JP2788667B2 - 高分子液晶組成物、それを用いた液晶光学素子及び液晶光学素子の駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶表示素子、液晶記憶素子、液晶音響素
子等の液晶材料として好適に使用される高分子液晶組成
物に関する。本発明はまた、それを用いた液晶光学素子
に関する。更に、その液晶光学素子の駆動方法に関す
る。

〔従来の技術〕

強誘電性液晶の光学的異方性を利用して２枚の基板間
に液晶を挟持した光学素子がクラークとラゲルバルによ
り提案されている（特開昭56−107216号公報、特開昭63
−153521号公報）。これらは基板間の距離を十分小さく
してカイラルスメクチックＣ相のらせん構造を消失さ
せ、２つの安定状態（いわゆる双安定性）を得ようとす
るものである。しかし、このような光学素子を作製する
ためには基板に配向膜を設けなければならず、更にこの
配向膜のため当初考えられていたほどの明確な双安定性
が得にくいという問題点がある。

近年、MHPOBC〔４−（１−metylheptyloxy carbony
l）phenyl−４′−octyloxy biphenyl−４−car boxyla
te〕と呼ばれる液晶で従来の強誘電性液晶には見られな
かった三安定性があるとことが確認された（Jpn.J.App
l.Phys.27（1988）,L729）。また、この液晶が反強誘電
性であること（第15回液晶討論会講演予稿集 3A21（19
89）,P310）や、このような反強誘電性を示す液晶を用
いてディスプレイデバイスを作製し、従来の双安定性駆
動と異なった方式で駆動できること（第15回液晶討論会
講演予稿集 3A23（1989）,P314、特開平１−213390号
公報、特開平１−316367号公報、特開平２−28128号公
報）などが報告され、双安定性駆動の問題点を克服でき
る可能性が示された。

しかしながら、使用する液晶が低分子液晶であるた
め、従来通り配向膜を必要とすること、大面積にわ
たり均一配向を得るのが難しいことなどの問題点が残
る。

一方、低分子液晶の配向性を改善し、大面積にわたり
均一配向を得るためには強誘電性液晶を高分子化すると
よいこと、かつ、これに低分子液晶を混合すると応答性
も損なわれないことが見出されている（特開昭64−6088
号公報、特開昭63−284291号公報）。また、逆に強誘電
性低分子液晶に高分子液晶を混ぜた組成物でも同様の効
果が得られている（特開昭64−66287号公報）。

しかしながら、これらの組成物を使用した液晶素子で
も液晶分子の双安定性を用いた駆動を行うので、やはり
明確な双安定性が得にくいという問題点を残している。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、明確な複数安定状態を有し、反強誘電性、
配向性を損なわずに高速応答性を得ることができる高分
子液晶組成物を提供しようとするものである。

本発明はまた、その高分子液晶組成物を用いて配向膜
を必要とせず、大面積にわたり液晶分子の均一配向を得
ることが可能な液晶光学素子を得ようとするものであ
る。

本発明は更に、上記の液晶光学素子を従来の双安定駆
動による不安定な駆動でなく、第３状態を利用して安定
した駆動のできる液晶光学素子の駆動方法を提供しよう
とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意研究を重
ねた結果、反強誘電性液晶相を示す高分子液晶組成物に
より、その目的が達成されることを見出し、この知見に
基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、１種または２種以上の低分子液晶
と下記一般式で表される高分子液晶を含む１種又は２種
以上の高分子液晶からなり、少なくとも１種の低分子液
晶又は高分子液晶が反強誘電性を示し、高分子液晶の配
合割合が２〜95重量％であることを特徴とする高分子液
晶組成物。

（式中、R¹はアルキル基又はアルキル鎖中にエステル結
合を含んだ基を示し、Ｘはメチル基又はCF₃基を示し、R
²は−Ｈ、−CH₃又は−C₂H₅、ｊは１〜20の整数、ｋは１
〜30の整数、Ａは−Ｏ−又は−COO−、ｍは０又は１、
Ｂは （ここでＹは−COO−又は−OCO−を示す。）を示す。）
を提供するものである。

本発明の高分子液晶組成物は、反強誘電性を有する高
分子液晶組成物である。反強誘電性を有するので、明確
な複数の安定状態を得ることができる。また、高分子液
晶を含有するので、液晶分子の配向性に優れている。更
に、低分子液晶の混合された高分子液晶組成物であるの
で、反強誘電性、配向性を損なわずに電界変化に対する
高速応答性を得ることが可能となっている。

