JP4828706B2 - 液晶組成物、液晶表示素子および液晶表示方法 - Google Patents
液晶組成物、液晶表示素子および液晶表示方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶組成物、液晶表示素子およびこの液晶表示素子を使用した液晶表示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は、液晶性化合物を含有してなる液晶層に電場を作用させ、当該液晶層中の液晶性化合物の分子配向状態を制御することにより、目的とする画像を表示するものであり、従来、種々の方式のものが知られている。
しかしながら、従来の液晶表示素子は、液晶層に対する電場の作用を継続した状態では、液晶性化合物の分子配向状態が維持されることにより、表示状態が保持されるが、電場の作用を停止すると、液晶性化合物の分子配向状態が維持されず、これにより、表示状態が解除されるものであり、電場の作用を停止した後においても表示状態が保持される液晶表示素子が望まれていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その第１の目的は、電場が作用されていなくても、液晶性化合物の分子配向状態を安定に保持することができ、しかも、当該液晶性化合物の分子配向状態を変化させることができる液晶組成物を提供することにある。
本発明の第２の目的は、電場の作用が停止されても、表示状態を安定に維持することができ、しかも、表示状態を容易に解除することができる液晶表示素子を提供することにある。
本発明の第３の目的は、電場の作用が停止されても、表示状態を安定に維持することができ、しかも、表示状態を容易に解除することができる液晶表示方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶組成物は、下記式（ii）で表される化合物および下記式（iii ）で表される化合物の混合物よりなる液晶性化合物と、ゲル化することによって前記液晶性化合物の配向状態を規制する、分子間水素結合の形成が可能な基およびアルキレン基を１分子中にそれぞれ１個以上有する化合物よりなる液晶配向状態規制剤とを含有してなり、
前記液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度が、前記液晶配向状態規制剤によるゲル化温度より高いことを特徴とする。
【化３】
【０００５】
本発明の液晶組成物においては、前記液晶配向状態規制剤は、前記液晶性化合物が一方向に配向した状態において、当該液晶性化合物と同方向に配向する繊維状凝集体を形成するものであることが好ましい。
また、前記液晶配向状態規制剤が、下記一般式（１）で表される基を有する化合物よりなることが好ましい。
【０００６】
【化４】
【０００７】
また、本発明の液晶組成物においては、前記液晶配向状態規制剤が、当該液晶配向状態規制剤および前記液晶性化合物の合計の０．０５〜３０．０重量％となる割合で含有されていることが好ましい。
【０００８】
本発明の液晶表示素子は、上記の液晶組成物よりなる液晶層を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の液晶表示方法は、上記の液晶組成物よりなる液晶層に対し、その液晶性化合物が等方性液体相にある状態において、当該液晶層の厚み方向に表示パターンに従って電場を作用させながら、当該液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度以下の温度に冷却することにより、当該液晶性化合物を等方性液体相から液晶相に転移させ、この状態で、当該液晶層を液晶配向状態規制剤によるゲル化温度以下の温度に冷却することによってゲル化することを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明の液晶組成物によれば、液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度より高い温度に加熱した状態において、電場を作用させながら或いは電場を作用させずに前記相転移温度以下の温度に冷却することにより、液晶性化合物の分子配向状態を制御することができる。そして、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度以下の温度に冷却することにより、液晶配向状態規制剤によって、当該液晶組成物の流動性が消失し、液晶性化合物の分子配向状態が規制されるため、電場の作用がなくても、液晶性化合物の分子配向状態を安定に保持することができる。また、液晶組成物を液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度より高い温度に再度加熱することにより、光学的に等方性の液体となるため、液晶性化合物の分子配向状態を変化させることができる。
【００１１】
本発明の液晶表示素子によれば、液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度より高い温度に加熱された液晶層に対して、その厚み方向に表示パターンに従って電場を作用させながら、前記相転移温度以下の温度に冷却することにより、当該液晶性化合物を等方性液体相から液晶相に転移させ、これにより、液晶層には、光透過状態にある部分と光散乱状態にある部分とが形成されて所要の表示パターンが得られる。そして、このような状態にある液晶層を液晶配向状態規制剤によるゲル化温度以下の温度に冷却することによってゲル化することにより、液晶層に形成された表示パターンが固定化される。
而して、液晶層が液晶配向状態規制剤によるゲル化温度以下の温度にある状態においては、液晶性化合物の分子配向状態が、液晶配向状態規制剤分子によって規制されるため、電場の作用を停止した後においても、液晶性化合物の分子配向状態が変化することがなく、従って、液晶層における光透過状態にある部分および光散乱状態にある部分がそのままの状態に維持される結果、表示状態が安定に保持される。
更に、液晶層をその液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度より高い温度に再度加熱することにより、表示状態が解除される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明の液晶組成物は、液晶性化合物と、液晶配向状態規制剤とを含有してなるものである。
