bevorzugt. Die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B) kann allein verwendet werden oder es können zwei oder mehr davon kombiniert verwendet werden. Spezielle Beispiele dafür sind durch die folgenden Formeln (3) bis (7) dargestellt:
Die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B) weist polymerisierbare Gruppen A₃ und A₄ auf sowie R3, der die polymerisierbaren Gruppen verbindet. R₃ ist aus Gruppen mit einer Einfachbindung zwischen Atomen und einem hohen Freiheitsgrad der intermolekularen Rotation ausgewählt. Ein solcher Aufbau verbessert die Flexibilität des polymerisierten Polymers und trägt zu einem Anstieg der Reaktivität bei der Polymerphasentrennung bei.
Je größer die Anzahl der Kohlenstoffatome zwischen A₃ und A₄ und die Anzahl der Ethersauerstoffatome ist, desto stärker verbessert sich die Flexibilität. Andererseits neigt die Verträglichkeit mit der flüssigkristallinen Zusammensetzung (C) zu einer Abnahme, wenn die Anzahl der Atome groß ist. Demgemäß wird die Anzahl der Atome zweckmäßig ausgewählt. Wenn ferner ein Herstellungsverfahren eingesetzt wird, bei dem die Mischflüssigkeit in eine Flüssigkristallzelle im Vakuum injiziert wird, beträgt die Anzahl der Kohlenstoffatome mindestens 8, vorzugsweise mindestens 11, wobei die Verflüchtigung flüchtiger Komponenten von der Mischflüssigkeit berücksichtigt wird. Ein Ethersauerstoffatom kann enthalten sein oder nicht. Vorzugsweise ist ein Ethersauerstoffatom enthalten, was die Flexibilität des Polymers verbessert.
Die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B) enthält in ihrem Molekül keine Gruppe wie Q₁ und demgemäß ist es relativ einfach, die Anzahl der in R₃ enthaltenen Kohlenstoffatome zu erhöhen. Eine solche Struktur trägt stark zur Verbesserung der Flexibilität des Polymers bei.
Nachstehend wird die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) erläutert. Die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) ist nicht speziell beschränkt, so lange es sich um eine Verbindung handelt, welche die Bedingungen der Verbindung (1) erfüllt. Eine solche Verbindung wird manchmal als mesogenes Monomer, als Flüssigkristallmonomer oder als polymerisierbarer Flüssigkristall bezeichnet. Die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) ist jedoch nicht notwendigerweise auf solche Verbindungen beschränkt und eine Verbindung, die eine günstige Löslichkeit in der nicht-polymerisierbaren flüssigkristallinen Zusammensetzung aufweist, wird ausgewählt und verwendet.
Beispielsweise kann gegebenenfalls eine bekannte Verbindung verwendet werden, wie sie z. B. in der JP-A-4-227684 beschrieben ist. Eine Verbindung mit einer solchen Struktur weist eine verbesserte Löslichkeit in der Flüssigkristallzusammensetzung (C) auf. Ferner weist die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) vorzugsweise die folgende Struktur auf.
Die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) der Formel (1) ist vorzugsweise eine Verbindung, welche die folgenden Bedingungen erfüllt:
A₁ und A₂, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Acryloyloxygruppe, eine Methacryloyloxygruppe oder eine Vinylethergruppe;
Q₁, Q₂, Q₃ und Q₄, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, oder eine 1,4-Cyclohexylengruppe;
X₁ und X₂, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Einfachbindung, ein Sauerstoffatom oder eine Esterbindung;
R₁ und R₂, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Einfachbindung oder eine lineare oder verzweigte C_2-20-Alkylengruppe, die ein oder mehrere Ethersauerstoffatom(e) zwischen Kohlenstoffatomen aufweisen kann;
Z₁, Z₂ und Z₃, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Einfachbindung, -C(=O)-O-, -O-C(=O)-, -CH₂-CH₂-, -C≡C-, -CH₂-O- oder -O-CH₂-; und
p und q haben jeweils den Wert 0 oder eines davon hat den Wert 0 und das andere hat den Wert 1.
Ferner ist die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) der Formel (1) vorzugsweise eine Verbindung, welche die folgenden Bedingungen erfüllt:
A₁ und A₂, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Acryloyloxygruppe oder eine Methacryloyloxygruppe;
Q₁ und Q₂ sind jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, und Q₃ und Q₄, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, oder eine 1,4-Cyclohexylengruppe;
Z₁, Z₂ und Z₃, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Einfachbindung, -C(=O)-O-, -O-C(=O)-, -CH₂-CH₂- oder -C≡C-; und
p und q haben jeweils den Wert 0 oder eines davon hat den Wert 0 und das andere hat den Wert 1.
Ferner ist die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) der Formel (1) vorzugsweise eine Verbindung, welche die folgenden Bedingungen erfüllt:
A₁ und A₂, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine Acryloyloxygruppe;
Q₁ und Q₂ sind jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, und Q₃ und Q₄, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, oder eine 1,4-Cyclohexylengruppe;
R₁ und R₂, die unabhängig voneinander sind, sind jeweils eine lineare oder verzweigte C_2-20-Alkylengruppe;
Z₁ ist eine Einfachbindung, -C(=O)-O-, -O-C(=O)-, -CH₂-CH₂- oder -C≡C-, und Z₂ und Z₃ sind jeweils eine Einfachbindung; und
p und q haben jeweils den Wert 0 oder eines davon hat den Wert 0 und das andere hat den Wert 1.
Als spezielle Beispiele der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) zur Bildung des Flüssigkristall/Polymer-Verbunds, der in dem erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelement verwendet wird, können z. B. die Verbindungen der folgenden Formeln (8) bis (11) genannt werden.
Die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) wird bezüglich ihrer Eigenschaften in eine Verbindung, die eine Flüssigkristallinität aufweist, und eine Verbindung, die keine Flüssigkristallinität aufweist, eingeteilt. In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass die Mischflüssigkeit in einer stabilen Flüssigkristallphase vorliegt und dass ein Flüssigkristall/Polymer-Verbund durch eine Phasentrennung ausgehend von dem Zustand der Flüssigkristallphase gebildet wird. Um es wahrscheinlich zu machen, dass der Phasentrennungsvorgang stattfindet, ist eine nicht-flüssigkristalline bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) vorzugsweise in einem Gemisch enthalten, das eine Flüssigkristallphase zeigt. Als nicht-flüssigkristalline bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) können die Verbindungen der vorstehenden Formeln (8) bis (11) genannt werden. Als Verbindung, die dazu führt, dass die Mischflüssigkeit eine günstige Mischbarkeit aufweist, können die Acrylatverbindungen der Formeln (8) und (10) genannt werden.
Wie es vorstehend erläutert worden ist, kann die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) allein verwendet werden oder es können zwei oder mehr davon kombiniert verwendet werden. Eine bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A), die eine Flüssigkristallinität aufweist, ist ein Material, bei dem es im Hinblick auf das Phasentrennungsverfahren weniger wahrscheinlich ist, dass es einer Phasentrennung unterliegt, jedoch macht es den Flüssigphasentemperaturbereich breit und dadurch im Hinblick auf die Steuerung des Gemischzustands die Handhabung des Gemischs einfach. Als spezifische Verbindungen, welche diese Bedingungen erfüllen, können die folgenden Formeln (12) und (13) genannt werden:
In der vorliegenden Erfindung kann die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A), die eine Flüssigkristallinität aufweist, als eine Komponente in dem Gemisch verwendet werden. Insbesondere können zusätzlich zu einem Fall, bei dem die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A), die keine Kristallinität aufweist, allein verwendet werden kann, die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A), die keine Kristallinität aufweist, und die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A), die eine Flüssigkristallinität aufweist, kombiniert werden, oder die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A), die eine Flüssigkristallinität aufweist, kann selbst verwendet werden.
