JP2006299084A - 重合体とキラリティーを有する液晶とからなる複合体 - Google Patents
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Abstract
液晶含有率が高く、高透明性および等方性であり、広い温度範囲で大きな電気複屈折値ΔnEを示す重合体/液晶複合体および該複合体を含有する光素子、たとえば液晶表示素
子を提供すること。
【解決手段】
本発明に係る重合体/液晶複合体は、(A)イオン重合によって得られた重合体と、(B)カイラルネマチック相またはブルー相を示す液晶とを含有し、電界をかけない時には光学的に等方性であり、電界をかけた時には複屈折を生じることを特徴とする。重合体(A)は、液晶性および/または非液晶性のイオン重合性モノマーを用いて、カチオン重合によって得ることが好ましい。液晶(B)は、キラリティーを有しない液晶70〜99重量%と、光学活性な化合物1〜30重量%とを含み、重合体/液晶複合体における含有率が70〜99重量%の範囲であることが好ましい。
【選択図】 なし
Description
効果を示す材料ではΔnE=KλE2が成立する(K:カー係数、λ:波長)。液晶の等方相においてもカー効果が観測され、ネマチック相(カイラルネマチック相)−等方相転移温度直上において、大きなカー係数が観測される。
(Δε)の積に比例することが記載されている。したがって、液晶表示素子が十分な明暗を示すためには、大きな電気複屈折値ΔnEが必要であることから、ΔnおよびΔεが大
きな液晶組成物を使用することが好ましい。
供することにある。
[3]前記重合体(A)がアニオン重合によって得られたことを特徴とする[1]に記載の重合体/液晶複合体。
[5]前記重合体(A)が、液晶性のイオン重合性モノマーを用いて得られたことを特徴とする[1]に記載の重合体/液晶複合体。
[7]前記非液晶性のイオン重合性モノマーが、スチレン、スチレン誘導体、アクリロニトリル、アクリレート、シアノアクリレート、ビニルケトン、1,3−ジエン、イソプレン、イソシアネート、イソチオシアネート、ホルムアルデヒド、オキシラン、エチレンイミン、チイラン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ブタンジオールホルマール、トリオキサン、ラクタム、ラクトン、ベンゾフラン、インデン、ジシクロペンタジエン、N−カルボキシ無水物、ビニルエーテルおよびオキセタンからなる群より選ばれる少なくとも1種の骨格を重合性官能基として含有することを特徴とする[4]または[6]に記載の重合体/液晶複合体。
[10] 前記液晶性のイオン重合性モノマーが、下記式(M1)または(M2)で表されることを特徴とする[5]または[6]に記載の重合体/液晶複合体。
Ra−Y−(A−Z)p−A−Y−Rb ・・・(M1)
Rb−Y−(A−Z)p−A−Y−Rb ・・・(M2)
式(M1)および(M2)中、Raは、水素原子、ハロゲン原子、−CN、−N=C=
O、−N=C=Sまたは炭素数1〜20のアルキル基であり、該アルキル基において、任意の−CH2−は、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CH=CH
−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、また、任意の水素原子は、ハロゲン原子または−CNで置き換えられてもよく;Rbは、下記式(M3−1)〜(
M3−4)のいずれかで表される重合性基であり;Aは、独立に芳香族性もしくは非芳香族性の5〜6員環または炭素数9以上の縮合環であり、該環において、任意の−CH2−
は、−O−、−S−、−NH−または−NCH3−で置き換わってもよく、任意の−CH
=は−N=で置き換わってもよく、任意の水素原子は、ハロゲン原子または炭素数1〜5のアルキル基もしくはハロゲン化アルキル基で置き換わってもよく;Yは、独立に単結合または炭素数1〜20のアルキレン基であり、該アルキレン基において任意の−CH2−
は、−O−、−S−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−または−OCO−で置き換えられてもよく;Zは、独立に単結合、−(CH2)2−、−(CH2)4−、−O(CH
2)2−、−(CH2)2O−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−(CF2)2−、−(CH2)2−COO−、−OCO−(CH2)2−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−C≡C−COO−、−OCO−C≡C−、−CH=CH−(CH2)2−、−(CH2)2−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−CH=CH−、−CH=CH−C≡C−、−OCF2−(CH2)2−、−(CH2)2−CF2O−、−OCF2−または−CF2O−であり;pは1〜6の整数である。
5のアルキル基であり、該アルキル基において任意の水素原子は、ハロゲン原子で置き換えられてもよい。
