JP3134522B2 - 調光材料及びそれからなる調光素子 - Google Patents

調光材料及びそれからなる調光素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶とそれを保持する
高分子からなる調光材料及びそれを利用した調光素子に
関する。特に、電界印加時と無印加時の光線透過率の変
化が大きく、電圧感受性等に優れた調光素子及びその調
光材料に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶とそれを保持する高分子からなる調
光材料は、例えば、電界無印加時には、高分子の屈折率
と液晶の屈折率との差等により入射光が散乱するため、
くもり状態となり、また、電界が印加されると液晶がそ
の電場方向に向かって整列するため、透明状態になる。
【0003】この調光材料は、通常の液晶表示素子と比
較して大面積化が容易であり、高耐久性等の利点を有し
ているため、最近、インテリア材料、大型ディスプレ
イ、自動車用等、多くの用途に期待されている。
【0004】従来、この様な調光材料として、液晶を高
分子でマイクロカプセル化したもの(特公表58−50
1631)、液晶をエポキシ樹脂中に微小滴状に分散さ
せたもの(特公表63−501512)、アクリルオリ
ゴマーを使用した光重合による網状高分子に液晶を保持
したもの(特開昭63−27133)等が提案されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の調
光材料では、実用上、光線透過率、電圧感受性、膜の均
一性、耐久性、耐熱性等の特性や温度依存性が少ないこ
となどの特性を充分満足するものとはいえなかった。
【0006】本発明は上記従来の問題点を解決し、特に
膜の均一性、光線透過率、電界感受性及び耐熱性が向上
した調光材料及びそれからなる調光素子を提供すること
を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の調光材料は、
液晶と高分子とを含んでなり、電界の印加の有無により
光の透過散乱を制御する調光材料において、該高分子が
下記一般式(I)で示されるジペンタエリスリトール系
化合物と、下記一般式(II)で示されるアクリレート系
化合物とを共重合させて得られる高分子であることを特
徴とする。
【0008】
【化3】
【0009】
【化4】
【0010】請求項2の調光素子は、内面に電極を有す
る一対の基板であって、その少なくとも一方の基板が透
明である基板間に請求項1に記載の調光材料を挟持して
構成されることを特徴とする。
【0011】即ち、本発明者らは上記従来の問題点を解
決すべく、液晶を保持する高分子につき鋭意検討した結
果、特定のジペンタエリスリトール系化合物とアクリレ
ート系化合物とを共重合させることによって得られる高
分子を利用した調光材料が、良好な特性を示すことを見
出し、本発明に到達した。
【0012】以下に発明を詳細に説明する。
【0013】本発明に係る高分子を形成する単量体のう
ち、前記一般式(I)で示されるジペンタエリスリトー
ル系化合物において、一般式(I)中のR1 〜R6 は、
下記置換基を示し、Rは水素原子又はメチル基を示し、
nは0又は1を示し、R1 〜R6 のうちの少くとも1つ
の置換基のnは1を示す。
【0014】
【化5】
【0015】また、一般式(II)で示されるアクリレー
ト系化合物において、一般式(II)中のR7 は水素原子
又はメチル基を示し、R8 はメチル基、エチル基、プロ
ピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル
基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ト
リデシル基、ペンタデシル基、ステアリル基等の炭素数
1〜18の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基;シクロヘキ
シル基等のシクロアルキル基;テトラヒドロフルフリル
基;或いは、−(R9 O)m−R10 [R9 は−(CH2)k
−(kは2〜11の整数を示す)、−CH2 CH2 CH
(CH3)−、−CH2 C(CH3)2 CH2 −、−CH
(CH3)CH2 −、−CH2 CH(CH3)−、−CH
(CH3)−(CH2)3 −、−CH(CH3)CH2 CH2
−、−CH2C(C49)2 CH2 −等の炭素数2〜1
1の直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基を示し、R10
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル
基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等の炭素数1
〜8の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基を示し、mは1〜
10の整数を示す。] を示す。
【0016】一般式(II)で示されるアクリレート系化
合物としては、置換基R7 ,R8 が下記表1,2に示さ
れるものであるアクリレート系化合物No.1〜56を
挙げることができる。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】これら一般式(I)及び(II)で示される
化合物を組合せによる重合性組成物を光重合することに
より、本発明にかかる耐熱性の高分子が得られるため、
これを調光材料とした場合には、耐熱性に優れ、温度依
存性が低い調光材料となる。なお、本発明において、液
晶としてはネマチック液晶、コレステリック液晶、スメ
クチック液晶のいずれも使用することができる。
【0020】本発明で用いるネマチック液晶としては、
動作温度範囲でネマチック状態を示すものであれば、か
なり広い範囲で選択することができる。また、このよう
なネマチック液晶に後述の旋光性物質を加えることによ
り、コレステリック状態をとらせることができる。ネマ
チック液晶の例としては下記表3〜5に示されるNo.