Ferner weist die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) eine organische Gruppe, bei der Q₁, Q₂, Q₃ und Q₄, die mit den verbindenden Gruppen Z₁, Z₂ und Z₃ verbunden sind, als Grundgerüst auf. Die organische Gruppe ist bei der Verbesserung der Verträglichkeit zwischen der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) und der flüssigkristallinen Zusammensetzung (C) und der Erweiterung des Temperaturbereichs nützlich, in dem das flüssigkristalline Gemisch (D) eine Flüssigkristallinität zeigt (nachstehend als Flüssigkristalltemperaturbereich bezeichnet).
Ferner haben p und q, die unabhängig voneinander sind, den Wert 0 oder 1. Wenn beide den Wert 0 haben, kann die Temperatur zum Zeitpunkt des Mischens abgesenkt werden, wenn das flüssigkristalline Gemisch (D) hergestellt wird, und eine unnötige Polymerisation der polymerisierbaren Reste, die durch A₁, A₂, A₃ und A₄ dargestellt werden, kann vermindert werden.
Ferner weist die vorstehend genannte organische Gruppe eine optische Anisotropie von mindestens 0,01 auf. Es besteht eine Tendenz dahingehend, dass die optische Anisotropie hoch ist, wenn eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, oder eine Pyrimidin-2,5-diylgruppe eingesetzt wird. Es besteht eine Tendenz dahingehend, dass die optische Anisotropie niedrig ist, wenn eine 1,4-Cyclohexylengruppe eingesetzt wird. Wenn ferner die verbindenden Gruppen Z₁, Z₂ und Z₃ -C≡C- sind, kann die optische Anisotropie besonders hoch gemacht werden.
Ferner neigt die optische Anisotropie umso mehr zu einer Abnahme, je größer der von dem Grundgerüst verschiedene Rest in dem Molekül der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) ist, d. h. je größer A₁, A₂, R₁, R₂, X₁ und X₂ sind. Wie es vorstehend erwähnt worden ist, kann die optische Anisotropie gesteuert werden und der Grad der Anisotropie wird von dem Grad der Anisotropie der zu kombinierenden Flüssigkristallzusammensetzung (C) bestimmt. Wenn beispielsweise die optische Anisotropie der Flüssigkristallzusammensetzung (C) hoch ist, wird die optische Anisotropie der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) hoch gemacht. Wenn andererseits die optische Anisotropie der Flüssigkristallzusammensetzung (C) niedrig ist, wird die optische Anisotropie der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) niedrig gemacht.
Auf diese Weise wird sich die Transparenz des optischen Flüssigkristallelements ohne Anlegen einer Spannung verbessern. Ferner ist die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B) eine Verbindung, die keine solche organische Gruppe aufweist und daher einen Effekt zur Verminderung der optischen Anisotropie der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) hat. Demgemäß wird eine Verbindung unter Berücksichtigung der optischen Anisotropie der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) ausgewählt, und zwar abhängig von der Zugabemenge der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B).
Ferner dienen die verbindenden Gruppen R₁, R₂, X₁ und X₂ zum Verbinden der polymerisierbaren Gruppen A₁ und A₂ und der organischen Gruppen. Die verbindende Gruppe wird aus Gruppen mit einer Einfachbindung zwischen Atomen und einem hohen Freiheitsgrad der intermolekularen Rotation ausgewählt. Durch einen solchen Aufbau nimmt die Kollisionswahrscheinlichkeit unter den polymerisierbaren Gruppen A₁, A₂, A₃ und A₄ in dem Molekül zu und die Reaktivität nimmt zu, wodurch ein Polymer mit einer hohen Zuverlässigkeit erhalten wird.
Ferner kann durch Erhöhen der Kohlenstoffanzahl oder der Anzahl der Ethersauerstoffatome von R₁, R₂, X₁ und X₂ die Flexibilität der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung verbessert werden. Mit der Zunahme des Molekulargewichts besteht eine Tendenz dahingehend, dass die Herstellung der Verbindung und die Reinigung oder Isolierung mit hoher Reinheit schwierig sind, und folglich ist die Zunahme beschränkt.
Wie es vorstehend erläutert worden ist, verbessert die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) die Verträglichkeit mit der flüssigkristallinen Zusammensetzung (C) und stellt die optischen Eigenschaften des Flüssigkristall/Polymer-Verbunds ein. Andererseits weist ein Polymer, das aus der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) ausgebildet ist, eine niedrige Flexibilität auf und der gebildete Flüssigkristall/Polymer-Verbund weist eine kolumnare Struktur bzw. eine Säulenstruktur auf und neigt daher dazu, schlagempfindlich zu sein.
Als Flüssigkristallverbindung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, können verschiedene Flüssigkristallverbindungen, die als gebräuchliches Anzeigematerial oder als Material eines Feld-angesteuerten Anzeigeelements verwendet werden, wie z. B. ein nematischer Flüssigkristall, ein cholesterischer Flüssigkristall, ein smektischer Flüssigkristall oder ein ferroelektrischer Flüssigkristall, verwendet werden. Insbesondere können verschiedene Flüssigkristallverbindungen wie z. B. ein Biphenyltyp, ein Phenylbenzoattyp, ein Cyclohexylbenzoltyp, ein Azoxybenzoltyp, ein Azobenzoltyp, ein Azomethintyp, ein Terphenyltyp, ein Biphenylbenzoattyp, ein Cyclohexylbiphenyltyp, ein Phenylpyridintyp, ein Cyclohexylpyrimidintyp und ein Cholesterintyp genannt werden.
Die Flüssigkristallverbindung wird nicht notwendigerweise allein verwendet, sondern es können auch zwei oder mehr Typen von Flüssigkristallverbindungen kombiniert verwendet werden, und zwar entsprechend einer gebräuchlich verwendeten Flüssigkristallverbindung. Ferner ist es für den Zweck einer Anzeige durch ein elektrisches Feld bevorzugt, von den vorstehend genannten Flüssigkristallverbindungen eine Flüssigkristallverbindung mit einer negativen dielektrischen Anisotropie zu verwenden. Ferner ist es zur Verminderung der Ansteuerspannung bevorzugt, eine Flüssigkristallverbindung mit einem hohen Absolutwert der Dielektrizitätskonstante zu verwenden. Als Flüssigkristallverbindung mit einem hohen Absolutwert der dielektrischen Anisotropie wird im Hinblick auf die chemische Stabilität eine Verbindung mit einer Cyanogruppe oder einem Halogenatom wie z. B. Fluor oder Chlor als Substituent verwendet. Eine Verbindung mit einer Cyanogruppe als Substituent wird verwendet, wenn eine Verminderung der Ansteuerspannung wichtig ist, und eine Verbindung mit einem Fluoratom als Substituent wird verwendet, wenn die Zuverlässigkeit wichtig ist.