21のアルケニル基または炭素数2〜21のアルキニル基であり;Aが、独立に1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−メチル−1,4−フェニレン、2−トリフルオロメチル−1,4−フェニレン、2,3−ビス(トリフルオロメチル)−1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、9−メチルフルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイルまたはピリミジン−2,5−ジイルであり;
Yが、独立に単結合、−(CH2)r−、−O(CH2)r−または−(CH2)rO−(rは1〜20の整数)であり;Zが、独立に単結合、−(CH2)2−、−COO−、−OCO−、−(CH2)2−COO−、−OCO−(CH2)2−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−OCF2−または−CF2O−であり;pが1〜3の整数であることを特徴とする[10]に記載の重合体/液晶複合体。
[14]前記キラリティーを有しない液晶(b1)が、0.20以上のΔnを有することを特徴とする[12]に記載の重合体/液晶複合体。
[16]前記キラリティーを有しない液晶(b1)が、下記式(N1)で表される化合物の少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項12に記載の重合体/液晶複合体。
式(N1)中、A0は、独立に芳香族性もしくは非芳香族性の3〜8員環または炭素数
9以上の縮合環であり、該環において、任意の水素原子が、ハロゲン原子または炭素数1〜3のアルキル基もしくはハロゲン化アルキル基で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は、−O−、−S−または−NH−で置き換えられてもよく、任意の−CH=は−N
=で置き換えられてもよく;R0は、独立に水素原子、ハロゲン原子、−CN、−N=C
=O、−N=C=Sまたは炭素数1〜20のアルキル基であり、該アルキル基において、任意の−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−C
F=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、また、任意の水素原子はハロゲン原子で置き換えられてもよく;Z0は、独立に単結合、炭素数1〜8のα,ω−アルキレ
ン基であり、該アルキレン基において、任意の−CH2−は、−O−、−S−、−COO
−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、また、任意の水素原子はハロゲン原子で置き換えられてもよく;wは2〜4の整数である。
ニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−メチル−1,4−フェニレン、2−トリフルオロメチル−1,4−フェニレン、2,3−ビス(トリフルオロメチル)−1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、9−メチルフルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイルまたはピリミジン−2,5−ジイルであり;R0が、独立に水素原子、フッ
素原子、塩素原子、炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルコキシ基、−CN、−N=C=Oまたは−N=C=Sであり、少なくとも一方の末端置換基が非極性基であり、他方の末端置換基が、−CN、−N=C=O、−N=C=S、ハロゲン化アルキル基またはハロゲン化アルコキシ基であり;Z0が、独立
に単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=CH−C≡C−または−C≡C−CH=CH−であることを特徴とする[16]に記載の重合体/液晶複合体。
[20]10V/μmの電界をかけた時に複屈折を生じることを特徴とする[1]に記載の重合体/液晶複合体。
い液晶70〜99重量%と、(b2)光学活性な化合物1〜30重量%とを含み、該キラリティーを有しない液晶(b1)が、0.20以上のΔnを有し、かつ、正のΔεを有し、該重合体(A)が、スチレン、スチレン誘導体、アクリロニトリル、アクリレート、シアノアクリレート、ビニルケトン、1,3−ジエン、イソプレン、イソシアネート、イソチオシアネート、ホルムアルデヒド、オキシラン、エチレンイミン、チイラン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ブタンジオールホルマール、トリオキサン、ラクタム、ラクトン、ベンゾフラン、インデン、ジシクロペンタジエン、N−カルボキシ無水物、ビニルエーテルおよびオキシランからなる群より選ばれる少なくとも1種の骨格を重合性官能基として含有する非液晶性のイオン重合性モノマーを用いて得られた重合体であり、電界をかけない時には光学的に等方性であり、10V/μmの電界をかけた時に複屈折を生じることを特徴とする重合体/液晶複合体。