このような高分子液晶組成物としては、反強誘電性
を示す低分子液晶を１種以上含む低分子液晶又は低分子
液晶組成物と１種又は２種以上の高分子液晶又は高分子
液晶組成物からなる高分子液晶組成物、反強誘電性を
示す高分子液晶を１種以上含む高分子液晶又は高分子液
晶組成物と１種又は２種以上の低分子液晶又は低分子液
晶組成物からなる高分子液晶組成物が挙げられる。ここ
での高分子液晶及びの低分子液晶は反強誘電性を示
すものであってもよい。

高分子液晶組成物中に含まれる高分子液晶の割合とし
て前記、の場合とも、２〜95重量％であることが必
要であり、特に５〜50重量％とすることが好ましい。高
分子液晶の割合が少な過ぎると高分子液晶組成物の配向
性などの有用性が欠けることがあり、多過ぎると、高分
子液晶組成物の電界変化に対する応答が遅くなったりす
るなどの不都合が生じることがある。また、反強誘電性
液晶の割合として前記、の場合とも、10〜100重量
％とすることが好ましく、特に50〜100重量％とするこ
とが好ましい。反強誘電性液晶の割合が少な過ぎると、
組成物として反強誘電性を示さない場合があり、不都合
を生じることがある。

本発明に用いられる反強誘電性を示す高分子液晶とし
ては、適当な温度で反強誘電性を示すもので光学活性基
として （Ｘはメチル基、CF₃基など、R₁はアルキル基又はアル
キル鎖中にエステル結合を含んだ基を示す。）を有する
高分子液晶で、下記の繰り返し単位を有する高分子液晶
が用いられる。

〔式中のR¹及びＸは、上記と同様であり、R²は−Ｈ、−
CH₃又は−C₂H₅、ｊは１〜20の整数、ｋは１〜30の整
数、Ａは−Ｏ−又は−COO−、ｍは０又は１、 （ここでＹは−COO−又は−OCO−を示す。）を示す。〕 具体的には、例えば、以下の繰り返し単位を有する液
晶（ａ）、液晶（ｂ）が挙げられる。

〔Iso:等方相（液体）、SmA:スメクチックＡ相、Sm
C^＊：カイラルスメクチックＣ相、SmC_A ^＊：反強誘電
相、glass:ガラス状態を示す。〕 ここで、反強誘電相を示す温度範囲は、これらの高分
子液晶を対向する電極間に挟持して電極間に三角波状電
圧を印加した際、クロスニコル下で透過光強度の変化が
２段階（３種類）になるときを反強誘電相として決定し
た値である。

また、反強誘電性を示す低分子液晶としては、例え
ば、以下のものが挙げられる。

なお、上記化合物は反強誘電性を有する液晶化合物の
一例であり、これらの構造式に限定されるものではな
い。

また、反強誘電性を示す低分子液晶又は反強誘電性を
示す高分子液晶と混合される他の高分子液晶又は低分子
液晶としては、スメクチック相を示すものが好ましい。
特に、スメクチックＣ相又はカイラルスメクチックＣ相
を示すものが好ましい。

このような高分子液晶としては、不斉炭素を含まない
ものと不斉炭素を含むものが挙げられる。不斉炭素を含
まないものの例としては、以下のものが挙げられる。

また、不斉炭素を含むものの例としては、以下のもの
が挙げられる。

高分子液晶は２〜３量体のオリゴマー液晶であっても
よい。

更に、本発明の高分子液晶組成物には、必要に応じて
接着剤、減粘剤、非液晶カイラル化合物、色素等が含ま
れていてもよい。

本発明はまた、上記の高分子液晶組成物を対向する２
枚の電極間に挟持してなることを特徴とする液晶光学素
子を提供するものである。

第１図は、本発明の液晶光学素子の一例を示す断面図
である。

本発明の液晶光学素子は、上記の高分子液晶組成物４
を対向する２枚の電極３、５間に挟持してなるものであ
り、通常、電極３、５の外側にはそれぞれ基板２、６が
設けられており、更にその外側にはそれぞれ偏光板１、
７が設けられている。

電極３、５としては、透明性を有する材料であれば特
に限定はない。例えば、酸化インジウム又は酸化インジ
ウムと酸化スズとの混合物からなるITO膜等の透明電極
が好適であり、通常これらは基板２、６上に蒸着され、
適当な形状に加工されて使用される。

基板２、６としては、透明性の材料であれば特に制限
はない。例えば、ガラスや、ポリエチレンテレフタレー
ト（PET）、ポリエーテルスルホン（PES）、ポリカーボ
ネート（PC）などのプラスチックフィルムなどを用いる
ことができる。基板の厚みとしては、通常10μｍ〜数mm
が好ましい。

