JP2018504638A - 光変調素子 - Google Patents

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crystal medium
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グァンユ チェン、
グァンユ チェン、
ミンチュウ ウー、
ミンチュウ ウー、
ベルント フィーブランツ、
ベルント フィーブランツ、
ハラルド ザイベルト、
ハラルド ザイベルト、
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Abstract

【課題】光変調素子を提供する。【解決手段】本発明は、共通電極構造(2)および駆動電極構造(3)を個別に備える2枚の基板(1)の間に挟持されるポリマー安定化されたコレステリック液晶媒体を含む光変調素子であって、ただし駆動および/または共通電極構造を有する基板は、同一基板上の駆動および/または共通電極構造から誘電体層(5)で分離される配向電極構造(4)を追加して備え、光変調素子は、液晶媒体に直接隣接する少なくとも1層の配向層(6)を含むことを特徴とする光変調素子に関する。本発明は更に、前記光変調素子の製造方法と、電気光学的ディスプレイ、液晶ディスプレイ(LCD、liquid crystal display)、非線形光学(NLO、non−linear optic)装置および光情報記憶装置などの様々なタイプの光学および電気光学的装置における前記光変調素子の使用とに関する。【選択図】図1

Description

本発明は、
共通電極構造(2)および駆動電極構造(3)を個別に備える2枚の基板(1)の間に挟持されるポリマー安定化されたコレステリック液晶媒体を含む光変調素子であって、ただし
駆動および/または共通電極構造を有する基板は、同一基板上の駆動および/または共通電極構造から誘電体層(5)で分離される配向電極構造(4)を追加して備え、
光変調素子は、液晶媒体に直接隣接する少なくとも1層の配向層(6)を含むことを特徴とする光変調素子に関する。本発明は更に、前記光変調素子の製造方法と、電気光学的ディスプレイ、液晶ディスプレイ(LCD、liquid crystal display)、非線形光学(NLO、non−linear optic)装置および光情報記憶装置などの様々なタイプの光学および電気光学的装置における前記光変調素子の使用とに関する。
液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)は、情報を表示するために広く使用されている。LCDは、直視ディスプレイ用ならびに投射型ディスプレイ用として使用されている。ほとんどのディスプレイで用いられる電気光学的モードは、依然として種々の改変が施されたツイストネマチック(TN:Twisted Nematic)−モードである。このモードに加え、スーパーツイストネマチック(STN:Super Twisted Nematic)−モードおよび更に最近は、光学補償ベンド(OCB:Optically Compensated Bend)−モードおよび電気制御複屈折(ECB:Electrically Controlled Birefringence)−モードとそれらの種々の変法で、例えば、垂直配向ネマチック(VAN:Vertically Aligned Nematic)、パターン化ITO垂直配向ネマチック(PVA:Patterned ITO Vertically Aligned nematic)−、ポリマー安定化垂直配向ネマチック(PSVA:Polymer Stabilized Vertically Aligned nematic)−モードおよび多重ドメイン垂直配向ネマチック(MVA:Multi domain Vertically Aligned nematic)−モードなど、ならびに他のモードが次第に使用されつつある。これらのモードは全て、基板と液晶層とにそれぞれ実質的に垂直な電場を使用する。これらのモードに加え、基板と液晶層とにそれぞれ実質的に平行な電場を用いる電気光学的モード、例えば、面内スイッチ(略してIPS:In Plane Switching)モード(例えば、ドイツ国特許第4000451号(特許文献1)および欧州特許第0588568号(特許文献2)に開示されている。)およびフリンジ場スイッチング(FFS:Fringe Field Switching)モードなどもある。とりわけ、後者の電気光学的モードは良好な視野角特性および改良された応答時間を有しており、最新のデスクトップモニター向けおよび更にはテレビ用およびマルチメディア用途用ディスプレイ向けのLCD用に次第に使用されつつあり、よってTN−LCDと競合している。
これらのディスプレイに加え、比較的短いコレステリックピッチを有するコレステリック液晶を使用する新しいディスプレイモードが、所謂「フレキソエレクトリック」効果を利用するディスプレイで使用するために提案されており、フレキソエレクトリック効果は、とりわけ、Meyerら著、Liquid Crystals 1987年、第58巻、第15頁(非特許文献1);Chandrasekhar著、「Liquid Crystals」、第2版、Cambridge University Press刊(1992年)(非特許文献2)およびP.G.deGennesら著、「The Physics of Liquid Crystals」、第2版、Oxford Science Publications刊(1995年)(非特許文献3)に記載されている。
フレキソエレクトリック効果を利用するディスプレイは一般に、典型的には500μ秒〜3m秒の範囲の高速応答時間および更に優れた中間階調能を特徴とする。
これらのディスプレイにおいてコレステリック液晶は例えば、「均一に横たわるへリックス」(ULH:uniformly lying helix)配向に配向しており、このディスプレイもULHディスプレイと名づけられている。この目的のために、キラル物質をネマチック材料と混合し、コレステリック材料と等価なキラルネマチック材料に材料を変換するヘリカルツイストを誘発する。
均一に横たわるへリックステクスチャは典型的には、0.2μm〜2μmの範囲内、好ましくは1.5μm以下、特には1.0μm以下の短いピッチを有するキラルネマチック液晶を使用して実現し、均一に横たわるへリックステクスチャは、液晶セルの基板に平行なヘリカル軸で単一方向に配向している。この配置において、キラルネマチック液晶のヘリカル軸は複屈折板の光軸と等価である。
ヘリカル軸と直交するこの配置に電界を印加すると、光軸がセル面内で回転し、この回転は、表面が安定化された強誘電性液晶ディスプレイ中の強誘電性液晶のダイレクターの回転と同様である。
電界は、光軸のチルトに応じたスプレイ−ベンド構造をダイレクターに誘発する。第一次近似において、軸の回転の角度は、電界の強度に直接的および線形的に比例する。直交する偏光板の間に、電源が入っていない状態で、一方の偏光子の吸収軸に対して光軸が22.5°の角度になるように液晶セルを置いた場合、光学的効果が最も良く見える。また、この22.5°の角度も電界の理想的な回転角度であり、よって、電界を逆転させることにより光軸は45°回転し、ヘリックス軸、偏光子の吸収軸、電界の方向の好ましい方向の相対的配向を適切に選択することにより、1つの偏光子に平行から両方の偏光子の間の中央角に光軸をスイッチできる。光軸のスイッチングの全角度が45°である場合、最適なコントラストが達成される。その場合、光学的リターデーション 、即ち、液晶の有効複屈折率およびセルの間隔の積を波長の1/4に選択するすることにより、この配置をスイッチ可能な1/4波長板として使用できる。これに関連して波長は550nm、即ち、ヒトの目の感度が最も高い波長を言う。
光軸の回転角(Φ)は、式(1)による良好な近似で与えられる。
tanΦ=<e>PE/(2πK) (1)
式中、
は、コレステリック液晶の非かく乱ピッチであり、
<e>は、スプレイ・フレキソエレクトリック係数(esplay)と、ベンド・フレキソエレクトリック係数(ebend)との平均[<e>=1/2(esplay+ebend)]であり、
Eは、電界の強度であり、および
Kは、スプレイ弾性定数(k11)およびベンド弾性定数(k33)との平均[K=1/2(k11+k33)]であり、
および、ただし、
<e>/Kは、フレキソ−弾性比と呼ばれる。
この回転角は、フレキソエレクトリックスイッチング素子において、スイッチング角の半分である。
この電気光学的効果の応答時間(τ)は、式(2)により良好な近似で与えられる。
τ=[P/(2π)]・γ/K (2)
式中、
γは、へリックスの歪に伴う有効粘度係数である。
へリックスを解く臨界電界(E)が存在し、式(3)から得ることができる。
=(π/P)・[k22/(ε・Δε)]1/2 (3)
式中、
22は、ツイスト弾性定数であり、
εは、真空の誘電率であり、および
Δεは、液晶の誘電異方性である。
しかしながらULHディスプレイの大量生産を妨げる主な障害は、その配向が本質的に不安定であり、単一の表面処理(平面、ホメオトロピックまたはチルト)がエネルギー的に安定な状態を提供しないことである。このため従来のセルを使用する場合、多量の欠陥が存在するため、高品質の暗状態を得ることは困難である。
具体的にはフレキソ電気光学効果の重大な問題は、時間の経過によりULHテクスチャが安定したグランジャンテクスチャ(均一に起立するへリックス、USH(uniform standing helix))に変換する強い傾向があるため、ULH構造が不安定であることである。例えばULHテクスチャは、誘電結合などの外部要因によって不可逆的に損傷し得る。より高い電界で誘電結合が強くなると、印加電圧の大きさに依存してヘリックスが部分的または完全に巻き戻り得る。コレステリック液晶が正の誘電異方性を有する場合、巻き戻った状態はホメオトロピックとなり、よってセルを交差偏光子間に置くと、完全に黒となる。極性および線形効果であるフレキソ電気光学的効果と対照的に、ヘリックスの巻き戻りは二次効果である。印加電界によるヘリックスの巻き戻りは通常、ULHテクスチャを不可逆的に破壊し、よって、装置のフレキソ電気光学的モードを劣化させる結果となることに留意されたい。実用的にはフレキソ電気光学的効果に基づく電気光学的装置は、大きな温度および電界の変動に耐えなければならず、依然として機能的に動作しなければならない。このことは、そのような装置が、印加電界で巻き戻った後に例えば、電界を切った後に完全に回復し得る安定なULH組織を必要とすることを意味する。試料を高温に曝露することについても同じでなければならない。
大部分が表面またはバルクポリマーネットワーク上のポリマー構造を含むULH配向を改良する試みは、例えば、
Appl.Phys.Lett、2010年、第96巻、第113503頁、「Periodic anchoring condition for alignment of a short pitch cholesteric liquid crystal in uniform lying helix texture」(非特許文献4);
Appl.Phys.Lett.2009年、第95巻、第011102頁、「Short pitch cholesteric electro−optical device based on periodic polymer structures」(非特許文献5);
J.Appl.Phys.2006年、第99巻、第023511頁、「Effect of polymer concentration on stabilized large−tilt−angle flexoelectro−optic switching」(非特許文献6);
J.Appl.Phys.1999年。第86巻、第7頁、「Alignment of cholesteric liquid crystals using periodic anchoring」(非特許文献7);
Jap.J.Appl.Phys.2009年、第48巻、第101302頁、「Alignment of the Uniform Lying Helix Structure in Cholesteric Liquid Crystals」(非特許文献8)または米国特許出願第2005/0162585号公報(特許文献3)
などに記載されている。
ULH配向を改良する別の試みは、Carboneら著、Mol.Cryst.Liq.Cryst.2011年、第544巻、第37〜49頁(非特許文献9)で示唆された。著者らは安定したULHテクスチャの形成を促進するために、二光子励起レーザーリソグラフィープロセスでUV硬化性材料を硬化して作製した表面レリーフ構造を利用した。
しかしながら上記試みは全て、LC装置の大量生産のための一般に既知の方法と特に適合しない好ましくない処理工程を必要とする。
ULH配向を改良する別の試みは、Qasimら著、Applied.Phys.Lett.2012年、第100巻、第063501頁(非特許文献10)で示唆された。著者らは安定したULHテクスチャの形成を促進するために、IPS電極構造を利用した。配向および駆動電極としてIPS電極を使用することで、同じ電界強度を提供するためにFFS様の配向電極を用いるよりも遙かに高い配向電圧が必要があり、ディスプレイを完全にスイッチできず、結果として透過率がより低く好ましくない。
更なる発展は、所謂PS(ポリマー安定化、polymer stabilised)ディスプレイである。これらでは少量の重合性化合物をLC媒体に添加し、LCセルに導入後、通常はUV光重合でその場で重合または架橋する。ULHテクスチャを安定化するために、「反応性メソゲン(RM、reactive mesogen)」としても既知の重合性メソゲンまたは液晶化合物をLC混合物へ添加することが特に適していることが判明した。
PS−ULHディスプレイは例えば、国際公開第2005/072460号公報(特許文献4);米国特許第8,081,272号明細書(特許文献5);米国特許第7,652,731号明細書(特許文献6);Komitovら著、Appl.Phys.Lett.2005年、第86巻、第161118頁(非特許文献11)またはRudquistら著、Liquid Crystals 1998年、第24巻、第3号、第329〜334頁(非特許文献12)に記載されている。
PS−ULH型のディスプレイにおける反応性メソゲンモノマー(RM)の総濃度(0.5〜20%)が典型的には、PSA(polymer−sustained alignment、ポリマー安定化配向)型ディスプレイ(0.3〜0.5%)などの一般に知られているディスプレイよりも高いため、どのようなポリマー安定化法がULHテクスチャの安定化に使用されても、ポリマー安定化プロセスは一般に、他のポリマー安定化プロセスと比較してより長い硬化時間を要する。硬化時間を短縮し、重合性モノマーの重合速度を増加させるために、典型的に利用される液晶媒体は光開始剤を含む。しかしながら光開始剤を利用すると、最終的なディスプレイ装置における画像固着およびVHRドロップなどの信頼性の問題が発生することが多々ある。
要するに先行技術の試みは、動作電圧の上昇、スイッチ速度の低下、コントラスト比の低下または好ましくない処理工程などの幾つかの不具合と関連しており、対応するLC装置を量産する一般に知られている方法と互換しない。
ドイツ国特許第4000451号 欧州特許第0588568号 米国特許出願第2005/0162585号公報 国際公開第2005/072460号公報 米国特許第8,081,272号明細書 米国特許第7,652,731号明細書
Meyerら著、Liquid Crystals 1987年、第58巻、第15頁 Chandrasekhar著、「Liquid Crystals」、第2版、Cambridge University Press刊(1992年) P.G.deGennesら著、「The Physics of Liquid Crystals」、第2版、Oxford Science Publications刊(1995年) Appl.Phys.Lett、2010年、第96巻、第113503頁、「Periodic anchoring condition for alignment of a short pitch cholesteric liquid crystal in uniform lying helix texture」 Appl.Phys.Lett.2009年、第95巻、第011102頁、「Short pitch cholesteric electro−optical device based on periodic polymer structures」 J.Appl.Phys.2006年、第99巻、第023511頁、「Effect of polymer concentration on stabilized large−tilt−angle flexoelectro−optic switching」 J.Appl.Phys.1999年。第86巻、第7頁、「Alignment of cholesteric liquid crystals using periodic anchoring」 Jap.J.Appl.Phys.2009年、第48巻、第101302頁、「Alignment of the Uniform Lying Helix Structure in Cholesteric Liquid Crystals」 Carboneら著、Mol.Cryst.Liq.Cryst.2011年、第544巻、第37〜49頁 Qasimら著、Applied.Phys.Lett.2012年、第100巻、第063501頁 Komitovら著、Appl.Phys.Lett.2005年、第86巻、第161118頁 Rudquistら著、Liquid Crystals 1998年、第24巻、第3号、第329〜334頁 H.J.Colesら著、J.Appl.Phys.2006年、第99巻、034104頁 C.Tschierske、G.PelzlおよびS.Diele著、Angew.Chem.2004年、第116巻、第6340〜6368頁
