JP2006348226A - Liquid crystal/polymer composite - Google Patents

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Yuji Yamamoto
祐治 山本
Yuriko Kaida
由里子 海田
Koichi Tajima
宏一 田島
Atsushi Koyanagi
篤史 小柳
Michinobu Suekane
通信 末包
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal/polymer composite capable of developing a polymer-stabilized blue phase within a wide temperature range, wherein the blue phase achieves a scattering state by electric field application. <P>SOLUTION: The liquid crystal/polymer composite is obtained by polymerizing a liquid crystal composition within a temperature range represented by formula [1]: from T<SB>BP1</SB>to [(T<SB>BP2</SB>-T<SB>BP1</SB>)/2] (wherein T<SB>BP1</SB>and T<SB>BP2</SB>are the lowest and highest temperatures, respectively, at which the liquid crystal composition develops the blue phase), wherein the liquid crystal composition contains a liquid crystal compound, a chiral agent, a monofunctional polymerizable monomer and a polyfunctional polymerizable monomer. The combination of the liquid crystal compound and the chiral agent in the composite develops the blue phase whose light transmittance can be modified by adjusting the voltage applied. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ブルー相を示す液晶/高分子複合体であって、電圧を印加することにより、入射光の透過と散乱とを調整することにより、出射光の量を調整できる液晶/高分子複合体に関する。   The present invention relates to a liquid crystal / polymer composite exhibiting a blue phase, wherein the amount of emitted light can be adjusted by adjusting the transmission and scattering of incident light by applying a voltage. About the body.

光情報処理技術は、信号伝達の高速性、伝送および処理の空間的並列性、広い周波数帯域等、光の有する特徴を利用できる有望な情報処理技術である。該技術の実用化には光の強度、偏光状態等を高速・高精度で制御する素子(光変調素子)が不可欠であり、液晶を用いた小型で安価な光変調素子が注目されている。
一方、カイラルネマチック液晶を昇温していくと、ネマチック相から等方相へ転移する直前に、液晶相の一つであるブルー相が発現することが知られている。ブルー相は、液晶が互いにねじれて配列した二重ねじれ構造と、等方相に近い状態の線状欠陥とが共存した状態と考えられており、数百nmオーダーの格子定数の体心立方格子(ブルー相I)や単純立方格子(ブルー相II)のような三次元周期構造を形成することが知られている。
The optical information processing technology is a promising information processing technology that can utilize the characteristics of light, such as high-speed signal transmission, spatial parallelism of transmission and processing, and a wide frequency band. For practical application of this technology, an element (light modulation element) that controls light intensity, polarization state, etc. at high speed and high accuracy is indispensable, and a small and inexpensive light modulation element using liquid crystal has been attracting attention.
On the other hand, it is known that when the temperature of a chiral nematic liquid crystal is raised, a blue phase, which is one of the liquid crystal phases, appears immediately before the transition from the nematic phase to the isotropic phase. The blue phase is considered to be a state where a double-twisted structure in which liquid crystals are twisted and arranged and a linear defect in a state close to an isotropic phase coexist, and a body-centered cubic lattice with a lattice constant on the order of several hundred nm. It is known to form a three-dimensional periodic structure such as (blue phase I) or simple cubic lattice (blue phase II).

そのため、ブルー相の状態にある液晶は、立方晶としての性質とカイラルネマチック液晶としての性質とを兼ね備えており、可視光に対して旋光性を示すほか、ブラッグ反射が観測される。また、電界や磁界等の外場環境を変化させることにより、入射光の回折角、偏光状態等をマイクロ秒オーダーの応答時間で変化させることができる。よって、ブルー相の状態にある液晶を用いた液晶光変調素子には、従来の液晶光変調素子を遥かに凌ぐ応答速度と多様な光変調機能が期待できる。しかし、ブルー相は等方相直下の数℃(一般的には1〜3℃)の温度範囲(温度幅)でしか発現しないため、極めて精密な温度制御が必要であり、実用化が困難であった。この問題を解決しうる技術として、ブルー相を示す液晶と重合性モノマーとを含む液晶組成物を重合させることによって、ブルー相の発現温度範囲(温度幅)を大幅に拡大できることが報告されている(特許文献1参照)。
特開2003−327966号公報
Therefore, the liquid crystal in the blue phase has both the property as a cubic crystal and the property as a chiral nematic liquid crystal, and exhibits optical rotation with respect to visible light and Bragg reflection is observed. Further, by changing the external field environment such as an electric field and a magnetic field, the diffraction angle of incident light, the polarization state, and the like can be changed with a response time on the order of microseconds. Therefore, a liquid crystal light modulation element using a liquid crystal in a blue phase can be expected to have a response speed far exceeding that of a conventional liquid crystal light modulation element and various light modulation functions. However, since the blue phase appears only within a temperature range (temperature range) of several degrees C (generally 1 to 3 C) just below the isotropic phase, extremely precise temperature control is required and practical application is difficult. there were. As a technique that can solve this problem, it has been reported that the temperature range (temperature range) of the blue phase can be greatly expanded by polymerizing a liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a polymerizable monomer. (See Patent Document 1).
JP 2003-327966 A

ブルー相を示す液晶材料については種々の検討がなされているが、これまで液晶/高分子複合体としては、印加電圧の調整により、入射光に対する透過と散乱の状態を調整することにより出射光の量を調整できる材料は報告されていなかった。   Various studies have been made on liquid crystal materials exhibiting a blue phase, but liquid crystal / polymer composites have so far been adjusted by adjusting the transmission and scattering states of incident light by adjusting the applied voltage. No materials that can be adjusted in quantity have been reported.

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、ブルー相を示す液晶/高分子複合体であって、印加電界の調整により、入射光の透過と散乱を調整できる液晶/高分子複合体を提供する。すなわち、本発明は、以下の発明を提供する。   The present invention has been made to solve the above problems, and is a liquid crystal / polymer composite exhibiting a blue phase, which can adjust transmission and scattering of incident light by adjusting an applied electric field. Provide a complex. That is, the present invention provides the following inventions.

1.液晶性化合物と、カイラル剤と、単官能性重合性モノマーと、多官能性重合性モノマーとを含む液晶組成物を、下式[1]で表される温度範囲で重合させて得られる液晶/高分子複合体であって、該複合体中の液晶性化合物とカイラル剤との組み合せがブルー相を有し、かつ、印加する電圧の調整によって光の透過率が変化することを特徴とする液晶/高分子複合体。
BP1〜[(TBP2−TBP1)/2] [1]
ただし、TBP1は、前記液晶組成物がブルー相を示す下限温度を表し、TBP2は、前記液晶組成物がブルー相を示す上限温度を表す。
1. A liquid crystal / liquid crystal obtained by polymerizing a liquid crystal composition containing a liquid crystal compound, a chiral agent, a monofunctional polymerizable monomer, and a polyfunctional polymerizable monomer in a temperature range represented by the following formula [1] A liquid crystal composite, characterized in that the combination of the liquid crystal compound and the chiral agent in the composite has a blue phase, and the light transmittance is changed by adjusting the applied voltage. / Polymer composite.
TBP1 to [( TBP2 - TBP1 ) / 2] [1]
However, TBP1 represents the minimum temperature at which the liquid crystal composition exhibits a blue phase, and TBP2 represents the maximum temperature at which the liquid crystal composition exhibits a blue phase.

2.前記液晶/高分子複合体中の液晶が、少なくとも−10〜30℃の範囲でブルー相を発現する前記1に記載の液晶/高分子複合体。 2. 2. The liquid crystal / polymer composite according to 1, wherein the liquid crystal in the liquid crystal / polymer composite exhibits a blue phase in a range of at least −10 to 30 ° C.

3.前記液晶/高分子複合体の選択反射波長が、前記液晶組成物が示すブルー相の選択反射波長の0.85〜0.95倍である前記1または2に記載の液晶/高分子複合体。 3. 3. The liquid crystal / polymer composite according to 1 or 2, wherein the liquid crystal / polymer composite has a selective reflection wavelength of 0.85 to 0.95 times the blue phase selective reflection wavelength of the liquid crystal composition.

本発明の液晶/高分子複合体によれば、ブルー相の三次元周期構造を保ったまま、すなわち、ブルー相を発現した状態で、入射光に対する透過と散乱の状態を調整することができる。よって、光の透過率変化を大きくして使用する素子に有用であり、ブルー相の特徴を活かし、液晶シャッター等の光変調素子を得ることができる。   According to the liquid crystal / polymer composite of the present invention, it is possible to adjust the state of transmission and scattering with respect to incident light while maintaining the three-dimensional periodic structure of the blue phase, that is, in a state where the blue phase is developed. Therefore, it is useful for an element to be used with a large change in light transmittance, and a light modulation element such as a liquid crystal shutter can be obtained by utilizing the characteristics of the blue phase.