本発明の液晶組成物における液晶性化合物としては、下記式（ii）で表される化合物および下記式（iii)で表される化合物の混合物が用いられる。
【００１３】
【化５】
【００１４】
本発明の液晶組成物における液晶配向状態規制剤は、当該液晶組成物をゲル化する機能を有するもの、すなわちゲル化剤としての機能を有するものであって、液晶組成物をゲル化することによってその流動性を実質的に消失させ、これにより、当該液晶組成物中における液晶性化合物の分子配向状態を規制するものである。
このような液晶配向状態規制剤としては、分子間水素結合の形成が可能な基（以下、「水素結合形成基」ともいう。）およびアルキレン基を１分子中にそれぞれ１個以上有する化合物を用いることが好ましく、より好ましくは水素結合形成基およびアルキレン基を１分子中に２個以上有する化合物である。このような液晶配向状態規制剤は、分子間に水素結合が形成されることによって多数の分子が繊維状に凝集してなる繊維状凝集体となり、これにより、液晶性化合物の配向状態を規制すると共に、組成物全体をゲル化してその流動性を実質的に消失させるものである。
ここで、水素結合形成基としては、例えば−ＮＨＣＯ−基、その他の−ＮＨ−基と−ＣＯ−基との組み合わせからなる基などが挙げられる。また、アルキレン基としては、炭素数が４以上のもの、特に炭素数が６〜２０のものを用いることが好ましい。
【００１５】
また、液晶配向状態規制剤としては、上記一般式（１）で表される基を有する化合物を用いることが好ましく、より好ましくは上記一般式（１）で表される基を１分子中に１〜１０個有する化合物、特に好ましくは上記一般式（１）で表される基を１分子中に１〜４個有する化合物である。
このような液晶配向状態規制剤の好ましい具体例としては、下記式（vi）〜下記式（xi）で表される化合物が挙げられる。
【００１６】
【化６】
【００１７】
【化７】
【００１８】
本発明の液晶組成物においては、上記のような液晶性化合物および液晶配向状態規制剤が含有されるが、液晶性化合物は、その等方性液体相および液晶相間の相転移温度（以下、「液体−液晶相転移温度」ともいう。）が、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度より高いものとされる。
ここで、「ゲル化温度」とは、液晶組成物を、当該組成物が液体となる状態にまで加熱した後、この液体の状態の液晶組成物を５℃／ｍｉｎの降温速度で冷却した場合に、当該液晶組成物が液体からゲルに転移した時の温度をいう。
【００１９】
具体的には、液晶性化合物における液体−液晶相転移温度をＴ1 とし、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度をＴ2 としたとき、Ｔ1 −Ｔ2 の値が５℃以上であることが好ましく、より好ましくは１０〜３０℃である。Ｔ1 −Ｔ2 の値が５℃未満である場合には、液晶性化合物が液晶相を示し、かつ、組成物全体が液体状態となる温度範囲が狭いため、液晶性化合物の分子配向状態を制御することが困難となることがある。
また、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度は、当該液晶組成物が常温でゲルの状態となるよう適宜設定されるが、好ましくは３０℃以上である。
【００２０】
本発明の液晶組成物における液晶配向状態規制剤の含有割合は、その種類によって異なるが、液晶配向状態規制剤および液晶性化合物の合計の０．０５〜３０．０重量％であることが好ましく、より好ましくは０．０５〜１０．０重量％、さらに好ましくは０．２〜５．０重量％、特に好ましくは０．２〜３．０重量％である。この割合が０．０５重量％未満である場合には、当該組成物の流動性が十分に消失せず、液晶性化合物の分子配向状態を規制することが困難となることがある。一方、この割合が３０．０重量％を超える場合には、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度が高くなりすぎ、液晶性化合物の分子配向状態を制御することが困難となることがある。
【００２１】
本発明の液晶組成物における液晶配向状態規制剤は、当該液晶組成物中の液晶性化合物が一方向に配向した状態において、当該液晶性化合物と同方向に配向する繊維状凝集体を形成するものであることが好ましい。このような液晶配向状態規制剤を用いることにより、液晶性化合物が一方向に配向した状態において、当該液晶組成物がゲル化する際に、当該液晶性化合物の分子配向状態に与える影響が少なく、しかも、当該液晶組成物がゲル化した状態では、液晶性化合物の分子配向状態が、当該液晶性化合物と同方向に配向する液晶配向状態規制剤の線状凝集体によって一層安定に保持される。
液晶配向状態規制剤が液晶性化合物と同方向に配向する繊維状凝集体を形成するか否かは、例えば用いられる液晶性化合物との組み合わせによって定まり、液晶性化合物と液晶配向状態規制剤との具体的な組み合わせを例示すると、液晶性化合物「Ｅ６３」（メルク社製）と上記式（vi）で表される化合物との組み合わせ、液晶性化合物「Ｅ６３」（メルク社製）と上記式（viii）で表される化合物との組み合わせ、液晶性化合物「Ｅ６３」（メルク社製）と上記式（ix）で表される化合物との組み合わせ、液晶性化合物「Ｅ６３」（メルク社製）と上記式（ｘ）で表される化合物との組み合わせ、上記式（ii）で表される液晶性化合物および上記式（iii)で表される液晶性化合物の混合物と上記式（vi）で表される化合物との組み合わせなどが挙げられるが、これらの組み合わせに限定されるものではない。
【００２２】