[24]上記[1]〜[22]のいずれかに記載の重合体/液晶複合体を含むことを特徴とする液晶表示素子。
「液晶性」は、液晶相を有すること、および液晶相を有しないが液晶組成物の成分として有用なことの総称である。液晶性化合物、液晶組成物、液晶表示素子をそれぞれ化合物、組成物、素子と表記することがある。式(1)、式(2)などで表わされる化合物を、それぞれ化合物(1)、化合物(2)などのように表記することがある。また、「イオン重合性」は、アニオン重合またはカチオン重合で高分子を与える能力を示す。
を一例で示す。C4H9−における任意の−CH2−を、−O−または−CH=CH−で置
き換えた基の一部は、C3H7O−、CH3O(CH2)2−、CH3OCH2O−、CH2=CH(CH−CH2−)3−、CH3CH=CH(CH2)2−およびCH3CH=CHCH2O
−である。このように「任意の」とは、「区別なく選択された少なくとも1つの」を意味
する。化学的安定性を考慮した場合、酸素原子と酸素原子とが隣接したCH3OOCH2−よりも、酸素原子と酸素原子とが隣接しないCH3OCH2O−の方が好ましい。本発明で用いられる化合物は、2H(重水素)や13Cなどの同位体を天然存在比の量よりも多く含
んでいても同様の特性を有する。
本発明の複合体を構成する重合体(A)は、イオン重合、具体的にはカチオン重合またはアニオン重合によって合成される。イオン重合により合成することにより、ラジカル重合において見られたような液晶によるリビング重合の阻害を引き起こさず、高い重合度を有する重合体を得ることができる。そのため、小さくかつ均一な相関長を有する複合体を製造することができ、電界をかけない時には高い透明性が得られ、電界をかけた時には大きなカー係数および大きな複屈折値が得られる。また、得られる複合体は、高分子網により充分に支持されるので、低温でも安定した擬似等方相を保持することができ、さらに、機械的強度が向上する。
非液晶性のカチオン重合性モノマーおよびアニオン重合性モノマーとしては、電子求引性置換基を含むものが好ましい。具体的には、下記式(1−1)〜(1−26)に示したスチレン(1−1)、スチレン誘導体(1−2)、アクリロニトリル(1−3)、アクリレート(1−4)、シアノアクリレート(1−5)、ビニルケトン(1−6)、1,3−ジエン(1−7)、イソプレン(1−8)、イソシアネート(1−9)、イソチオシアネート(1−10)、アルデヒド(1−11)、オキシラン(1−12)、エチレンイミン(1−13)、チイラン(1−14)、テトラヒドロフラン(1−15)、1,3−ジオキソラン(1−16)、ブタンジオールホルマール(1−17)、トリオキサン(1−18)、ラクタム(1−19)、ラクトン(1−20)、ベンゾフラン(1−21)、インデン(1−22)、ジシクロペンタジエン(1−23)、N−カルボキシ無水物(1−24)、ビニルエーテル(1−25)およびオキセタン(1−26)からなる群より選ばれる少なくとも1種の骨格を重合性官能基として含有するイオン重合性モノマーが挙げられる。
1〜20のアルキル基であり、該アルキル基において、任意の−CH2−は、−O−、−
S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、また、任意の水素原子は、ハロゲン原子または−CNで置き換えられてもよい。
キル基、炭素数1〜19のアルコキシ基、炭素数2〜21のアルケニルおよび炭素数2〜21のアルキニル基である。特に好ましいRaは、−CN、炭素数1〜20のアルキル基
および炭素数1〜19のアルコキシ基である。なお、アルキル基およびアルケニル基は、分岐状よりも直鎖状の方が好ましい。
(M3−1)〜(M3−4)中、Rdは、水素原子、ハロゲン原子または炭素数1〜5の
アルキル基であり、該アルキル基において任意の水素原子は、ハロゲン原子で置き換えられてもよい。好ましいRdは、水素原子、ハロゲン原子およびメチル基である。特に好ま
しいRdは、水素原子、フッ素原子およびメチル基である。
の観点から、Aは、1,4−フェニレン、ピリジン−2,5−ジイル、ピリミジン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、9−メチルフルオレン−2,7−ジイルおよび9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイルが好ましく、これらはハロゲン原子、アルキル基またはハロゲン化アルキル基で置換されていてもよい。
たは−OCO−で置き換えられてもよい。好ましいYは、単結合、−(CH2)r−、−O(CH2)r−および−(CH2)rO−であり、rが1〜20の整数である。特に好ましいYは、単結合、−(CH2)r−、−O(CH2)r−および−(CH2)rO−であり、rが1〜10の整数である。
は−CF2O−である。