よって本発明の1つの目的は、先行技術の欠点を有さず、好ましくは上および下で述べる利点を有する、PS−ULH(ポリマー安定化ULH、polymer stabilised ULH)型の代替または好ましくは改良された液晶(LC、liquid crystal)光変調素子およびそのような液晶光変調素子を調製する方法を提供することである。
これらの利点はとりわけ、好ましい高いスイッチ角、好ましい高い応答時間、アドレスに必要な好ましい低い電圧、一般に知られている量産方法との互換性であり、最終的にはULHテクスチャの長期間の安定した配向で達成されるべき好ましい真暗な「オフ状態」である。
本発明の他の目的は、以下の詳細な記載から当業者に直ちに明らかである。
驚くべきことに本発明者らは、
共通電極構造(2)および駆動電極構造(3)を個別に備える2枚の基板(1)の間に挟持されるポリマー安定化されたコレステリック液晶媒体を含む光変調素子であって、ただし
駆動および/または共通電極構造を有する基板は、同一基板上の駆動および/または共通電極構造から誘電体層(5)で分離される配向電極構造(4)を追加して備え、
光変調素子は、液晶媒体に直接隣接する少なくとも1層の配向層(6)を含むことを特徴とする光変調素子
を提供することで1つ以上の上記目的を達成できることを見出した。
また本発明は、
光変調素子を調製する方法であって、
a)2枚の基板間に、1種類以上のビメソゲン化合物、1種類以上のキラル化合物および1種類以上の重合性化合物を含むコレステリック液晶媒体の層を提供し、ただし少なくとも一方の基板は光に対して透明であり、一方または両方の基板上に電極が設けられており、
b)コレステリック液晶媒体を、その等方相に加熱し、
c)液晶媒体をスイッチ状態間でスイッチするのに十分なAC電界を電極間に印加しながら、コレステリック液晶媒体をその透明点より下まで冷却し、
d)電極間にAC電界を印加しながら、重合性化合物の光重合を誘発する光放射にコレステリック液晶媒体の前記層を曝露し、
e)電界または熱制御を印加するか印加せずに、コレステリック液晶媒体を室温に冷却し、
f)任意に前記電極間にAC電界を印加しながら、工程d)で重合せずに残存している任意の重合性化合物の光重合を誘発する光放射に前記コレステリック液晶媒体を曝露する
工程を含む方法にも関する。
図1は、本発明による光変調素子の概略図を示す。一方が共通電極構造(2)を備え他方が駆動電極構造(3)を備える2枚の基板(1)を詳細に示し、ただし駆動電極構造を有する基板は、誘電体層(5)で電極構造から分離された配向電極構造(4)を追加して備える。 図2は、本発明による光変調素子の概略図を示す。図1による組み立てられたセルの設定を詳細に示すが、配向電極構造は共通電極側にあり、誘電体層で分離される。 図3は、本発明による光変調素子の概略図を示す。それぞれ駆動(2)または共通電極構造(3)を備え、駆動(2)または共通電極構造(3)から誘電体層(5)で分離されている配向電極(4)をそれぞれ追加して備える基板(1)をそれぞれ含む2枚の基板アレイを詳細に示す。 図4は、本発明による電気光学または光学装置で利用される電気回路の好ましい実施形態の概略図を示す。 図5は、本発明による光変調素子の概略図を示す。一方が共通電極構造(2)を備え他方が駆動電極構造(3)を備える2枚の基板(1)を詳細に示し、ただし駆動電極構造を有する基板は、誘電体層(5)で電極構造から分離された配向電極構造(4)を追加して備え、ただし配向電極構造は配向層を追加して備える。
<用語および定義>
上および下で、以下の意味を適用する。
用語「液晶」、「メソモルフィック化合物」または「メソゲニック化合物」(略して「メソゲン」とも言う)は、温度、圧力および濃度の適切な条件下において、中間相(ネマチック、スメクチックなど)として、または、特にLC相として存在できる化合物を意味する。非両親媒性メソゲン化合物は、例えば、1個以上のカラミチック、バナナ形状またはディスコチックのメソゲン基を含む。
これについて用語「メソゲン基」は、液晶(LC:liquid crystal)相挙動を誘発する能力を有する基を意味する。メソゲン基を含む化合物は、必ずしもそれ自体がLC相を示す必要はない。それらが他の化合物との混合物中においてのみLC相挙動を示すことも可能である。簡潔のため、以降において用語「液晶」を、メソゲンおよびLC材料の両方に使用する。
本願を通して用語「アリールおよびヘテロアリール基」は単環式または多環式でよく、即ち、それらは1個の環(例えば、フェニルなど)または2個以上の環を有してよく、また該基は縮合(例えば、ナフチルなど)もしくは共有結合で連結(例えば、ビフェニルなど)されてもよく、または縮合および連結された環の組合せを含有してもよい。ヘテロアリール基は、好ましくはO、N、SおよびSeから選択される1個以上のヘテロ原子を含有する。6〜25個のC原子を有する単環式、二環式または三環式アリール基および2〜25個のC原子を有する単環式、二環式または三環式ヘテロアリール基が特に好ましく、該基は縮合環を含有してよく、置換されてよい。5員、6員または7員のアリールおよびヘテロアリール基が更に好ましく、ただし加えてO原子および/またはS原子が互いに直接連結していようにして、1個以上のCH基はN、SまたはOで置き換えられてよい。好ましいアリール基は例えば、フェニル、ビフェニル、ターフェニル、[1,1’:3’、1”]ターフェニル−2’−イル、ナフチル、アントラセン、ビナフチル、フェナントレン、ピレン、ジヒドロピレン、クリセン、ペリレン、テトラセン、ペンタセン、ベンゾピレン、フルオレン、インデン、インデノフルオレン、スピロビフルオレン、より好ましくは、1,4−フェニレン、4,4’−ビフェニレン、1,4−ターフェニレンである。
好ましいヘテロアリール基は例えば、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、テトラゾール、フラン、チオフェン、セレノフェン、オキサゾール、イソキサゾール、1,2−チアゾール、1,3−チアゾール、1,2,3−オキサジアゾール、1,2,4−オキサジアゾール、1,2,5−オキサジアゾール、1,3,4−オキサジアゾール、1,2,3−チアジアゾール、1,2,4−チアジアゾール、1,2,5−チアジアゾール、1,3,4−チアジアゾールなどの5員環;ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、1,3,5−トリアジン、1,2,4−トリアジン、1,2,3−トリアジン、1,2,4,5−テトラジン、1,2,3,4−テトラジン、1,2,3,5−テトラジンなどの6員環;インドール、イソインドール、インドリジン、インダゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾトリアゾール、プリン、ナフタイミダゾール、フェナントロイミダゾール、ピリダイミダゾール、ピラジンイミダゾール、キノキサリンイミダゾール、ベンゾキサゾール、ナフトキサゾール、アントロキサゾール、フェナントロキサゾール、イソキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、ジベンゾフラン、キノリン、イソキノリン、プテリジン、ベンゾ−5,6−キノリン、ベンゾ−6,7−キノリン、ベンゾ−7,8−キノリン、ベンゾイソキノリン、アクリジン、フェノチアジン、フェノキサジン、ベンゾピリダジン、ベンゾピリミジン、キノキサリン、フェナジン、ナフチリジン、アザカルバゾール、ベンゾカルボリン、フェナントリジン、フェナントロリン、チエノ[2,3b]チオフェン、チエノ[3,2b]チオフェン、ジチエノチオフェン、イソベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、ベンゾチアジアゾチオフェンなどの縮合基;またはこれらの基の組合せである。またヘテロアリール基は、アルキル、アルコキシ、チオアルキル、フッ素、フルオロアルキルまたは更にアリールもしくはヘテロアリール基で置換されてもよい。
本願の文意において用語「(非芳香族)脂環式およびヘテロ環式基」は、飽和環、即ち排他的に単結合を含むものおよび部分不飽和環、即ち多重結合も含有してよいものの両者を包含する。ヘテロ環式環は、好ましくはSi、O、N、SおよびSeから選択される1個以上のヘテロ原子を含有する。(非芳香族)脂環式およびヘテロ環式基は、単環式、即ち1個のみの環(例えば、シクロヘキサンなど)を含有してよく、または多環式、即ち複数の環(例えば、デカヒドロナフタレンまたはビシクロオクタンなど)を含有してよい。飽和基が特に好ましい。3〜25個のC原子を有する単環式、二環式または三環式基が更に好ましく、該基は縮合環を含有してよく、置換されてよい。5員、6員、7員または8員の炭素環式基が更に好ましく、ただし加えて1個以上のC原子はSiで置き換えられてよく、ならびに/または1個以上のCH基はNで置き換えられてよく、ならびに/または1個以上の隣接しないCH基は−O−および/もしくは−S−で置き換えられてよい。好ましい脂環式およびヘテロ環式基は例えば、シクロペンタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロチオフラン、ピロリジンなどの5員環基、シクロヘキサン、シリナン、シクロヘキセン、テトラヒドロピラン、テトラヒドロチオピラン、1,3−ジオキサン、1,3−ジチアン、ピペリジンなどの6員環基、シクロヘプタンなどの7員環基、およびテトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、インダン、ビシクロ[1.1.1]ペンタン−1,3−ジイル、ビシクロ[2.2.2]オクタン−1,4−ジイル、スピロ[3.3]ヘプタン−2,6−ジイル、オクタヒドロ−4,7−メタノインダン−2,5−ジイルなどの縮合環、より好ましくは、1,4−シクロへキシレン、4,4’−ビシクロヘキシレン、3,17−ヘキサデカヒドロ−シクロペンタ[a]フェナントレンで、1個以上の同一または異なる碁Lで置換されてよい。特に好ましいアリール、ヘテロアリール、脂環式およびヘテロ環式基は、1,4−フェニレン、4,4’−ビフェニレン、1,4−ターフェニレン、1,4−シクロヘキシレン、4,4’−ビシクロヘキシレンおよび3,17−ヘキサデカヒドロ−シクロペンタ[a]フェナントレンで、1個以上の同一または異なる碁Lで置換されてよい。
上述のアリール、ヘテロアリール、脂環式およびヘテロ環式基の好ましい置換基(L)は例えば、アルキルまたはアルコキシなどの溶解促進基およびフッ素、ニトロまたはニトリルなどの電子吸引基である。特に好ましい置換基は例えば、F、Cl、CN、NO、CH、C、OCH、OC、COCH、COC、COOCH、COOC、CF、OCF、OCHFまたはOCである。
上および下の「ハロゲン」は、F、Cl、BrまたはIを表す。
上および下で用語「アルキル」、「アリール」、「ヘテロアリール」などは多価基、例えばアルキレン、アリーレン、ヘテロアリーレンなども包含する。用語「アリール」は、芳香族炭素基またはそれより誘導される基を表す。用語「ヘテロアリール」は、1個以上のヘテロ原子を含有し上の定義による「アリール」を表す。
好ましいアルキル基は例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、2−メチルブチル、n−ペンチル、s−ペンチル、シクロペンチル、n−ヘキシル、シクロヘキシル、2−エチルヘキシル、n−ヘプチル、シクロヘプチル、n−オクチル、シクロオクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、ドデカニル、トリフルオロメチル、パーフルオロ−n−ブチル、2,2,2−トリフルオロエチル、パーフルオロオクチル、パーフルオロヘキシルなどである。
好ましいアルコキシ基は例えば、メトキシ、エトキシ、2−メトキシエトキシ、n−プロポキシ、i−プロポキシ、n−ブトキシ、i−ブトキシ、s−ブトキシ、t−ブトキシ、2−メチルブトキシ、n−ペントキシ、ヘキソキシ、n−ヘプトキシ、n−オクトキシ、n−ノノキシ、n−デコキシ、n−ウンデコキシ、n−ドデコキシである。
好ましいアルケニル基は例えば、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、シクロペンテニル、ヘキセニル、シクロヘキセニル、ヘプテニル、シクロヘプテニル、オクテニル、シクロオクテニルである。
好ましいアルキニル基は例えば、エチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニル、オクチニルである。
好ましいアミノ基は例えば、ジメチルアミノ、メチルアミノ、メチルフェニルアミノ、フェニルアミノである。
用語「キラル」は、一般に、その鏡像体に重ね合わせることができない物体を記載するために使用する。
「アキラル」(非キラル)な物体は、それらの鏡像体と同一の物体である。
用語「キラルネマチック」および「コレステリック」は、他に明示的に述べてない場合、本願では同意語として使用する。
キラル物質で誘発されたピッチ(P)は、使用するキラル材料の濃度(c)に、第一次近似で反比例する。この関係の比例定数は、キラル物質のヘリカルツイスト力(HTP:Helical Twisiting Power)と呼ばれ、式(4)で定義される。
HTP≡1/(c・P) (4)
式中、
cは、キラル化合物の濃度である。
用語「ビメソゲン化合物」は、分子中に2個のメソゲン基を含む化合物に関する。通常のメソゲンと全く同様に、それらはそれらの構造に依存して多くの中間相を形成できる。特にビメソゲン化合物をネマチック液晶媒体に添加すると、第2ネマチック相を誘発できる。またビメソゲン化合物は、「ダイマー液晶」としても既知である。
用語「配向(「alignment」または「orientation」)」は、小型分子または大型分子の断片などの材料の異方性単位について「配向方向」と言われる共通方向における配向(方向秩序)に関する。液晶材料の配向層において液晶のダイレクターは、配向方向が材料の異方性軸の方向に対応するように配向方向と一致する。
用語「平面配向(orientation/alignment)」は例えば液晶材料層において、一定の液晶分子の分子長軸(カラミチック化合物の場合)または分子短軸(ディスコチック化合物の場合)が層面に対して実質的に平行(約180°)に配向することを意味する。
用語「ホメオトロピック配向(orientation/alignment)」は例えば液晶材料層において、一定の液晶分子の分子長軸(カラミチック化合物の場合)または分子短軸(ディスコチック化合物の場合)が層面に対して約80°〜90°の間の角度θ(「チルト角」)で配向することを意味する。
明示的に特定しない限り、本願で一般的に言及される光の波長は550nmである。
本明細書において複屈折Δnは、式(5)で定義される:
Δn=n−n (5)
式中、nは異常屈折率であり、nは通常屈折率であり、平均屈折率nav.は以下の式(6)で与えられる:
av.=[(2n +n )/3]1/2 (6)
異常屈折率nおよび通常屈折率nは、アッベ屈折計を使用して測定できる。次いで、式(5)からΔnを計算できる。
本願において用語「誘電的に正」は、Δε>3.0を有する化合物または成分に対して使用され、「誘電的に中性」は−1.5≦Δε≦3.0を有するもの、および「誘電的に負」はΔε<−1.5を有するものである。Δεは、1kHzの周波数および20℃で決定する。それぞれの化合物の誘電異方性は、ネマチックホスト混合物におけるそれぞれ個々の化合物の10%溶液の結果から決定する。ホスト媒体におけるそれぞれの化合物の溶解度が10%未満の場合、少なくとも化合物の特性を決定できるのに十分に得られる媒体が安定するまで、化合物の濃度を1/2ずつ低下する。しかしながら、好ましくは、結果の有意性を可能な限り高く保つために、濃度は少なくとも5%に保つ。試験混合物の容量は、ホメオトロピック配向を有するおよびホモジニアス配向を有するセルの両方で決定する。両方のタイプのセルのセルギャップは、約20μmである。印加電圧は1kHzの周波数を有する矩形波で、二乗平均平方根値は0.5V〜1.0Vであるが、常にそれぞれの試験混合物の容量閾値より低く選択する。
Δεは(ε−ε)で定義され、一方でεavは(ε+2ε)/3である。
化合物の誘電体誘電率は、対象化合物を添加した際のホスト混合物のそれぞれの値の変化より決定される。その値は、対象化合物の濃度100%に外挿される。典型的なホスト混合物は、H.J.Colesら著、J.Appl.Phys.2006年、第99巻、034104頁(非特許文献13)に開示されており、表1に与えられる組成を有する。
用語「実質的に平行」は、互いの方向に対して10°未満、好ましくは5°未満、特に2°未満の偏差のような、それらの平行度の小さな偏差を有する帯状パターンも包含する。