In der vorliegenden Erfindung ist es als Mischungsverhältnis der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A), der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) und der flüssigkristallinen Zusammensetzung (C) bevorzugt, dass 50 bis 94,5% der flüssigkristallinen Verbindung (C), 5 bis 45% der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) und 0,5 bis 15% der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) vorliegen. Mehr bevorzugt liegen 75 bis 90% der flüssigkristallinen Zusammensetzung (C), 5 bis 15% der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) und 0,5 bis 10% der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) vor. Wenn die Gesamtmenge der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) und der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) zu gering ist, können die Streuintensität, die Schlagfestigkeit, die Spannungsfestigkeit und die Zuverlässigkeit abnehmen.
Wenn die Gesamtmenge der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) und der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) zu groß ist, kann die Transparenz abnehmen oder die Ansteuerspannung kann zunehmen. Wenn die Menge der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) zu gering ist, sind die Flexibilität und die Harzstruktur nicht angemessen und folglich neigt die Schlagfestigkeit zur Abnahme. Wenn die Menge der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) zu groß ist, kann die Transparenz abnehmen oder der einheitliche Zustand des flüssigkristallinen Gemischs (D) kann nicht aufrechterhalten werden.
Durch eine solche Formulierung ist es wahrscheinlich, dass das Gemisch in dem Herstellungsverfahren als stabile Flüssigkristallphase kontrolliert wird. Wenn die relative Menge des polymerisierbaren Monomers größer als der vorstehend genannte Bereich ist, neigen die flüssigkristalline Zusammensetzung und das polymerisierbare Monomer dazu, einer Phasentrennung zu unterliegen, und folglich wird der vorstehend genannte Bereich vorzugsweise eingehalten.
Wenn ferner die relative Menge des polymerisierbaren Monomers groß ist, neigt die Temperatur, bei welcher das Gemisch einer Phasentrennung unterliegt, zu einem Anstieg, und die Phasenübergangstemperatur von der Flüssigkristallphase zu der isotropen Phase neigt zu einer Verminderung. Demgemäß neigt der Flüssigkristalltemperaturbereich, in dem das Gemisch eine Flüssigkristallphase zeigt, dazu, eng zu sein. Demgemäß wird der vorstehend genannte Bereich vorzugsweise eingehalten.
Das Gemisch, das die flüssigkristalline Verbindung und das polymerisierbare Monomer enthält, ist nach dem Mischen vorzugsweise eine homogene Mischlösung. Um zu ermöglichen, dass die Mischlösung eine Flüssigkristallphase zeigt, können der Typ und das Mischungsverhältnis der Verbindungen oder der Zusammensetzung optional ausgewählt werden. Die Mischlösung muss nur mindestens dann eine Flüssigkristallphase als gesamte Mischlösung zeigen, wenn die polymerisierbaren Verbindungen in einem Vorgang der Phasentrennung polymerisiert werden.
Zur Polymerisation der polymerisierbaren Monomere ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, einen Polymerisationsinitiator zu verwenden. Der Polymerisationsinitiator kann gegebenenfalls aus bekannten Polymerisationskatalysatoren ausgewählt werden und wenn ein Photopolymerisationsphasentrennungsverfahren eingesetzt wird, kann ein Photopolymerisationsinitiator, der für eine Photopolymerisation gebräuchlich verwendet wird, wie z. B. ein Benzoinethertyp, ein Acetophenontyp oder ein Phosphinoxidtyp, verwendet werden.
Im Fall einer thermischen Polymerisation kann ein thermischer Polymerisationsinitiator wie z. B. ein Peroxidtyp, ein Thioltyp, ein Amintyp oder ein Säureanhydridtyp verwendet werden, und zwar abhängig von dem Typ der Polymerisationsstelle, und gegebenenfalls kann ein Härtungshilfsmittel wie z. B. ein Amin verwendet werden.
Der Gehalt des Polymerisationsinitiators beträgt gewöhnlich 0,1 bis 20 Gewichtsteile, vorzugsweise 0,1 bis 10 Gewichtsteile, bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Gewichtsteilen der polymerisierbaren Monomere. Wenn ein Polymer (polymerisiertes Produkt) nach der Polymerisation ein hohes Molekulargewicht oder einen hohen spezifischen Widerstand haben muss, beträgt der Gehalt mehr bevorzugt 0,1 bis 5 Gewichtsteile. Wenn der Gehalt des Polymerisationsinitiators 20 Gewichtsteile übersteigt, besteht eine Tendenz dahingehend, dass die Verträglichkeit der Mischflüssigkeit beeinträchtigt wird. Wenn der Gehalt des Polymerisationsinitiators ferner kleiner als 0,1 Gewichtsteile ist, können die polymerisierbaren Monomere, die in der Mischflüssigkeit enthalten sind, nicht angemessen polymerisiert werden, und es wird keine gewünschte Phasentrennungsstruktur gebildet werden. Demgemäß ist es bevorzugt, dass der vorstehend genannte Bereich eingehalten wird. Um ferner das Kontrastverhältnis des optischen Flüssigkristallelements unter Anlegen/nicht-Anlegen eines elektrischen Felds zu verbessern, kann der Mischlösung ein bekanntes chirales Mittel zugesetzt werden.
Das erfindungsgemäße optische Flüssigkristallelement weist als essentielle Komponente einen Flüssigkristall/Polymer-Verbund auf. Der Flüssigkristall/Polymer-Verbund kann als Anzeigevorrichtung oder optische Moduliervorrichtung verwendet werden, und zwar selbst dann, wenn er nur aus den drei Komponenten der Flüssigkristallverbindung, der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) und der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) besteht.
Ferner können zum Zweck der Verbesserung des Kontrastverhältnisses oder der Stabilität verschiedene Verbindungen zugesetzt werden. Beispielsweise kann zur Verbesserung des Kontrasts ein dichroitischer Farbstoff wie z. B. eines Anthrachinontyps, eines Styryltyps, eines Azomethintyps oder eines Azotyps verwendet werden. In einem solchen Fall ist der dichroitische Farbstoff vorzugsweise grundsätzlich mit der Flüssigkristallverbindung verträglich und mit der Polymerverbindung unverträglich. Darüber hinaus kann im Hinblick auf die Verbesserung der Stabilität und der Dauerbeständigkeit auch vorzugsweise ein Antioxidationsmittel, ein Ultraviolettabsorptionsmittel oder ein Weichmacher verwendet werden.
Nachstehend wird das optische Flüssigkristallelement gemäß der zweiten Ausführungsform erläutert. Die Grundstruktur des optischen Flüssigkristallelements gemäß der zweiten Ausführungsform ist mit derjenigen des optischen Flüssigkristallelements gemäß der ersten Ausführungsform (1) identisch.
Wenn die dielektrische Anisotropie der Flüssigkristallzusammensetzung (C) positiv ist, ist die Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls vorzugsweise eine horizontale Ausrichtung. Wenn die dielektrische Anisotropie negativ ist, ist eine vertikale Ausrichtung bevorzugt. Im Fall einer horizontalen Ausrichtung können die Ausrichtungsunregelmäßigkeiten durch Reiben vermindert werden. Im Fall einer vertikalen Ausrichtung ist das Ausmaß der Ausrichtungsunregelmäßigkeiten auch ohne Reiben gering, jedoch kann ein Reiben durchgeführt werden. Im Fall des Reibens kann die Kombination von Reibwinkeln entweder parallel oder rechtwinklig sein, und der Winkel wird so eingestellt, dass das Ausmaß von Unregelmäßigkeiten, wenn die Mischflüssigkeit zwischen den Substraten sandwichartig angeordnet ist, minimal ist.