1〜20の物質、或いはこれらの誘導体が挙げられる。
【0021】
【表3】
【0022】
【表4】
【0023】
【表5】
【0024】なお、上記表3〜5中、R’はアルキル基
又はアルコキシ基を、Rはアルキル基を、X’はアルキ
ル基、アルコキシ基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオ
ロメチル基、トリフルオロメトキシ基又はハロゲン原子
を表す。また、上記表3〜5中のベンゼン環の水素は、
更にフッ素原子で置換されていてもよい。
【0025】本発明で用いる液晶としては、表3〜5に
示した液晶又はそれらを含む混合物のいずれでもよい
が、例えば、メルク社から「ZLI−1132」、「Z
LI−1840」或いは「ZLI−1565」という商
品名で販売されている液晶又はBritish Dru
g House社から「E−7」、「E−8」、「E−
37」、「E−44」、「E−46」或いは「BL00
1」〜「BL020」という商品名で販売されている液
晶等を使用することができる。
【0026】また、このようなネマチック液晶に、以下
の旋光性物質を加えることにより、コレステリック状態
をとらせることができる。
【0027】この場合、液晶組成物に用いられる旋光性
物質としては、カイラルネマチック化合物、例えば、2
−メチルブチル基、3−メチルブトキシ基、3−メチル
ペンチル基、3−メチルペントキシ基、4−メチルヘキ
シル基、4−メチルヘキトキシ基などの光学活性基をネ
マチック液晶に導入した化合物が挙げられる。また、特
開昭51−45546号に示す1−メントール、d−ボ
ルネオール等のアルコール誘導体、d−ショウノウ、3
−メチルシクロヘキサン等のケトン誘導体、d−シトロ
ネラ酸、1−ショウノウ酸等のカルボン酸誘導体、d−
シトロネラール等のアルデヒド誘導体、d−リノネン等
のアルケン誘導体、その他のアミン、アミド、ニトリル
誘導体などの光学活性物質を使用することもできる。
【0028】本発明で用いるスメクチック液晶として
は、スメクチックA液晶、スメクチックカイラルC液晶
が挙げられる。
【0029】このような本発明の調光材料の製造方法と
しては特に限定されないが、例えば、前記の液晶と、前
記一般式(I), (II) で示される単量体からなる重合性組
成物及び光重合開始剤とを混合し、場合により加熱して
均一溶液とし、紫外線又は電子線等で所定量露光する。
その結果、一般式(I)で示される化合物と一般式(I
I)で示される化合物とが共重合し、また、この共重合
物と液晶は相分離状態となり、高分子保存型の液晶調光
材料を得ることができる。
【0030】この時、一般式(I)で示される化合物と
一般式(II)で示される化合物の使用割合は、10/1
〜1/10(化合物(I)/化合物(II);重量比)で
使用することが好ましく、1/1〜1/10がより好ま
しい。なお、一般式(I)で示される化合物及び一般式
(II)で示される化合物は、各々、2種以上を混合して
用いてもよい。
【0031】光重合開始剤としては、2,2−ジメトキ
シ−2−フェニルアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2
−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン等を挙げる
ことができる。
【0032】また、均一溶液中に占める液晶の比率は、
40〜90重量%とするのが好ましく、特に65〜85
重量%とするのが好ましい。
【0033】また、上記反応系には必要に応じて、界面
活性剤、光安定化剤、二色性色素、非二色性色素、連鎖
移動剤、光増感剤、架橋剤等を併用することができる。
【0034】一方、本発明の調光素子の電極としては、
一般に、ITO(インジウム・スズ酸化物)等の透明電
極が用いられ、電極用基板としては、ガラス又はポリエ
ステル等のプラスチック板のような透明基板が用いられ
る。
【0035】本発明の調光素子の製造にあたり、大面積
化或いはより均一な膜厚を得るためには、調光材料中に
スペーサーを存在させることが好ましい。このスペーサ