用語「帯状」は特に、直線状、曲線状またはジグザグパターンを有する帯に関するが、これに限定されない。更に帯の外形または断面は、三角形、円形、半円形または四角形を包含するが、限定されない。
用語「基板アレイ」は特にこの順で、基板層、第1電極層、誘電体層、第2電極層および任意の配向層、または基板層、電極層、任意の配向層、または基板層および電極層などの順序付けられた層構造に関する。
更に、C.Tschierske、G.PelzlおよびS.Diele著、Angew.Chem.2004年、第116巻、第6340〜6368頁(非特許文献14)で与えられる通りの定義を、本願において液晶材料に関する定義していない用語に適用する。
<本願発明の詳細な記載>
本発明の好ましい実施形態において、利用される基板は実質的に透明である。本発明の目的に適した透明材料は、当業者には一般的に既知である。本発明によれば、基板は、とりわけそれぞれ互いに独立に、ポリマー材料、金属酸化物、例えばITOおよびガラスまたは石英板、好ましくはそれぞれ互いに独立に、ガラスおよび/またはITO、特にガラス/ガラスから成ってよい。
適切で好ましいポリマー基材は例えば、シクロオレフィンポリマー(COP、cyclo olefin polymer)、環状オレフィンコポリマー(COC、cyclic olefin copolymer)、ポリエチレンテレフタレート(PET、polyethyleneterephthalate)もしくはポリエチレンナフタレート(PEN、polyethylenenaphthalate)などのポリエステル、ポリビニルアルコール(PVA、polyvinylalcohol)、ポリカーボネート(PC、polycarbonate)またはトリアセチルセルロース(TAC、triacetylcellulose)、非常に好ましくはPETまたはTACフィルムである。PETフィルムは例えば、帝人デュポンフィルム社からMelinex(登録商標)の商品名で商業的に入手可能である。COPフィルムは例えば、ゼオンケミカル社からZeonor(登録商標)またはZeonex(登録商標)の商品名で商業的に入手可能である。COCフィルムは例えば、Topas Advanced Polymers社からTopas(登録商標)の商品名で商業的に入手可能である。
基板層は例えば、スペーサーまたは層内の突出構造によって互いに規定された分離を保つことができる。典型的なスペーサー材料は、専門家に一般的に知られており例えば、プラスチック、シリカ、エポキシ樹脂などから選択される。
好ましい実施形態において基板は、互いに約1μm〜約50μmの範囲内で、好ましくは互いに約1μm〜約25μmの範囲内で、より好ましくは互いに約1μm〜約15μm範囲で離して配置する。これによりコレステリック液晶媒体層を、その内部空間に配置する。
本発明による光変調素子は、それぞれ対向基板(1)上に直接設けられた共通電極構造(2)および駆動電極構造(3)を含み、該電極により電界を印加でき、該電極は基板またはコレステリック液晶媒体層に実質的に垂直である。
加えて光変調素子は、それぞれ同一の基板上に設けられ、誘電体層(5)でそれぞれ互いに分離された配向電極構造(4)および駆動電極構造(3)を含み、該電極によりフリンジ電界を印加できる。
好ましくは共通電極構造は、一方の基板の基板全面に電極層として設けられる。
適切な透明電極材料は、例えば透明インジウム錫酸化物(ITO、indium tin oxide)などの例えば金属または金属酸化物で作製された電極構造として専門家に一般的に知られており、これは本発明により好ましい。
ITOの薄膜は一般的に、物理蒸着、電子ビーム蒸着またはスパッタ蒸着技術で基板上に堆積される。
好ましい実施形態において光変調素子は、駆動電極構造上もしくは共通電極構造のいずれか一方上のみに、または駆動電極構造および共通電極構造上の両方に設けられる少なくとも1層の誘電体層を含む。
他の好ましい実施形態において光変調素子は、対向電極構造上に設けられた少なくとも2層の誘電体層を含む。
典型的な誘電体層材料は、例えばSiOx、SiNx、Cytop、TeflonおよびPMMAなどで、専門家に一般的に知られている。
誘電体層材料は、スピンコーティング、ロールコーティング、ブレードコーティングなどの従来のコーティング技術、またはPVDまたはCVDなどの真空堆積で、基板または電極層上に塗工できる。また誘電体層材料は例えば、スクリーン印刷、オフセット印刷、オープンリール式印刷、レタープレス印刷、グラビア印刷、輪転グラビア印刷、フレキソ印刷、凹版印刷、パッド印刷、ヒートシール印刷、インクジェット印刷またはスタンプもしくは印刷版による印刷などの専門家に知られている従来の印刷技術で、基板または電極層上に塗工できる。
他の好ましい実施形態において本発明による光変調素子は、駆動電極構造を配向電極構造から分離する誘電体層(5)上に設けられた少なくとも1個の配向電極構造(4)を含む。
しかしながら同様に本発明による光変調素子は、駆動電極層および共通電極層上に設けられたそれぞれの誘電体層(5)上に提供された少なくとも2個の配向層を含むことが好ましい。
よって、基板自体、駆動電極構造、誘電体層および配向電極構造を含む結果として得られる構造化基板は、専門家に一般に知られている通り基板アレイ、好ましくはFFS型構造化基板アレイを形成する。
好ましくは配向電極構造は複数の実質的に平行な帯状電極を含み、ただし帯状電極間のギャップは約500nm〜約10μmの範囲内、好ましくは約1μm〜約5μmの範囲内であり、それぞれの帯状電極の幅は約500nm〜約10μmの範囲内、好ましくは約1μm〜約5μmの範囲内であり、ただしそれぞれの帯状電極の高さは好ましくは約10nm〜約10μmの範囲内、好ましくは約40nm〜約2μmの範囲内である。
よって、基板自体、駆動電極構造、誘電体層および配向電極構造を含む結果として得られる構造化基板は、専門家に一般に知られている通り基板アレイ、好ましくはFFS型構造化基板アレイを形成する。
適切な電極材料は、例えば透明インジウム錫酸化物(ITO、indium tin oxide)などの例えば金属または金属酸化物で作製された電極構造として専門家に一般的に知られており、これは本発明により好ましい。
ITOの薄膜は一般的に、物理蒸着、電子ビーム蒸着またはスパッタ蒸着技術で基板上に堆積される。
好ましい実施形態において光変調素子は、共通電極層上に設けられた少なくとも1層の配向層を含む。
他の好ましい実施形態において、配向層は配向電極構造上に設けられる。
更なる好ましい実施形態において、少なくとも1層の配向層が配向電極構造上に設けられ、少なくとも1層の配向層が共通電極構造上に設けられる。
他の好ましい実施形態において、少なくとも1層の配向層が配向電極構造上に設けられ、少なくとも1層の配向層が対向配向電極構造上に設けられる。
好ましくは配向層は、隣接する液晶分子に、ホメオトロピック配向、チルトホメオトロピックまたは平面配向を誘発し、配向層は上記の通り共通電極構造および/または配向電極構造上に設けられる。
好ましくは配向層(1層または多層)は、アルコキシシラン、アルキルトリクロロシラン、CTAB、レシチン、例えば日産社より商業的に入手可能な例えばSE−5561、例えばJSR社より商業的に入手可能なAL−3046またはAL−5561などのポリイミドから作製された層などの例えば専門家に一般的に知られるホメオトロピックおよび/または平面配向層材料から作製する。
ホメオトロピック配向を達成する更なる適切な方法は例えば、J.Cognard.Mol.第78巻、補足第1巻、第1〜77頁(1981年)に記載されている。
配向層材料は、スピンコーティング、ロールコーティング、浸漬コーティング、ブレードコーティングなどの従来のコーティング技術で、基板アレイまたは電極構造上に塗工できる。また配向層材料は、蒸着または例えばスクリーン印刷、オフセット印刷、オープンリール式印刷、レタープレス印刷、グラビア印刷、輪転グラビア印刷、フレキソ印刷、凹版印刷、パッド印刷、ヒートシール印刷、インクジェット印刷またはスタンプもしくは印刷版による印刷などの専門家に知られている従来の印刷技術で塗工できる。
好ましい実施形態において配向層は好ましくは、当業者に既知のラビング技術でラビングされる。
それぞれ対向共通電極構造および/または配向電極構造上に設けられた2層の配向層が存在する場合、配向層の一方のラビング方向は、配向電極構造の帯状パターンの長軸または帯状の長手方向に対して好ましくは±45°の範囲内、より好ましくは±20°の範囲内、更により好ましくは±10°の範囲内、特には同方向±5°の範囲内であることが同様に好ましく、対向配向層のラビング方向は実質的に逆平行である。
用語「実質的に逆平行」は、互いの方向に対して10°未満、好ましくは5°未満、特に2°未満のずれなど、互いの反平行から小さくずれるラビング方向も包含する。
更に好ましい実施形態において配向層は誘電体層を置換し、配向層は配向電極側に設けられる。
本発明の好ましい実施形態において光変調素子は2個以上の偏光子を含み、その少なくとも1個はコレステリック液晶媒体層の一方側に配置され、その少なくとも1個は液晶媒体層の反対側に配置される。このときコレステリック液晶媒体層および偏光子は好ましくは、互いに平行に配置される。
偏光子は、直線偏光子でよい。好ましくは光変調素子内に、2個のみの偏光子が存在する。この場合、偏光子の一方または両方は直線偏光子であることが更に好ましい。2個の直線偏光子が光変調素子に存在する場合、本発明によれば2個の偏光子の偏光方向が交差することが好ましい。
2個の円偏光子が光変調素子内に存在する場合、これらが同一の偏光方向を有する、即ち、両方が右円偏光されるかまたは両方が左円偏光されるかのいずれかが更に好ましい。
偏光子は、反射または吸収偏光子でよい。本願の意味での反射偏光子は1つの偏光方向を有する光または1種類の円偏光を反射する一方で、他の偏光方向を有する光または他の種類の円偏光に対して透明である。対応して、吸収偏光子は1つの偏光方向を有する光または1種類の円偏光を吸収する一方で、他の偏光方向を有する光または他の種類の円偏光に対して透明である。反射または吸収は通常定量的ではなく、偏光子を通過する光の完全な偏光は起こらないことを意味する。
本発明の目的のために、吸収性および反射性の両方の偏光子を用いることができる。薄い光学フィルムの形態である偏光子の使用が好ましい。本発明による光変調素子に使用できる反射偏光子の例は、DRPF(拡散反射偏光フィルム、dual brightness enhanced film、3M社)、DBEF(二重輝度強化フィルム、dual brightness enhanced film、3M社)、DBR(積層ポリマー分布ブラッグ反射器、layered−polymer distributed Bragg reflector、米国特許第7,038,745号明細書および米国特許第6,099,758号明細書に記載される通り)およびAPF(高度偏光フィルム、advanced polariser film、3M社)である。
本発明の光変調素子に用いることができる吸収偏光子の例は、ITOS社XP38偏光子フィルムおよび日東電工社GU−1220DUN偏光子フィルムである。本発明に従って使用できる円偏光子の例は、APNCP37−035−STD偏光子(American Polarizers社)である。更なる例は、CP42偏光子(ITOS社)である。
光変調素子は更に特定の波長の光を遮断するフィルタ、例えばUVフィルタを含んでよい。また本発明によれば、例えば保護フィルムおよび/または補償フィルムなどの専門家に一般に知られている更なる機能層も存在してよい。
本発明による光変調素子用の適切なコレステリック液晶媒体は典型的には、1種類以上のビメソゲン化合物および1種類以上のキラル化合物を含む。
ULH−モード用のビメソゲン化合物の観点からダイマー液晶の構造物性関係について、Colesのグループが論文(Colesら、2012年(Physical Review E 2012年、第85巻、第012701頁))を発表した。
更なるビメソゲン化合物は一般に、先行技術(Hori、K.、Limuro、M.、Nakao、A.、Toriumi、H.、J.Mol.Struc.2004年、第699巻、第23〜29頁または英国特許第2 356 629号明細書も参照)から既知である。
液晶挙動を示す対称ダイマー化合物は更に、Joo−Hoon Park et al、「Liquid Crystalline Properties of Dimers Having o−,m−and p−Positional Molecular structures」、Bill.Korean Chem.Soc.、2012年、第33巻、第5号、第1647〜1652頁に開示されている。
フレキソエレクトリック装置のための短いコレステリックピッチを有する同様の液晶組成物は、欧州特許第0 971 016号、英国特許第2 356 629号およびColes、H.J.、Musgrave、B.、Coles、M.J.およびWillmott、J.著、J.Mater.Chem.、第11巻、第2709〜2716頁(2001年)より既知である。欧州特許第0 971 016号には、それ自体が高いフレキソエレクトリック係数を有するメソゲンエストラジオール類が報告されている。
典型的にULHモードを利用する光変調素子のために、コレステリック液晶媒体の光学的リターデーションd・Δn(有効)は好ましくは、式(7)を満足するものでなければならない。式(7)の右手側に関するズレの許容は、±3%である:
sin2(π・d・Δn/λ)=1 (7)
式中
dは、セルギャップであり、および
λは、光の波長である。
適切なコレステリック液晶媒体の誘電率異方性(Δε)は、アドレス電圧の印加時にヘリックスの巻き戻しが防止されるように選択されるべきである。典型的には適切なな液晶媒体のΔεは、好ましくは−5より高く、より好ましくは0以上であるが、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、最も好ましくは3以下である。
利用されるコレステリック液晶媒体は、好ましくは約65℃以上、より好ましくは約70℃以上、より好ましくは80℃以上、特に好ましくは約85℃以上、非常に特に好ましくは約90℃以上の透明点を有する。
本発明により利用されるコレステリック液晶媒体のネマチック相は、好ましくは少なくとも約0℃以下〜約65℃以上、より好ましくは少なくとも約−20℃以下〜約70℃以上、非常に好ましくは少なくとも約−30℃以下〜約70℃以上、特に少なくとも約−40℃以下〜約90℃以上に及ぶ。個々の好ましい実施形態において本発明による媒体のネマチック相は約100℃以上、更に約110℃以上の温度に及ぶことが必要なときがある。
典型的には本発明による光変調素子で利用されるコレステリック液晶媒体は、好ましくは式A−1〜A−IIIの化合物の群から選択される1種類以上のビメソゲン化合物を含む。
式中、
11およびR12、R21およびR22ならびにR31およびR32は、それぞれ独立に、H、F、Cl、CN、NCSまたは1〜25個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル基であり、該アルキル基は無置換でも、ハロゲンもしくはCNで一置換または多置換されていてもよく、1個以上の隣接していないCH基は、それぞれの出現で互いに独立に酸素原子が互いに直接連結しないようにして、−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられていることも可能であり、
MG11およびMG12、MG21およびMG22ならびにMG31およびMG32は、それぞれ独立にメソゲン基であり、
Sp、SpおよびSpは、互いに独立に、5〜40個のC原子を含むスペーサー基であり、ただし、また、O−MG11および/またはO−MG12に連結しているSpのCH基、MG21および/またはMG22に連結しているSpのCH基ならびにX31およびX32に連結しているSpのCH基を除く、1個以上の隣接していないCH基は、−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられていてもよいが、2個のO原子は互いに隣接せず、2個の−CH=CH−基は互いに隣接せず、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−および−CH=CH−から選択される2個の基は互いに隣接せず、
31およびX32は、互いに独立に、−CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−、−C≡C−または−S−から選択される連結基であり、あるいは、X31およびX32の一方は−O−または単結合のいずれかでもよく、再度あるいは、X31およびX32の一方は−O−および他方は単結合でもよい。
Sp、SpおよびSpが、それぞれ独立に、−(CH−であり、ただし
nは、1〜15からの整数、最も好ましくは奇数であり、ただし、1個以上の−CH−基は−CO−で置き換えられていてもよい
式A−I〜A−IIIの化合物が好ましく使用される。
−X31−Sp−X32−が、−Sp−O−、−Sp−CO−O−、−Sp−O−CO−、−O−Sp−、−O−Sp−CO−O−、−O−Sp−O−CO−、−O−CO−Sp−O−、−O−CO−Sp−O−CO−、−CO−O−Sp−O−または−CO−O−Sp−CO−O−であるが、−X31−Sp−X32−において2個のO原子は互いに隣接せず、2個の−CH=CH−基はそれぞれ互いに隣接せず、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−および−CH=CH−から選択される2個の基は互いに隣接しないことを条件とする