2)中で定義したとおりである。環Aはシクロヘキサン環またはベンゼン環を示す。Fがベンゼン環に結合した1,4−フェニレンは、任意の水素原子がフッ素原子で置き換えられた1,4−フェニレンを意味する。(F)がベンゼン環に結合した1,4−フェニレンは、任意の水素原子がフッ素原子で置き換えられてもよい1,4−フェニレンを意味する。(F,Me)がベンゼン環に結合した1,4−フェニレンは、任意の水素原子がフッ素原子またはメチル基で置き換えられてもよい1,4−フェニレンを意味する。(Me)が9位に結合したフルオレンは、9位の水素原子がメチル基で置き換えられてもよいフルオレンを意味する。
本発明では、光重合によって系内で重合体(A)を製造することが好ましい。この観点から、工業的にはアニオン重合に比べカチオン重合がより好ましい。液晶(B)に溶解させた上記原料モノマーをカチオン重合またはアニオン重合でリビング重合することにより、重合体/液晶複合体が得られる。
ジアリールヨードニウム塩としては、ジフェニルヨードニウム塩や4−メトキシフェニルフェニルヨードニウム塩などが挙げられる。カウンターアニオンは、BF4 -、PF6 -、AsF6 -、SbF6 -、CF3SO3 -、CF3CO2 -、p−トルエンスルホン酸イオンなどである。ジアリールヨードニウム塩に、チオキサントン、フェノチアジン、クロロチオキサントン、キサントン、アントラセン、ジフェニルアントラセン、ルブレンなどの光増感剤を併用してもよい。
タレンなどが挙げられる。
本発明の複合体を構成する液晶(B)は、(b1)キラリティーを有しない液晶を70〜99重量%、好ましくは75〜95重量%、より好ましくは80〜95重量%の範囲で、(b2)光学活性な化合物を1〜30重量%、好ましくは5〜25重量%、より好ましくは5〜20重量%の範囲で含む混合物であり、該キラリティーを有しない液晶(b1)は、ネマチック相を示す。
本発明で用いられるキラリティーを有しない液晶(b1)としては、公知の液晶化合物を用いることができ、その化学構造および製造方法は、データベース「LiqCryst」(登録商標、LCI Publisher, Hamburg, Germany)およびそれに掲載されている参照文献等に記
載されている。また、フーベン・バイル(Houben-Wyle, Methoden der Organische Chemie, Georg-Thieme Verlag, Stuttgart)、オーガニック・シンセセス(John & Wily & Sons, Inc.)、オーガニック・リアクションズ(John & Wily & Sons, Inc.)、コンプリヘ
ンシブ・オーガニック・シンセシス(Pergamon Press)等に記載された有機合成化学的手法を適宜組み合わせて製造することもできる。
であり、該環において、任意の水素原子が、ハロゲン原子または炭素数1〜3のアルキル基もしくはハロゲン化アルキルで置き換えられてもよく、任意の−CH2−は、−O−、
−S−または−NH−で置き換えられてもよく、任意の−CH=は−N=で置き換えられてもよい。
,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−メチル−1,4−フェニレン、2−トリフルオロメチル−1,4−フェニレン、2,3−ビス(トリフルオロメチル)−1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、9−メチルフルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイルまたはピリミジン−2,5−ジイルである。なお、1,4−シクロへキシレンおよび1,3−ジオキサン−2,5−ジイルの立体配置はトランス型が好ましい。
炭素数1〜20のアルキル基であり、該アルキル基において、任意の−CH2−は、−O
−、−S−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、また、任意の水素原子はハロゲン原子で置き換えられてもよい。
ルコキシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルコキシ基、−CN、−N=C=Oおよび−N=C=Sである。また、少なくとも一方の末端置換基は、高い液晶性を発現させるために、非極性基であることが好ましく、他方の末端置換基は、大きなΔεおよびΔnが得られることから、−CN、−N=C=O、−N=C=S、ハロゲン化アルキル基またはハロゲン化アルコキシ基であることが好ましい。
において、任意の−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CH=C
H−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、また、任意の水素原子はハロゲン原子で置き換えられてもよい。好ましいZ0は、ΔnおよびΔεを大きくでき
ることから、不飽和結合を有する基、具体的には、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=CH−C≡C−および−C≡C−CH=CH−である。
おいて、任意の−CH2−は−O−または−CH=CH−で置き換えられてもよく、任意
の水素原子はフッ素原子で置き換えられてもよい。好ましいR1は、炭素数1〜10のア