Die Dicke der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 zwischen der ersten Elektrode 3 und der zweiten Elektrode 4 wird vorzugsweise durch Abstandshalter aufrechterhalten. Das Material der einzusetzenden Abstandshalter, die Form der Abstandshalter und die Dicke der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 entsprechen denjenigen, wie sie für die erste erfindungsgemäße Ausführungsform erläutert worden sind.
Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Flüssigkristallelements erläutert. Polymerisierbare Monomere, einschließlich die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) und die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B), eine flüssigkristalline Verbindung und ein Polymerisationsinitiator werden im Vorhinein unter Bildung einer Mischlösung (nachstehend manchmal einfach als „Mischflüssigkeit„ bezeichnet) gemischt. Dann wird die Temperatur der Mischflüssigkeit erhöht, so dass sich die Mischflüssigkeit in einem einheitlich gemischten Zustand einer isotropen Phase befindet. Dann wird die Temperatur der Mischflüssigkeit vermindert, wobei bestätigt wird, dass sich die Mischflüssigkeit in einer Flüssigkristallphase befindet, um die Mischflüssigkeit einzustellen.
Dann wird die Mischflüssigkeit zwischen einem Paar aus einem ersten Substrat 1 und einem zweiten Substrat 2, die jeweils mit einer Elektrode ausgestattet sind, sandwichartig angeordnet. Als Verfahren zur Bildung der sandwichartigen Anordnung kann ein Verfahren des Beschichtens eines der Substrate mit Elektroden (wie z. B. des zweiten Substrats 2 mit der zweiten Elektrode 4) mit der Mischflüssigkeit in einer bestimmten Dicke und des Überlagerns des anderen Substrats mit einer Elektrode (wie z. B. des ersten Substrats 1 mit der ersten Elektrode 3), so dass die erste Elektrode 3 mit der Oberfläche der Mischflüssigkeit in Kontakt ist, genannt werden. Ansonsten wird die Mischflüssigkeit z. B. mit einem Vakuuminjektionsverfahren zwischen zwei Substraten, die mit Elektroden ausgestattet sind, d. h. dem ersten Substrat 1 und dem zweiten Substrat 2, injiziert und sandwichartig angeordnet.
Dann wird die Mischflüssigkeit in einem thermostatischen Zustand z. B. unter Verwendung einer thermostatisierten Kammer erwärmt bzw. erhitzt oder z. B. mit Licht oder Elektronenstrahlen bestrahlt und polymerisiert. Insbesondere ist es bevorzugt, ein Photopolymerisationsphasentrennungsverfahren durch Bestrahlen z. B. mit ultravioletten Strahlen oder sichtbaren Strahlen einzusetzen, wodurch die Temperatur während der Polymerisation einfach gesteuert werden kann.
In einem Fall, bei dem der Flüssigkristall/Polymer-Verbund durch ein Photopolymerisationsphasentrennungsverfahren aus einer Mischflüssigkeit gebildet wird, kann eine Bestrahlung mit Licht durchgeführt werden, so dass die vorgegebene Polymerisationsphasentrennung stattfindet, und die Bedingungen sind nicht speziell beschränkt. Unter normalen Herstellungsbedingungen ist eine Lichtquelle, die Licht mit einer Wellenlänge von höchstens 400 nm emittiert, bevorzugt. Beispielsweise kann eine Hochdruckquecksilberlampe, eine Niederdruckquecksilberlampe oder eine Metallhalogenidlampe verwendet werden.
Die Bedingungen der Bestrahlung mit Licht werden vorzugsweise gemäß des Typs der polymerisierbaren Monomere eingestellt. Wenn die Mischflüssigkeit direkt bestrahlt wird, beträgt die Intensität des Bestrahlungslichts vorzugsweise 1 bis 400 mW/cm² (gemessen bei einer Wellenlänge von 365 nm). Wenn die Intensität weniger als 1 mW/cm² beträgt, neigt die Phasentrennungsgeschwindigkeit zu einem niedrigen Wert und die Streuintensität neigt zur Abnahme. Wenn die Intensität 400 mW/cm² übersteigt, besteht eine Tendenz dahingehend, dass eine Zersetzung durch eine Photoreaktion stattfindet, und die Retention neigt zur Abnahme.
Die Temperatur zum Zeitpunkt der Bestrahlung wird optional im Hinblick auf den Flüssigkristalltemperaturbereich der Mischflüssigkeit ausgewählt und eingestellt. Der Flüssigkristalltemperaturbereich, in dem die Mischflüssigkeit eine Flüssigkristallphase zeigen kann, variiert abhängig von dem Typ und dem Mischungsverhältnis der Zusammensetzungen in der Mischflüssigkeit. Beispielsweise beträgt der Flüssigkristalltemperaturbereich zur Ausführung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise 10 bis 60°C, mehr bevorzugt 30 bis 50°C. Bei einer Temperatur von höchstens der verträglichen Temperatur, bei der sich die Mischflüssigkeit in einem verträglichen Zustand befindet, kann vor der Photopolymerisation eine Phasentrennung stattfinden und es kann ein Flüssigkristall/Polymer-Verbund erhalten werden, bei dem sich der Flüssigkristall in einem uneinheitlichen Zustand befindet. Wenn andererseits die Temperatur zu hoch ist, kann die Mischflüssigkeit einem Phasenübergang von einer Flüssigkristallphase zu einer isotropen Phase unterliegen und die elektrooptischen Streu/Durchlasseigenschaften des optischen Flüssigkristallelements können gegebenenfalls nicht sichergestellt werden.
Wenn die Mischflüssigkeit zur Polymerisation bestrahlt wird, ist es bevorzugt, ein Verfahren zum Bestrahlen in Luft, zum Bestrahlen in Stickstoff oder zum Bestrahlen in Wasser einzusetzen, so dass die gesamte Ebene des optischen Flüssigkristallelements 10 einer Polymerisation unter einheitlichen Bedingungen unterworfen wird (Bestrahlung, Polymerisationstemperatur).
Nachstehend wird die vorliegende Ausführungsform spezifischer unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. „Teil(e)„ in den Beispielen bezieht sich auf „Gewichtsteil(e)„.
Beispiel 1
Als Mischflüssigkeit einer Vorstufe zur Verwendung für eine Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht gemäß Beispiel 1 wurden

<1> 85 Teile eines nematischen Kristalls mit einer negativen dielektrischen Anisotropie (Tc = 102°C, Δε = –2,8, Δn = 0,21),
<2> 13 Teile einer polymerisierbaren Verbindung der vorstehenden Formel (8),
<3> 2 Teile einer polymerisierbaren Verbindung der vorstehenden Formel (7) und
<4> Benzoinisopropylether als Photopolymerisationsinitiator verwendet. Bezüglich der Menge des Photopolymerisationsinitiators wurden 3 Teile bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Teilen der photopolymerisierbaren Verbindungen <2> und <3> zugemischt.

Dann wurde die Mischflüssigkeit unter Rühren auf 90°C erhitzt, so dass sich die Mischflüssigkeit in einer isotropen Phase befand und einheitlich war, und dann wurde die Temperatur auf 60°C vermindert. Anschließend wurde bestätigt, dass sich die Mischflüssigkeit in einer Flüssigkristallphase befand und die Mischflüssigkeit wurde bei einer Temperatur gehalten, bei der eine Flüssigkristallphase gebildet wurde.