偏光板１、７としては、通常のものを使用することが
できる。各々の偏光軸の方向としては特に限定はない
が、互いに直交していることが好ましい。

本発明では、上記の高分子液晶組成物を使用している
ので、電極３又は５と高分子液晶組成物４との間に配向
膜を必要としない。すなわち、配向膜が無くても、曲げ
変形やたわみ振動等により液晶組成物に剪断を加えるシ
ェアリング法によって、容易に液晶分子に配向させるこ
とができる。したがって、従来の液晶光学素子のように
配向膜を必要とせず、大面積にわたり液晶分子が均一に
配向した液晶光学素子を得ることが可能となっている。

第２図は、液晶光学素子内の強誘電性液晶分子の動き
を示す説明図である。

８は液晶分子、９は液晶分子８上のダイポール、10は
液晶分子８は移動軌跡を表すコーンを示している。３、
５は電極である。

通常の強誘電性液晶では、液晶光学素子のセル厚を薄
くしていくと液晶分子のらせん構造が消失し、第２図に
示すようにセル界面に分子が平行なａ又はｂの状態が安
定となる。いわゆる表面安定化状態が得られる。仮にａ
の状態が強誘電性液晶分子８のダイポール９が上向きの
状態、ｂの状態が強誘電性液晶分子８のダイポール９が
下向きの状態とすると、上向きの電界をセルの電極３、
５間に印加し、その後電界を切ると、ａの状態でセル内
の全ての液晶分子８が安定化する。逆に、下向きの電界
をセルの電極３、５間に印加し、その後電界を切ると、
ｂの状態でセル内の全ての液晶分子８が安定化する。

第３図は、第２図に示した液晶分子を上から見た説明
図であり、第３図（ａ）は第２図のａの状態、第３図
（ｂ）は第２図のｂの状態を表す。

第３図（ａ）及び第３図（ｂ）に示すように、ａの状
態とｂの状態とで液晶分子８のスメクチック層11に対し
て傾く方向、すなわち光学軸12が異なるので、セル上下
に適当な方向の偏光板を設ければ明暗表示ができること
がわかる。

以上は、強誘電性液晶を用いた液晶光学素子の場合で
あるが、反強誘電性液晶を用いた液晶光学素子の場合も
同様に、セル厚を薄くするとセル界面に液晶分子が平行
なａ及びｂの状態が安定となる。しかし、反強誘電性液
晶を用いた液晶光学素子の場合、電界がゼロの状態では
隣合うスメクチック層間でダイポールが互いに逆向き、
すなわち隣合う液晶分子の傾く方向がスメクチック層法
線に対し互いに逆向きの状態が安定に存在する。

第４図は、反強誘電性液晶を用いた液晶光学素子の電
界がゼロの状態での液晶分子の状態を示す説明図であ
る。この状態をｃとする。

ｃの状態では、液晶分子の光学軸12の方向は全体の液
晶分子の平均的方向、すなわちスメクチック層11に垂直
な方向となる。

第５図及び第６図は、それぞれ強誘電性液晶を用いた
液晶光学素子、反強誘電性液晶を用いた液晶光学素子の
印加電圧の変化に対する液晶分子の状態を示すグラフで
ある。横軸は印加電圧（Ｖ）を示し、縦軸は液晶分子の
状態を示す。

強誘電性液晶を用いた液晶光学素子、反強誘電性液晶
を用いた液晶光学素子ともに液晶分子の状態にヒステリ
シスが存在する。特に、反強誘電性液晶を用いた液晶光
学素子では２つのヒステリシスが存在する。

第７図は、液晶分子の各状態における光学軸と偏光板
の偏光軸の方向を示す説明図である。

上述のように反強誘電性液晶を用いた液晶光学素子で
は、液晶分子８の状態にａ、ｂ及びｃの３つの安定な状
態が存在する。セル内の液晶分子を配向した状態では、
各状態の光学軸12は液晶分子８の平均的方向、すなわち
第７図に示した方向である。

このような反強誘電性液晶を用いた液晶光学素子で
は、偏光板を直交ニコルとして設定する場合の偏光軸の
設定方向として、２種類の好適な方向が考えられる。第
１の方向は、ｃの状態が暗、ａの状態とｂの状態が等価
な明となるような方向、すなわち、第７図に示すように
直交ニコルの偏光軸13又は14の一方をｃの状態の光学軸
と一致させる方向である。第２の方向は、ａの状態が
明、ｃの状態が中間、ｂの状態が暗となるような方向、
すなわち、直交ニコルの偏光軸13又は14の一方をｂの状
態の光学軸と一致させる方向である。この場合、ａの状
態とｂの状態は明暗逆になるように設定してもよい。

第８図は、液晶光学素子の電極間に三角波状の電圧を
印加したときの透過光強度Ｔの様子を示したグラフであ
り、第８図（ａ）は、上記第１の方向に偏光板を設定し
た場合、第８図（ｂ）は、上記第２の方向に偏光板を設
定した場合である。横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は透過光強
度Ｔを示す。