ルキル基、アルコキシ基、炭素数2〜10のアルケニル基、アルキニル基である。
−CF3、−CHF2、−CH2F、−OCF2CHF2、−OCHF3または−OCF2CH
FCF3であり、L1およびL2は、独立に水素原子またはフッ素原子である。
−または−CH2O−である。好ましいZ1およびZ2は、単結合、−(CH2)2−、−C
OO−、−(C≡C)1,2,3−、−CF2O−、−OCF2−、−CH=CH−または−C
H2O−である。特に好ましいZ1およびZ2は、大きなΔnおよびΔεが得られることか
ら、−COO−、−(C≡C)1,2,3−、−CF2O−および−CH=CH−である。
えられてもよく、任意の水素原子はフッ素原子で置き換えられてもよい。好ましいR2お
よびR3は、炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシ基、炭素数2〜10のアルケニル
基、アルキニル基である。
素原子で置き換えられてもよい1,4−フェニレンであり、環Kは1,4−シクロヘキシレン、ピリミジン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイル、任意の水素原子がフッ素原子で置き換えられてもよいナフタレン−2,6−ジイルまたは1,4−フェニレンである。環Gおよび環Kは、大きなΔnおよびΔεが得られることから、液晶性を損なわない範囲で芳香環であることが好ましい。
−または−CH=CH−COO−である。好ましいZ3およびZ4は、単結合、−CF2O
−、−(C≡C)1,2,3−、−CH=CH−および−CH=CH−COO−である。
−N=C=Sであり、L3、L4およびL5は、独立に水素原子またはフッ素原子であり、
a、b、c、dおよびeは、独立に0または1である。
れてもよく、任意の水素原子はフッ素原子で置き換えられてもよく、R5はフッ素原子で
あってもよい。好ましいR4およびR5は、炭素数1〜10のアルキル基、アルコキシ基、炭素数2〜10のアルケニル基、アルキニル基である。
素原子またはフッ素原子であり、L6およびL7の少なくとも一つはフッ素原子であり、fおよびgは、独立に0、1または2であり、かつ、f+gは0ではない。
H−または−C≡C−で置き換えられてもよく、任意の水素原子はフッ素原子で置き換えられてもよい。
、−CH=CH−C≡C−、−C≡C−CH=CH−C≡C−、−CH2O−、−COO
−、−(CH2)2−または−CH=CH−である。
)〜(N12)中で定義したとおりである。
ことで、目的の物性を有する化合物(N1)〜(N15)を得ることができる。
Δnをより大きくすることが好ましい。
本発明で用いられる光学活性な化合物(b2)としては、HTPが大きな光学活性化合物であれば、特に制限されずに用いることができるが、キラリティーを有しない液晶への溶解性が良好なことから、軸不斉化合物が好ましい。特に、1,2−ジフェニルエタン−1,2−ジオール誘導体(1’)、マンニトール誘導体(2’)、酒石酸誘導体(3’)ならびにビナフトール誘導体(4’)および(5’)が好ましい。原料の入手のしやすさおよび合成の簡便さを考慮すれば、化合物(1’)、(3’)〜(5’)の不斉炭素が結合したベンゼン環もしくはナフタレン環は非置換でよいが、該環上の水素原子がアルキル基や液晶性メソゲンで置き換わっていても何ら差し支えない。
コキシ基を示し、重合性基を含んでもよい。
化合物(1’): WO02/40614号
化合物(2’): WO98/00428号、EP1,273,585号
化合物(3’): WO02/06265号
化合物(4’): DE3604901号、WO02/06195号
化合物(5’): WO02/034739号、WO02/094805号
<重合体/液晶複合体>
本発明の複合体における上記液晶(B)の含有率は70〜99重量%、好ましくは80〜99重量%、より好ましくは85〜95重量%の範囲である。液晶(B)の含有率は、擬似等方性を保持できる範囲であれば、大きなΔnEを与えるために高含有率であること
が好ましい。本発明によれば、キラリティーを有する液晶(B)を用いることにより、高い液晶含有率においても擬似等方性を発現する複合体を製造できるため、大きなΔnEお
よびカー係数Kを得ることができる。
以上、好ましくは1×10-9mV-2以上であり、得られる電気複屈折値ΔnEは0.05
以上であるとともに、温度差10℃におけるカー係数Kの比が1.5以下である領域が存在する。カー係数Kが大きいということは、低電圧で屈折率の変化が可能であることを意味する。また、温度差10℃でのカー係数Kの比が1.5以下であることは、電気複屈折の温度特性が穏やかであり広い温度範囲にわたって安定していることを意味し、光素子の設計上有意義である。
て適宜工夫して構成され、特に限定されるものではないが、好ましい態様の例を以下に説明する。
光交換機においては、光の進行方向を制御する液晶ホログラム素子として本発明の複合体が用いられ、光学系、液晶ホログラム素子、光デバイスアレイを順次配設し、機能素子間の光接続を切り替えるための部品として機能する。