A−IIIの化合物が特に好ましく使用される。
MG11およびMG12が、互いに独立に、−A11−(Z−A12−であり、
ただし、
は、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−OCH−、−CHO−、−CHCH−、−(CH−、−CFCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−C≡C−または単結合であり、
11およびA12は、それぞれの出現で、それぞれ独立に、1,4−フェニレン(ただし加えて、1個以上のCH基はNで置き換えられていてもよい。)、トランス−1,4−シクロヘキシレン(ただし加えて、1個または2個の隣接していないCH基はOおよび/またはSで置き換えられていてもよい。)、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−ビシクロ−(2,2,2)−オクチレン、ピペリジン−1,4−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロ−ナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロ−ナフタレン−2,6−ジイル、シクロブタン−1,3−ジイル、スピロ[3.3]ヘプタン−2,6−ジイルまたはジスピロ[3.1.3.1]デカン−2,8−ジイルであり、これら全ての基は無置換でも、F、Cl、CNまたは1〜7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニルもしくはアルコキシカルボニル基で一置換、二置換、三置換または四置換されていることも可能であり、ただし、1個以上のH原子はFまたはClで置換されていてもよく、および
mは、0、1、2または3である
A−Iの化合物が好ましく使用される。
MG21およびMG22が、互いに独立に、−A21−(Z−A22−であり、
ただし、
は、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−OCH−、−CHO−、−CHCH−、−(CH−、−CFCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−C≡C−または単結合であり、
21およびA22は、それぞれの出現で、それぞれ独立に、1,4−フェニレン(ただし加えて、1個以上のCH基はNで置き換えられていてもよい。)、トランス−1,4−シクロヘキシレン(ただし加えて、1個または2個の隣接していないCH基はOおよび/またはSで置き換えられていてもよい。)、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−ビシクロ−(2,2,2)−オクチレン、ピペリジン−1,4−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロ−ナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロ−ナフタレン−2,6−ジイル、シクロブタン−1,3−ジイル、スピロ[3.3]ヘプタン−2,6−ジイルまたはジスピロ[3.1.3.1]デカン−2,8−ジイルであり、これら全ての基は無置換でも、F、Cl、CNまたは1〜7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニルもしくはアルコキシカルボニル基で一置換、二置換、三置換または四置換されていることも可能であり、ただし、1個以上のH原子はFまたはClで置換されていてもよく、および
mは、0、1、2または3である
A−IIの化合物が好ましく使用される。
MG31およびMG32が、互いに独立に、−A31−(Z−A32−であり、
ただし、
は、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−OCH−、−CHO−、−CHCH−、−(CH−、−CFCF−、−CH=CH−、−CF=CF−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−C≡C−または単結合であり、
31およびA32は、それぞれの出現で、それぞれ独立に、1,4−フェニレン(ただし加えて、1個以上のCH基はNで置き換えられていてもよい。)、トランス−1,4−シクロヘキシレン(ただし加えて、1個または2個の隣接していないCH基はOおよび/またはSで置き換えられていてもよい。)、1,4−シクロヘキセニレン、1,4−ビシクロ−(2,2,2)−オクチレン、ピペリジン−1,4−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル、デカヒドロ−ナフタレン−2,6−ジイル、1,2,3,4−テトラヒドロ−ナフタレン−2,6−ジイル、シクロブタン−1,3−ジイル、スピロ[3.3]ヘプタン−2,6−ジイルまたはジスピロ[3.1.3.1]デカン−2,8−ジイルであり、これら全ての基は無置換でも、F、Cl、CNまたは1〜7個のC原子を有するアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニルもしくはアルコキシカルボニル基で一置換、二置換、三置換または四置換されていることも可能であり、ただし、1個以上のH原子はFまたはClで置換されていてもよく、および
mは、0、1、2または3である
A−IIIの化合物が最も好ましく使用される。
好ましくは、式A−IIIの化合物は非対称化合物であり、好ましくは異なるメソゲン性基MG31およびMG32を有する。
メソゲン基に存在するエステル基、即ち、全ての−CO−O−または全ての−O−CO−の双極子が全て同じ方向に向いている式A−I〜A−IIIの化合物が一般的に好ましい。
メソゲン基のそれぞれの組(MG11およびMG12)および(MG21およびMG22)および(MG31およびMG32)が、それぞれの出現で、それぞれ互に独立に、1個、2個または3個の6員環、好ましくは2個または3個の6員環を含む式A−Iおよび/またはA−IIおよび/またはA−IIIの化合物が特に好ましい。
好ましいメソゲン基のより小さい群を、下に列記する。単純化の理由により、これらの基におけるPheは1,4−フェニレンであり、PheLは1〜4個の基Lで置換された1,4−フェニレンであり、ただし、Lは、好ましくは、F、Cl、CN、OH、NOまたは1〜7個のC原子を有するフッ素化されていてもよいアルキル、アルコキシまたはアルカノイル基、非常に好ましくは、F、Cl、CN、OH、NO、CH、C、OCH、OC、COCH、COC、COOCH、COOC、CF、OCF、OCHF、OC、特に、F、Cl、CN、CH、C、OCH、COCHおよびOCF、最も好ましくは、F、Cl、CH、OCHおよびCOCHであり、Cycは1,4−シクロヘキシレンである。この列記は、下に示すサブ式およびそれらの鏡像を含む。
サブ式II−1、II−4、II−6、II−7、II−13、II−14、II−15、II−16、II−17およびII−18が特に好ましい。
これらの好ましい群において、Zは、それぞれ場合で独立に、上でMG21およびMG22に与えられるZの意味の1つを有する。好ましくは、Zは、−COO−、−OCO−、−CHCH−、−C≡C−または単結合、特に好ましくは単結合である。
非常に好ましくは、メソゲン基MG11およびMG12、MG21およびMG22ならびにMG31およびMG32は、それぞれ独立に、以下の式およびそれらの鏡像から選択される。
非常に好ましくは、メソゲン基MG11およびMG12、MG21およびMG22ならびにMG31およびMG32の個々の組の少なくとも一組、好ましくはこれらの組の両者は、それぞれ独立に、以下の式IIa〜IIn(混乱を避けるために、式番号「IIi」および「IIl」を意図的に省略している。)およびそれらの鏡像から選択される。
式中、
Lは、それぞれの出現でそれぞれ互いに独立に、FまたはCl、好ましくはFであり、および
rは、それぞれの出現でそれぞれ互いに独立に、0、1、2または3、好ましくは、0、1または2である。
サブ式IIa、IId、IIg、IIh、IIi、IIkおよびIIo、特にサブ式IIaおよびIIgが、特に好ましい。
非極性の基を有する化合物の場合、R11、R12、R21、R22、R31およびR32は、好ましくは、15個までのC原子を有するアルキルまたは2〜15個のC原子を有するアルコキシである。
11およびR12、R21およびR22ならびにR31およびR32がアルキルまたはアルコキシ基、即ち、末端CH基が−O−で置き換えられている場合、これは直鎖状または分枝状でよい。好ましくは直鎖状で、2個、3個、4個、5個、6個、7個または8個の炭素原子を有し、よって好ましくは、例えば、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘキソキシ、ヘプトキシまたはオクトキシ、更に、メチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ノノキシ、デコキシ、ウンデコキシ、ドデコキシ、トリデコキシまたはテトラデコキシである。
オキサアルキル、即ち、1個のCH基が−O−で置き換えられているものは、好ましくは例えば、直鎖状の2−オキサプロピル(=メトキシメチル)、2−(=エトキシメチル)もしくは3−オキサブチル(=2−メトキシエチル)、2−、3−もしくは4−オキサペンチル、2−、3−、4−もしくは5−オキサヘキシル、2−、3−、4−、5−もしくは6−オキサヘプチル、2−、3−、4−、5−、6−もしくは7−オキサオクチル、2−、3−、4−、5−、6−、7−もしくは8−オキサノニルまたは2−、3−、4−、5−、6−、7−、8−もしくは9−オキサデシルである。
末端極性基を有する化合物の場合、R11およびR12、R21およびR22ならびにR31およびR32は、CN、NO、ハロゲン、OCH、OCN、SCN、COR、COORまたは1〜4個のC原子を有する一フッ素化、オリゴフッ素化もしくは多フッ素化アルキルもしくはアルコキシ基から選択される。Rは、1〜4個、好ましくは1〜3個のC原子を有するフッ素化されていてもよいアルキルである。ハロゲンは、好ましくは、FまたはClである。
それぞれ式A−I、A−II、A−IIIにおいて、特に好ましいR11およびR12、R21およびR22ならびにR31およびR32は、H、F、Cl、CN、NO、OCH、COCH、COC、COOCH、COOC、CF、C、OCF、OCHFおよびOC、特に、H、F、Cl、CN、OCHおよびOCF、特には、H、F、CNおよびOCFから選択される。
加えて、アキラルな分枝状基R11および/またはR21および/またはR31を含有するそれぞれ式A−I、A−II、A−IIIの化合物は、例えば、結晶化する傾向を低減するために、場合により重要なことがある。このタイプの分枝状基は、一般的に、1個より多い鎖分枝を含有しない。好ましいアキラルな分枝状基は、イソプロピル、イソブチル(=メチルプロピル)、イソペンチル(=3−メチルブチル)、イソプロポキシ、2−メチル−プロポキシおよび3−メチルブトキシである。
スペーサー基Sp、SpおよびSpは、好ましくは5〜40個のC原子、特に5〜25個のC原子、非常に好ましくは5〜15個のC原子を有する直線状または分枝状のアルキレン基であり、ただし加えて、1個以上の隣接しておらず末端でないCH基は、−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられていてもよい。
「末端の」CH基は、メソゲン基に直接結合しているものである。よって、「末端でない」CH基は、メソゲン基R11およびR12、R21およびR22ならびにR31およびR32に直接結合していない。
典型的なスペーサー基は、例えば、−(CH−、−(CHCHO)−CHCH−であり、ただし、oは5〜40、特に5〜25、非常に好ましくは5〜15の整数であり、pは1〜8の整数、特に、1、2、3または4である。
好ましいスペーサー基は、例えば、ペンチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、ノニレン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、オクタデシレン、ジエチレンオキシエチレン、ジメチレンオキシブチレン、ペンテニレン、ヘプテニレン、ノネニレンおよびウンデセニレンである。
それぞれSp、Sp、Spが5〜15個のC原子を有するアルキレンである式A−I、A−II、A−IIIの化合物が、特に好ましい。直鎖状のアルキレン基が特に好ましい。
6個、8個、10個、12個または14個のC原子を有する直鎖状のアルキレンで、炭素数が偶数のスペーサー基が好ましい。
本発明の他の実施形態においては、5個、7個、9個、11個、13個および15個のC原子を有する直鎖状のアルキレンで、炭素数が奇数のスペーサー基が好ましい。5個、7個および9個のC原子を有する直鎖状のアルキレンスペーサーが非常に好ましい。
それぞれSp、Sp、Spが5〜15個のC原子を有する完全に重水素化されたアルキレンを表す式A−I、A−II、A−IIIの化合物が特に好ましい。重水素化された直鎖状のアルキレン基が非常に好ましい。部分的に重水素化された直鎖状のアルキレン基が最も好ましい。
メソゲン基R11−MG11−およびR12−MG−が異なる式A−Iの化合物が好ましい。式A−I中のR11−MG11−およびR12−MG12−が同一である式A−Iの化合物が特に好ましい。
式A−Iの好ましい化合物は、式A−I−1〜A−I−3の化合物の群から選択される。
式中、パラメーターnは上で与えられる意味を有し、好ましくは、3、5、7または9、より好ましくは、5、7または9である。
式A−IIの好ましい化合物は、式A−II−1〜A−II−4の化合物の群から選択される。
式中、パラメーターnは上で与えられる意味を有し、好ましくは、3、5、7または9、より好ましくは、5、7または9である。
式A−IIIの好ましい化合物は、式A−III−1〜A−III−11の化合物の群から選択される。

式中、パラメーターnは上で与えられる意味を有し、好ましくは、3、5、7または9、より好ましくは、5、7または9である。
式A−Iの特に好ましい例示化合物は、以下の化合物である。
式A−IIの特に好ましい例示化合物は、以下の化合物である。
式A−IIIの特に好ましい例示化合物は、以下の化合物である。
式A−I〜A−IIIのビメソゲン化合物は巨視的に均一な配向に容易に配向でき、適用される液晶媒体中で高い弾性定数k11および高いフレキソ係数eをもたらすので、フレキソエレクトリック液晶光変調素子において特に有用である。
式A−I〜A−IIIの化合物は、それ自体は既知で、例えば、Houben−Weyl著、Methoden der organischen Chemie、Thieme−Verlag、Stuttgartなどの有機化学の標準的な著作に記載される方法に従うか類似して合成できる。
好ましい実施形態においてコレステリック液晶媒体は、好ましくは式B−1〜B−IIIの化合物の群から選択される1種類以上のネマトゲン化合物を含んでよい。
式中、
B11〜LB31は独立にHまたはFであり、好ましくは一方がHで他方がHまたはFであり、最も好ましくは両方がHであるか、両方がFであり、
B1、RB21およびRB22ならびにRB31およびRB32は、それぞれ独立に、H、F、Cl、CN、NCSまたは1〜25個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル基であり、該アルキル基は無置換でも、ハロゲンもしくはCNで一置換または多置換されていてもよく、1個以上の隣接していないCH基は、それぞれの出現で互いに独立に酸素原子が互いに直接連結しないようにして、−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられていることも可能であり、
B1は、F、Cl、CN、NCS、好ましくはCNであり、
B1、ZB2およびZB3は、それぞれの出現で独立に、−CH−CH−、−CO−O−、−O−CO−、−CF−O−、−O−CF−、−CH=CH−または単結合、好ましくは、−CH−CH−、−CO−O−、−CH=CH−または単結合、より好ましくは−CH−CH−または単結合であり、より更に好ましくは、1個の化合物に存在する1個の基が−CH−CH−で、その他が単結合であり、最も好ましくは全てが単結合であり、
nは、1、2または3、好ましくは1または2である。
式B−I−1〜B−I−、好ましくは式B−I−2および/またはB−I−4、最も好ましくはB−I−4の群から選択される式B−Iの1種類以上のネマトゲンを含むコレステリック液晶媒体が更に好ましい
式中、パラメーターは上で与えられる意味を有し、および好ましくは
B1は、12個までのC原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルケニルオキシであり、および
B11およびLB12は、独立にHまたはFであり、好ましくは一方がHで他方がHまたはFであり、最も好ましくは両方がHである。
式B−II−1およびB−II−2、好ましくは式B−II−2および/またはB−II−4、最も好ましくは式B−II−1の群から選択される式B−IIの1種類以上のネマトゲンを含むコレステリック液晶媒体が更に好ましい