第８図（ａ）、第８図（ｂ）ともに透過光強度Ｔは、
双安定のヒステリシスが２つ存在するような曲線を描い
ている。

したがって、液晶光学素子の電極間に、高分子液晶組
成物が反強誘電相を示す温度範囲で正負２種のバイアス
のかかったパルス波形状の電圧を印加すると、液晶光学
素子を好適に駆動することができる。

第９図は、液晶光学素子の電極間に印加する駆動電圧
の一例を表すグラフである。横軸は時間（ｔ）、縦軸は
電圧（Ｖ）を表す。

第９図に示すように、液晶光学素子の電極間に、高分
子液晶組成物が反強誘電相を示す温度範囲で、例えばVo
のバイアスかけておき、これを基準点としたパルス波形
状の電圧を正、負方向に加えれば、液晶分子はａの状態
とｃの状態の間で双安定になる。逆に、−Voのバイアス
かけておき、これを基準点としたパルス波形状の電圧を
正、負方向に加えれば、液晶分子はｂの状態とｃの状態
の間で双安定となる。

したがって、印加するバイアス電圧を調整すれば三状
態が安定な液晶光学素子を得ることができる。

このような駆動電圧により液晶光学素子を駆動する
と、上述の第１の方向に偏光板を設定した場合には、明
の状態をａ、ｂ交互に使用することができるので、平均
的にみるとセルに電圧の直流成分がかからないという利
点がある。液晶に印加される電圧の直流成分は、液晶の
分解、劣化時の悪影響を液晶に与えるものであるので、
このような成分がセルにかからないことは、液晶光学素
子の寿命を長くする。また、従来の双安定駆動で問題と
なっていたように液晶分子がａの状態又はｂの状態にか
たより易くなる、いわゆる焼き付けの効果を防止するこ
ができるという利点もある。

第２の方向に偏光板を設定した場合には、従来の双安
定駆動では実現できなかった明、中間、暗の階調表示が
可能となるという利点がある。

実際的な駆動パルス電圧としては、第10図のような波
形が好ましい。第11図（ａ）に示すような双安定性を有
する場合には、第11図（ｂ）のようにしきい値電圧V_th
を超える書き込みパルスにより例えば暗方向へスイッチ
ングを行う際に、しきい値電圧V_th以下の電圧によるク
ロストークが生じてしまう。ここで、しきい値電圧V_th
は反対の状態にスイッチングさせるのに必要な電圧であ
り、このクロストークによっては明暗のスイッチングは
起こらない。同様に、第８図（ａ）又は第８図（ｂ）に
示すような液晶光学素子では、第10図のような駆動パル
ス電圧を用いるとよい。すなわち、双安定性のヒステレ
シスが２つあると考えて、双安定パルス波形（第11図
（ｂ））の基準0Vを、三安定の場合にはV_O又は−V_Oへバ
イアスをかけてずらした波形とするとよい。第10図の駆
動パルスによると、第８図（ｂ）の液晶光学素子では、
光透過強度は最初の書き込みパルスにより中間状態へス
イッチングされ、第２の書き込みパルスにより暗状態へ
スイッチングされ、さらに第３の書き込みパルスにより
明状態へスイッチングされる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。

参考例１ 下記の構造を有する低分子液晶Ａと下記の繰り返し単
位を有する高分子液晶Ｂとを、室温で必要な量だけ秤量
し、溶媒（ジクロロエタン）に溶解した後、溶媒を蒸発
させて混合し、高分子液晶組成物を得た。

上記の高分子液晶組成物を対向する２枚のITO電極付
ガラス基板で液晶組成物とITO電極とが接するように挟
持し、液晶光学素子を得た。ここで、ITO電極面積は15m
m×15mm、液晶組成物の厚みは２μｍとし、液晶組成物
をITO電極付ガラス基板で挟持した状態で130℃まで加熱
した後徐冷し、118℃で数回液晶組成物に剪断応力を加
えるシェアリング法により、液晶分子を一方向に配向さ
せた。

得られた液晶光学素子について、液晶組成物の相転移
挙動を偏光顕微鏡により観察し、上記の相転移温度を決
定した。

次いで、ITO電極間に第12図に示す最大電圧±30V、周
波数1.25Hzの三角波状電圧を印加し、クロスニコル下で
の液晶光学素子の透過光強度の変化をフォトダイオード
で観測すると、SmA相では印加電圧にほぼ比例して強度
が変化する、いわゆるエレクトロクリニック効果が観察
された。105℃での三角波状電圧印加時におけるクロス
ニコル下での液晶光学素子の透過光強度の変化を第13図
に示す。