Eine Flüssigkristallzelle wurde folgendermaßen hergestellt. Als erstes wurde ein Paar von Substraten, die eine transparente Elektrode und einen auf der Elektrode ausgebildeten Polyimiddünnfilm zur vertikalen Ausrichtung umfassten, hergestellt. Dann wurde das Paar von Substraten derart gebunden, dass die auf den Substratebenen ausgebildeten Polyimiddünnfilme einander gegenüber lagen, so dass eine Flüssigkristallzelle gebildet wurde. Insbesondere wurde eine sehr geringe Menge von Harzkügelchen (Durchmesser 6 μm) ausgebreitet und auf vier Seiten der Substrate wurde ein Epoxyharz (Umfangsabdichtung), das mit einer Breite von etwa 1 mm aufgedruckt worden ist, zur Bildung einer Flüssigkristallzelle gebunden. Dann wurde die Mischflüssigkeit in die Flüssigkristallzelle injiziert.
Dann wurde die Flüssigkristallzelle in einem Zustand, bei dem die Flüssigkristallzelle bei 33°C gehalten wurde, mittels einer HgXe-Lampe mit einer Hauptwellenlänge von etwa 365 nm mit Ultraviolettstrahlen von einer Substratebenenseite des Paars der Substrate her mit 10 mW/cm² und von der anderen Substratebenenseite her mit etwa 10 mW/cm² für 10 min bestrahlt. Auf diese Weise wurde eine Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht aus der Mischflüssigkeit mittels des Polymerisationsphasentrennungsverfahrens gebildet und ein optisches Flüssigkristallelement mit Durchlass/Streueigenschaften des inversen Modus wurde erhalten.
Vergleichsbeispiel A
Im Vergleichsbeispiel A wurden als Mischflüssigkeit einer Vorstufe zur Verwendung für eine Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 80 Teile eines nematischen Kristalls mit einer negativen dielektrischen Anisotropie als das vorstehend genannte <1>, 20 Teile einer polymerisierbaren Verbindung der vorstehenden Formel (8) als das vorstehend genannte <2> und ein Photopolymerisationsinitiator als das vorstehend genannte <4> verwendet. Bezüglich der Menge des Photopolymerisationsinitiators wurden 3 Teile bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Teilen der photopolymerisierbaren Verbindung <2> zugemischt.
Dann wurde die Mischflüssigkeit unter Rühren auf 90°C erhitzt, so dass sich die Mischflüssigkeit in einer isotropen Phase befand und einheitlich war, und dann wurde die Temperatur auf 60°C vermindert. Anschließend wurde bestätigt, dass sich die Mischflüssigkeit in einer Flüssigkristallphase befand und die Mischflüssigkeit wurde bei einer Temperatur gehalten, bei der eine Flüssigkristallphase gebildet wurde. Eine Flüssigkristallzelle wurde in der gleichen Weise hergestellt, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Dann wurde die Flüssigkristallzelle, in der die Mischflüssigkeit von Vergleichsbeispiel A injiziert worden ist, in einem Zustand, bei dem die Flüssigkristallzelle bei 40°C gehalten wurde, mittels einer HgXe-Lampe mit einer Hauptwellenlänge von etwa 365 nm mit Ultraviolettstrahlen von einer Substratebenenseite des Paars der Substrate her mit 1 mW/cm² und von der anderen Substratebenenseite her mit etwa 1 mW/cm² für 10 min bestrahlt. Unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel, mit Ausnahme des Vorstehenden, wurde eine Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht mittels des Polymerisationsphasentrennungsverfahrens gebildet und ein optisches Flüssigkristallelement mit optischen Eigenschaften des inversen Modus wurde gebildet.
Rasterelektronenmikroskop-Photographie
Die 3(a) ist eine Schnittansicht, welche die Polymerform in dem optischen Flüssigkristallelement gemäß Beispiel 1 zeigt, und die 3(b) ist eine perspektivische Ansicht, welche die Polymerform in dem optischen Flüssigkristallelement gemäß des Beispiels zeigt. Ferner ist die 4(a) eine Schnittansicht, welche die Polymerform in dem optischen Flüssigkristallelement gemäß Vergleichsbeispiel A zeigt, und die 4(b) ist eine perspektivische Ansicht, welche die Polymerform in dem optischen Flüssigkristallelement gemäß des Vergleichsbeispiels zeigt.
Ein Verfahren zur Herstellung von Proben, die zur Aufnahme einer Photographie für die 3 und 4 verwendet worden sind, wird nachstehend erläutert. Für die 3(a) und 4(a) wurden die äußeren Flächen der Substrate (des ersten Substrats und des zweiten Substrats) der Zelle geritzt, die Zelle wurde in kleine Stücke von 1 cm im Quadrat geschnitten (in einer Größe von etwa 1 cm × 1 cm) und aus den kleinen Stücken wurde eine geschnittene Probe, bei der auf einer Seite die Umfangsabdichtung verblieben war, ausgewählt, etwa 2 Tage in Hexan eingetaucht und etwa einen halben Tag getrocknet, und die Schnittfläche wurde photographiert.
Für die 3(b) und 4(b) wurde die Zelle in kleine quadratische Stücke geschnitten, eine geschnittene Probe, deren vier äußere Seiten Schnittflächen waren, wurde ausgewählt, der Flüssigkristall in der Zelle wurde in der gleichen Weise ersetzt, wie es vorstehend beschrieben worden ist, und dann wurde eines der Substrate abgelöst und die Probe wurde von einer schräg nach oben gerichteten Richtung (30°) bezogen auf die Substratebene photographiert.
Zu diesem Zeitpunkt sind die kolumnaren Harze im Wesentlichen gleich auf den beiden Substraten aufgeteilt (es ist wahrscheinlich, dass die kolumnaren Harze an ihren Unterseiten geteilt werden) und folglich verbleibt etwa die Hälfte der kolumnaren Harze auf einem Substrat. Für die 3(b) und 4(b) wurden Photographien bezüglich eines Abschnitts aufgenommen, bei dem die kolumnaren Harze ihre ursprüngliche Dichte aufwiesen. Es wird angenommen, dass zu diesem Zeitpunkt die Form der kolumnaren Harze in den 3(b) und 4(b) im Wesentlichen beibehalten wird.
In den vorstehenden Beispielen wurden als die polymerisierbaren Verbindungen keine Oligomere verwendet, sondern es wurden nur die polymerisierbaren Monomere verwendet. Demgemäß ist es weniger wahrscheinlich, dass das durch die Polymerisation gebildete Polymer in Hexan quillt und die ”Struktur des Polymers” nach der Entfernung des Flüssigkristalls aus der Flüssigkristallzelle kann mit einer guten Reproduzierbarkeit untersucht werden.
Das Polymer in dem optischen Flüssigkristallelement von Beispiel 1 bildet kolumnare Harze, wie es in der 3(a) gezeigt ist. Als kolumnare Harze koexistieren Harze, deren Hauptachsenrichtungen mit der Richtung senkrecht zur Substratebene übereinstimmen, und Harze, die geneigt ausgerichtet sind. Wie es aus der 3(a) ersichtlich ist, weisen die kolumnaren Harze eine verzweigte Struktur auf. Von den kolumnaren Harzen wiesen Harze, die geneigt ausgerichtet waren, einen durchschnittlichen Neigungswinkel von etwa 25° auf. Ferner zeigt der Neigungsazimut keine Anisotropie und die Harze sind in jedem Azimut ausgerichtet. Ferner wurde die Fläche, die von den kolumnaren Harzen in der Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 auf der Ebene horizontal zu der Substratebene eingenommen wird, so gestaltet, dass sie mit zunehmendem Abstand zum jeweils nächstliegenden Substrat abnahm. Der Durchmesser der erhaltenen kolumnaren Harze betrug etwa 0,2 μm.