本明細書においては、式(1)で表される化合物を化合物(1)とも記す。また、式(Q)で表される基を基(Q)とも記す。他の化合物および基についても同様に記す。また、以下より、誘電率異方性をΔε、屈折率異方性をΔnと略記する。光源からの発振波長は、一点の値で記載されている場合でも、記載値±10nmの範囲を含むこととする。
本発明における液晶組成物とは、液晶性化合物と、カイラル剤と、単官能性重合性モノマーと、多官能性重合性モノマーとを含む組成物である。また、本発明における液晶性化合物とカイラル剤との組み合せとは、液晶性化合物およびカイラル剤のみからなる組み合せである。
本発明においては、液晶性化合物とカイラル剤との組み合せを広義のコレステリック液晶として扱い、該組み合せが示す液晶相をコレステリック液晶相と記す。液晶性化合物とカイラル剤との組み合せの物性(ΔεやΔn)は、液晶性化合物とカイラル剤のみの混合物を調製した場合のその混合物の物性をいう。なお、液晶性化合物とカイラル剤との組み合せを、以下単に「液晶」ともいう。
In the present specification, the compound represented by the formula (1) is also referred to as the compound (1). A group represented by the formula (Q) is also referred to as a group (Q). The same applies to other compounds and groups. Further, hereinafter, dielectric anisotropy is abbreviated as Δε and refractive index anisotropy as Δn. The oscillation wavelength from the light source includes the range of the described value ± 10 nm even if it is described as a single point value.
The liquid crystal composition in the present invention is a composition containing a liquid crystal compound, a chiral agent, a monofunctional polymerizable monomer, and a polyfunctional polymerizable monomer. The combination of the liquid crystal compound and the chiral agent in the present invention is a combination consisting of only the liquid crystal compound and the chiral agent.
In the present invention, a combination of a liquid crystal compound and a chiral agent is treated as a cholesteric liquid crystal in a broad sense, and a liquid crystal phase represented by the combination is referred to as a cholesteric liquid crystal phase. The physical properties (Δε and Δn) of the combination of a liquid crystal compound and a chiral agent refer to the physical properties of the mixture when a mixture of only the liquid crystal compound and the chiral agent is prepared. The combination of the liquid crystal compound and the chiral agent is also simply referred to as “liquid crystal” hereinafter.

本発明において用いることのできる液晶性化合物としては、ネマチック液晶、スメクチック液晶、ディスコチック液晶等が挙げられ、ネマチック液晶が好ましい。
また、液晶性化合物とカイラル剤との組み合せとしては、コレステリック液晶相(カイラルネマチック液晶相)示す組み合せであることが好ましい。なお、液晶性化合物およびカイラル剤は、それぞれ1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
液晶性化合物とカイラル剤との組み合せがブルー相を安定に発現するためには、コレステリック液晶相におけるらせんピッチが500nm以下であることが好ましい。らせんピッチが500nm超であると、ブルー相が発現しないか、または発現しても不安定となる。なお、ブルー相が発現することは、偏光顕微鏡による観察および反射スペクトルの測定により確認できる。すなわち、ブルー相が発現していると、ブルー相に特徴的なplatelets(小板状組織)が偏光顕微鏡によって観察される。また、反射スペクトルを測定すると、plateletsに対応する波長近傍にピークが認められる。
Examples of the liquid crystalline compound that can be used in the present invention include nematic liquid crystals, smectic liquid crystals, discotic liquid crystals, and the like, and nematic liquid crystals are preferable.
The combination of the liquid crystalline compound and the chiral agent is preferably a combination exhibiting a cholesteric liquid crystal phase (chiral nematic liquid crystal phase). In addition, 1 type may be used for a liquid crystalline compound and a chiral agent, respectively, and 2 or more types may be used for it.
In order for the combination of the liquid crystal compound and the chiral agent to stably develop the blue phase, the helical pitch in the cholesteric liquid crystal phase is preferably 500 nm or less. When the helical pitch is more than 500 nm, the blue phase does not appear or even if it appears. The expression of the blue phase can be confirmed by observation with a polarizing microscope and measurement of the reflection spectrum. That is, when the blue phase is expressed, platelets (platelet-like structures) characteristic of the blue phase are observed with a polarizing microscope. Further, when the reflection spectrum is measured, a peak is recognized in the vicinity of the wavelength corresponding to the platelet.

本発明における液晶性化合物としては、特に制限されず、たとえば、ビフェニル構造、ターフェニル構造、ビフェニル・シクロヘキシル構造、アゾメチン構造、アゾおよびアゾオキシ構造、スチルベン構造、ビシクロヘキシル構造、およびピリミジン構造などの分子構造を含む液晶性化合物が挙げられ、たとえば、シアノビフェニル系ネマチック液晶(Aldrich社製、商品番号:5CB)が好ましく使用できる。
光学素子への応用を考えると、素子の駆動電圧を低くできること、位相差を大きくとることができてセルギャップを小さくできること、が好ましい。よって、液晶性化合物としては、誘電率異方性(Δε)、屈折率異方性(Δn)が大きいことが好ましい。この観点から、液晶性化合物としては下式(1)で表される化合物が好ましい。
The liquid crystalline compound in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include molecular structures such as a biphenyl structure, a terphenyl structure, a biphenyl cyclohexyl structure, an azomethine structure, an azo and azooxy structure, a stilbene structure, a bicyclohexyl structure, and a pyrimidine structure. For example, a cyanobiphenyl-based nematic liquid crystal (manufactured by Aldrich, product number: 5CB) can be preferably used.
In consideration of application to optical elements, it is preferable that the driving voltage of the element can be lowered and that the phase difference can be increased and the cell gap can be reduced. Therefore, the liquid crystalline compound preferably has a large dielectric anisotropy (Δε) and refractive index anisotropy (Δn). In this respect, the liquid crystal compound is preferably a compound represented by the following formula (1).

Figure 2006348226
Figure 2006348226

式(1)の化合物において、Rは炭素数1〜8のアルキル基、炭素数2〜8のアルケニル基、または炭素数1〜8のアルコキシ基である。
炭素数1〜8のアルキル基としては、炭素数3〜6の直鎖アルキル基が好ましい。
炭素数2〜8のアルケニル基としては、炭素数2〜6の直鎖アルケニル基が好ましい。
なかでも、弾性定数比(K33/K11)が大きいことから、炭素数が偶数である場合はアルケニル鎖末端の炭素原子から環基へ向けて二重結合を有する基が好ましく、炭素数が奇数である場合は、アルケニル鎖末端から2番目の炭素原子から環基へ向けて二重結合を有する基が好ましく、CH−CH=CH−CH−CH−、CH=CH−CH−CH−、またはCH−CH=CH−が特に好ましい。
炭素数1〜8のアルコキシ基としては、炭素数2〜6の直鎖アルコキシ基が好ましく、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、n−ブチルオキシ基、またはn−ペンチルオキシ基が特に好ましい。
In the compound of the formula (1), R 1 is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms, or an alkoxy group having 1 to 8 carbon atoms.
As the alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, a linear alkyl group having 3 to 6 carbon atoms is preferable.
As a C2-C8 alkenyl group, a C2-C6 linear alkenyl group is preferable.
Among these, since the elastic constant ratio (K 33 / K 11 ) is large, when the number of carbon atoms is an even number, a group having a double bond from the carbon atom at the end of the alkenyl chain toward the cyclic group is preferable. In the case of an odd number, a group having a double bond from the second carbon atom from the end of the alkenyl chain toward the cyclic group is preferred, and CH 3 —CH═CH—CH 2 —CH—, CH 2 = CH—CH 2 —CH— or CH 3 —CH═CH— is particularly preferable.
As a C1-C8 alkoxy group, a C2-C6 linear alkoxy group is preferable, and an ethoxy group, n-propyloxy group, n-butyloxy group, or n-pentyloxy group is especially preferable.

としては、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、エトキシ基、n−プロピルオキシ基、n−ブチルオキシ基、またはCH−CH=CH−CH−CH−が好ましい。
は1,4−フェニレン基またはトランス−1,4−シクロヘキシレン基である。これらの基は、非置換の基であってもよく、該基中の炭素原子に結合する水素原子がフッ素原子に置換されていてもよく、非置換の基であることが好ましい。Aとしては、非置換のトランス−1,4−シクロヘキシレン基が好ましい。
は、−COO−、−OCO−、単結合、−CHCH−、または−C≡C−であり、単結合が好ましい。Yは−COO−、−OCO−、単結合、または−C≡C−であり、−COO−または単結合が好ましい。
1、X、X、およびXは、それぞれ独立に水素原子またはフッ素原子であり、XおよびXの少なくとも1つはフッ素原子である。X〜Xとしては、Xがフッ素原子であり、かつX、X、およびXの全てが水素原子であることが好ましい。
nは0または1である。
R 1 includes n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, ethoxy group, n-propyloxy group, n-butyloxy group, or CH 3 —CH═CH—CH 2 —. CH- is preferred.
A 1 is a 1,4-phenylene group or a trans-1,4-cyclohexylene group. These groups may be unsubstituted groups, and the hydrogen atom bonded to the carbon atom in the group may be substituted with a fluorine atom, and is preferably an unsubstituted group. A 1 is preferably an unsubstituted trans-1,4-cyclohexylene group.
Y 1 is —COO—, —OCO—, a single bond, —CH 2 CH 2 —, or —C≡C—, and preferably a single bond. Y 2 represents —COO—, —OCO—, a single bond, or —C≡C—, preferably —COO— or a single bond.
X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 are each independently a hydrogen atom or a fluorine atom, and at least one of X 3 and X 4 is a fluorine atom. As X 1 to X 4 , X 3 is preferably a fluorine atom, and all of X 1 , X 2 , and X 4 are preferably hydrogen atoms.
n is 0 or 1.