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例等において、化合物の割合(百分率)は、組成物の全重量に基づいた重量百分率(重量%)である。また、液晶の物性値の測定は、日本電子機械工業規格(Standard of Electronic Industries Association of Japan)、EIAJ・ED−2521Aの方法またはこれを修飾した方法に従い、以下のようにして行った。
液晶の相転移温度は、偏光顕微鏡を備えた融点測定装置のホットプレートに試料を置き、1℃/分の速度で加熱および冷却して測定した。顕微鏡視野中の試料の一部が相転移したときの温度を相転移温度とし、相転移が不鮮明な場合には、DSCを併用して相転移温度を決定した。C、N、Ch、BPおよびIは、それぞれ結晶、ネマチック相、コレステリック相(カイラルネマチック相)、ブルー相および等方相を意味する。
光学異方性(屈折率異方性値Δn)および屈折率は、波長589nmの光によりアッベ屈折計を用いて、25℃で測定した。
1)誘電率異方性が正である液晶組成物
2枚のガラス基板の間隔(ギャップ)が約9μm、ツイスト角が80度の液晶セルに試料を入れた。このセルに20ボルトを印加して、液晶分子の長軸方向における誘電率(ε‖)を25℃で測定した。また、前記セルに0.5ボルトを印加して、液晶分子の短軸方向における誘電率(ε⊥)を25℃で測定した。誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥、の式から算出した。
ホメオトロピック配向に処理した液晶セルに試料を入れ、0.5ボルトを印加して誘電率(ε‖)を25℃で測定した。また、ホモジニアス配向に処理した液晶セルに試料を入れ、0.5ボルトを印加して誘電率(ε⊥)を25℃で測定した。誘電率異方性の値は、Δε=ε‖−ε⊥、の式から算出した。
下記組成(1)からなるネマチック液晶組成物(1)(NI=168.8℃、Δn=0.229、Δε=9.2)を調製した。この組成物(1)88%と、光学活性な化合物としてカイラル化合物「ZLI−4572」(メルク社製)12%とを混合したキラリティーを有する液晶組成物A−1を得た。
キシ]ベンゼン(7.12%)および光重合開始剤として下記式(I−1)で表される化
合物(0.4%)を混合した液晶組成物A−2を調製した。化合物(M2−6−1)は、英国特許公報GB2338240号の方法に従い製造した。
ネマチック液晶組成物(1)の代わりに下記組成(2)からなるネマチック液晶組成物(2)(NI=67.5℃、Δn=0.262、Δε=14.5)を用いて、実施例1と同様にして液晶表示素子を作製した。電界をかけたこと・かけないことによって明暗が得られた。
ネマチック液晶組成物(1)の代わりに下記組成(3)からなるネマチック液晶組成物(3)(NI=73.4℃、Δn=0.198、Δε=−3.5)を用いて、実施例1と同様にして液晶表示素子を作製した。電界をかけたこと・かけないことによって明暗が得られた。
本発明で用いることができる他のネマチック液晶組成物として、たとえば、下記組成(4)からなるネマチック液晶組成物などが挙げられる。
Claims (24)
- (A)イオン重合によって得られた重合体と、(B)カイラルネマチック相またはブルー相を示す液晶とを含有し、電界をかけていない時には光学的に等方性であり、電界をかけた時には複屈折を生じることを特徴とする重合体/液晶複合体。
- 前記重合体(A)がカチオン重合によって得られたことを特徴とする請求項1に記載の重合体/液晶複合体。
- 前記重合体(A)がアニオン重合によって得られたことを特徴とする請求項1に記載の重合体/液晶複合体。
- 前記重合体(A)が、非液晶性のイオン重合性モノマーを用いて得られたことを特徴とする請求項1に記載の重合体/液晶複合体。
- 前記重合体(A)が、液晶性のイオン重合性モノマーを用いて得られたことを特徴とする請求項1に記載の重合体/液晶複合体。
- 前記重合体(A)が、非液晶性のイオン重合性モノマーと、液晶性のイオン重合性モノマーとを用いて得られたことを特徴とする請求項1に記載の重合体/液晶複合体。
- 前記非液晶性のイオン重合性モノマーが、スチレン、スチレン誘導体、アクリロニトリル、アクリレート、シアノアクリレート、ビニルケトン、1,3−ジエン、イソプレン、イソシアネート、イソチオシアネート、ホルムアルデヒド、オキシラン、エチレンイミン、チイラン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ブタンジオールホルマール、トリオキサン、ラクタム、ラクトン、ベンゾフラン、インデン、ジシクロペンタジエン、N−カルボキシ無水物、ビニルエーテルおよびオキセタンからなる群より選ばれる少なくとも1種の骨格を重合性官能基として含有することを特徴とする請求項4または6に記載の重合体/液晶複合体。
- 前記非液晶性のイオン重合性モノマーが、オキシランもしくはオキセタン骨格を重合性官能基として含有することを特徴とする請求項4または6に記載の重合体/液晶複合体。
- 前記液晶性のイオン重合性モノマーが、下記式(M1)または(M2)で表されることを特徴とする請求項5または6に記載の重合体/液晶複合体。