Das Polymer in dem optischen Flüssigkristallelement des Vergleichsbeispiels A bildet kolumnare Harze, wie es in den 4(a) und 4(b) gezeigt ist. Die Hauptachsenrichtungen der kolumnaren Harze stimmen mit der Richtung senkrecht zu der Substratebene überein.
Bewertungstest 1
Nachstehend wird ein Bewertungstest bezüglich der Schlagfestigkeit des optischen Flüssigkristallelements erläutert. Die 5 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Bewertungsvorrichtung zur Bewertung der Schlagfestigkeit des optischen Flüssigkristallelements zeigt, und die 6 ist eine Draufsicht, die schematisch die Bewertungsvorrichtung veranschaulicht. In den 5 und 6 bezeichnen das Bezugszeichen 201 ein optisches Flüssigkristallelement von etwa 10 cm im Quadrat, das Bezugszeichen 204 eine Eisenkugel, die auf das optische Flüssigkristallelement 201 durch einen freien Fall einen Schlag ausübt, und die Bezugszeichen 202 und 203 Kautschukplatten, die den Schlag von der fallenden Eisenkugel 204 in eine Auftreffwellenform umwandeln, die nahezu derjenigen entspricht, wenn ein leichter Schlag mit einer menschlichen Hand erfolgt, und das Bezugszeichen 205 bezeichnet ein Testgestell, welches das optische Flüssigkristallelement 201 und die Kautschukplatten 203 fixiert.
Als Bewertungsverfahren wird das optische Flüssigkristallelement 201 zuerst auf dem aus einem Metall hergestellten Testgestell 205 fixiert und auf die Kautschukplatten 203 gelegt, um einen im Wesentlichen der Praxis entsprechenden Installationszustand zu erhalten. Die Kautschukplatte 202 mit einer Dicke von etwa 1 mm wird auf den Mittelabschnitt des optischen Flüssigkristallelements 201 gelegt und die Eisenkugel 204, die einen Durchmesser von etwa 1 cm aufweist (wie z. B. eine Kugel für einen japanischen Flipper) wird frei fallen gelassen, so dass sie auf die Mitte der Kautschukplatte 202 fällt.
Die frei fallen gelassene Eisenkugel 204 kollidiert mit der Kautschukplatte 202 und übt einen Schlag auf diese aus und der Schlag wird auf das optische Flüssigkristallelement 201 mit einer Auftreffwellenform übertragen, die nahezu derjenigen entspricht, die erhalten wird, wenn ein leichter Schlag mit einer menschlichen Hand erfolgt. Wenn die Schlagkraft dabei die Schlagfestigkeit des optischen Flüssigkristallelements 201 übersteigt, verformt sich das Polymer, das die Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht 5 des optischen Flüssigkristallelements 201 bildet, oder die Ausrichtung des Flüssigkristalls ändert sich, und eine weiße Trübung tritt auf. Demgemäß wurde die Schlagfestigkeit des optischen Flüssigkristallelements 201 durch das Vorliegen oder das Fehlen der weißen Trübung auf dem optischen Flüssigkristallelement 201 bewertet.

Das Ausmaß der Schlagkraft durch die Eisenkugel 204 wird durch Einstellen der Höhe gesteuert, aus welcher die Eisenkugel 204 fallen gelassen wird. Das Ausmaß der aufgetretenen Schlagkraft wird durch einen Beschleunigungssensor (nicht gezeigt) gemessen und als Beschleunigung bestimmt. Die Ergebnisse der Bewertung bezüglich der optischen Flüssigkristallelemente des vorstehenden Beispiels und Vergleichsbeispiels sind in der Tabelle 1 gezeigt.

Gegenstand	Beispiel		Vergleichsbeispiel
Distanz des freien Falls der Eisenkugel (cm)	50	70	50	70
Beschleunigung (G)	500	700	500	700
Vorliegen oder Fehlen einer weißen Trübung	O	O	X	X
Anmerkung: Zur Messung der Beschieunigung wurde ein Beschleunigungssensor 710-C (Marke) verwendet, der von EMIC CORPORATION hergestellt worden ist. Das Vorliegen oder Fehlen einer weißen Trübung wurde mit einem visuellen Test beurteilt. X: weiße Trübung trat auf, O: es trat keine weiße Trübung auf.

Wie es aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, zeigte das optische Flüssigkristallelement des Beispiels eine vorteilhafte Schlagfestigkeit. Insbesondere trat bei dem optischen Flüssigkristallelement des vorliegenden Beispiels selbst dann keine weiße Trübung auf dem Anzeigeteil auf, wenn ein Schlag durch die Eisenkugel 204 ausgeübt wurde, die aus einer Höhe von 70 cm frei fallen gelassen wurde. Andererseits trat bei dem optischen Flüssigkristallelement des Vergleichsbeispiels bei einem Schlag aus einer Hohe von 50 cm eine weiße Trübung auf. Ferner wurde in dem erfindungsgemäßen Beispiel in einem Fall, der einer Beschleunigung von 1000 G entsprach (einer Distanz des freien Falls von etwa 100 cm) das Ergebnis X erhalten.
Die Schlagkraft, die auf das optische Flüssigkristallelement 201 als Testobjekt ausgeübt wird, wenn die Eisenkugel 204 aus einer Höhe von 50 cm frei fallen gelassen wird, liegt etwa auf dem gleichen Niveau wie die Schlagkraft, wenn eine Person mit ihren Fäusten auf das optische Flüssigkristallelement schlägt.
Aus den vorstehenden Ergebnissen ergibt sich, dass das optische Flüssigkristallelement des Beispiels 1 bezüglich der Schlagfestigkeit besser ist als das optische Flüssigkristallelement des Vergleichsbeispiels. Das optische Flüssigkristallelement des vorliegenden Beispiels weist eine Schlagfestigkeit auf, die derart ist, dass selbst dann, wenn eine Person mit ihren Fäusten auf den Anzeigeteil schlägt, keine weiße Trübung auftreten wird.
Beispiel 2
In diesem erfindungsgemäßen Beispiel wurden 85 Teile eines nematischen Flüssigkristalls mit einer negativen dielektrischen Anisotropie ((Tc = 98°C, Δε = –5,6, Mn = 0,220), 12,5 Teile einer Verbindung der vorstehenden Formel (8) als bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A), 2,5 Teile einer Verbindung der vorstehenden Formel (7) als bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B) und Benzoinisopropylether als Photopolymerisationsinitiator in einer Menge von 3 Teilen bezogen auf die Gesamtmenge von 100 Teilen der photopolymerisierbaren Monomere (der Verbindung der Formel (8) und der Verbindung der Formel (7)) gemischt.
Die Mischflüssigkeit wurde unter Rühren zur Umwandlung der Mischflüssigkeit in eine Flüssigkristallphase auf 90°C erhitzt, so dass sich die Mischflüssigkeit in einer isotropen Phase befand und einheitlich war, und dann wurde die Temperatur auf 60°C vermindert. Anschließend wurde bestätigt, dass sich die Mischflüssigkeit in einer Flüssigkristallphase befand und die Mischflüssigkeit wurde hergestellt.