化合物(1)としては、下記化合物が好ましく、下記化合物(1A)、下記化合物(1B−2)〜(1B−4)、下記化合物(1C−2)〜(1C−4)が特に好ましい。   As the compound (1), the following compounds are preferable, and the following compounds (1A), the following compounds (1B-2) to (1B-4), and the following compounds (1C-2) to (1C-4) are particularly preferable.

Figure 2006348226
Figure 2006348226

具体的には、前記式で表される化合物(1A)、化合物(1B−2)、および化合物(1C−4)が好ましい。
液晶性化合物は1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。2種以上を用いる場合は、混合物がネマチック液晶相を示すことが好ましい。液晶性化合物を複数併用する場合は、市販の混合液晶を用いてもよい。該組成物としては、フッ素系ネマチック混合液晶(チッソ社製、商品番号:JC−1041XX、)等が挙げられる。
Specifically, the compound (1A), the compound (1B-2), and the compound (1C-4) represented by the above formula are preferable.
1 type may be used for a liquid crystalline compound and 2 or more types may be used for it. When using 2 or more types, it is preferable that a mixture shows a nematic liquid crystal phase. When a plurality of liquid crystal compounds are used in combination, a commercially available mixed liquid crystal may be used. Examples of the composition include fluorine-based nematic mixed liquid crystal (manufactured by Chisso Corporation, product number: JC-1041XX).

本発明におけるカイラル剤は液晶性の化合物であっても非液晶性の化合物であってもよい。また、カイラル剤の構造中に存在する不斉炭素原子の立体配置はRまたはSのいずれであってもよく、カイラル剤を2種以上使用する場合は、液晶に添加した場合に誘起されるらせん方向が同一であるカイラル剤を組み合わせて使用することが好ましい。さらに、カイラル剤は液晶と類似構造を有することが好ましい。これにより、液晶とカイラル剤との相溶性を改善でき、液晶/高分子複合体とした後にカイラル剤が析出する現象を防止でき、結果としてブルー相をより安定化できる。
本発明におけるカイラル剤としては特に限定されないが、液晶性化合物との相溶性がよいことが好ましいことからメソゲン構造を有するカイラル剤が好ましい。さらに、駆動電圧を低くでき、位相差を大きくできることから、Δεが大きく、Δnが大きいカイラル剤が好ましい。このようなカイラル剤としては、下式(2)で表される化合物が好ましい。
The chiral agent in the present invention may be a liquid crystal compound or a non-liquid crystal compound. In addition, the configuration of the chiral carbon atom present in the structure of the chiral agent may be either R or S. When two or more chiral agents are used, they are induced when added to the liquid crystal. It is preferable to use a combination of chiral agents having the same direction. Furthermore, the chiral agent preferably has a similar structure to the liquid crystal. Thereby, the compatibility between the liquid crystal and the chiral agent can be improved, the phenomenon that the chiral agent is precipitated after the liquid crystal / polymer composite is formed can be prevented, and as a result, the blue phase can be further stabilized.
The chiral agent in the present invention is not particularly limited, but a chiral agent having a mesogenic structure is preferable because it is preferably compatible with a liquid crystal compound. Furthermore, since a driving voltage can be lowered and a phase difference can be increased, a chiral agent having a large Δε and a large Δn is preferable. As such a chiral agent, a compound represented by the following formula (2) is preferable.

Figure 2006348226
Figure 2006348226

化合物(2)において、Rは不斉炭素原子を有する炭素数4〜8のアルキル基、アリール基で置換された不斉炭素原子を有する炭素数2〜8のアルキル基、または不斉炭素原子を有する炭素数4〜8のアルコキシ基である。
不斉炭素原子を有する炭素数4〜8のアルキル基としては、分岐構造の炭素数4〜6のアルキル基が好ましく、下記基(W1)が特に好ましい。なお、以下において式中の「*」の記号が付与された炭素原子は、不斉炭素原子であることを意味する。
In the compound (2), R 2 is an alkyl group having 4 to 8 carbon atoms having an asymmetric carbon atom, an alkyl group having 2 to 8 carbon atoms having an asymmetric carbon atom substituted with an aryl group, or an asymmetric carbon atom. And an alkoxy group having 4 to 8 carbon atoms.
As a C4-C8 alkyl group which has an asymmetric carbon atom, a C4-C6 alkyl group of a branched structure is preferable, and the following group (W1) is especially preferable. In the following, the carbon atom to which the symbol “*” in the formula is attached means an asymmetric carbon atom.

Figure 2006348226
Figure 2006348226

がアリール基で置換された不斉炭素原子を有する炭素数2〜8のアルキル基である場合の「炭素数2〜8」とは、アルキル基部分の炭素数が2〜8であることを意味する。また、アルキル基部分は直鎖構造であることが好ましく、n−プロピル基が特に好ましい。アリール基としては、フェニル基、またはm−トリル基が好ましい。置換するアリール基の数としては1個が好ましい。アリール基で置換された不斉炭素原子を有する炭素数2〜8のアルキル基としては、下式(W2)で表される基が好ましい。 When R 2 is an alkyl group having 2 to 8 carbon atoms having an asymmetric carbon atom substituted with an aryl group, “2 to 8 carbon atoms” means that the alkyl group portion has 2 to 8 carbon atoms. Means. Further, the alkyl group portion preferably has a linear structure, and an n-propyl group is particularly preferable. As the aryl group, a phenyl group or an m-tolyl group is preferable. The number of substituted aryl groups is preferably one. As the C2-C8 alkyl group having an asymmetric carbon atom substituted with an aryl group, a group represented by the following formula (W2) is preferable.

Figure 2006348226
Figure 2006348226

不斉炭素原子を有する炭素数4〜8のアルコキシ基としては、炭素数4〜6の分岐アルコキシ基が好ましく、下記基(W3)が特に好ましい。   As a C4-C8 alkoxy group which has an asymmetric carbon atom, a C4-C6 branched alkoxy group is preferable, and the following group (W3) is especially preferable.

Figure 2006348226
Figure 2006348226

としては、前記式(W1)で表される基、または前記式(W2)で表される基が好ましい。
としてはAと同様の基であり、非置換の1,4−フェニレン基が好ましい。YとしてはYと同様の基であり、単結合が好ましい。YとしてはYと同様の基であり、−COO−、または単結合が好ましい。
、X、X、およびXはそれぞれ独立に水素原子またはフッ素原子であり、XおよびXの少なくとも1つはフッ素原子である。X〜Xとしては、XおよびXが水素原子であり、かつ、XおよびXがフッ素原子であることが好ましい。
mは0または1である。
R 2 is preferably a group represented by the formula (W1) or a group represented by the formula (W2).
A 2 is the same group as A 1, and an unsubstituted 1,4-phenylene group is preferable. Y 3 is the same group as Y 1 and is preferably a single bond. Y 4 is the same group as Y 2, and —COO— or a single bond is preferable.
X 5 , X 6 , X 7 , and X 8 are each independently a hydrogen atom or a fluorine atom, and at least one of X 7 and X 8 is a fluorine atom. As X 5 to X 8 , X 5 and X 6 are preferably hydrogen atoms, and X 7 and X 8 are preferably fluorine atoms.
m is 0 or 1.

化合物(2)としては、下記化合物(2K)〜(2N)が好ましい。化合物(2)は2種以上を併用することが好ましく、たとえば、化合物(2K)と化合物(2L)とを、または化合物(2K)と化合物(2M)とを併用する例が挙げられる。   As the compound (2), the following compounds (2K) to (2N) are preferable. It is preferable to use 2 or more types of compound (2) together, for example, the example which uses a compound (2K) and a compound (2L) or a compound (2K) and a compound (2M) together is mentioned.

Figure 2006348226
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一般に液晶の粘度が高いと、応答速度が遅くなることが知られている。本発明における化合物(1)および化合物(2)は、下記基(T3)または下記基(T4)を有することにより粘度が低く、応答速度を速くできる。また、下記基(T1)を有する化合物は、液晶組成物中の含有量が小さい場合には駆動電圧の低減に有効であるが、含有量が大きくなると該化合物が双極子モーメントを打ち消しあうような二量体を形成するため、駆動電圧の低減効果が小さくなる傾向がある。しかし、式(1)の化合物および式(2)の化合物は、フッ素原子を含有する基(T3)または基(T4)を有することから、該二量体を形成しにくく、含有量を大きくしてもΔεが飽和しにくいため、駆動電圧の低減に有効である。   In general, it is known that the response speed becomes slow when the viscosity of the liquid crystal is high. The compound (1) and the compound (2) in the present invention have the following group (T3) or the following group (T4), so that the viscosity is low and the response speed can be increased. In addition, the compound having the following group (T1) is effective for reducing the driving voltage when the content in the liquid crystal composition is small, but the compound cancels the dipole moment when the content is increased. Since the dimer is formed, the driving voltage reduction effect tends to be small. However, since the compound of the formula (1) and the compound of the formula (2) have the group (T3) or the group (T4) containing a fluorine atom, it is difficult to form the dimer, and the content is increased. However, since Δε is difficult to saturate, it is effective in reducing the drive voltage.