Ra−Y−(A−Z)p−A−Y−Rb ・・・(M1)
Rb−Y−(A−Z)p−A−Y−Rb ・・・(M2)
[式(M1)および(M2)中、
Raは、水素原子、ハロゲン原子、−CN、−N=C=O、−N=C=Sまたは炭素数1
〜20のアルキル基であり、
該アルキル基において、任意の−CH2−は、−O−、−S−、−CO−、−COO−、
−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、また、任意の水素原子は、ハロゲン原子または−CNで置き換えられてもよく;
Rbは、下記式(M3−1)〜(M3−4)のいずれかで表される重合性基であり;
Aは、独立に芳香族性もしくは非芳香族性の5〜6員環または炭素数9以上の縮合環であり、
該環において、任意の−CH2−は、−O−、−S−、−NH−または−NCH3−で置き換わってもよく、任意の−CH=は−N=で置き換わってもよく、任意の水素原子は、ハロゲン原子または炭素数1〜5のアルキル基もしくはハロゲン化アルキル基で置き換わってもよく;
Yは、独立に単結合または炭素数1〜20のアルキレン基であり、
該アルキレン基において任意の−CH2−は、−O−、−S−、−CH=CH−、−C≡
C−、−COO−または−OCO−で置き換えられてもよく;
Zは、独立に単結合、−(CH2)2−、−(CH2)4−、−O(CH2)2−、−(CH2
)2O−、−CH=CH−、−C≡C−、−COO−、−OCO−、−(CF2)2−、−
(CH2)2−COO−、−OCO−(CH2)2−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−C≡C−COO−、−OCO−C≡C−、−CH=CH−(CH2)2−、−(CH2)2−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−CH=CH−、−CH=CH−C≡C−、−OCF2−(CH2)2−、−(CH2)2−CF2O−、−OCF2−また
は−CF2O−であり;
pは1〜6の整数である。]
5のアルキル基であり、該アルキル基において任意の水素原子は、ハロゲン原子で置き換えられてもよい。] - 前記式(M1)および(M2)中、
Raが、ハロゲン原子、−CN、−CF3、−OCF3、炭素数1〜20のアルキル基、炭
素数1〜19のアルコキシ基、炭素数2〜21のアルケニル基または炭素数2〜21のアルキニル基であり;
Aが、独立に1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−メチル−1,4−フェニレン、2−トリフルオロメチル−1,4−フェニレン、2,3−ビス(トリフルオロメチル)−1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、9−メチルフルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイルまたはピリミジン−2,5−ジイルであり;
Yが、独立に単結合、−(CH2)r−、−O(CH2)r−または−(CH2)rO−(rは1〜20の整数)であり;
Zが、独立に単結合、−(CH2)2−、−COO−、−OCO−、−(CH2)2−COO−、−OCO−(CH2)2−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−OCF2−または−CF2O−であり;
pが1〜3の整数であること
を特徴とする請求項10に記載の重合体/液晶複合体。 - 前記液晶(B)が、(b1)キラリティーを有しない液晶70〜99重量%と、(b2)光学活性な化合物1〜30重量%とを含み、該キラリティーを有しない液晶(b1)がネマチック相を示すことを特徴とする請求項1に記載の重合体/液晶複合体。
- 前記キラリティーを有しない液晶(b1)が、0.18以上の屈折率異方性値(Δn)を有することを特徴とする請求項12に記載の重合体/液晶複合体。
- 前記キラリティーを有しない液晶(b1)が、0.20以上のΔnを有することを特徴とする請求項12に記載の重合体/液晶複合体。
- 前記キラリティーを有しない液晶(b1)が、0.20以上のΔnを有し、かつ、正の誘電率異方性(Δε)を有することを特徴とする請求項12に記載の重合体/液晶複合体。
- 前記キラリティーを有しない液晶(b1)が、下記式(N1)で表される化合物の少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項12に記載の重合体/液晶複合体。
R0−(A0−Z0)w−A0−R0 ・・・(N1)
[式(N1)中、
A0は、独立に芳香族性もしくは非芳香族性の3〜8員環または炭素数9以上の縮合環で
あり、該環において、任意の水素原子が、ハロゲン原子または炭素数1〜3のアルキル基もしくはハロゲン化アルキル基で置き換えられてもよく、任意の−CH2−は、−O−、
−S−または−NH−で置き換えられてもよく、任意の−CH=は−N=で置き換えられてもよく;
R0は、独立に水素原子、ハロゲン原子、−CN、−N=C=O、−N=C=Sまたは炭
素数1〜20のアルキル基であり、