Eine Flüssigkristallzelle wurde folgendermaßen hergestellt. Ein Paar von Substraten, die eine transparente Elektrode und einen auf der Elektrode ausgebildeten Polyimiddünnfilm zur vertikalen Ausrichtung umfassten, wurde hergestellt. Dann wurde das Paar der Substrate mittels eines Epoxyharzes (Umfangsabdichtung), das mit einer Breite von etwa 1 mm auf vier Seiten aufgedruckt worden ist, mittels einer sehr geringen Menge an ausgebreiteten Harzkügelchen (Durchmesser 6 μm) zur Bildung einer Flüssigkristallzelle derart gebunden, dass die Polyimiddünnfilme einander gegenüber lagen. Dann wurde die Mischflüssigkeit in die Flüssigkristallzelle injiziert.
Die Flüssigkristallzelle wurde in einem Zustand, bei dem die Flüssigkristallzelle bei 33°C gehalten wurde, mittels einer HgXe-Lampe mit einer Hauptwellenlänge von etwa 365 nm mit Ultraviolettstrahlen von der Oberseite her mit 10 mW/cm² und von der Unterseite her mit etwa 10 mW/cm² für 10 min bestrahlt, so dass eine Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht zwischen den Substraten mittels des Polymerisationsphasentrennungsverfahrens gebildet wurde, und ein optisches Flüssigkristallelement mit Durchlass/Streueigenschaften des inversen Modus wurde erhalten.
Vergleichsbeispiel B
In diesem Vergleichsbeispiel, das zum Vergleich mit dem vorstehenden Beispiel dient, wurde die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B) nicht zugesetzt und 80 Teile eines nematischen Flüssigkristalls mit einer negativen dielektrischen Anisotropie, 20 Teile der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) der vorstehenden Formel (7) und 1 Teil des Polymerisationsinitiators bezogen auf 100 Teile der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (der Verbindung der Formel (7)) wurden gemischt. Dann wurde eine Photopolymerisationsphasentrennung in der gleichen Weise wie im Beispiel durchgeführt, jedoch betrug die Polymerisationstemperatur 40°C, die Zeit der Bestrahlung mit Ultraviolettstrahlen betrug 10 min und die Intensität der Bestrahlung wurde auf 1 mW/cm² (Oberseite) und 1 mW/cm² (Unterseite) eingestellt, so dass eine Flüssigkristall/Polymer-Verbundschicht gebildet wurde, und es wurde ein optisches Flüssigkristallelement erzeugt, das optische Eigenschaften des inversen Modus zeigt.
Bewertungstest 2
Ein Test wurde in der gleichen Weise wie im vorstehenden Beispiel 1 durchgeführt, wobei ähnliche Ergebnisse wie im Beispiel 1 erhalten wurden.
Das erfindungsgemäße optische Element kann reversibel zwischen den beiden optischen Zuständen Durchlass/Streuung wechseln und es kann vorteilhaft z. B. für eine Flüssigkristallblende, ein Sichtschutzglas, eine Abtrennung, eine optische Hochgeschwindigkeitsblende, ein Messgerät, einen Bildschirm, zur optischen Kommunikation, für eine Vorrichtung zur Steuerung eines Lichtstrahls, als berührungsempfindliche Anzeigevorrichtung und als Armaturenbrettanzeigevorrichtung von Kraftfahrzeugen verwendet werden.
Ferner kann es vorteilhaft z. B. für ein Head-up-Display für Kraftfahrzeuge, eine Anzeigevorrichtung zur Werbung an der Kaufhausfront wie z. B. einem Schaufenster, eine Informationsanzeigevorrichtung, die in der Nähe des Informationsschalters z. B. in einem Büro, einer Anlage oder einer Ausstellungshalle aufgestellt ist, eine Informationsanzeigevorrichtung, die in der Nähe der Kasse eines Ladengeschäfts aufgestellt ist, oder eine Anzeigevorrichtung eines Spielhallen-Spielgeräts verwendet werden. Es kann vorteilhaft als optisches Flüssigkristallelement verwendet wird, das in Fahrzeugen montiert wird und bei dem eine besonders gute Schlagfestigkeit erforderlich ist. Ferner kann das erfindungsgemäße optische Flüssigkristallelement zusätzlich zu einer Anzeigevorrichtung z. B. als Beleuchtungsvorrichtung verwendet werden.

Claims

Optisches Flüssigkristallelement, umfassend ein Paar von Substraten mit Elektroden, von denen mindestens eine transparent ist, und eine elektrooptisch funktionelle Schicht, die einen Flüssigkristall und ein Polymer enthält, sandwichartig zwischen den Substraten angeordnet ist, und so gestaltet ist, dass sie durch Ändern des Ausrichtungszustands des Flüssigkristalls als Reaktion auf das Anlegen einer Spannung einen Lichtstrahl-Durchlasszustand und einen Lichtstrahl-Streuzustand zeigt, wobei das Polymer kolumnare Harze bildet, wobei als kolumnare Harze Harze, deren Hauptachsenrichtungen mit der Richtung senkrecht zu der Ebene der Substrate mit den Elektroden übereinstimmen, und Harze, die bezüglich der senkrechten Richtung geneigt sind, koexistieren, der Gehalt des Polymers in der elektrooptisch funktionellen Schicht mindestens 10 Gew.-% beträgt und die Ausrichtungsrichtung des Flüssigkristalls in dem Lichtstrahl-Durchlasszustand im Wesentlichen mit der Richtung senkrecht zur Substratebene übereinstimmt.
Optisches Flüssigkristallelement nach Anspruch 1, bei dem von den kolumnaren Harzen die Harze, die bezüglich der Richtung senkrecht zu der Ebene der Substrate mit den Elektroden geneigt sind, einen durchschnittlichen Neigungswinkel von 15 bis 50° aufweisen.
Optisches Flüssigkristallelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens ein Teil der kolumnaren Harze einen verzweigten Rest aufweist.
Optisches Flüssigkristallelement nach Anspruch 3, bei dem mindestens ein Teil der kolumnaren Harze, die einen verzweigten Rest aufweisen, mittels des verzweigten Rests mit anderen kolumnaren Harzen verbunden ist.
Optisches Flüssigkristallelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Durchmesser eines Querschnitts senkrecht zur Hauptachsenrichtung der kolumnaren Harze 0,05 bis 1 μm beträgt.
Optisches Flüssigkristallelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ie Fläche, die von den kolumnaren Harzen in der elektrooptisch funktionellen Schicht auf der Ebene horizontal zu der Ebene der Substrate mit Elektroden eingenommen wird, mit zunehmendem Abstand zum jeweils nächstliegenden Substrat mit den Elektroden im Wesentlichen abnimmt.
Optisches Flüssigkristallelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Gehalt des Polymers in der elektrooptisch funktionellen Schicht höchstens 50 Gew.-% beträgt.