Figure 2006348226
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本発明においては、液晶性化合物として化合物(1)を用い、かつ、カイラル剤として化合物(2)を用いることが好ましい。化合物(1)と化合物(2)を併用することにより、ΔεおよびΔnが大きい(たとえばΔεは30〜80が好ましく、30〜70が特に好ましい。Δnは0.15〜0.40が好ましく、0.15〜0.25が特に好ましく、0.15〜0.2がとりわけ好ましい。)液晶が得られるので好ましい。さらに、液晶性化合物とカイラル剤との構造が類似構造であるため、両者の相溶性が良好な液晶が得られる。よって、液晶/高分子複合体とした場合に、駆動電圧を低くでき、セルギャップを小さくできる。さらに、液晶性化合物とカイラル剤とが相分離することを抑制できるので、ブルー相を長期に渡って安定に発現することができる。   In the present invention, it is preferable to use the compound (1) as the liquid crystalline compound and the compound (2) as the chiral agent. By using the compound (1) and the compound (2) in combination, Δε and Δn are large (for example, Δε is preferably 30 to 80, particularly preferably 30 to 70. Δn is preferably 0.15 to 0.40, 0 .15 to 0.25 is particularly preferable, and 0.15 to 0.2 is particularly preferable.) Since a liquid crystal is obtained, it is preferable. Furthermore, since the structures of the liquid crystal compound and the chiral agent are similar, a liquid crystal having good compatibility between them can be obtained. Therefore, when a liquid crystal / polymer composite is used, the driving voltage can be lowered and the cell gap can be reduced. Furthermore, since the phase separation of the liquid crystal compound and the chiral agent can be suppressed, the blue phase can be stably expressed over a long period of time.

本発明の液晶組成物に含まれる化合物(1)等の液晶性化合物の割合は、液晶組成物に対して45〜75質量%であることが好ましい。式(2)の化合物等のカイラル剤の割合は、液晶組成物に対して17〜50質量%であることが好ましい。   The ratio of the liquid crystal compound such as the compound (1) contained in the liquid crystal composition of the present invention is preferably 45 to 75% by mass with respect to the liquid crystal composition. The ratio of the chiral agent such as the compound of the formula (2) is preferably 17 to 50% by mass with respect to the liquid crystal composition.

また、化合物(1)等の液晶性化合物と化合物(2)等のカイラル剤の組み合せにおける液晶性化合物の割合は、両者の合計に対して20〜80モル%であることが好ましい。カイラル剤の割合は、両者の合計に対して20〜80モル%であることが好ましい。また、両者の合計量は、液晶性化合物と、カイラル剤と、後述する単官能性重合性モノマーと、多官能性重合性モノマーとの合計量に対して85〜96モル%であることが好ましい。また、液晶性化合物とカイラル剤との総量は、液晶組成物に対して85〜95質量%であることが好ましく、92〜95質量%であることが特に好ましい。   Moreover, it is preferable that the ratio of the liquid crystalline compound in the combination of the liquid crystalline compound such as the compound (1) and the chiral agent such as the compound (2) is 20 to 80 mol% with respect to the total of both. It is preferable that the ratio of a chiral agent is 20-80 mol% with respect to the sum total of both. Moreover, it is preferable that both total amount is 85-96 mol% with respect to the total amount of a liquid crystalline compound, a chiral agent, the monofunctional polymerizable monomer mentioned later, and a polyfunctional polymerizable monomer. . In addition, the total amount of the liquid crystal compound and the chiral agent is preferably 85 to 95% by mass, and particularly preferably 92 to 95% by mass with respect to the liquid crystal composition.

本発明の液晶組成物は、前記液晶性化合物、前記カイラル剤以外に、単官能性重合性モノマーおよび後述する多官能性重合性モノマーを含む。単官能性重合性モノマーを多官能性重合性モノマーとともに液晶組成物中に含ませて重合反応を行って液晶/高分子複合体とすることにより、液晶がブルー相を示す温度範囲を、数度から数十度に大幅に拡大できる。   The liquid crystal composition of the present invention contains a monofunctional polymerizable monomer and a polyfunctional polymerizable monomer described later in addition to the liquid crystal compound and the chiral agent. By adding a monofunctional polymerizable monomer together with a polyfunctional polymerizable monomer in a liquid crystal composition and conducting a polymerization reaction to obtain a liquid crystal / polymer composite, the temperature range in which the liquid crystal exhibits a blue phase is several degrees. Can be greatly expanded to several tens of degrees.

本発明における液晶組成物のブルー相の発現温度幅は、3〜7℃であることが好ましい。液晶組成物のブルー相の発現温度幅が3〜7℃であれば、後述する重合反応の際、重合反応の開始時から終了時までの間、ブルー相を安定に保持でき、高分子/液晶複合体の構造変化を抑制できる。   The temperature range of the blue phase of the liquid crystal composition in the present invention is preferably 3 to 7 ° C. When the temperature range of the blue phase of the liquid crystal composition is 3 to 7 ° C., the blue phase can be stably maintained during the polymerization reaction described later from the start to the end of the polymerization reaction. The structural change of the complex can be suppressed.

特に、単官能性重合性モノマーとして、後述する化合物(3)を用いる場合は、液晶の透明点(Tc)と液晶組成物の透明点(Tc)との差(ΔTc)が4℃以上であり10℃以下であり、かつ、液晶組成物がブルー相を示す温度範囲(ΔBP)が3℃以上であり6℃以下であることが好ましい。なお、液晶の透明点(Tc)とは、液晶のブルー相−等方相転移点を意味し、液晶組成物の透明点(Tc)とは液晶組成物のブルー相−等方相転移点を意味する。 In particular, when the compound (3) described later is used as the monofunctional polymerizable monomer, the difference (ΔTc) between the clearing point (Tc 1 ) of the liquid crystal and the clearing point (Tc) of the liquid crystal composition is 4 ° C. or higher. The temperature range (ΔBP) in which the liquid crystal composition exhibits a blue phase is preferably 3 ° C. or more and 6 ° C. or less. The clearing point (Tc 1 ) of the liquid crystal means the blue phase-isotropic phase transition point of the liquid crystal, and the clearing point (Tc) of the liquid crystal composition means the blue phase-isotropic phase transition point of the liquid crystal composition. Means.

ΔTcおよびΔBPの値が前記範囲にあることにより、液晶と化合物(3)との適切な相溶性が得られ、ブルー相の安定化に効果がある。ΔTcが4℃より狭い場合は、ブルー相の安定化に必要な量の化合物(3)が欠陥部分に行き渡らない状態になっていると考えられ、ΔTcが10℃より大きい場合は、化合物(3)と液晶との相溶性が低下していると考えられ、いずれの場合でもブルー相の安定化効果が低減する。ΔBPが3℃より狭い場合は、重合反応を行ってもブルー相を安定化できないおそれがあり、ΔBPが6℃より広い場合は、化合物(3)が欠陥部分に集中的に存在する状態であると考えられ、欠陥部分に存在する化合物(3)と液晶との界面散乱がおこり、電圧非印加時において透過率の低下を招くおそれがある。   When the values of ΔTc and ΔBP are in the above ranges, appropriate compatibility between the liquid crystal and the compound (3) can be obtained, and the blue phase can be stabilized. When ΔTc is narrower than 4 ° C., it is considered that the amount of compound (3) necessary for stabilizing the blue phase does not reach the defective portion, and when ΔTc is larger than 10 ° C., compound (3 ) And the liquid crystal are considered to be reduced in compatibility, and in any case, the blue phase stabilization effect is reduced. When ΔBP is narrower than 3 ° C., the blue phase may not be stabilized even when a polymerization reaction is performed. When ΔBP is wider than 6 ° C., the compound (3) is in a state where it is concentrated in the defect portion. The interface scattering between the compound (3) present in the defect portion and the liquid crystal occurs, which may cause a decrease in transmittance when no voltage is applied.

また、液晶組成物を重合させて液晶/高分子複合体とした際の、該複合体中の液晶のブルー相が消失する上限温度は、液晶組成物のTcとほぼ同じであるため、液晶組成物のTcを、光学素子として使用する温度よりも5℃以上高くすることが好ましく、10℃以上高くすることが特に好ましい。また、ブルー相が消失する下限温度の目安は(Tc−60)℃であり、この温度が光学素子の使用下限温度よりも10℃以上低くなるように液晶組成物のTcを設定することが好ましい。さらに、液晶組成物を低温条件下で保存する場合、結晶の析出が起こると、光学素子とした場合に素子の特性が劣化するおそれがあるので、低温時の保存安定性に優れていることが好ましい。   In addition, when the liquid crystal composition is polymerized to obtain a liquid crystal / polymer composite, the upper limit temperature at which the blue phase of the liquid crystal in the composite disappears is almost the same as Tc of the liquid crystal composition. The Tc of the product is preferably higher by 5 ° C. or higher than the temperature used as the optical element, and particularly preferably higher by 10 ° C. or higher. Moreover, the standard of the minimum temperature at which the blue phase disappears is (Tc−60) ° C., and it is preferable to set the Tc of the liquid crystal composition so that this temperature is 10 ° C. or more lower than the minimum use temperature of the optical element. . Furthermore, when the liquid crystal composition is stored under low temperature conditions, if crystal precipitation occurs, the characteristics of the device may be deteriorated when it is used as an optical device, so that it has excellent storage stability at low temperatures. preferable.