該アルキル基において、任意の−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、−OCO−
、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、また、任意の水素原子はハロゲン原子で置き換えられてもよく;
Z0は、独立に単結合、炭素数1〜8のα,ω−アルキレン基であり、
該アルキレン基において、任意の−CH2−は、−O−、−S−、−COO−、−OCO
−、−CH=CH−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられてもよく、また、任意の水素原子はハロゲン原子で置き換えられてもよく;
wは2〜4の整数である。] - 前記式(N1)中、
A0が、独立に1,4−シクロヘキシレン、1,4−フェニレン、2−フルオロ−1,4
−フェニレン、2,3−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,5−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2,6−ジフルオロ−1,4−フェニレン、2−メチル−1,4−フェニレン、2−トリフルオロメチル−1,4−フェニレン、2,3−ビス(トリフルオロメチル)−1,4−フェニレン、ナフタレン−2,6−ジイル、フルオレン−2,7−ジイル、9−メチルフルオレン−2,7−ジイル、9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイル、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル、ピリジン−2,5−ジイルまたはピリミジン−2,5−ジイルであり;
R0が、独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、炭素数1〜10のアルキル基、アルコ
キシ基、ハロゲン化アルキル基、ハロゲン化アルコキシ基、−CN、−N=C=Oまたは−N=C=Sであり、
少なくとも一方の末端置換基が非極性基であり、他方の末端置換基が、−CN、−N=C=O、−N=C=S、ハロゲン化アルキル基またはハロゲン化アルコキシ基であり;
Z0が、独立に単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=CH−C≡C−または−
C≡C−CH=CH−であること
を特徴とする請求項16に記載の重合体/液晶複合体。 - 前記光学活性な化合物(b2)が、1,2−ジフェニルエタン−1,2−ジオール誘導体、マンニトール誘導体、酒石酸誘導体およびビナフトール誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項12に記載の重合体/液晶複合体。
- 前記液晶(B)の含有率が70〜99重量%であることを特徴とする請求項1に記載の
重合体/液晶複合体。 - 10V/μmの電界をかけた時に複屈折を生じることを特徴とする請求項1に記載の重合体/液晶複合体。
- (A)カチオン重合によって得られた重合体と、(B)カイラルネマチック相またはブルー相を示す液晶とを含有し、
該液晶(B)が、(b1)キラリティーを有しない液晶70〜99重量%と、(b2)光学活性な化合物1〜30重量%とを含み、
該キラリティーを有しない液晶(b1)が0.20以上のΔnを有し、
電界をかけない時には光学的に等方性であり、10V/μmの電界をかけた時に複屈折を生じることを特徴とする重合体/液晶複合体。 - (A)カチオン重合によって得られた重合体と、(B)カイラルネマチック相またはブルー相を示す液晶とを含有し、
該液晶(B)が、(b1)キラリティーを有しない液晶70〜99重量%と、(b2)光学活性な化合物1〜30重量%とを含み、
該キラリティーを有しない液晶(b1)が、0.20以上のΔnを有し、かつ、正のΔεを有し、
該重合体(A)が、スチレン、スチレン誘導体、アクリロニトリル、アクリレート、シアノアクリレート、ビニルケトン、1,3−ジエン、イソプレン、イソシアネート、イソチオシアネート、ホルムアルデヒド、オキシラン、エチレンイミン、チイラン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、ブタンジオールホルマール、トリオキサン、ラクタム、ラクトン、ベンゾフラン、インデン、ジシクロペンタジエン、N−カルボキシ無水物、ビニルエーテルおよびオキシランからなる群より選ばれる少なくとも1種の骨格を重合性官能基として含有する非液晶性のイオン重合性モノマーを用いて得られた重合体であり、
電界をかけていない時には光学的に等方性であり、10V/μmの電界をかけた時に複屈折を生じることを特徴とする重合体/液晶複合体。 - 請求項1〜22のいずれかに記載の重合体/液晶複合体を含むことを特徴とする光素子。
- 請求項1〜22のいずれかに記載の重合体/液晶複合体を含むことを特徴とする液晶表示素子。
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