ーとしては特に限定されないが、ガラス或いはポリビニ
ルベンゼン、ポリメチルメタクリレート等のポリマーよ
りなる球状又はロッド状等のものが使用できる。このよ
うなスペーサーの使用方法としては、基板上に散布して
から重合性組成物を塗布する方法、或いは、重合性組成
物に均一に分散させて基板間に導入する方法等がある。
【0036】本発明の調光素子は、基板として一対の透
明な電極基板を使用する場合には、透過型調光素子とし
て使用することができ、一方が透明で他方が不透明な電
極基板を使用する場合には、不透明な電極基板の後に反
射性層を置くことにより、反射型調光素子として使用す
ることができる。
【0037】本発明の調光素子は、例えば、前述の液
晶、重合性組成物及び光重合開始剤、並びに必要に応じ
て各種添加剤を含む均一溶液を、上記電極を有する基板
間に挟み、露光して該重合性組成物を重合させることに
よって容易に製造することができる。また、基板上に該
均一溶液を塗布して重合後、基板を積層することによっ
ても製造することができる。
【0038】
【作用】液晶を保持する高分子として、前記一般式
(I)で示されるジペンタエリスリトール系化合物と、
前記一般式(II)で示されるアクリレート系化合物とを
共重合させることによって得られる高分子を用いること
により、諸特性に優れた調光材料が提供される。
【0039】このような調光材料を用いることにより、
調光素子の膜の均一性、光線透過率、電界感受性、耐熱
性等の特性は大幅に改善される。
【0040】
【実施例】次に本発明を実施例及び比較例により更に具
体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、
以下の実施例に限定されるものではない。
【0041】実施例1 ジペンタエリスリトール系化合物Ia(一般式(I)に
おいて、R1 〜R3 が−CO−CH2 CH2 CH2 CH
2 CH2 O−CO−CH=CH2 、R4 〜R6が−CO
−CH=CH2 )0.1g、前記表1のNo.7に示す
アクリレート系化合物IIa(一般式(II)において、R
7 がH、R8 が−CH2 CH(C25)C49
0.2g、重合開始剤として2,2−ジメトキシ−2−
フェニルアセトフェノン0.006g、及び、液晶とし
てE−8(BDH社製)0.7gを混合して均一溶液を
得、この溶液中に直径10μmのプラスチック(ジビニ
ルベンゼン共重合体)製スペーサー0.015gを加
え、この混合液を6cm×9cmの大きさのITO付プ
ラスチック基板(ポリエチレンテレフタレート)の間に
挿入し、紫外線照射装置により露光することにより、亀
裂等のない均一な調光素子を得た。なお、与えられたエ
ネルギーは400mJに相当する。
【0042】得られた調光素子に交流電界(60Hz、
正弦波)を印加し、デジタル濁度計(日本電色工業
(株)製;NDH−20D型)によって平行光線透過率
変化の電圧依存性を測定した結果、下記の通りであり、
電圧感受性、透過率変化とも良好な特性を示すことが確
認された。
【0043】 T0 =10.6% T100 =81.3% V10 =17V V90 =38V 透過率差=70.7% ただし、T0 :印加電圧0の時の光透過率、T100 :印
加電圧を増大させて行き光透過率が殆ど一定になった時
の光透過率、V10:T0 を0%、T100 を100%とし
た時透過率が10%となる印加電圧、V90:同左光透過
率が90%となる印加電圧、透過率差はT100 −T0
ある。
【0044】実施例2 アクリレート系化合物IIaの代りに、前記表2のNo.
35に示すアクリレート系化合物IIb(一般式(II)に
おいて、R7 がH、R8 がシクロヘキシル基)を用いた
こと以外は実施例1と全く同様にして、亀裂のない均一
な調光素子を得た。この調光素子について、実施例1と
同様にして測定を行なった結果は下記の通りであり、電
圧感受性、透過率変化とも良好な特性を示すことが確認
された。 T0 =10.2% T100 =81.2% V10 =15V V90 =30V 透過率差=71.0% 実施例3 アクリレート系化合物IIaの代りに、前記表2のNo.