更に温度を下げながら透過光強度の変化をフォトダイ
オードで観測すると、98℃〜50℃で液晶分子が三安定性
を示した。すなわち、反強誘電相（SmC_A ^＊相）では透過
光強度が二段階応答（三安定性）になり、この二段階応
答から相の同定ができた。90℃での三角波状電圧印加時
におけるクロスニコル下での液晶光学素子の透過光強度
の変化の測定例を第14図に示す。ここで、クロスニコル
の設定方向は、一方の偏光軸がスメクチック層法線と一
致した状態から30゜回転した方向とした。三安定状態の
透過光強度の比は、暗状態を１としたとき、1:15:32で
あった。

また、90℃で最大電圧が±30Vの三角波状の電圧を電
極間に印加したときの分極反転電流の測定を行ったとこ
ろ、第15図に示すように、液晶分子のダイポールの反転
に伴う分極反転電流のピークが２本観測され、この相が
反強誘電相であることが確認できた。

また、得られた液晶光学素子について、上記の方向に
設定したクロスニコル下で液晶分子の配向度を測定した
ところ、約70程度であった。これは、液晶Ａのみを用い
て同様にして配向させた液晶光学素子の配向度が約30で
あることに比べて明らかに配向性が良かった。

なお、配向度の値は、以下に示すよく知られた一般的
な測定方法に従って求めた。

すなわち、上記の配向処理を施した液晶光学素子を、
偏光軸が互いに直交する二枚の偏光板間に平行に配置
し、これにハロゲンランプの白色光を入射しながら偏光
板をそのままの位置に保ったまま液晶光学素子を光のス
ポットを中心に回転したときの透過光の強度変化を測定
し、その際の最大強度（Imax）と最小強度（Imin）の
比、Imax/Iminを配向度とした。

参考例２ 下記の構造を有する低分子液晶Ａと下記の繰り返し単
位を有する高分子液晶Ｃとを、参考例１と同様にして混
合し、高分子液晶組成物を得た。

上記の高分子液晶組成物を参考例１と同様に２枚のIT
O電極付ガラス基板で挟持し、液晶光学素子を作製し
た。次いで、液晶組成物をITO電極付ガラス基板で挟持
した状態で140℃まで加熱した後徐冷し、123℃で数回液
晶組成物に剪断応力を加えるシェアリング法により、液
晶分子を一方向に配向させた。

得られた液晶光学素子について、液晶組成物の相転移
挙動を偏光顕微鏡により観察し、上記の相転移温度を決
定した。

次いで、60℃の反強誘電相（SmC_A ^＊相）において参考
例１と同様に透過光強度を測定したところ、参考例１と
同様に良好な三安定状態を示した。三安定状態の透過光
強度の比は、暗状態を１としたとき、1:12:30であっ
た。

また、得られた液晶光学素子について、参考例１と同
様に配向度を測定したところ、約50程度であり、この高
分子液晶組成物の配向性は良好であった。

比較例１ 下記の繰り返し単位を有する高分子液晶Ｄと下記の構
造を有する低分子液晶Ｅとを、参考例１と同様にして混
合し、高分子液晶組成物を得た。

上記の高分子液晶組成物を参考例１と同様に２枚のIT
O電極付ガラス基板で挟持し、液晶光学素子を作製し
た。次いで、液晶組成物をITO電極付ガラス基板で挟持
した状態で90℃まで加熱した後徐冷し、80℃で数回液晶
組成物に剪断応力を加えるシェアリング法により、液晶
分子を一方向に配向させた。

得られた液晶光学素子について、液晶組成物の相転移
挙動を偏光顕微鏡により観察し、上記の相転移温度を決
定した。この液晶組成物は、反強誘電相を示しなかっ
た。

次いで、43℃の強誘電相（SmC^＊相）において参考例
１と同様に透過光強度を測定したところ、双安定性しか
示さなかった（第16図）。双安定状態の透過光強度の比
は、暗状態を１としたとき、1:15であった。

実施例１ 下記の繰り返し単位を有する高分子液晶Ｆと下記の構
造を有する低分子液晶Ａ、Ｇ及びＨとを、参考例１と同
様にして混合し、高分子液晶組成物を得た。

上記の高分子液晶組成物を参考例１と同様に２枚のIT
O電極付ガラス基板で挟持し、液晶光学素子を作製し
た。次いで、液晶組成物をITO電極付ガラス基板で挟持
した状態で130℃まで加熱した後徐冷し、120℃で数回液
晶組成物に剪断応力を加えるシェアリング法により、液
晶分子を一方向に配向させた。更に室温まで徐冷した。

得られた液晶光学素子について、液晶組成物の相転移
挙動を偏光顕微鏡により観察し、上記の相転移温度を決
定した。この液晶組成物は室温を含む広い温度範囲で反
強誘電相を示した。