式中、パラメーターは上で与えられる意味を有し、および好ましくは
B21およびRB22は、独立に、12個までのC原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルケニルオキシであり、より好ましくは、RB21はアルキルで、RB22はアルキル、アルコキシまたはアルケニルであり、式B−II−1においては、最も好ましくはアルケニル、特にビニルまたは1−プロペニルであり、式B−II−2においては、最も好ましくはアルキルである。
式B−III、好ましくは式B−III−1〜B−III−3の化合物の群から選択される1種類以上のネマトゲンを含むコレステリック液晶媒体が更に好ましい

式中、パラメーターは上で与えられる意味を有し、および好ましくは
B31およびRB32は、独立に、12個までのC原子を有するアルキル、アルコキシ、アルケニルまたはアルケニルオキシであり、より好ましくは、RB31はアルキルで、RB32はアルキルまたはアルコキシ、最も好ましくはアルコキシであり、
B22およびLB31、LB32は、独立に、HまたはF、好ましくは、一方がFで、他方がHまたはFであり、最も好ましくは両方がFである。
式B−I〜B−IIIの化合物は専門家に既知であり、それ自体は既知で、例えばHouben−Weyl著、Methoden der organischen Chemie、Thieme−Verlag、Stuttgartなどの有機化学の標準的な著作に記載される方法に従うか類似して合成できるかのいずれかである。
コレステリック液晶媒体は、適切なヘリカルツイスト力(HTP、helical twisting power)を有する1種類以上のキラル化合物、特に国際特許出願公開第98/00248号公報に開示されているものを含む。
好ましくはキラル化合物は、式C−I〜C−IIIの化合物の群から選択される。
後者は、それぞれ(S,S)エナンチオマーを含み、
式中、EおよびFは、それぞれ独立に、1,4−フェニレンまたはトランス−1,4−シクロヘキシレンであり、vは0または1であり、Zは−COO−、−OCO−、−CHCH−または単結合であり、Rは1〜12個のC原子を有するアルキル、アルコキシまたはアルカノイルである。
特に好ましいコレステリック液晶媒体は1種類以上のキラル化合物を含み、それ自体が必ずしも液晶相を示す必要はなく、それ自体に良好な均一配向を与える。
式C−IIの化合物およびその合成は、国際特許出願公開第98/00248号公報に記載されている。以下の表Dに示すように、化合物CD−1が特に好ましい。式C−IIIの化合物およびその合成は、英国特許第2 328 207号明細書に記載されている。
更に典型的に使用されるキラル化合物は例えば、商業的に入手可能なR/S−5011、CD−1、R/S−811およびCB−15(ドイツ国ダルムスタット市メルク社製)である。
上述のキラル化合物R/S−5011およびCD−1ならびに式CI、C−IIおよびC−IIIの(他の)化合物は、非常に高いヘリカルツイスト力(HTP、helical twisting power)を示し、従って本発明の目的にとって特に有用である。
コレステリック液晶媒体は好ましくは、上の式C−II、特にCD−1および/もしくは式C−IIIから好ましくは選択される1〜5種類、特には1〜3種類、非常に好ましくは1種類または2種類のキラル化合物ならびに/またはR−5011もしくはS−5011を含み、非常に好ましくはキラル化合物は、R−5011、S−5011またはCD−1である。
コレステリック液晶媒体中のキラル化合物の量は、混合物全体の好ましくは0.5〜20重量%、より好ましくは1〜15重量%、更により好ましくは1〜10重量%、最も好ましくは1〜5重量%である。
コレステリック液晶媒体は好ましくは、上記液晶媒体に添加される1種類以上の重合性化合物を含む。コレステリック液晶媒体を光変調素子に導入後、コレステリック液晶媒体の重合性化合物を、その場で通常UV光重で重合または架橋する。「反応性メソゲン」(RM、reactive mesogen)としても既知の重合性メソゲンまたは液晶化合物をLC混合物に添加することは、ULHテクスチャを更に安定するために特に適していることが証明されている(例えば、Lagerwallら著、Liquid Crystals 1998年、第24巻、第329〜334頁)。
好ましくは重合性液晶化合物は、式Dの化合物の群から選択される。
式中、
Pは、重合性基であり、
Spは、スペーサー基または単結合であり、
MGは、好ましくは式Mから選択される棒状のメソゲン基であり、
Mは、−(AD21−ZD21−AD22−(ZD22−AD23−であり、
D21〜AD23は、それぞれの出現で互いに独立に、1個以上の同一または異なる基Lで置換されていてもよいアリール、ヘテロアリール、ヘテロ環式または脂環式基、好ましくは、1個以上の同一または異なる基Lで置換されていてもよい1,4−シクロヘキシレンまたは1,4−フェニレン、1,4 ピリジン、1,4−ピリミジン、2,5−チオフェン、2,6−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]チオフェン、2,7−フッ素、2,6−ナフタレン、2,7−フェナントレンであり、
D21およびZD22は、それぞれの出現でそれぞれ互いに独立に、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−S−CO−、−CO−S−、−O−COO−、−CO−NR01−、−NR01−CO−、−NR01−CO−NR02、−NR01−CO−O−、−O−CO−NR01−、−OCH−、−CHO−、−SCH−、−CHS−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−CHCH−、−(CH−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−CH=CR01−、−CY01=CY02−、−C≡C−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−または単結合、好ましくは、−COO−、−OCO−、−CO−O−、−O−CO−、−OCH−、−CHO−、−、−CHCH−、−(CH−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−、−C≡C−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−または単結合であり、
Lは、それぞれの出現でそれぞれ互いに独立に、F、Clまたは1〜20個のC原子を有するフッ素化されてよいアルキル、アルコキシ、チオアルキル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシもしくはアルコキシカルボニルオキシであり、
は、H、1〜20個のC原子、より好ましくは1〜15個のC原子を有し、フッ素化されていてもよいアルキル、アルコキシ、チオアルキル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシもしくはアルコキシカルボニルオキシであるか、またはYD0もしくはP−Sp−であり、
D0は、F、Cl、CN、NO、OCH、OCN、SCN、1〜4個のC原子を有し、フッ素化されていてもよいアルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシもしくはアルコキシカルボニルオキシ、または1〜4個のC原子を有する一フッ素化、オリゴフッ素化もしくは多フッ素化されたアルキルもしくはアルコキシ、好ましくは、F、Cl、CN、NO、OCHまたは1〜4個のC原子を有する一フッ素化、オリゴフッ素化もしくは多フッ素化されたアルキルもしくはアルコキシであり、
01およびY02は、それぞれ互いに独立に、H、F、ClまたはCNを表し、
01およびR02は、それぞれ独立に、上のRに定義した通りの意味を有し、および
kおよびlは、それぞれ独立に、0、1、2、3または4、好ましくは、0、1または2、最も好ましくは1である。
更に好ましい重合性重合性一反応性、二反応性または多反応性液晶化合物は、例えば、国際特許出願公開第93/22397号公報、欧州特許第0 261 712号、ドイツ国特許第195 04 224号、国際特許出願公開第95/22586号公報、国際特許出願公開第97/00600号公報、米国特許第5,518,652号、米国特許第5,750,051号、米国特許第5,770,107号および米国特許第6,514,578号に開示されている。
好ましい重合性基は、CH=CW−COO−、CH=CW−CO−、
CH=CW−(O)k3−、CW=CH−CO−(O)k3−、CW=CH−CO−NH−、CH=CW−CO−NH−、CH−CH=CH−O−、(CH=CH)CH−OCO−、(CH=CH−CHCH−OCO−、(CH=CH)CH−O−、(CH=CH−CHN−、(CH=CH−CHN−CO−、HO−CW−、HS−CW−、HWN−、HO−CW−NH−、CH=CW−CO−NH−、CH=CH−(COO)k1−Phe−(O)k2−、CH=CH−(CO)k1−Phe−(O)k2−、Phe−CH=CH−、HOOC−、OCN−およびWSi−から成る群から選択され、式中、Wは、H、F、Cl、CN、CF、フェニルまたは1〜5個のC原子を有するアルキル、特にH、F、ClまたはCHを表し、WおよびWは、それぞれ互いに独立に、Hまたは1〜5個のC原子を有するアルキル、特にH、メチル、エチルまたはn−プロピルを表し、WおよびWは、それぞれ互いに独立に、Cl、1〜5個のC原子を有するオキサアルキルまたはオキサカルボニルアルキルを表し、WおよびWは、それぞれ互いに独立に、H、Clまたは1〜5個のC原子を有するアルキルを表し、Pheは、上で定義したがP−Spと異なる1個以上の基Lで置換されていてもよい1,4−フェニレンを表し、k、kおよびkは、それぞれ互いに独立に、0または1を表し、kは、好ましくは1を表し、kは、1〜10の整数である。
特に好ましい基Pは、CH=CH−COO−、CH=C(CH)−COO−、CH=CF−COO−、CH=CH−、CH=CH−O−、(CH=CH)CH−OCO−、
特に、ビニルオキシ、アクリレート、メタクリレート、フルオロアクリレート、クロロアクリレート、オキセタンおよびエポキシドである。
本発明の更に好ましい実施形態において、式IおよびIIならびにその対応するサブ式の重合性化合物は、1個以上の基P−Sp−の代わりに、2個以上の重合性基Pを含有する1個以上の分枝状基(多反応性重合性基)を含有する。このタイプの好適な基、およびそれらを含有する重合性化合物は、例えば米国特許第7,060,200号または米国特許出願公開第2006/0172090号公報に記載されている。以下の式から選択される多官能性重合性基が特に好ましい。
式中、
alkylは、単結合または1〜12個のC原子を有する直鎖状もしくは分枝状アルキレンを表し、ただし、1個以上の隣接していないCH基は、それぞれ互いに独立に、Oおよび/またはS原子が互いに直接連結しないようにして、−C(R)=C(R)−、−C≡C−、−N(R)−、−O−、−S−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−で置き換えられていてもよく、ただし加えて、1個以上のH原子は、F、ClまたはCNで置き換えられていてもよく、ただし、Rは上述の意味を有し、好ましくは上に定義したRを現し、
aaおよびbbは、それぞれ互いに独立に、0、1、2、3、4、5または6を表し、
Xは、X’に示した意味の1つを有し、ならびに
1〜5は、それぞれ互いに独立に、Pについて上に示した意味の1つを有する。
好ましいスペーサー基Spは、基「P−Sp−」が式「P−Sp’−X’−」と合致するように式Sp’−X’より選択され、ただし
Sp’は、1〜20個、好ましくは1〜12個のC原子を有するアルキレンを表し、該アルキレンは、F、Cl、Br、IまたはCNで一置換または多置換されていてもよく、ただし加えて、1個以上の隣接していないCH基は、それぞれ互いに独立に、Oおよび/またはS原子が互いに直接連結しないようにして、−O−、−S−、−NH−、−NR−、−SiRXX−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−NR−CO−O−、−O−CO−NR−、−NR−CO−NR−、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられていてもよく、
X’は、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−COO−、−CO−NR−、−NR−CO−、−NR−CO−NR−、−OCH−、−CHO−、−SCH−、−CHS−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−CH=CR−、−CY=CY−、−C≡C−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−または単結合を表し、
およびRXXは、それぞれ互いに独立に、Hまたは1〜12個のC原子を有するアルキルを表し、および
およびYは、それぞれ互いに独立に、H、F、ClまたはCNを表す。
X’は好ましくは、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−COO−、−CO−NR−、−NR−CO−、−NR−CO−NR−または単結合である。
典型的なスペーサー基Sp’は、例えば、−(CHp1−、−(CHCHO)q1−CHCH−、−CHCH−S−CHCH−、−CHCH−NH−CHCH−または−(SiRXX−O)p1−であり、ただし、p1は1〜12の整数であり、q1は1〜3の整数であり、RおよびRXXは上述の意味を有する。
特に好ましい基−X’−Sp’−は、−(CHp1−、−O−(CHp1−、−OCO−(CHp1−、−OCOO−(CHp1−である。
特に好ましい基Sp’は、例えば、それぞれの場合で直鎖状のエチレン、プロピレン、ブチレン、ペンチレン、ヘキシレン、ヘプチレン、オクチレン、ノニレン、デシレン、ウンデシレン、ドデシレン、オクタデシレン、エチレンオキシエチレン、メチレンオキシブチレン、エチレンチオエチレン、エチレン−N−メチルイミノエチレン、1−メチルアルキレン、エテニレン、プロペニレンおよびブテニレンである。
より好ましい重合性一反応性、二反応性または多反応性液晶化合物を、以下のリストに示す。
式中、
は、複数出現する場合は互いに独立に、重合性基、好ましくは、アクリル、メタクリル、オキセタン、エポキシ、ビニル、ビニルオキシ、プロペニルエーテルまたはスチレン基であり、
は、複数出現する場合は互いに独立に、1個、2個、3個もしくは4個の基Lで置換されていてもよい1,4−フェニレン、またはトランス−1,4−シクロヘキシレンであり、
は、複数出現する場合は互いに独立に、−COO−、−OCO−、−CHCH−、−C≡C−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−または単結合であり、
rは、0、1、2、3または4、好ましくは、0、1または2であり、
tは、複数出現する場合は互いに独立に、0、1、2または3であり、
uおよびvは、それぞれ互いに独立に、0、1または2であり、
wは、0または1であり、
xおよびyは、それぞれ互いに独立に、0、または1〜12の同一もしくは異なる整数であり、
zは0または1であり、隣接するxまたはyが0の場合、zは0であり、
ただし加えて、ベンゼンおよびナフタレン環を1個以上の同一または異なる基Lで追加して置換でき、パラメータR、Y、R01、R02およびLは、上式Dに与えたのと同一の意味を有する。
特に重合性一反応性、二反応性または多反応性液晶は好ましくは、以下の式の化合物から選択する。
式中、
は、複数存在する場合は互いに独立に、重合性基、好ましくはアクリル、メタクリル、オキセタン、エポキシ、ビニル、ビニルオキシ、プロペニルエーテルまたはスチレン基、非常に好ましくはアクリルまたはメタクリル基であり、
wは、0または1、好ましくは0であり、
xおよびyは、それぞれ互いに独立に0または同一もしくは異なって1〜2の整数、好ましくは0であり、
rは、0、1、2、3または4、好ましくは0、1または2であり、
zは、0、1、2または3であり、ただし隣接するxまたはyが0のとき、zは0であり、
は、H、1〜20個のC原子、より好ましくは1〜15個のC原子を有しフッ素化されてもよいアルキル、アルコキシ、チオアルキル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシもしくはアルコキシカルボニルオキシ、またはYD0もしくはP−(CH−(O)−、好ましくはP−(CH−(O)−であり、
D0は、F、Cl、CN、NO、OCH、OCN、SCN、1〜4個のC原子を有しフッ素化されてもよいアルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシもしくはアルコキシカルボニルオキシ、または1〜4個のC原子を有し一フッ素化、オリゴフッ素化もしくはポリフッ素化されたアルキルもしくはアルコキシ、好ましくは、F、Cl、CN、NO、OCH、または1〜4個のC原子を有し一フッ素化、オリゴフッ素化もしくはポリフッ素化されたアルキルもしくはアルコキシであり、および
ただし加えて、ベンゼン環は、1個以上の同一または異なる基Lで追加して置換されてよい。