本発明における単官能性重合性モノマーとは、1個の重合性官能基を有する非液晶性または液晶性の化合物である。重合性官能基としては、アクリロイル基またはメタクリロイル基が好ましい。単官能性重合性モノマーとしては、アクリル酸エステル類またはメタクリル酸エステル類が好ましく、アクリル酸アルキルエステル類が特に好ましい。さらに、使用する光の透過率を改善する効果を大きくしたい場合は、単官能性重合性モノマーとして下式(3)で表される化合物を使用することが好ましい。
CH=CH−COOR (3)
式(3)中のRは炭素−炭素結合間にエーテル性酸素原子が挿入されていてもよい炭素数10〜30の直鎖アルキル基であり、炭素数12〜24の該基であることが好ましい。該基の炭素数が10〜30の範囲にあることにより、ブルー相の安定化のための液晶とのより適切な相溶性を実現できる。該基の炭素数が30より多いと、液晶との相溶性が不充分であり、光学素子とした場合に光の透過率の低下を招くおそれがある。
The monofunctional polymerizable monomer in the present invention is a non-liquid crystalline or liquid crystalline compound having one polymerizable functional group. As the polymerizable functional group, an acryloyl group or a methacryloyl group is preferable. As the monofunctional polymerizable monomer, acrylic acid esters or methacrylic acid esters are preferable, and acrylic acid alkyl esters are particularly preferable. Furthermore, when it is desired to increase the effect of improving the light transmittance to be used, it is preferable to use a compound represented by the following formula (3) as a monofunctional polymerizable monomer.
CH 2 = CH-COOR (3 )
R in Formula (3) is a linear alkyl group having 10 to 30 carbon atoms in which an etheric oxygen atom may be inserted between carbon-carbon bonds, and R is a group having 12 to 24 carbon atoms. preferable. When the carbon number of the group is in the range of 10 to 30, more appropriate compatibility with the liquid crystal for stabilizing the blue phase can be realized. When the number of carbon atoms of the group is more than 30, the compatibility with the liquid crystal is insufficient, and there is a possibility that the light transmittance is lowered when an optical element is obtained.

また、光学素子の作製の際、液晶組成物をセルに注入する工程は、液晶組成物に対する酸素や水分等の悪影響を避けるため減圧注入によって実施されることが好ましい。この場合は、減圧注入時に液晶組成物が揮発しないことが必要となる。化合物(3)は炭素数が10以上であるため、減圧注入時に揮発せず、ブルー相の安定化効果が損なわれない利点もある。   Further, in the production of the optical element, the step of injecting the liquid crystal composition into the cell is preferably performed by injection under reduced pressure in order to avoid adverse effects such as oxygen and moisture on the liquid crystal composition. In this case, it is necessary that the liquid crystal composition does not volatilize at the time of injection under reduced pressure. Since the compound (3) has 10 or more carbon atoms, there is an advantage that it does not volatilize at the time of injection under reduced pressure and the effect of stabilizing the blue phase is not impaired.

Rはエーテル性酸素原子を有していてもよく、この場合、該酸素原子の数は1〜4個が好ましい。また、エーテル性酸素原子とエーテル性酸素原子との間に存在する炭素原子の数は1〜5個が好ましく、2個または4個が特に好ましい。Rとしてはエーテル性酸素原子を有さないことが特に好ましい。   R may have an etheric oxygen atom, and in this case, the number of oxygen atoms is preferably 1 to 4. The number of carbon atoms present between the etheric oxygen atom and the etheric oxygen atom is preferably 1 to 5, particularly preferably 2 or 4. R particularly preferably does not have an etheric oxygen atom.

化合物(3)としては、下記化合物(3A)が好ましい。
CH=CH−COO−[(CHCHO)・(CHCHCHCHO)−(CH−H (3A)
p、q、r、およびsは、それぞれ下記の意味を示し、かつ[((2p+4q)×r)+s]の値が10〜30の整数となる。
pは−(CHCHO)−単位の数を示し、0〜15の整数であり、0〜5の整数が好ましい。qは−(CHCHCHCHO)−単位の数を示し、0〜7の整数であり、0〜5の整数が好ましい。rは−[(CHCHO)・(CHCHCHCHO)]−単位の数を示し、0または1であり、0が好ましい。sは−(CH)−単位の数を示し、0〜30の整数である。rが0である場合のsは12〜24の整数が好ましく、12〜20の整数が特に好ましい。rが1である場合のp、q、およびsの値は、[((2p+4q)×r)+s]の値が10〜30の整数となる範囲において、適宜変更されうる。
なお、p、q、r、およびsがそれぞれ0である場合は、対応する単位が存在しないことを意味する。
As the compound (3), the following compound (3A) is preferable.
CH 2 = CH-COO - [ (CH 2 CH 2 O) p · (CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O) q] r - (CH 2) s -H (3A)
p, q, r, and s respectively have the following meanings, and the value of [((2p + 4q) × r) + s] is an integer of 10 to 30.
p is - (CH 2 CH 2 O) - the number of units is an integer of 0 to 15, preferably an integer of 0 to 5. q is - (CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O) - the number of units is an integer of 0-7, preferably an integer of 0 to 5. r represents the number of — [(CH 2 CH 2 O) p · (CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O) q ] — units, which is 0 or 1, with 0 being preferred. s is - (CH 2) - the number of units, is an integer of 0 to 30. When r is 0, s is preferably an integer of 12 to 24, particularly preferably an integer of 12 to 20. The values of p, q, and s when r is 1 can be appropriately changed within the range where the value of [((2p + 4q) × r) + s] is an integer of 10-30.
In addition, when p, q, r, and s are each 0, it means that there is no corresponding unit.

また、式(3A)における「−(CHCHO)・(CHCHCHCHO)−」部分の表記は、−(CHCHO)−単位および−(CHCHCHCHO)−単位がそれぞれ1単位以上存在する場合、2つの単位の並び方が限定されないことを意味する。すなわち、−(CHCHO)−単位および−(CHCHCHCHO)−単位がそれぞれ1つずつ存在する場合には、CH=CH−COO−に結合する単位は、−(CHCHO)−単位であっても−(CHCHCHCHO)−単位であってもよい。−(CHCHO)−単位および−(CHCHCHCHO)−単位がそれぞれ1単位以上存在し、かつ、少なくとも一方の単位が2単位以上存在する場合には、2つの単位の並び方はブロック状であってもランダム状であってもよく、ブロック状であることが好ましい。 In addition, the notation of the “— (CH 2 CH 2 O) p · (CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O) q —” moiety in the formula (3A) is a — (CH 2 CH 2 O) — unit and — ( When there are one or more units each of (CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O) -units, it means that the arrangement of the two units is not limited. That is, when one — (CH 2 CH 2 O) — unit and one — (CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O) — unit exist, the unit bonded to CH 2 ═CH—COO— is , — (CH 2 CH 2 O) — units or — (CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O) — units may be used. - (CH 2 CH 2 O) - units and - (CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O) - units are present more than one unit, respectively, and, when at least one of the units are present or 2 units, 2 The arrangement of the two units may be block or random, and is preferably block.

化合物(3A)としては、下記化合物(3Aa)〜(3Ap)等が挙げられ、液晶との相溶性の観点から、下記化合物(3Aa)〜(3Ae)、下記化合物(3Ah)〜(3Aj)、および下記化合物(3Am)が好ましい。
CH=CH−COO−(CH12H (3Aa)、
CH=CH−COO−(CH13H (3Ab)、
CH=CH−COO−(CH16H (3Ac)、
CH=CH−COO−(CH18H (3Ad)、
CH=CH−COO−(CH22H (3Ae)、
CH=CH−COO−(CHCHO)H (3Af)、
CH=CH−COO−(CHCHO)10H (3Ag)、
CH=CH−COO−(CHCHO)CH (3Ah)、
CH=CH−COO−(CHCHO)CH (3Ai)、
CH=CH−COO−(CHCHO)12CH (3Aj)、
CH=CH−COO−(CHCHCHCHO)H (3Ak)、
CH=CH−COO−(CHCHCHCHO)CH(3Am)、
CH=CH−COO−(CHCHO)−(CH12H (3An)、
CH=CH−COO−(CHCHO)・(CHCHCHCHO)
(3Ap)。
Examples of the compound (3A) include the following compounds (3Aa) to (3Ap). From the viewpoint of compatibility with the liquid crystal, the following compounds (3Aa) to (3Ae), the following compounds (3Ah) to (3Aj), And the following compound (3Am) is preferable.
CH 2 = CH-COO- (CH 2) 12 H (3Aa),
CH 2 = CH-COO- (CH 2) 13 H (3Ab),
CH 2 = CH-COO- (CH 2) 16 H (3Ac),
CH 2 = CH-COO- (CH 2) 18 H (3Ad),
CH 2 = CH-COO- (CH 2) 22 H (3Ae),
CH 2 = CH-COO- (CH 2 CH 2 O) 8 H (3Af),
CH 2 = CH-COO- (CH 2 CH 2 O) 10 H (3Ag),
CH 2 = CH-COO- (CH 2 CH 2 O) 8 CH 3 (3Ah),
CH 2 = CH-COO- (CH 2 CH 2 O) 9 CH 3 (3Ai),
CH 2 = CH-COO- (CH 2 CH 2 O) 12 CH 3 (3Aj),
CH 2 = CH-COO- (CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O) 3 H (3Ak),
CH 2 = CH-COO- (CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O) 3 CH 3 (3Am),
CH 2 = CH-COO- (CH 2 CH 2 O) 4 - (CH 2) 12 H (3An),
CH 2 = CH-COO- (CH 2 CH 2 O) 5 · (CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 O) 2 H
(3 Ap).