Optisches Flüssigkristallelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Flüssigkristall ein nematischer Flüssigkristall ist, der eine negative dielektrische Anisotropie zeigt, und bei dem ein Ausrichtungsfilm, der den Flüssigkristall vertikal zu der Ebene der Substrate mit den Elektroden ausrichtet, auf mindestens einem der Substrate mit den Elektroden bereitgestellt ist.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements, das ein Paar von Substraten mit Elektroden, ein Paar von Ausrichtungsfilmen und eine elektrooptisch funktionelle Schicht, die einen Flüssigkristall und ein Polymer enthält, die sandwichartig zwischen den Substraten angeordnet ist, und die so angeordnet ist, dass sie mit dem Paar von Ausrichtungsfilmen in Kontakt ist, umfasst, wobei das Verfahren das Bilden eines flüssigkristallinen Gemischs (D), das mindestens einen Typ einer bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) der Formel (1), mindestens einen Typ einer bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) der Formel (2) und eine nicht-polymerisierbare flüssigkristalline Zusammensetzung (C) enthält, das Anordnen des Gemischs (D) zwischen dem Paar von Ausrichtungsfilmen, und das Polymerisieren der polymerisierbaren Verbindungen in dem Gemisch (D) in einem Zustand, bei dem das Gemisch (D) eine Flüssigkristallinität zeigt, zur Bildung eines Polymers umfasst, wobei die Formel (1) A₁-R₁-X₁(Q₃-Z₂)_p-Q₁-Z₁-Q₂-(Z₃-Q₄)_q-X₂-R₂-A₂ und die Formel (2) A₃-R₃-A₄ lautet, wobei A₁, A₂, A₃ und A₄ unabhängig voneinander jeweils eine Acryloyloxygruppe, eine Methacryloyloxygruppe, eine Vinylethergruppe, eine Vinylgruppe oder eine Glycidyl-ethergruppe sind; Q₁, Q₂, Q₃ und Q₄ unabhängig voneinander jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, eine 1,4-Cyclohexylengruppe oder eine Pyrimidin-2,5-diylgruppe sind; X₁ und X₂ unabhängig voneinander jeweils eine Einfachbindung, ein Sauerstoffatom oder eine Esterbindung sind; R₁ und R₂ unabhängig voneinander jeweils eine Einfachbindung oder eine lineare oder verzweigte C_1-20-Alkylengruppe sind, die ein oder mehrere Ethersauerstoffatom(e) zwischen Kohlenstoffatomen aufweisen kann; Z₁, Z₂ und Z₃ unabhängig voneinander jeweils eine Einfachbindung, -C(=O)-O-, -O-C(=O)-, -CH₂-CH₂-, -C≡C-, -CH₂-O-, -O-CH₂-, -CH=N- oder -N=CH- sind; R₃ eine lineare oder verzweigte C_1-50-Alkylengruppe ist, die ein oder mehrere Ethersauerstoffatom(e) zwischen Kohlenstoffatomen aufweist; und p und q unabhängig voneinander jeweils den Wert 0 oder 1 haben.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements nach Anspruch 9, bei dem die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) der Formel (1) eine Verbindung ist, welche die folgenden Bedingungen erfüllt: A₁ und A₂ sind unabhängig voneinander jeweils eine Acryloyloxygruppe, eine Methacryloyloxygruppe oder eine Vinylethergruppe; Q₁, Q₂, Q₃ und Q₄ sind unabhängig voneinander jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, oder eine 1,4-Cyclohexylengruppe; X₁ und X₂ sind unabhängig voneinander jeweils eine Einfachbindung, ein Sauerstoffatom oder eine Esterbindung; R₁ und R₂ sind unabhängig voneinander jeweils eine Einfachbindung oder eine lineare oder verzweigte C_2-20-Alkylengruppe, die ein oder mehrere Ethersauerstoffatome zwischen Kohlenstoffatomen aufweisen kann; Z₁, Z₂ und Z₃ sind unabhängig voneinander jeweils eine Einfachbindung, -C(=O)-O-, -O-C(=O)-, -CH₂-CH₂-, -C≡C-, -CH₂-O- oder -O-CH₂-; und p und q haben jeweils den Wert 0 oder eines davon hat den Wert 0 und das andere hat den Wert 1.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) der Formel (1) eine Verbindung ist, welche die folgenden Bedingungen erfüllt: A₁ und A₂ sind unabhängig voneinander jeweils eine Acryloyloxygruppe oder eine Methacryloyloxygruppe; Q₁ und Q₂ sind jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, und Q₃ und Q₄ sind unabhängig voneinander jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, oder eine 1,4-Cyclohexylengruppe; Z₁, Z₂ und Z₃ sind unabhängig voneinander jeweils eine Einfachbindung, -C(=O)-O-, -O-C(=O)-, -CH₂-CH₂- oder -C≡C-; und p und q haben jeweils den Wert 0 oder eines davon hat den Wert 0 und das andere hat den Wert 1.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements nach Anspruch 9, 10 oder 11, bei dem die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) der Formel (1) eine Verbindung ist, welche die folgenden Bedingungen erfüllt: A₁ und A₂ sind jeweils eine Acryloyloxygruppe; Q₁ und Q₂ sind jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, und Q₃ und Q₄ sind unabhängig voneinander jeweils eine 1,4-Phenylengruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, oder eine 1,4-Cyclohexylengruppe; R₁ und R₂ sind unabhängig voneinander jeweils eine lineare oder verzweigte C_2-20-Alkylengruppe; Z₁ ist eine Einfachbindung, -C(=O)-O-, -O-C(=O)-, -CH₂-CH₂- oder -C≡C-, und Z₂ und Z₃ sind jeweils eine Einfachbindung; und p und q haben jeweils den Wert 0 oder eines davon hat den Wert 0 und das andere hat den Wert 1.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, bei dem die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (B) der Formel (2) eine Verbindung ist, welche die folgenden Bedingungen erfüllt: A₃ und A₄ sind unabhängig voneinander jeweils eine Acryloyloxygruppe, eine Methacryloyloxygruppe oder eine Vinylethergruppe; und R₃ ist -R₄- oder (R₅-O)_n-R₅-, wobei R₄ eine lineare oder verzweigte C_2-20-Alkylengruppe ist, R₅ eine lineare oder verzweigte C_2-8-Alkylengruppe ist und n eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements nach Anspruch 13, bei dem R₄ eine lineare C_2-20-Alkylengruppe ist, R₅ -(CH₂)_r-, -CH₂-CH(CH₃)-, -CH₂-CH₂-CH(CH₃)- oder CH₂-CH₂-C(CH₃)₂- ist, wobei r eine ganze Zahl von 2 bis 5 ist, und n eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem die dielektrische Anisotropie der nicht-polymerisierbaren flüssigkristallinen Zusammensetzung (C) negativ ist.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements nach einem der Ansprüche 9 bis 15, bei dem die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) als einzelne Verbindung keine Flüssigkristallinität zeigt.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements nach einem der Ansprüche 9 bis 16, bei dem die bifunktionelle polymerisierbare Verbindung (A) als einzelne Verbindung bei der Temperatur zum Zeitpunkt der Polymerisation eine Flüssigkristallinität zeigt.
Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements nach einem der Ansprüche 9 bis 17, bei dem das flüssigkristalline Gemisch (D) 5 bis 30 Masse-% der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A), 0,5 bis 20 Masse-% der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B) und 50 bis 94,5 Masse-% der nicht-polymerisierbaren flüssigkristallinen Zusammensetzung (C) enthält, und das Gemisch (D) ferner 0,01 bis 20 Gewichtsteile eines Polymerisationsinitiators, auf der Basis der Gesamtmenge von 100 Gewichtsteilen der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (A) und der bifunktionellen polymerisierbaren Verbindung (B), enthält.
Optisches Flüssigkristallelement, das mit dem Verfahren zur Herstellung eines optischen Flüssigkristallelements nach einem der Ansprüche 9 bis 18 hergestellt worden ist.