次いで、40℃の反強誘電相（SmC_A ^＊相）において参考
例１と同様に透過光強度を測定したところ、第17図に示
すように、実施例１と同様に良好な三安定状態を示し
た。印加電圧が＋30V、0V、−30Vにおける透過光強度の
比は、1:10:23であった。

また、この液晶光学素子の電極間に、第18図に示すよ
うに、＋30Vから−30Vに変化する波形１、−30Vから0V
に変化する波形２、0Vから＋30Vに変化する波形３の３
種類の波形の電圧を印加した場合の液晶組成物の応答時
間を測定した。測定温度は45℃とした。結果を第１表に
示す。

比較例２ 液晶Ｆを用いて、実施例１と同様の方法で液晶分子の
配向した液晶光学素子を作製した（液晶の厚み２μ
ｍ）。

この液晶光学素子について、実施例１と同様に、第18
図に示した３種類の波形の電圧を印加した場合の液晶組
成物の応答時間を測定した。測定温度は45℃とした。結
果を第１表に示す。

実施例２ 下記の繰り返し単位を有する高分子液晶Ｉと下記の構
造を有する低分子液晶Ｈ及びＪとを、参考例１と同様に
して混合し、高分子液晶組成物を得た。

上記の高分子液晶組成物を参考例１と同様に２枚のIT
O電極付ガラス基板で挟持し、液晶光学素子を作製し
た。次いで、液晶組成物をITO電極付ガラス基板で挟持
した状態で110℃まで加熱した後徐冷し、100℃で数回液
晶組成物に剪断応力を加えるシェアリング法により、液
晶分子を一方向に配向させた。

得られた液晶光学素子について、液晶組成物の相転移
挙動を偏光顕微鏡により観察し、上記の相転移温度を決
定した。上記のように、この高分子液晶組成物は、室温
を含む広い温度範囲で反強誘電相を示した。

次いで、40℃の反強誘電相（SmC_A ^＊相）において参考
例１と同様に透過光強度を測定したところ、参考例１と
同様に良好な三安定状態を示した。印加電圧が＋30V、0
V、−30Vにおける透過光強度の比は、1:7:16であった。

また、この液晶光学素子の電極間に、実施例１と同様
に、第18図に示した３種類の波形の電圧を印加した場合
の液晶組成物の応答時間を測定した。測定温度は35℃と
した。結果を第２表に示す。

比較例３ 液晶Ｉを用いて、実施例２と同様の方法で液晶分子の
配向した液晶光学素子を作製した（液晶の厚み２μ
ｍ）。

この液晶光学素子について、実施例２と同様に、第18
図に示した３種類の波形の電圧を印加した場合の液晶組
成物の応答時間を測定した。測定温度は35℃とした。結
果を第２表に示す。

なお、実施例１で使用した高分子液晶Ｆ及び実施例２
で使用した高分子液晶Ｉの合成は以下のように行った。

〔Ｉ〕液晶Ｆの合成 ４−アセトキシ安息香酸0.1モル及び塩化チオニル50m
lの溶液を80℃で２時間撹拌した。反応後、過剰の塩化
チオニルを減圧留去し、酸塩化物を得た。次に、エチル
−３−ヒドロキシブタノエート0.12モルとトリエチルア
ミン0.2モルのTHF500ml溶液を撹拌した。この中に先程
得られた酸塩化物をTHF溶液として滴下し、８時間撹拌
した。反応液を濃縮後、エーテル抽出し、乾燥、濃縮
後、カラムクロマトグラフィーにて精製し、目的とする
エステル体（１）を得た（収率86％）。

で得られたエステル体（１）80ミリモルのエーテル
200ml溶液を撹拌した。そこにベンジルアミンを40ml導
入し、１時間撹拌した。反応液をエーテル抽出し、乾
燥、濃縮後、カラムクロマトグラフィーにて精製し、目
的とするアルコール体（２）を得た（収率96％）。

特開平１−113424号公報に記載されている中間体
〔４′−（12−ブロモドデシルオキシ）ビフェニル−４
−カルボン酸〕50ミリモル及び塩化チオニル30mlの溶液
を80℃で２時間撹拌した。反応後、過剰の塩化チオニル
を減圧留去し、酸塩化物を得た。次に、で得られたア
ルコール体（２）60ミリモルとトリエチルアミン70ミリ
モルのTHF200ml溶液を撹拌した。この中に先程得られた
酸塩化物をTHF溶液として滴下し、８時間撹拌した。反
応液を濃縮後、エーテル抽出し、乾燥、濃縮後、カラム
クロマトグラフィーにて精製し、目的とするエステル体
（３）を得た（収率76％）。