液晶組成物中に含まれる化合物(3)等の単官能性重合性モノマーの割合は、ブルー相の安定化効果に優れることから、液晶組成物に対して1〜4質量%が好ましく、1.5〜3.5質量%が特に好ましく、2〜3質量%がとりわけ好ましい。化合物(3)の量が液晶組成物に対して1質量%よりも少ないと、後述する重合反応を行って液晶/高分子複合体とした場合にブルー相の安定化効果が乏しく、4質量%よりも多いとブルー相が発現しないか、または発現したとしても重合時に三次元周期構造の規則性が乱れ、散乱等の現象が起きるおそれがある。   The proportion of the monofunctional polymerizable monomer such as the compound (3) contained in the liquid crystal composition is preferably 1 to 4% by mass with respect to the liquid crystal composition, since it is excellent in the effect of stabilizing the blue phase. 5-3.5 mass% is especially preferable, and 2-3 mass% is especially preferable. When the amount of the compound (3) is less than 1% by mass with respect to the liquid crystal composition, the effect of stabilizing the blue phase is poor when a liquid crystal / polymer composite is obtained by performing a polymerization reaction described later, and 4% by mass. If the amount is larger than that, the blue phase does not appear, or even if it appears, the regularity of the three-dimensional periodic structure is disturbed at the time of polymerization, and a phenomenon such as scattering may occur.

本発明における多官能性重合性モノマーとは、化合物(3)等の単官能性重合性モノマーの分子間を結合して網目状構造を形成し得る化合物であり、2個以上、好ましくは2個の重合性官能基を有する化合物である。重合性官能基としては、前記単官能性重合性モノマーにおける重合性官能基と同様の基が例示できる。   The polyfunctional polymerizable monomer in the present invention is a compound capable of forming a network structure by bonding molecules of a monofunctional polymerizable monomer such as the compound (3), and two or more, preferably two. A compound having a polymerizable functional group. Examples of the polymerizable functional group include the same groups as the polymerizable functional group in the monofunctional polymerizable monomer.

多官能性重合性モノマーとしては、ジアクリレート、ジメタクリレート等が挙げられ、単官能性重合性モノマーの構造、液晶/高分子複合体に要求される強度、特性等に応じ選択することが好ましい。また、両者における重合性官能基は同一であることが好ましい。   Examples of the polyfunctional polymerizable monomer include diacrylate and dimethacrylate, and it is preferable to select the polyfunctional polymerizable monomer according to the structure of the monofunctional polymerizable monomer, the strength and characteristics required for the liquid crystal / polymer composite. Moreover, it is preferable that the polymerizable functional group in both is the same.

多官能性重合性モノマーは液晶性化合物または非液晶性化合物のいずれであってもよく、液晶との相溶性が良好である必要があることから、メソゲン構造を有することが好ましい。多官能性重合性モノマーとしては、液晶性ジアクリレート(Merck社製、商品番号:RM−257)等のジアクリレートが好ましい。   The polyfunctional polymerizable monomer may be either a liquid crystalline compound or a non-liquid crystalline compound, and preferably has a mesogenic structure because it needs to have good compatibility with the liquid crystal. As the polyfunctional polymerizable monomer, diacrylates such as liquid crystalline diacrylate (manufactured by Merck, product number: RM-257) are preferable.

Figure 2006348226
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液晶/高分子複合体においてブルー相の発現温度幅を広くするためには、化合物(3)等の単官能性重合性モノマーと多官能性重合性モノマーとが重合した高分子部分の架橋密度が重要である。架橋密度が小さいと、ブルー相が発現しないか、または、ブルー相が発現しても発現温度幅が狭くなる。よって、適切な量の単官能性重合性モノマーと多官能性重合性モノマーとを用い、連続性の高い網目構造が形成されるようにすることが必要である。そのため、単官能性重合性モノマーと多官能性重合性モノマーとの合計量は、液晶性化合物、カイラル剤、単官能性および多官能性重合性モノマーとの合計量に対して4〜15モル%であることが好ましい。また、単官能性重合性モノマーと多官能性重合性モノマーとの合計量は液晶組成物に対して5〜8質量%であることが好ましい。     In order to widen the temperature range of the blue phase in the liquid crystal / polymer composite, the crosslink density of the polymer portion obtained by polymerizing the monofunctional polymerizable monomer such as compound (3) and the polyfunctional polymerizable monomer is is important. When the crosslinking density is low, the blue phase does not appear, or even if the blue phase appears, the expression temperature range becomes narrow. Therefore, it is necessary to form a highly continuous network structure by using appropriate amounts of monofunctional polymerizable monomer and polyfunctional polymerizable monomer. Therefore, the total amount of the monofunctional polymerizable monomer and the polyfunctional polymerizable monomer is 4 to 15 mol% with respect to the total amount of the liquid crystal compound, the chiral agent, the monofunctional and polyfunctional polymerizable monomer. It is preferable that Moreover, it is preferable that the total amount of a monofunctional polymerizable monomer and a polyfunctional polymerizable monomer is 5-8 mass% with respect to a liquid-crystal composition.

単官能性重合性モノマーと多官能性重合性モノマーとの混合比は、各々の構造や、液晶性化合物、カイラル剤の構造等によって適宜調整されうるが、単官能性重合性モノマー/多官能性重合性モノマー(質量比)で、1/1〜1/4であることが好ましい。     The mixing ratio of the monofunctional polymerizable monomer and the polyfunctional polymerizable monomer can be appropriately adjusted depending on the structure of each, the liquid crystal compound, the structure of the chiral agent, etc., but the monofunctional polymerizable monomer / polyfunctional The polymerizable monomer (mass ratio) is preferably 1/1 to 1/4.

本発明の単官能性重合性モノマーは、重合前からブルー相の欠陥部分に多く存在し、ブルー相の安定性、すなわちブルー相の温度範囲を広くする役割をしている。本発明のブルー相を発現しうる液晶性化合物と該単官能性重合性モノマーとの相溶性が適度であり、かつ該単官能性重合性モノマーの液晶組成物中の含量が適度であることが必要である。   The monofunctional polymerizable monomer of the present invention is present in a large amount in the defective portion of the blue phase before polymerization, and plays a role of widening the stability of the blue phase, that is, the temperature range of the blue phase. The compatibility between the liquid crystal compound capable of expressing the blue phase of the present invention and the monofunctional polymerizable monomer is appropriate, and the content of the monofunctional polymerizable monomer in the liquid crystal composition is appropriate. is necessary.

ブルー相が消失する上限温度は、液晶組成物のネマチック相−等方相転移温度(Tc)とほぼ同じであるため、光変調素子として使用する温度よりも液晶組成物のTcを5℃以上高くすることが好ましく、10℃以上高くすることが特に好ましい。また、ブルー相が消失する下限温度の目安は(Tc−60)℃であり、この温度が光変調素子の使用下限温度よりも10℃以上低くなるように液晶組成物のTcを設定することが好ましい。
また、液晶組成物は、低温保存時に析出が起こると光変調素子とした場合に素子の特性が劣化してしまうので、低温時の保存安定性に優れていることが好ましい。
Since the upper limit temperature at which the blue phase disappears is substantially the same as the nematic phase-isotropic phase transition temperature (Tc) of the liquid crystal composition, the Tc of the liquid crystal composition is higher by 5 ° C. or more than the temperature used as the light modulation element. It is preferable to increase the temperature by 10 ° C. or higher. The lower limit temperature at which the blue phase disappears is (Tc-60) ° C., and the Tc of the liquid crystal composition may be set so that this temperature is 10 ° C. lower than the lower limit temperature of use of the light modulation element. preferable.
In addition, the liquid crystal composition preferably has excellent storage stability at low temperatures because the characteristics of the device deteriorate when it is used as a light modulation device when precipitation occurs at low temperature storage.