これらの重合性化合物の混合物全体を基礎とする総濃度は、0.1%〜25%、好ましくは0.1%〜15%、より好ましくは0.1%〜10%の範囲内である。それぞれ使用される個々の重合性化合物の濃度は好ましくは、0.1%〜25%の範囲内である。
重合性化合物はLC光変調素子の基板間のコレステリック液晶媒体中において、その場での重合により重合または架橋(化合物が2個以上の重合性基を含有する場合)される。適切で好ましい重合方法は例えば、熱または光重合、好ましくは光重合、特にはUV光重合である。
また必要に応じて、ここに1種類以上の開始剤を加えてよい。重合の適切な条件ならびに開始剤の適切なタイプおよび量は、存在するのであれば当業者に既知であり、文献に記載されている。
利用する場合、ラジカル光開始剤は好ましくは、商業的に入手可能なIrgacure(登録商標)またはDarocure(登録商標)(チバ社)シリーズ、例えば、Irgacure 127、Irgacure 184、Irgacure 369、Irgacure 651、Irgacure 817、Irgacure 907、Irgacure 1300、Irgacure、Irgacure 2022、Irgacure 2100、Irgacure 2959またはDarocure TPOなどから選択する。
また上述の重合性化合物は開始剤のない重合にも適しており、例えば、材料費がより低く、開始剤またはそれの劣化生成物の残留し得る量によるLC媒体の不純物が特により少ないなどの特筆すべき利点を伴う。
開始剤を用いる場合、混合物全体における開始剤の比率は、好ましくは0.001〜5重量%、特に好ましくは0.005〜0.5重量%である。しかしながらまた、開始剤を添加することなく、重合を行うこともできる。更なる好ましい実施形態において、コレステリック液晶媒体は重合開始剤を含まない。
また例えば、保存または輸送中におけるRMの好ましくない自発的な重合を防止するために、重合性成分またはLC媒体は1種類以上の安定剤を含んでもよい。安定剤の適切なタイプおよび量は当業者に既知であり、文献に記載されている。例えば、Irganox(登録商標)シリーズ(Ciba社)の商業的に入手可能な安定剤が特に適切である。安定剤を用いる場合、RMまたは重合性化合物の総量を基礎とする安定剤の割合は、好ましくは10〜500000ppm、特に好ましくは50〜50000ppmである。
重合性化合物はコレステリック液晶媒体に個別に加えることができるが、また、2種類以上の重合性化合物を含む混合物を使用することも可能である。このタイプの混合物を重合するとコポリマーが形成される。
本発明によって使用できるコレステリック液晶媒体は例えば、1種類以上の上述の化合物を、上で定義される通りの1種類以上の重合性化合物と、および、任意成分として、更なる液晶化合物および/または添加剤と混合することにより、それ自身は従来の方法で調製される。一般に、より少量で使用される成分の所望量を、主要構成成分を構成する成分に、有利には昇温して、溶解する。また、有機溶媒中、例えば、アセトン、クロロホルムまたはメタノール中の成分の溶液を混合し、完全に混合後、例えば蒸留により、溶媒を再び除去することも可能である。
液晶媒体は例えば、更なる安定剤、開始剤、連鎖移動剤、共反応モノマー、表面活性化合物、潤滑剤、湿潤剤、分散剤、疎水剤、接着剤、流動性改良剤、消泡剤、脱気剤、希釈剤、反応性希釈剤、補剤、着色剤、色素、顔料またはナノ粒子などの更なる添加剤を通常の濃度で含有してよい。
存在する場合これらの更なる構成成分の全濃度は、全混合物を基礎として0.1%〜20%、好ましくは0.1%〜8%の範囲内である。使用される個々の化合物の濃度は、好ましくは0.1%〜20%の範囲内である。これらおよび類似の添加剤の濃度は、この用途における液晶成分および液晶媒体の化合物の濃度の値および範囲については考慮しない。またこのことは混合物で使用される二色性色素の濃度についても当てはまり、化合物の濃度およびホスト媒体の成分をそれぞれ特定する場合に算入しない。それぞれの添加剤の濃度は常に、最終的にドープされた混合物に関して与えられる。
一般に、本願に係る媒体中の全化合物の総濃度は100%である。
またLC媒体が、例えば、H、N、O、Cl、Fが対応する同位体に置き換えられた化合物も含んでもよいことは、当業者に言うまでもない。
液晶光変調素子の典型的な調製方法は、少なくとも工程:
a)基板を切断および洗浄し、それぞれの基板上に駆動電極構造および共通電極構造を提供し、駆動電極構造上に誘電体層を被覆し、誘電体層上に配向電極構造を提供し、配向電極構造および/または共通電極構造上に配向層を提供し、スペーサーと共に接着剤(UVまたは熱硬化性)を使用してセルを組み立て、セルをコレステリック液晶媒体で充填し、
b)コレステリック液晶媒体を、その等方相に加熱し、
c)液晶媒体をスイッチ状態間でスイッチするのに十分なAC電界を電極間に印加しながら、コレステリック液晶媒体を透明点より下まで冷却し、
d)電極間にAC電界を印加しながら、重合性化合物の光重合を誘発する光放射にコレステリック液晶媒体の前記層を曝露し、
e)電界または熱制御を印加するか印加せずに、コレステリック液晶媒体を室温に冷却し、
f)任意に前記電極間にAC電界を印加しながら、工程d)で重合せずに残存している任意の重合性化合物の光重合を誘発する光放射にコレステリック液晶媒体の前記層を曝露する
を含む。
第1工程(工程a)においてコレステリック液晶媒体は上記および下記の通り、セルを形成する2枚の基板間の層として提供される。典型的にはコレステリック液晶媒体は、セル内に充填される。例えば、所謂「ワンドロップ充填」(ODF、one−drop filling)などの当業者に既知の通常の充填方法を使用できる。また同様に、例えば真空注入法またはインクジェット印刷法(IJP、inkjet printing method)などの他の一般に知られている方法も利用できる。
本発明による光変調素子の構成は、冒頭に引用した従来技術に記載される通りのULHディスプレイの通常の配置に対応する。
第2工程(工程b)ではコレステリック液晶媒体を、混合物の透明点より上でその等方相に加熱する。好ましくはコレステリック液晶媒体を、利用するコレステリック液晶媒体の透明点より1℃以上、より好ましくは透明点より5℃以上、更に好ましくは透明点より10℃以上高く加熱する。
第3工程(工程c)ではコレステリック液晶媒体を、混合物の透明点より下まで冷却する。好ましくはコレステリック液晶媒体を、利用するコレステリック液晶媒体の透明点より1℃以上、より好ましくは透明点より5℃以上、更により好ましくは透明点より10℃以上低く冷却する。
冷却速度は、好ましくは−20℃/分以下、より好ましくは−10℃/分以下、特に−5℃/分以下である。
冷却しながら、液晶媒体をスイッチ状態間にスイッチするのに十分な電圧、好ましくはAC電圧を光変調素子の電極に印加する。印加電圧は、どのLCモードが使用されているかに依存し、当業者によって容易に調整できる。適切で好ましい電圧は5〜60V、より好ましくは10〜50Vの範囲内である。好ましい実施形態において印加電圧は、以降の照射工程中に一定のままである。同様に、印加電圧を増加または減少することが好ましい。
照射工程(工程d)において光変調素子は、コレステリック液晶媒体中に含有される重合性化合物の重合性官能基の光重合を引き起こす光放射に曝露される。結果として、これらの化合物は光変調素子を形成する基板間のコレステリック液晶媒体内で、その場で(2個以上の重合性基を有する化合物の場合に)実質的に重合または架橋される。重合は例えば、UV放射に曝露することで誘発される。
光放射の波長は媒体のLC分子への損傷を避けるために低すぎてはならず、好ましくはLCホスト混合物(成分B)のUV吸収極大と異ならなければならず、非常に好ましくはより高くなければならない。一方、光放射の波長は、RMの迅速かつ完全なUV光重合を可能にするため高すぎてはならず、重合性成分(成分A)のUV吸収極大より高くてはならず、好ましくは同じかより低くなければならない。
適切な波長は好ましくは300〜400nmから選択され、例えば305nm以上、320nm以上、340nm以上、更に376nm以上である。
照射または曝露時間は重合が可能な限り完全であるように選択されるべきであるが、滞りのない製造プロセスを可能にするために高すぎてはならない。また放射強度は可能な限り迅速かつ完全な重合を可能にするために十分高くなければならないが、コレステリック液晶媒体の損傷を避けるに高すぎてはならない。
また重合速度もRMの反応性に依存するので、照射時間および放射強度はコレステリック液晶媒体中に存在するRMの種類および量に応じて選択されるべきである。
適切かつ好適な曝露時間は10秒〜20分、好ましくは30秒〜15分の範囲内である。
適切で好ましい放射強度は、1〜50mW/cm、好ましくは2〜10mW/cm、より好ましくは3〜5mW/cmの範囲内である。
重合中、電圧、好ましくはAC電圧を光変調素子の電極に印加する。適切で好ましい電圧は1〜30V、好ましくは5〜20Vの範囲内である。好ましくはAC周波数は、200Hz〜20kHzの範囲内である。
工程e)において、コレステリック液晶媒体は室温まで冷却される。積極的に冷却する場合、工程e)における冷却速度は、好ましくは−2℃/分以上、より好ましくは−5℃/分以上、特に−10℃/分以上である。同様に、以降の冷却速度と異なる第1冷却速度を適用しながら、例えば−2℃/分以上の第1冷却速度、次いで−10℃/分以上を適用しながら段階的に積極的に冷却を実行するのが好ましい。また冷却しながら、液晶媒体をスイッチ状態間にスイッチするのに十分な電圧、好ましくはAC電圧を光変調素子の電極に印加してもよい。適切で好ましい電圧は、5〜30V、好ましくは10〜20Vの範囲内である。好ましくは交流周波数は、200Hz〜20kHzの範囲内である。
最終硬化工程(工程f)において液晶媒体の前記層を光放射に曝露し、その波長は好ましくは、工程d)で利用され選択される波長よりも長い波長から選択され、工程d)で重合しなかった残存する任意の重合性化合物の光重合を誘発できる。
第2波長の適切な範囲は好ましくは300〜450nm、例えば305nm以上、320nm以上、340nm以上、376nm以上、400nm以上、更に435nm以上である。より好ましくは利用される波長は、第1硬化工程dよりも長くなければならない。
適切かつ好適な曝露時間は30分〜150分、好ましくは60分〜130分の範囲内である。
適切で好ましい放射強度は、0.1〜30mW/cm、好ましくは0.1〜20mW/cm、より好ましくは0.1〜10mW/cmの範囲内である。
重合中、電圧、好ましくはAC電圧を光変調素子の電極に印加し、より好ましくは電圧を印加しない。電圧を印加する場合、適切で好ましい電圧は1〜30V、好ましくは5〜20Vの範囲内である。好ましくはAC周波数は、200Hz〜20kHzの範囲内である。
本発明による装置の機能原理を下に詳細に説明する。特許請求の範囲に存在しない発明の範囲の制限は、機能を想定する態様についての評言からは導かれないことに留意されたい。
ULHテクスチャから開始して基板上に直接設けられた駆動電極構造および共通電極構造間に電界を印加することで、コレステリック液晶媒体をフレキソエレクトリックスイッチできる。これにより、セル基板面における材料の光学軸の回転が引き起こされ、交差偏光板の間に材料を配置する際の透過の変化に至る。本発明の材料のフレキソエレクトリックスイッチは更に、上の[背景技術]および例において詳細に記載される。
本発明による光変調素子のホメオトロピック「オフ状態」は、優れた光学的消光、従って好ましいコントラストを提供する。
必要な印加電界強度は、主に2つのパラメータに依存する。一方は共通電極構造および駆動電極構造間の電界強度であり、他方はホスト混合物のΔεである。印加される電場強度は、典型的には約10V/μm−1より低く、好ましくは約8V/μm−1より低く、より好ましくは約6V/μm−1より低い。対応して、本発明による光変調素子の印加される駆動電圧は、好ましくは約30Vより低く、より好ましくは約24Vより低く、更により好ましくは約18Vより低い。
本発明による光変調素子は、専門家に一般に知られている通りの従来の駆動波形で動作できる。
本発明の光変調素子は、各種の光学的および電気光学的装置で使用できる。
前記光学的および電気光学的装置としては限定することなく、電気光学的ディスプレイ、液晶ディスプレイ(LCD、liquid crystal display)、非線形光学的(NLO、non−linear optic)装置および光情報記憶装置が挙げられる。
好ましくは光学的または電気光学的装置は光変調素子を駆動するために、光変調素子の共通電極と組み合わせて駆動電極を駆動できる少なくとも1個の電気回路を含む。
より好ましくは光学的または電気光学的装置は、コレステリック液晶媒体をULHテクスチャに配向させるために、光変調の駆動電極と組み合わせて配向電極を駆動できる追加の電気回路を含む。
特に光学的または電気光学的装置は、共通電極と組み合わせて配向電極で光変調素子を駆動でき、共通電極と組み合わせて駆動電極で光変調素子を追加して駆動できる少なくとも1個の電気回路を含む。
配向手順および駆動手順を含む光学または電気光学的装置の機能原理を、下に図4について詳細に説明する。特許請求の範囲に存在しない発明の範囲の制限は、機能を想定する態様についての評言からは導かれないことに留意されたい。
本発明によれば、光変調素子の共通電極構造および「FFS型」構造化基板アレイは配向および駆動電極構造を含み、薄膜トランジスタ(TFT、thin film transistor)または薄膜ダイオード(TFD、thin film diode)などのスイッチ素子に、それぞれ接続される。
好ましくは図4に図示する通り、駆動電極構造は第1TFT(TFT1)のドレインに電気的に接続され、配向電極構造は第2TFT(TFT2)のドレインに電気的に接続される。
好ましくは図4に図示する通り、第1TFT(TFT1)のソースはデータ線に電気的に接続され、第2TFT(TFT2)のソースはいわゆる共通電極に電気的に接続される。
本発明の光変調素子のコレステリック液晶媒体をULHテクスチャに配向すために、電気回路のゲートラインに高電圧(Vgh:10V〜100V)を印加してTFT1およびTFT2の両方を起動する。その結果、駆動電極の電圧(Vp:0V〜70V)はデータ線の電圧(Vd)と等しく、配向電極の電圧(Va)は共通電極の電圧(Vc:0V〜40V)と等しい。駆動電極および配向電極間の電圧差のために、電界は本発明の光変調素子のコレステリック液晶媒体を前に記載した通りULHテクスチャに配向する。
本発明による光変調素子を駆動するために、電気回路のゲート線に非常に短時間で高電圧(Vgh:10V〜100V)を印加し、それぞれのキャパシタCLC、CSTおよびCを充電するためにTFT1およびTFT2の両方を起動する。低電圧(Vgl:−20V〜10V)に変化して、TFT1およびTFT2の両方を停止する。その結果、駆動電極の電圧(Vp)は、キャパシタが完全に充電されているためデータ線の電圧(Vd)とほぼ同じである。配向電極の電圧(Va)は、
Va=(Vp−Vc)×C/(CLC+CST
である。
大きなCにより、配向電極の電圧(Va)は駆動電極の電圧(Vp)に非常に近い。よって駆動電極および配向電極の両方は、本発明による光変調素子を駆動できる。
<図2による>
本発明の光変調素子のコレステリック液晶媒体をULHテクスチャに配向すために、配向電極(Va:0V〜70V)および共通電極(Vc:0V〜40V)の電圧を分離して印加する。共通電極および配向電極間の電圧差のために、電界は本発明の光変調素子のコレステリック液晶媒体を前に記載した通りULHテクスチャに配向する。
本発明による光変調素子を駆動するために、

電気回路のゲート線に非常に短時間で高電圧(Vgh:10V〜100V)を印加し、それぞれのキャパシタCLC、CSTを充電するためにTFTを起動する。低電圧(Vgl:−20V〜10V)に変化して、TFT1およびTFT2の両方を停止する。その結果、駆動電極の電圧(Vp)は、キャパシタが完全に充電されているためデータ線の電圧(Vd)とほぼ同じである。配向電極の電圧(Va)は共通電極(Vc)に電気的に接続されており、
Va=Vc
である。
よって駆動電極は、本発明による光変調素子を駆動できる。
図3は、上で説明した先の構造の組み合せを示す。
文意が他に明確に示さない限り、本明細書で用いられる複数形の用語は本明細書中では単数形も含むよう構成され、逆もまたそうである。
本出願で示されるパラメータの範囲は、他に明言しない限り、全て限界値を含む。互いの組み合わせにおいて特性の各種の範囲に示される異なる上限および下限の値は、追加の好ましい範囲を生じる。
本出願を通じて他に明言しない限り、以下の条件および定義を適用する。全ての濃度は質量パーセントで示され、それぞれ混合物全体に関するものであり、全ての温度は摂氏度で示され、全ての温度差は差異度で示される。全ての物理的特性は、「Merck Liquid Crystals、Physical Properties of Liquid Crystals」、1997年11月、ドイツ国メルク社に従って決定され、他に明言しない限り20℃の温度において示される。光学異方性(Δn)は、589.3nmの波長で決定される。誘電異方性(Δε)は1kHz、明言する場合は19GHzの周波数で決定される。閾電圧ならびに他の全ての電気光学的特性は、ドイツ国メルク社で製造された試験セルを使用して決定される。Δεの決定のための試験セルは、約20μmのセル厚を有している。電極は、1.13cmの面積および保護リングを有する円形ITO電極である。配向層は、ホメオトロピック配向(ε)用には日本国日産化学社製SE−1211、ホモジニアス配向(ε)用には日本国日本合成ゴム社製ポリイミドAL−1054である。容量は、0.3Vrmsの電圧を有する正弦波を使用するSolatron1260周波数応答解析装置を使用して決定する。電気光学的測定において使用される光は、白色光である。ドイツ国Autronic Melchers社製の商業的に入手可能なDMS装置を使用する装置構成を、本明細書では使用する。