34に示すアクリレート系化合物IIc(一般式(II)に
おいて、R7 はメチル基、R8 はテトラヒドロフルフリ
ル基)を用いたこと以外は実施例1と全く同様にして、
亀裂のない均一な調光素子を得た。この調光素子につい
て、実施例1と同様にして測定を行なった結果は下記の
通りであり、電圧感受性、透過率変化とも良好な特性を
示すことが確認された。
【0045】 T0 =10.7% T100 =79.5% V10 =16V V90 =32V 透過率差=68.8% 実施例4 アクリレート系化合物IIaの代りに、前記表1のNo.
3に示すアクリレート系化合物IId(一般式(II)にお
いて、R7 がH、R8 が−C49 (n))を用いたこ
と以外は実施例1と全く同様にして、亀裂等のない均一
な調光素子を得た。この調光素子について、実施例1と
同様にして測定を行なった結果は下記の通りであり、良
好な透過率変化特性を示すことが確認された。
【0046】 T0 =10.2% T100 =81.0% 透過率差=70.8% 実施例5 ジペンタエリスリトール系化合物Iaの代りに、ジペン
タエリスリトール系化合物Ib(一般式(I)におい
て、R1 〜R6 が−CO−CH2 CH2 CH2 CH2
2 O−CO−CH=CH2 )を用いたこと以外は、実
施例4と全く同様にして、亀裂等のない均一な調光素子
を得た。この調光素子について、実施例1と同様にして
測定を行なった結果は下記の通りであり、良好な透過率
変化特性を示すことが確認された。
【0047】 T0 =10.8% T100 =75.9% 透過率差=65.1% 実施例6 アクリレート系化合物IIaの代りに、前記表1のNo.
23に示すアクリレート系化合物IIe(一般式(II)に
おいて、R7 がH、R8 が−(CH2 CH2 O)2CH
3 )を用いたこと以外は、実施例1と全く同様にして、
亀裂のない均一な調光素子を得た。この調光素子につい
て、実施例1と全く同様にして測定を行なった結果は下
記の通りであり、良好な透過率変化特性を示すことが確
認された。 T0 =10.1% T100 =79.8% 透過率差=69.7% 比較例1 実施例1において、ジペンタエリスリトール系化合物I
aを0.3g用い、アクリレート系化合物IIaを用いな
かったこと以外は同様にして、亀裂等のない均一な調光
素子を得た。この調光素子について、実施例1と同様に
して測定を行なった結果は、以下の通りであり、透過率
変化が小さく調光素子として好ましくないことが確認さ
れた。
【0048】 T0 =31.9% T100 =43.8% 透過率差=11.9% 比較例2 実施例5において、ジペンタエリスリトール系化合物I
bを0.3g用い、アクリレート系化合物IIdを用いな
かったこと以外は同様にして、亀裂等のない均一な調光
素子を得た。この調光素子について、実施例1と同様に
して測定を行なった結果は、以下の通りであり、透過率
変化が小さく調光素子として好ましくないことが確認さ
れた。
【0049】 T0 =24.2% T100 =31.0% 透過率差=6.8% 比較例3 実施例4において、アクリレート系化合物IIdを0.3
g用い、ジペンタエリスリトール系化合物Iaを用いな
かったこと以外は同様にして調光素子を作成したが、相
分離が起こらず、均一な調光膜は得られなかった。
【0050】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の調光材料は
膜の均一性が良好であり、該調光材料を使用した本発明
の調光素子は、電界印加時と無印加時の透過率差、電圧
感受性、繰り返し応答性、耐熱性に優れ、表示装置、調
光窓等に用いる高特性調光素子として極めて有用であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09K 19/54 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶と高分子とを含んでなり、電界の印
    加の有無により光の透過散乱を制御する調光材料におい
    て、該高分子が下記一般式(I)で示されるジペンタエ
    リスリトール系化合物と、下記一般式(II)で示される
    アクリレート系化合物とを共重合させて得られる高分子
    であることを特徴とする調光材料。 【化1】 【化2】
  2. 【請求項2】 内面に電極を有する一対の基板であっ
    て、その少なくとも一方の基板が透明である基板間に請
    求項1に記載の調光材料を挟持して構成されることを特
    徴とする調光素子。
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