本発明においては、前記液晶組成物を、下式[1]で表される温度範囲において重合させることによって液晶/高分子複合体を得る。
BP1〜[(TBP2−TBP1)/2] [1]
ただし、TBP1は、前記液晶組成物がブルー相を示す下限温度を表し、TBP2は、前記液晶組成物がブルー相を示す上限温度を表す。
前記式[1]で表される温度範囲内で重合反応を行うことにより、ブルー相を発現し、かつ、電圧印加により透過率が低下する液晶/高分子複合体を得ることができる。
透過率の低下は、液晶/高分子複合体の作製に用いる液晶組成物の種類によっても異なるが、通常、最も低い透過率の値が、電圧非印加時の透過率の半分程度となる。なお、同一の液晶組成物を用いた場合であっても、前記式[1]で表される温度を超えた温度領域で重合反応を行った場合、ブルー相が安定に発現する液晶/高分子複合体は得られるが、この複合体においては電圧を印加しても光の透過率がほぼ一定に推移する。
In the present invention, a liquid crystal / polymer composite is obtained by polymerizing the liquid crystal composition in a temperature range represented by the following formula [1].
TBP1 to [( TBP2 - TBP1 ) / 2] [1]
However, TBP1 represents the minimum temperature at which the liquid crystal composition exhibits a blue phase, and TBP2 represents the maximum temperature at which the liquid crystal composition exhibits a blue phase.
By performing the polymerization reaction within the temperature range represented by the formula [1], a liquid crystal / polymer composite that expresses a blue phase and whose transmittance is reduced by voltage application can be obtained.
The decrease in transmittance varies depending on the type of liquid crystal composition used for preparing the liquid crystal / polymer composite, but usually the lowest transmittance value is about half of the transmittance when no voltage is applied. Even when the same liquid crystal composition is used, when the polymerization reaction is performed in a temperature range exceeding the temperature represented by the formula [1], a liquid crystal / polymer that stably develops a blue phase. Although a composite can be obtained, in this composite, even when a voltage is applied, the light transmittance is kept almost constant.

重合反応としては、光重合反応が好ましく、紫外線による光重合反応が特に好ましい。熱重合反応を採用した場合、ブルー相が保持される温度と重合温度(加熱温度)とが必ずしも一致しないため、ブルー相を保持した状態で重合反応を行うことが困難になるおそれがある。また、加熱によって液晶/高分子複合体の構造が変化するおそれもある。   As the polymerization reaction, a photopolymerization reaction is preferable, and a photopolymerization reaction using ultraviolet rays is particularly preferable. When the thermal polymerization reaction is employed, the temperature at which the blue phase is maintained does not necessarily match the polymerization temperature (heating temperature), and thus it may be difficult to carry out the polymerization reaction while maintaining the blue phase. In addition, the structure of the liquid crystal / polymer composite may be changed by heating.

光重合反応においては光重合開始剤を使用することが好ましい。光重合開始剤としては、アセトフェノン類、ベンゾフェノン類、ベンゾイン類、ベンジル類、ミヒラーケトン類、ベンゾインアルキルエーテル類、ベンジルジメチルケタール類、およびチオキサントン類等から適宜選択して用いることができる。光重合開始剤の量は液晶組成物に対して0.05〜1モル%が好ましく、0.1〜0.5モル%が特に好ましい。   In the photopolymerization reaction, it is preferable to use a photopolymerization initiator. As the photopolymerization initiator, acetophenones, benzophenones, benzoins, benzyls, Michler's ketones, benzoin alkyl ethers, benzyl dimethyl ketals, thioxanthones, and the like can be used as appropriate. The amount of the photopolymerization initiator is preferably from 0.05 to 1 mol%, particularly preferably from 0.1 to 0.5 mol%, based on the liquid crystal composition.

本発明の液晶/高分子複合体中の液晶組成物が示すブルー相の選択反射波長は、通常、重合反応を行う前の液晶組成物が示すブルー相の選択反射波長の0.85〜0.95倍となる。   The selective reflection wavelength of the blue phase of the liquid crystal composition in the liquid crystal / polymer composite of the present invention is usually 0.85 to 0. 0 of the selective reflection wavelength of the blue phase of the liquid crystal composition before the polymerization reaction. 95 times.

本発明の液晶/高分子複合体は、電圧印加時に、選択反射波長以外の波長領域の円偏光が入射した場合、右回り円偏光の透過率と左回り円偏光の透過率との差が5%以下であることが好ましい。透過率の差が5%超であると、入射する円偏光の偏向の向きの違いにより透過光量が大きく異なり好ましくない。   In the liquid crystal / polymer composite of the present invention, when circularly polarized light in a wavelength region other than the selective reflection wavelength is incident upon application of a voltage, the difference between the transmittance of clockwise circularly polarized light and the transmittance of counterclockwise circularly polarized light is 5 % Or less is preferable. If the difference in transmittance is more than 5%, the amount of transmitted light varies greatly due to the difference in the direction of deflection of the incident circularly polarized light, which is not preferable.

本発明の液晶/高分子複合体は、少なくとも−10〜+30℃の範囲でブルー相を発現する。実用に適した温度領域において、安定にブルー相を発現することから、光変調素子用に有用である。
また、本発明の液晶/高分子複合体を光変調素子に用いる場合、電圧非印加には、使用する光の透過率が良好であり、電圧印加電時には光の透過率が低下することが好ましい。具体的には、電界非印加時には使用波長の光の透過率が80%以上であり、電界印加時には透過率が40%以下であることが好ましい。本発明の液晶/高分子複合体は、波長400〜420nmのレーザー光に好ましく使用され、電界非印加時には該レーザー光の透過率が80%以上、電界印加時には40%以下であることから、該レーザー光に使用する光学素子に有用である。
The liquid crystal / polymer composite of the present invention exhibits a blue phase at least in the range of −10 to + 30 ° C. Since the blue phase is stably expressed in a temperature range suitable for practical use, it is useful for a light modulation element.
Further, when the liquid crystal / polymer composite of the present invention is used for a light modulation element, it is preferable that the light transmittance is good when no voltage is applied, and that the light transmittance is reduced when a voltage is applied. . Specifically, it is preferable that the transmittance of light having a working wavelength is 80% or more when no electric field is applied, and the transmittance is 40% or less when an electric field is applied. The liquid crystal / polymer composite of the present invention is preferably used for laser light having a wavelength of 400 to 420 nm, and the transmittance of the laser light is 80% or more when no electric field is applied, and 40% or less when an electric field is applied. It is useful for optical elements used for laser light.

以下に実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されない。例1〜3は実施例であり、例4は比較例である。なお、表中ではブルー相をBPと記す。   The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Examples 1 to 3 are examples, and example 4 is a comparative example. In the table, the blue phase is denoted as BP.

[1]液晶組成物の調製
表1に示す割合で、液晶性化合物、カイラル剤、単官能性重合性モノマー、多官能性重合性モノマー、重合開始剤とを混合し、液晶組成物1〜4を調製した。それぞれの液晶組成物を、小型マルチチャンネル分光システム(HR−2000、オーシャンオプティクス(株)製)および光源として(キセノンランプおよびハロゲンランプ)を備えた偏光顕微鏡を用いて観察し、ブルー相の発現する温度範囲および反射スペクトルを調べた。
各成分の割合は、液晶組成物全体に対する質量%で表す。なお、表1には各々の液晶組成物の、ブルー相を示す下限温度(TBP1)、ブルー相を示す上限温度(TBP2)、ブルー相を示す温度幅(ΔBP)、およびブルー相内相転移温度を表す。本実施例で用いた液晶組成物では、TBP1とTBP2とのおおよそ中間の温度において、結晶様または粒子様の文様が観察される。この現象はブルー相内での相転移と推測され、この現象が観察された温度を「ブルー相内相転移温度」として表1に示す。
[1] Preparation of Liquid Crystal Composition Liquid crystal compounds, chiral agents, monofunctional polymerizable monomers, polyfunctional polymerizable monomers, and polymerization initiators are mixed at the ratio shown in Table 1, and liquid crystal compositions 1 to 4 are mixed. Was prepared. Each liquid crystal composition is observed using a small-sized multi-channel spectroscopic system (HR-2000, manufactured by Ocean Optics Co., Ltd.) and a polarizing microscope equipped with a light source (xenon lamp and halogen lamp) to develop a blue phase. The temperature range and reflection spectrum were examined.
The ratio of each component is represented by mass% with respect to the whole liquid crystal composition. Table 1 shows the lower limit temperature (T BP1 ) indicating the blue phase, the upper limit temperature (T BP2 ) indicating the blue phase, the temperature range (ΔBP) indicating the blue phase, and the inner phase of the blue phase of each liquid crystal composition. Represents the transition temperature. The liquid crystal composition used in the present embodiment, in the approximate middle of the temperature of the T BP1 and T BP2, motifs of crystal-like or particle-like is observed. This phenomenon is presumed to be a phase transition in the blue phase, and the temperature at which this phenomenon was observed is shown in Table 1 as the “blue phase transition temperature”.

液晶組成物の調製に用いた成分を以下に示す。
液晶性化合物:下記化合物(1A)、(1C−4)

Figure 2006348226
Figure 2006348226
The components used for the preparation of the liquid crystal composition are shown below.
Liquid crystalline compounds: the following compounds (1A) and (1C-4)
Figure 2006348226
Figure 2006348226

カイラル剤:下記化合物(2K)、化合物(2L)

Figure 2006348226
Figure 2006348226
Chiral agent: the following compound (2K), compound (2L)
Figure 2006348226
Figure 2006348226

単官能性重合性モノマー:(下記単官能性重合性モノマーは、いずれも非液晶性である。)
CH=COO−(CH12CH(Aldrich社製、以下、C12アクリレートと略記する。)、
ブレンマーCA(日本油脂(株)製、CH=COO−(CH16CHとCH=COO−(CH18CHとの混合物)、
ブレンマーB−18A(日本油脂(株)製、CH=COO−CHCH(C17)。
Monofunctional polymerizable monomer: (All of the following monofunctional polymerizable monomers are non-liquid crystalline.)
CH 2 = COO- (CH 2) 12 CH 3 (Aldrich Corp., hereinafter abbreviated as C 12 acrylate.),
BLEMMER CA (manufactured by NOF Corporation, a mixture of CH 2 = COO- (CH 2) 16 CH 3 and CH 2 = COO- (CH 2) 18 CH 3),
Blemmer B-18A (manufactured by NOF Corp., CH 2 = COO-CH 2 CH (C 8 H 17) 2).