本明細書および本明細書の特許請求の範囲にわたって、用語「含む(comprise)」および「含有する(contain)」ならびにこれらの用語の変形、例えば「含んでいる(comprising)」および「含む(comprises)」は、「含むが限定しない(including but not limited to)」ことを意味し、他の成分を除外することを意図しない(および除外しない)。一方、用語「含む(comprise)」は用語「から成る(consisting of)」も包含するが、これに限定されない。
上記特徴、特に好ましい実施形態の多くは単に本発明の実施形態の一部としてではなく、それら自体が権利客体として発明であることが理解されよう。現在特許請求されているいずれの発明にも加えるか代えて、これらの特徴について独立した保護を求め得る。
本願にわたって、これらの角度が、例えば3員環、5員環または5員環など、小さい環の一部分であるなど、他に制限されなければ、いくつかの場合においていくつかの構造式においてこれらの角度は正確には表されてはいないが、3個の隣接する原子に結合するC原子における結合の、例えばC=CまたはC=O二重結合の、あるいは例えばベンゼン環における角度は120°であること、ならびに2個の隣接する原子に結合するC原子における結合の、例えばC≡CにおけるまたはC≡N三重結合における、またはアリル位C=C=Cにおける角度が180°であると理解される。
また、本発明の前述の実施形態を改変することもでき、一方でなお本発明の範囲内にあると考えられるべきである。本明細書において開示されるそれぞれの特徴は、他に述べない限り、同じ、均等のまたは類似の目的の役割をする代替の特徴で置き換えられてもよい。よって、他に述べない限り、開示されるそれぞれの特徴は、一般的な一連の均等なまたは類似の特徴の一例にすぎない。
本明細書に開示される特徴の全ては、そのような構成および/または工程の少なくともいくつかが互いに排他的である組み合わせを除き、任意の組合せで組み合わせてよい。特に、本発明の好ましい組み合わせは本発明の全ての側面に適用可能で、任意の組合せで使用してよい。同様に、必須でない組み合わせに記載される特徴は、別々に(組み合わせにおいてではなく)使用してよい。
更に検討することなく、当業者は、前述の記載を使用し、本発明をその最大限の程度にまで利用できる。よって、以下の例は単なる説明と考えられるべきであり、本開示の残りの部分を一切限定しない。
本発明において、
は、トランス−1,4−シクロヘキシレンを表し、
は、1,4−フェニレンを表す。
以下の略号を、液晶化合物の液晶相挙動を説明するために使用する:K=結晶;N=ネマチック;N2=第2ネマチック;S=スメクチック;Ch=コレステリック;I=等方;Tg=ガラス転移。記号の間の数字は、℃での相転移温度を示す。
本願においておよび特に以下の例において、液晶化合物の構造は、「頭文字」とも称される略号で表される。略号の対応する構造への変換は、以下の3つの表A〜Cにより直接的である。
全ての基C2n+1、C2m+1およびC2l+1は、好ましくはそれぞれn、mおよびl個のC原子を有する直鎖状のアルキル基であり、全ての基C2n、C2mおよびC2lは、好ましくはそれぞれ(CH、(CHおよび(CHであり、ならびに−CH=CH−は好ましくは、トランス−それぞれEビニレンである。
表Aは環要素に関して使用される記号を、表Bは連結基に関する記号を、表Cは分子の左手側および右手側の末端基に関する記号を列記する。
表Dは、例示的な分子構造をそれらのそれぞれのコードと共に列記する。
式中、nおよびmはそれぞれ整数であり、および3つの点「…」はこの表の他の記号のためのスペースを示す。
好ましくは本発明による液晶は、以下の表の式の化合物の群から選択される1種類以上の化合物を含む。
表Dは、LC媒体に添加できる可能で好ましい液晶化合物を示す(ここでnは、1〜12の整数を表す)。
表Eは、LC媒体に添加できる可能な安定剤を示す(ここでnは1〜12の整数を表し、末端のメチル基は示していない)。
LC媒体は好ましくは、0〜10重量%、特には1ppm〜5重量%、特に好ましくは1ppm〜3重量%の安定剤を含む。LC媒体は好ましくは、表Eからの化合物から成る群より選択される1種類以上の安定剤を含む。
表Fは、LC媒体の重合性成分で使用できる可能で好ましい反応性メソゲンを示す。
本発明によるLC媒体は好ましくは、表Fからの化合物から成る群より選択される1種類以上の反応性メソゲンを含む。
<混合物例1>
以下の液晶ホスト混合物(M1)を調製する。
混合物M1の透明点は、97℃である。
<混合物例2>
以下の液晶ホスト混合物(M2)を調製する。
混合物M2の透明点は、73℃である。
<反応性メソゲン化合物>
以下の反応性メソゲン化合物を、本願の実施例で利用する。
<試験用セル>
全面ITOコート基板(40nmITO電極、600nmSiNx誘電体層)上にポリイミド溶液(AL−3046、JSR社)をスピンコートし、次いで180℃のオーブン中で90分間乾燥させる。約50nm厚の配向層を、レーヨン布でラビングする。全面ITOコート基板もAL−3046(第2基板アレイ)でコートし、PI表面をラビングし、UV硬化性接着剤(3μm間隔で上乗)を使用して2枚の基板アレイを組み立てて、両方のラビング方向を逆平行状態に配置する。ガラススクライビングホイールでガラス表面を罫書して、組み立てられた基板アレイ対から単一のセルを切り出す。次いで、得られた試験用セルに毛管作用で対応する混合物を充填する。
電界が印加されていないとき、コレステリック液晶媒体は、逆平行ラビングされたポリイミド配向層による平面アンカー条件のためにグランジャンテクスチャを示す。
<例1>
99.7%重量/重量のホストM−1および0.3%重量/重量のRM−33を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入する。
コレステリック液晶媒体の等方相にセルを加熱(105℃)し、その温度で1分間保つ。電極電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、コレステリック液晶媒体を等方相から95℃まで冷却(冷却速度3℃/分)し、ULH配向を得る。次いで電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルをUV光(Dymax 41014;320nmフィルター装着Bluewave 200 3.0版(水銀UVランプ))に4mW/cmで600秒間曝露する。電界(12V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルを95℃(冷却速度3℃/分)から80℃まで冷却する。再び電界(周波数および電圧を調整して波形の飽和を保持する。)を印加しながら、セルを80℃(冷却速度20℃/分)から35℃まで冷却する。次いで、セルをUV光(東芝社、Cタイプ、グリーンUV;(蛍光灯))に4mW/cmで7200秒間曝露する。
次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表2参照)。
<例2>
99.2%重量/重量のホストM−1および0.8%重量/重量のRM−33を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入し、次いで例1で与えられる通りに処理する。
次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表2参照)。
<例3>
98.0%重量/重量のホストM−1および2.0%重量/重量のRM−33を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入し、次いで例1で与えられる通りに処理する。
次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表2参照)。
<例4>
98.0%重量/重量のホストM−1および2.0%重量/重量のRM−33を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入する。
コレステリック液晶媒体の等方相にセルを加熱(105℃)し、その温度で1分間保つ。電極電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、コレステリック液晶媒体を等方相から95℃まで冷却(冷却速度3℃/分)し、ULH配向を得る。次いで電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルをUV光(Dymax 41014;320nmフィルター装着Bluewave 200 3.0版(水銀UVランプ))に4mW/cmで7800秒間曝露する。電界(12V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルを95℃(冷却速度3℃/分)から80℃まで冷却する。再び電界(周波数および電圧を調整して波形の飽和を保持する。)を印加しながら、セルを80℃(冷却速度20℃/分)から35℃まで冷却する。
次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表2参照)。
<熱処理>:試料を105℃まで加熱−温度を1分間保持−電界なしで35℃まで冷却(冷却速度:20℃/分)
<駆動処理サイクル>:試料を105℃まで加熱−温度を1分間保持−電界を印加しながら35℃まで冷却
<例5>
99.7%重量/重量のホストM−1および0.3%重量/重量のRM−1を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入し、次いで例1で与えられる通りに処理する。
次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表3参照)。
<例6>
99.4%重量/重量のホストM−1および0.6%重量/重量のRM−41を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入する。
コレステリック液晶媒体の等方相にセルを加熱(105℃)し、その温度で1分間保つ。電極電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、コレステリック液晶媒体を等方相から95℃まで冷却(冷却速度3℃/分)し、ULH配向を得る。次いで電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルをUV光(Dymax 41014;320nmフィルター装着Bluewave 200 3.0版(水銀UVランプ))に2mW/cmで600秒間曝露する。電界(12V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルを95℃(冷却速度3℃/分)から80℃まで冷却する。再び電界(周波数および電圧を調整して波形の飽和を保持する。)を印加しながら、セルを80℃(冷却速度20℃/分)から35℃まで冷却する。次いで、セルをUV光(東芝社、Cタイプ、グリーンUV;(蛍光灯))に4mW/cmで7200秒間曝露する。
次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表3参照)。
<例7>
99.7%重量/重量のホストM−1および0.3%重量/重量のRM−39を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入する。
コレステリック液晶媒体の等方相にセルを加熱(105℃)し、その温度で1分間保つ。電極電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、コレステリック液晶媒体を等方相から95℃まで冷却(冷却速度3℃/分)し、ULH配向を得る。次いで電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルをUV光(Dymax 41014;320nmフィルター装着Bluewave 200 3.0版(水銀UVランプ))に5mW/cmで600秒間曝露する。次いで電界(12V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルを95℃(冷却速度3℃/分)から80℃まで冷却する。再び電界(周波数および電圧を調整して波形の飽和を保持する。)を印加しながら、セルを80℃(冷却速度20℃/分)から35℃まで冷却する。次いで、セルをUV光(東芝社、Cタイプ、グリーンUV;(蛍光灯))に4mW/cmで7200秒間曝露する。
次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表3参照)。
<熱処理>:試料を105℃まで加熱−温度を1分間保持−電界なしで35℃まで冷却(冷却速度:20℃/分)
<駆動処理サイクル>:試料を105℃まで加熱−温度を1分間保持−35℃まで冷却(電界を印加しながら)
<例8>
99.7%重量/重量のホストM−2および0.3%重量/重量のRM−1を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入する。
コレステリック液晶媒体の等方相にセルを加熱(85℃)し、その温度で1分間保つ。電極電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、コレステリック液晶媒体を等方相から65℃まで冷却(冷却速度3℃/分)し、ULH配向を得る。次いで電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルをUV光(Dymax 41014;320nmフィルター装着Bluewave 200 3.0版(水銀UVランプ))に4mW/cmで600秒間曝露する。次いで電界(12V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルを65℃(冷却速度3℃/分)から60℃まで冷却する。再び電界(周波数および電圧を調整して波形の飽和を保持する。)を印加しながら、セルを60℃(冷却速度20℃/分)から35℃まで冷却する。次いで、セルをUV光(東芝社、Cタイプ、グリーンUV;(蛍光灯))に4mW/cmで7200秒間曝露する。
次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表4参照)。
<例9>
99.7%重量/重量のホストM−2および0.3%重量/重量のRM−1を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入する。
コレステリック液晶媒体の等方相にセルを加熱(85℃)し、その温度で1分間保つ。電極電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、コレステリック液晶媒体を等方相から65℃まで冷却(冷却速度3℃/分)し、ULH配向を得る。次いで電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルをUV光(Dymax 41014;320nmフィルター装着Bluewave 200 3.0版(水銀UVランプ))に15mW/cmで600秒間曝露する。次いで電界(12V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルを60℃(冷却速度3℃/分)から60℃まで冷却する。再び電界(周波数および電圧を調整して波形の飽和を保持する。)を印加しながら、セルを60℃(冷却速度20℃/分)から35℃まで冷却する。次いで、セルをUV光(東芝社、Cタイプ、グリーンUV;(蛍光灯))に4mW/cmで7200秒間曝露する。
次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表4参照)。
<例10>
99.7%重量/重量のホストM−2および0.3%重量/重量のRM−1を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入する。
コレステリック液晶媒体の等方相にセルを加熱(85℃)し、その温度で1分間保つ。電極電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、コレステリック液晶媒体を等方相から65℃まで冷却(冷却速度3℃/分)し、ULH配向を得る。次いで電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルをUV光(Dymax 41014;320nmフィルター装着Bluewave 200 3.0版(水銀UVランプ))に40mW/cmで600秒間曝露する。次いで電界(12V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルを65℃(冷却速度3℃/分)から60℃まで冷却する。再び電界(周波数および電圧を調整して波形の飽和を保持する。)を印加しながら、セルを60℃(冷却速度20℃/分)から35℃まで冷却する。次いで、セルをUV光(東芝社、Cタイプ、グリーンUV;(蛍光灯))に4mW/cmで7200秒間曝露する。次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表4参照)。