2,2−ジヒドロキシメチルプロピオン酸18ミリモル及
び水酸化テトラメチルアンモニウム（５水和物）20ミリ
モルをDMF150ml中で２時間撹拌した。次にこの中にで
得られたエステル体（３）18ミリモルを加え、６時間撹
拌した。反応後エーテル抽出し、乾燥、濃縮後、カラム
クロマトグラフィーにて精製し、目的とするエステル体
（４）を得た（収率62％）。

−重縮合反応− で得られたエステル体（４）1.7ミリモル及びピリ
ジン5mlをトルエン30ml中に入れ、溶液を−70℃に保持
しながら撹拌し、この中へグルタル酸ジクロライド1.7
ミリモルを滴下し、12時間撹拌した。次いで反応液を−
70℃に冷却した多量のアセトン中に投入し、重縮合反応
を停止させた。温度を室温に戻した後、濃縮後カラムク
ロマトグラフィー精製を行い、NMR、IRの測定により構
造を確認し、目的とするポリマーを得た（収率77％、Mn
＝4,200（GPC、Ps換算））。第19図にNMR測定結果、第2
0図にIR測定結果を示す。

〔II〕液晶Ｉの合成 ４−アセトキシ安息香酸0.1モル及び塩化チオニル50m
lの溶液を80℃で２時間撹拌した。反応後、過剰の塩化
チオニルを減圧留去し、酸塩化物を得た。次に、ｔ−ブ
チル−３−ヒドロキシブタノエート0.12モルとトリエチ
ルアミン0.2モルのTHF500ml溶液を撹拌した。この中に
先程得られた酸塩化物をTHF溶液として滴下し、８時間
撹拌した。反応液を濃縮後、エーテル抽出し、乾燥、濃
縮後、カラムクロマトグラフィーにて精製し、目的とす
るエステル体（５）を得た（収率81％）。

で得られたエステル体（５）80ミリモルのエーテル
200ml溶液を撹拌した。そこにベンジルアミンを40ml導
入し、１時間撹拌した。反応液をエーテル抽出し、乾
燥、濃縮後、カラムクロマトグラフィーにて精製し、目
的とするアルコール体（６）を得た（収率96％）。

特開平１−113424号公報に記載されている中間体
〔４′−（12−ブロモドデシルオキシ）ビフェニル−４
−カルボン酸〕50ミリモル及び塩化チオニル30mlの溶液
を80℃で２時間撹拌した。反応後、過剰の塩化チオニル
を減圧留去し、酸塩化物を得た。次に、で得られたア
ルコール体（６）60ミリモルとトリエチルアミン70ミリ
モルのTHF200ml溶液を撹拌した。この中に先程得られた
酸塩化物をTHF溶液として滴下し、８時間撹拌した。反
応液を濃縮後、エーテル抽出し、乾燥、濃縮後、カラム
クロマトグラフィーにて精製し、目的とするエステル体
（７）を得た（収率79％）。

2,2−ジヒドロキシメチルプロピオン酸18ミリモル及
び水酸化テトラメチルアンモニウム（５水和物）20ミリ
モルをDMF150ml中で２時間撹拌した。次にこの中にで
得られたエステル体（７）18ミリモルを加え、６時間撹
拌した。反応後エーテル抽出し、乾燥、濃縮後、カラム
クロマトグラフィーにて精製し、目的とするエステル体
（８）を得た（収率71％）。

−重縮合反応− で得られたエステル体（８）1.7ミリモル及びピリ
ジン5mlをトルエン30ml中に入れ、溶液を−70℃に保持
しながら撹拌し、この中へグルタル酸ジクロライド1.7
ミリモルを滴下し、12時間撹拌した。次いで反応液を−
70℃に冷却した多量のアセトン中に投入し、重縮合反応
を停止させた。温度を室温に戻した後、濃縮後カラムク
ロマトグラフィー精製を行い、NMR、IRにより構造を確
認し、目的とするポリマーを得た（収率87％、Mn＝3,80
0（GPC、Ps換算））。第21図にNMR測定結果、第22図にI
R測定結果を示す。