多官能性重合性モノマー:
液晶性ジアクリレート(Merck社製、商品番号:RM257)

Figure 2006348226
Multifunctional polymerizable monomer:
Liquid crystalline diacrylate (Merck, product number: RM257)
Figure 2006348226

重合開始剤:
2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン(Aldrich社製、以下、DMPAPと略記する。)。
Polymerization initiator:
2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (manufactured by Aldrich, hereinafter abbreviated as DMPAP).

Figure 2006348226
Figure 2006348226

[2]液晶/高分子複合体の作製
[1]で得た液晶組成物1〜4を、それぞれ、等方相の状態で、電極および配向膜が付いたセルギャップ10μmのサンドイッチ型セルに注入した。各液晶組成物が注入されたセルをクロスニコル下の偏光顕微鏡で観察し、ブルー相が保持された状態であることを確認しながらメタルハライドランプ(浜松ホトニクス社製、商品名:LIGHTNINGCURE LC6)から得られる照射強度1.5mW・cm−2の紫外線を1時間照射することにより重合を行い、液晶/高分子複合体を作製した。各液晶/高分子複合体中の液晶について、前記と同様にブルー相の発現温度および反射スペクトルを調べた。また、下記の手順によって光の透過率を調べた。
[2] Preparation of Liquid Crystal / Polymer Composite The liquid crystal compositions 1 to 4 obtained in [1] were injected into sandwich cells having a cell gap of 10 μm with electrodes and alignment films, respectively, in an isotropic phase state. did. Obtained from a metal halide lamp (trade name: LIGHTNINGCURE LC6, manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) while observing the cell into which each liquid crystal composition was injected with a polarizing microscope under crossed Nicols and confirming that the blue phase was maintained. Polymerization was performed by irradiating ultraviolet rays having an irradiation intensity of 1.5 mW · cm −2 for 1 hour to prepare a liquid crystal / polymer composite. The liquid crystal in each liquid crystal / polymer composite was examined for blue phase expression temperature and reflection spectrum in the same manner as described above. Further, the light transmittance was examined by the following procedure.

[直線偏光の透過率測定]
各液晶/高分子複合体について、電気光学特性評価装置を用いて、室温(25℃)において、正弦波、1kHzの交流電源を用いて電圧を印加し、電圧印加前後の透過率変化を測定した。透過率の測定には、半導体レーザーダイオード(日亜化学工業社製、商品番号:NDHV310APC)を用いてレーザー光(波長407nm)を照射し、検出にはSiフォトダイオード(浜松ホトニクス社製、商品番号:S2281)を用いた。
[Measurement of transmittance of linearly polarized light]
For each liquid crystal / polymer composite, voltage was applied using a sine wave, 1 kHz AC power source at room temperature (25 ° C.) using an electro-optical property evaluation apparatus, and the change in transmittance before and after voltage application was measured. . The transmittance is measured by irradiating laser light (wavelength 407 nm) using a semiconductor laser diode (manufactured by Nichia Corporation, product number: NDHV310APC), and Si photodiode (manufactured by Hamamatsu Photonics, product number) is used for detection. : S2281).

[円偏光の透過率]
レーザー光と液晶/高分子複合体との間にλ/4板を配置する以外は直線偏光の透過率測定と同様にして円偏光の透過率を測定した。
表2に、重合前の測定値、重合後の測定値、および重合後の光(直線偏光および円偏光)の透過率を示した。なお、直線偏光の透過率については電圧圧印加前(0V)と、透過率が最小となる点(20V印加時)とにおける値、およびその差を示した。円偏光の透過率については、20V印加時の右回り円偏光の透過率と、左回り円偏光との透過率との差を示した。
[Transmittance of circularly polarized light]
The circularly polarized light transmittance was measured in the same manner as the linearly polarized light transmittance measurement except that a λ / 4 plate was placed between the laser beam and the liquid crystal / polymer composite.
Table 2 shows measured values before polymerization, measured values after polymerization, and transmittance of light after polymerization (linearly polarized light and circularly polarized light). As for the transmittance of linearly polarized light, the values before voltage pressure application (0 V) and the point at which the transmittance becomes minimum (when 20 V is applied) and the difference thereof are shown. Regarding the transmittance of circularly polarized light, the difference between the transmittance of right-handed circularly polarized light when 20 V was applied and the transmittance of left-handed circularly polarized light was shown.

Figure 2006348226
Figure 2006348226

表2に示されるように、重合により液晶/高分子複合体を作製するとすべての液晶/高分子複合体においてブルー相の発現温度範囲(ΔBP)が少なくとも−10〜30℃の範囲をカバーする50℃以上に拡大された。また、例1〜例4のすべてにおいて、ブルー相に由来する選択反射ピークが観測され、コレステリック相のピッチ長に対応するピークは観測されなかった。さらに、例1と例4とを比較すると、各々の液晶/高分子複合体を偏光顕微鏡によって観察すると、ともにブルー相であることを示すコッセルパターンが観察されたが、直線偏光を入射させた時の印加電圧による透過率変化の状態が異なっていた。その差を図1に示す。   As shown in Table 2, when a liquid crystal / polymer composite is prepared by polymerization, the blue phase expression temperature range (ΔBP) covers a range of at least −10 to 30 ° C. in all the liquid crystal / polymer composites 50 Magnified above ℃. In all of Examples 1 to 4, a selective reflection peak derived from the blue phase was observed, and a peak corresponding to the pitch length of the cholesteric phase was not observed. Further, comparing Example 1 and Example 4, when each liquid crystal / polymer composite was observed with a polarizing microscope, a cossel pattern indicating a blue phase was observed. When linearly polarized light was incident, The state of transmittance change due to the applied voltage was different. The difference is shown in FIG.

本発明の液晶/高分子複合体は、実用に耐えうる温度範囲にわたってブルー相を安定に発現し、電圧を印加していない時には光の透過率が高く、電圧を印加時には透過率が低下する材料である。よって、光の透過率を調整することによって使用する素子(光量調整素子、液晶シャッター等)に有用である。   The liquid crystal / polymer composite of the present invention is a material that stably develops a blue phase over a practical temperature range, has high light transmittance when no voltage is applied, and decreases transmittance when a voltage is applied. It is. Therefore, it is useful for an element (light quantity adjusting element, liquid crystal shutter, etc.) used by adjusting the light transmittance.

例1および例4の液晶/高分子複合体の電圧印加に伴う透過率変化を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability change accompanying the voltage application of the liquid crystal / polymer composite of Example 1 and Example 4.

Claims (3)

液晶性化合物と、カイラル剤と、単官能性重合性モノマーと、多官能性重合性モノマーとを含む液晶組成物を、下式[1]で表される温度範囲で重合させて得られる液晶/高分子複合体であって、該複合体中の液晶性化合物とカイラル剤との組み合せがブルー相を有し、かつ、印加する電圧の調整によって光の透過率が変化することを特徴とする液晶/高分子複合体。
BP1〜[(TBP2−TBP1)/2] [1]
ただし、TBP1は、前記液晶組成物がブルー相を示す下限温度を表し、TBP2は、前記液晶組成物がブルー相を示す上限温度を表す。
A liquid crystal / liquid crystal obtained by polymerizing a liquid crystal composition containing a liquid crystal compound, a chiral agent, a monofunctional polymerizable monomer, and a polyfunctional polymerizable monomer in a temperature range represented by the following formula [1] A liquid crystal composite, characterized in that the combination of the liquid crystal compound and the chiral agent in the composite has a blue phase, and the light transmittance is changed by adjusting the applied voltage. / Polymer composite.
TBP1 to [( TBP2 - TBP1 ) / 2] [1]
However, TBP1 represents the minimum temperature at which the liquid crystal composition exhibits a blue phase, and TBP2 represents the maximum temperature at which the liquid crystal composition exhibits a blue phase.
前記液晶/高分子複合体中の液晶が、少なくとも−10〜30℃の範囲でブルー相を発現する請求項1に記載の液晶/高分子複合体。   The liquid crystal / polymer composite according to claim 1, wherein the liquid crystal in the liquid crystal / polymer composite exhibits a blue phase in a range of at least -10 to 30 ° C. 前記液晶/高分子複合体の選択反射波長が、前記液晶組成物が示すブルー相の選択反射波長の0.85〜0.95倍である請求項1または2に記載の液晶/高分子複合体。   The liquid crystal / polymer composite according to claim 1 or 2, wherein a selective reflection wavelength of the liquid crystal / polymer composite is 0.85 to 0.95 times a selective reflection wavelength of a blue phase exhibited by the liquid crystal composition. .
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