<例11>
99.7%重量/重量のホストM−2および0.3%重量/重量のRM−1を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入する。
コレステリック液晶媒体の等方相にセルを加熱(85℃)し、その温度で1分間保つ。電極電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、コレステリック液晶媒体を等方相から65℃まで冷却(冷却速度3℃/分)し、ULH配向を得る。次いで電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルをUV光(Dymax 41014;320nmフィルター装着Bluewave 200 3.0版(水銀UVランプ))に48mW/cmで50秒間曝露する。電界(12V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルを65℃(冷却速度3℃/分)から60℃まで冷却する。再び電界(周波数および電圧を調整して波形の飽和を保持する。)を印加しながら、セルを60℃(冷却速度20℃/分)から35℃まで冷却する。次いで、セルをUV光(東芝社、Cタイプ、グリーンUV;(蛍光灯))に4mW/cmで7200秒間曝露する。
次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表4参照)。
<熱処理>:試料を85℃まで加熱−温度を1分間保持−電界なしで35℃まで冷却(冷却速度:20℃/分)
<駆動処理サイクル>:試料を85℃まで加熱−温度を1分間保持−35℃まで冷却(電界を印加しながら)
<例12>
99.7%重量/重量のホストM−2および0.3%重量/重量のRM−1を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入する。
コレステリック液晶媒体の等方相にセルを加熱(85℃)し、その温度で1分間保つ。電極電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、コレステリック液晶媒体を等方相から65℃まで冷却(冷却速度3℃/分)し、ULH配向を得る。次いで電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルをUV光(Dymax 41014;320nmフィルター装着Bluewave 200 3.0版(水銀UVランプ))に4mW/cmで600秒間曝露する。次いで電界(12V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルを65℃(冷却速度3℃/分)から60℃まで冷却する。再び電界(周波数および電圧を調整して波形の飽和を保持する。)を印加しながら、セルを60℃(冷却速度20℃/分)から35℃まで冷却する。次いで、セルをUV光(Dymax 41014;320nmフィルター装着Bluewave 200 3.0版(水銀UVランプ))に4mW/cmで7200秒間曝露する。
次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表5参照)。
<例13>
99.7%重量/重量のホストM−2および0.3%重量/重量のRM−1を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入する。
コレステリック液晶媒体の等方相にセルを加熱(85℃)し、その温度で1分間保つ。電極電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、コレステリック液晶媒体を等方相から65℃まで冷却(冷却速度3℃/分)し、ULH配向を得る。次いで電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルをUV光(Dymax 41014;320nmフィルター装着Bluewave 200 3.0版(水銀UVランプ))に4mW/cmで7800秒間曝露する。次いで電界(12V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルを65℃(冷却速度3℃/分)から60℃まで冷却する。再び電界(周波数および電圧を調整して波形の飽和を保持する。)を印加しながら、セルを60℃(冷却速度20℃/分)から35℃まで冷却する。
次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表5参照)。
<例14>
99.7%重量/重量のホストM−2および2.0%重量/重量のRM−33を混合し、得られた混合物を上記の通りの試験用セルに導入する。
コレステリック液晶媒体の等方相にセルを加熱(85℃)し、その温度で1分間保つ。電極電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、コレステリック液晶媒体を等方相から65℃まで冷却(冷却速度3℃/分)し、ULH配向を得る。次いで電界(14V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルをUV光(Dymax 41014;320nmフィルター装着Bluewave 200 3.0版(水銀UVランプ))に4mW/cmで600秒間曝露する。次いで電界(12V、600Hz矩形波駆動)を印加しながら、セルを65℃(冷却速度3℃/分)から60℃まで冷却する。再び電界(周波数および電圧を調整して波形の飽和を保持する。)を印加しながら、セルを60℃(冷却速度20℃/分)から35℃まで冷却する。次いで、セルをUV光(東芝社、Cタイプ、グリーンUV;(蛍光灯))に4mW/cmで7200秒間曝露する。
次いで得られたPS−ULHテクスチャを、熱処理および駆動処理後の安定性の観点から試験する(表5参照)。
<熱処理>:試料を85℃まで加熱−温度を1分間保持−電界なしで35℃まで冷却(冷却速度:20℃/分)
<駆動処理サイクル>:試料を85℃まで加熱−温度を1分間保持−電界を印加しながら35℃まで冷却
<混合物M2のE/O性能、例8および14>
それぞれのセルを、80Hzおよび10ボルトの矩形波電界で駆動する。
光学応答は電界の極性に追従し、交差偏光子を通してULHフレキソ電気光学的スイッチを示す。
混合物M−2は応答時間(Ton)が2.4m秒である一方、光学応答の典型的な波形を示す。
硬化後のRM−1(例8)を含む混合物M−2についても、光学応答の典型的な波形が観察される。しかしながら、応答時間(Ton)は2.2m秒である。
PS−ULHテクスチャを2.0%のRM−33で安定化すると、光学応答曲線は顕著な波形歪みを示し、有意なより長い応答時間(Ton)(9.3m秒)も示す。

Claims (19)

  1. 共通電極構造(2)および駆動電極構造(3)を個別に備える2枚の基板(1)の間に挟持されるポリマー安定化されたコレステリック液晶媒体を含む光変調素子であって、ただし
    駆動および/または共通電極構造を有する基板は、同一基板上の駆動および/または共通電極構造から誘電体層(5)で分離される配向電極構造(4)を追加して備え、
    光変調素子は、液晶媒体に直接隣接する少なくとも1層の配向層(6)を含むことを特徴とする光変調素子。
  2. 配向電極構造は、それぞれの電極の間に500nm〜10μmの範囲内のギャップを有する周期的で実質的に平行な帯状電極
    を含み、
    それぞれの帯状電極の幅は500nm〜10μmの範囲内にあり、
    それぞれの帯状電極の高さは10nm〜10μmの範囲内である請求項1に記載の光変調素子。
  3. 少なくとも1層の配向層は、配向電極構造上に設けられている請求項1または2に記載の光変調素子。
  4. 少なくとも1層の配向層は、共通電極構造上に設けられている請求項1〜3のいずれか1項に記載の光変調素子。
  5. 少なくとも1層の配向層は、ラビングされている請求項1〜4のいずれか1項に記載の光変調素子。
  6. 配向電極構造上に設けられた配向層のラビング方向は、配向電極構造の帯状パターンの長軸または帯状の長手方向に対して±45°の範囲内であり、共通電極構造上に設けられた対向配向層のラビング方向は実質的に逆平行である請求項1〜5のいずれか1項に記載の光変調素子。
  7. 駆動電極構造は第1TFT(TFT1)のドレインに電気的に接続され、配向電極構造は第2TFT(TFT2)のドレインに電気的に接続される請求項1〜6のいずれか1項に記載の光変調素子。
  8. 第1TFT(TFT1)のソースはデータ線に電気的に接続され、第2TFT(TFT2)のソースは共通電極に電気的に接続される請求項1〜7のいずれか1項に記載の光変調素子。
  9. コレステリック液晶媒体は、1種類以上のビメソゲン化合物、1種類以上の重合性液晶化合物および1種類以上のキラル化合物を含む請求項1〜8のいずれか1項に記載の光変調。
  10. コレステリック液晶媒体は、式A−1〜A−IIIの群から選択される1種類以上のビメソゲン化合物を含む請求項1〜9のいずれか1項に記載の光変調。
    (式中、
    11およびR12、R21およびR22ならびにR31およびR32は、それぞれ独立に、H、F、Cl、CN、NCSまたは1〜25個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル基であり、該アルキル基は無置換でも、ハロゲンもしくはCNで一置換または多置換されていてもよく、1個以上の隣接していないCH基は、それぞれの出現で互いに独立に酸素原子が互いに直接連結しないようにして、−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−または−C≡C−で置き換えられていることも可能であり、
    MG11およびMG12、MG21およびMG22ならびにMG31およびMG32は、それぞれ独立にメソゲン基であり、
    Sp、SpおよびSpは、互いに独立に、5〜40個のC原子を含むスペーサー基であり、ただし、また、O−MG11および/またはO−MG12に連結しているSpのCH基、MG21および/またはMG22に連結しているSpのCH基ならびにX31およびX32に連結しているSpのCH基を除く、1個以上の隣接していないCH基は、−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−、−CH(ハロゲン)−、−CH(CN)−、−CH=CH−または−C≡C−で置き換えられていてもよいが、2個のO原子は互いに隣接せず、2個の−CH=CH−基は互いに隣接せず、−O−CO−、−S−CO−、−O−COO−、−CO−S−、−CO−O−および−CH=CH−から選択される2個の基は互いに隣接せず、
    31およびX32は、互いに独立に、−CO−O−、−O−CO−、−CH=CH−、−C≡C−または−S−から選択される連結基であり、あるいは、X31およびX32の一方は−O−または単結合のいずれかでもよく、再度あるいは、X31およびX32の一方は−O−および他方は単結合でもよい。)
  11. コレステリック液晶媒体は、式C−I〜C−III(それぞれ(S,S)エナンチオマーを含む。)の化合物の群から選択される1種類以上のキラル化合物を含む請求項1〜10のいずれか1項に記載の光変調。
    (式中、
    EおよびFは、それぞれ独立に、1,4−フェニレンまたはトランス−1,4−シクロヘキシレンであり、
    vは、0または1であり、
    は、−COO−、−OCO−、−CHCH−または単結合であり、および
    Rは、1〜12個のC原子を有するアルキル、アルコキシまたはアルカノイルである。)
  12. コレステリック液晶媒体は、式Dの化合物の群から選択される1種類以上の重合性液晶化合物を含む請求項1〜11のいずれか1項に記載の光変調素子。
    (式中、
    Pは、重合性基であり、
    Spは、スペーサー基または単結合であり、
    MGは、式Mから選択される棒状のメソゲン基であり、
    Mは、−(AD21−ZD21−AD22−(ZD22−AD23−であり、
    D21〜AD23は、それぞれの出現で互いに独立に、1個以上の同一または異なる基Lで置換されていてもよいアリール、ヘテロアリール、ヘテロ環式または脂環式基であり、
    D21およびZD22は、それぞれの出現でそれぞれ互いに独立に、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−S−CO−、−CO−S−、−O−COO−、−CO−NR01−、−NR01−CO−、−NR01−CO−NR02、−NR01−CO−O−、−O−CO−NR01−、−OCH−、−CHO−、−SCH−、−CHS−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−CHCH−、−(CH−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−、−CH=N−、−N=CH−、−N=N−、−CH=CR01−、−CY01=CY02−、−C≡C−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−または単結合であり、
    Lは、それぞれの出現でそれぞれ互いに独立に、FまたはClであり、
    は、H、1〜20個以上のC原子を有するアルキル、アルコキシ、チオアルキル、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシもしくはアルコキシカルボニルオキシであるか、またはYD0もしくはP−Sp−であり、
    D0は、F、Cl、CN、NO、OCH、OCN、SCN、1〜4個のC原子を有し、フッ素化されていてもよいアルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシもしくはアルコキシカルボニルオキシ、または1〜4個のC原子を有する一フッ素化、オリゴフッ素化もしくは多フッ素化されたアルキルもしくはアルコキシであり、
    01およびY02は、それぞれ互いに独立に、H、F、ClまたはCNを表し、
    01およびR02は、それぞれ独立に、上のRに定義した通り意味を有し、および
    kおよびlは、それぞれ独立に、0、1、2、3または4である。)
  13. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の光変調素子を製造する方法であって、
    少なくとも以下の工程:
    a)2枚の基板間に、1種類以上のビメソゲン化合物、1種類以上のキラル化合物および1種類以上の重合性化合物を含む液晶媒体の層を提供し、ただし少なくとも一方の基板は光に対して透明であり、一方または両方の基板上に電極が設けられており、
    b)液晶媒体を、その等方相に加熱し、
    c)液晶媒体をスイッチ状態間でスイッチするのに十分なAC電界を電極間に印加しながら、液晶媒体をその透明点より下まで冷却し、
    d)電極間にAC電界を印加しながら、重合性化合物の光重合を誘発する光放射に液晶媒体の前記層を曝露し、
    e)電界または熱制御を印加するか印加せずに、液晶媒体を室温に冷却し、
    f)任意に前記電極間にAC電界を印加しながら、工程d)で重合せずに残存している任意の重合性化合物の光重合を誘発する光放射に液晶媒体の前記層を曝露する
    ことを含む方法。
  14. 光学的または電気光学的装置における請求項1〜12のいずれか1項に記載の光変調素子の使用。
  15. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の光変調素子を含む光学的または電気光学的装置。
  16. 電気光学的ディスプレイ、液晶ディスプレイ(LCD、liquid crystal display)、非線形光学的(NLO、non−linear optic)装置または光情報記憶装置であることを特徴とする請求項15に記載の光学的または電気光学的装置。
  17. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の光変調素子を駆動するために、光変調素子の共通電極と組み合わせて駆動電極を駆動できる少なくとも1個の電気回路を含む請求項15もしくは16に記載の光学的または電気光学的装置。
  18. コレステリック液晶媒体をULHテクスチャに配向させるために、請求項1〜11のいずれか1項に記載の光変調素子の駆動電極と組み合わせて配向電極を駆動できる追加の電気回路を含むを含む請求項15〜17のいずれか1項に記載の光学的または電気光学的装置。
  19. 共通電極と組み合わせて配向電極で光変調素子を駆動でき、共通電極と組み合わせて駆動電極で光変調素子を追加して駆動できる少なくとも1個の電気回路を含む請求項15〜18のいずれか1項に記載の光学的または電気光学的装置。
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