〔発明の効果〕

本発明の高分子液晶組成物は、明確な複数安定状態を
有し、反強誘電性、配向性を損なわずに高速応答性を得
ることができるものである。

また本発明の液晶光学素子は、この高分子液晶組成物
を用いて配向膜を必要とせず、大面積にわたり均一配向
を得ることが可能なものである。

更に本発明の液晶光学素子の駆動方法は、上記の液晶
光学素子を従来の双安定駆動による不安定な駆動でな
く、第３状態を利用して安定した駆動をすることのでき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶光学素子の一例を示す断面図で
ある。 第２図は、液晶光学素子内の強誘電性液晶分子の動きを
示す説明図である。 第３図は、第２図に示した液晶分子を上から見た説明図
であり、第３図（ａ）は第２図のａの状態、第３図
（ｂ）は第２図のｂの状態を表す。 第４図は、反強誘電性液晶を用いた液晶光学素子の電界
がゼロの状態での液晶分子の状態を示す説明図である。 第５図及び第６図は、それぞれ強誘電性液晶を用いた液
晶光学素子、反強誘電性液晶を用いた液晶光学素子の印
加電圧の変化に対する液晶分子の状態を示すグラフであ
る。横軸は印加電圧（Ｖ）を示し、縦軸は液晶分子の状
態を示す。 第７図は、液晶分子の各状態における光学軸と偏光板の
偏光軸の方向を示す説明図である。 第８図（ａ）及び第８図（ｂ）は、液晶光学素子の電極
間に三角波状の電圧を印加したときの透過光強度Ｔの様
子を示したグラフである。横軸は電圧（Ｖ）、縦軸は透
過光強度Ｔを示す。 第９図は、本発明の液晶光学素子の電極間に印加する駆
動電圧の一例を表すグラフである。横軸は時間（ｔ）、
縦軸は電圧（Ｖ）を表す。 第10図は、本発明の液晶光学素子の電極間に印加する実
際的な駆動パルス電圧の一例を表すグラフである。横軸
は時間（ｔ）、縦軸は電圧（Ｖ）を表す。 第11図（ａ）は、双安定性を有する液晶光学素子の透過
光強度Ｔの様子を示したグラフであり、横軸は電圧
（Ｖ）、縦軸は透過光強度Ｔを示す。第11図（ｂ）は、
第11図（ａ）の液晶光学素子の電極間に印加する実際的
な駆動パルス電圧を表すグラフである。横軸は時間
（ｔ）、縦軸は電圧（Ｖ）を表す。 第12図は、実施例で使用した駆動電圧を表すグラフであ
る。横軸は時間（ｔ）、縦軸は電圧（Ｖ）を表す。 第13図、第14図は、それぞれ参考例１の液晶光学素子の
電極間に第12図の電圧を印加したときの透過光強度Ｔの
様子を示したグラフである。横軸は時間（ｔ）、縦軸は
透過光強度Ｔを示す。 第15図は、参考例１の液晶光学素子の分極反転電流を表
すグラフである。横軸は時間（ｔ）、縦軸は電流（任意
目盛a.u.）を表す。 第16図は、比較例１の液晶光学素子の電極間に第12図の
電圧を印加したときの透過光強度Ｔの様子を示したグラ
フである。横軸は時間（ｔ）、縦軸は透過光強度Ｔを示
す。 第17図は、実施例１の液晶光学素子に印加した電圧と、
透過光強度Ｔの様子を示したグラフである。横軸は時間
（ｔ）、縦軸は電圧（Ｖ）及び透過光強度Ｔを示す。 第18図は、実施例１等で液晶光学素子に印加した電圧を
表すグラフである。横軸は時間（ｔ）、縦軸は電圧
（Ｖ）を表す。 第19図及び第21図は、それぞれ実施例１、２で使用した
高分子液晶のNMRの測定結果を表すチャートである。 第20図及び第22図は、それぞれ実施例１、２で使用した
高分子液晶のIRの測定結果を表すチャートである。 符号の説明 １、７……偏光板、２、６……基板 ３、５……電極、４……高分子液晶組成物 ８……液晶分子、９……ダイポール 10……液晶分子８の移動軌跡を表すコーン 11……スメクチック層、12……光学軸 13、14……偏光軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−222930（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−291270（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−239788（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−237188（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−223390（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/13 500 G02F 1/137 500 G02F 1/133 560

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１種または２種以上の低分子液晶と下記一
   般式で表される高分子液晶を含む１種又は２種以上の高
   分子液晶からなり、少なくとも１種の低分子液晶又は高
   分子液晶が反強誘電性を示し、高分子液晶の配合割合が
   ２〜95重量％であることを特徴とする高分子液晶組成
   物。 （式中、R¹はアルキル基又はアルキル鎖中にエステル結
   合を含んだ基を示し、Ｘはメチル基又はCF₃基を示し、R
   ²は−Ｈ、−CH₃又は−C₂H₅、ｊは１〜20の整数、ｋは１
   〜30の整数、Ａは−Ｏ−又は−COO−、ｍは０又は１、
   Ｂは （ここでＹは−COO−又は−OCO−を示す。）を示す。）
2. 【請求項２】請求項１記載の高分子液晶組成物を対向す
   る２枚の電極間に挟持してなることを特徴とする液晶光
   学素子。
3. 【請求項３】請求項２記載の液晶光学素子の電極間に、
   高分子液晶組成物が反強誘電相を示す温度範囲で正負２
   種のバイアスのかかったパルス波形状の電圧を印加する
   ことを特徴とする液晶光学素子の駆動方法。