本発明の液晶組成物は、液晶性化合物と、液晶配向状態規制剤とを含有してなり、液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 が、前記液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高いものであるため、液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度にあるときには、光学的に等方性の液体となり、その液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高く、液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 以下の温度にあるときは、光学的に異方性を示す液体（液晶）となり、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度にあるときは、その流動性が実質的に消失することにより、光学的に異方性を示すゲル（液晶ゲル）となる。
【００２３】
このような特性を有する本発明の液晶組成物によれば、液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱した状態において、電場を作用させながら或いは電場を作用させずに液体−液晶相転移温度Ｔ1 以下の温度に冷却することにより、液晶性化合物の分子配向状態を制御することができる。そして、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度に冷却することにより、液晶配向状態規制剤によって、当該液晶組成物の流動性が消失し、液晶性化合物の分子配向状態が規制されるため、電場の作用がなくても、液晶性化合物の分子配向状態を安定に保持することができる。また、液晶組成物を液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に再度加熱することにより、光学的に等方性の液体となるため、液晶性化合物の分子配向状態を変化させることができる。
【００２４】
本発明の液晶表示素子は、上記の液晶組成物よりなる液晶層を有するものであり、その他の具体的な構造は特に限定されず、従来公知の種々の液晶表示素子の構造を採用することができる。
液晶層は、通常、互いに対向して配置された２枚の基板の間に形成されており、これらの２枚の基板の各々には、液晶層に電場を作用させるための電極が設けられている。また、液晶組成物中の液晶性化合物における誘電率異方性が負である場合には、基板の各々の内面には、例えば液晶性化合物分子を厚み方向に配向させるための配向処理が施される。
【００２５】
液晶層の厚みは、液晶組成物中の成分種類、液晶表示素子の使用目的等に応じて適宜設定されるが、光散乱状態と光透過状態との間のコントラストが高い液晶層が得られる点で、１〜５０μｍであることが好ましく、より好ましくは５〜２５μｍである。
液晶層を形成するための基板は、一方または両方が透明性を有する材料により構成されている。基板を構成する材料は、ガラス板、金属板等の剛直な材料であっても、樹脂フィルム等の柔軟な材料であってもよい。
基板に設けられる電極は、一方または両方が透明性を有する材料により構成されており、このような透明性を有する電極材料としては、ＩＴＯを用いることができる。
液晶層は、上記の液晶組成物を、液晶配向状態規制剤よるゲル化温度Ｔ2 より高い温度に加熱した状態で、スピンコーター、バーコーター、ロールコーター等の塗布装置によって、基板の表面に塗布することにより形成することができる。
【００２６】
本発明の液晶表示素子によれば、液晶層をその液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱し、液晶性化合物が等方性液体相の状態にある液晶層に対して、その厚み方向に表示パターンに従って電場を作用させながら、当該液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 以下の温度に冷却することにより、当該液晶性化合物を等方性液体相から液晶相に転移させ、これにより、液晶層には、所要の表示パターンが形成される。そして、このような状態にある液晶層を液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度に冷却することによってゲル化することにより、液晶層に形成された表示パターンが固定化され、以て、目的とする画像が表示される。
以下、液晶性化合物の誘電率異方性が正である液晶層を有する液晶表示素子による表示方法、および液晶性化合物の誘電率異方性が正である液晶層を有する液晶表示素子による表示方法の各々について、具体的に説明する。
【００２７】
（１）液晶性化合物の誘電率異方性が正である液晶層を有する液晶表示素子による表示方法：
先ず、図１（イ）に示すように、基板１，２の間に形成された液晶層３を、その液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱すると、液晶層３中の液晶性化合物は等方性液体相を示すため、液晶性化合物分子４は無秩序に分布した状態となる。一方、液晶配向状態規制剤分子５は、当該液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高い温度にあるため、液晶配向状態規制剤分子５の間に、水素結合形成基による水素結合が形成されることがなく、これにより、液晶層３中に分散した状態となる。
【００２８】
このような状態にある液晶層３に対し、基板１，２に設けられた電極（図示省略）によって、形成すべき表示パターンに従って当該液晶層３の厚み方向に電場を作用させながら、当該液晶層３を、液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 以下であって液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高い温度に冷却する。その結果、液晶層３における電場が作用した部分においては、図１（ロ）に示すように、液晶性化合物分子４が厚み方向に配向した状態で、当該液晶性化合物が等方性液体相から液晶相に転移し、これにより、当該部分においてその厚み方向に光を透過する光透過状態となる。一方、液晶層３における電場が作用していない部分においては、図１（ニ）に示すように、液晶性化合物分子４が無秩序に分布した状態で、当該液晶性化合物が等方性液体相から液晶相に転移し、これにより、当該部分において光を散乱する光散乱状態となる。このようにして、液晶層３に光透過状態にある部分（以下、「光透過部分」ともいう。）と光散乱状態にある部分（以下、「光散乱部分」ともいう。）とが形成され、これにより、所要の表示パターンが形成される。以上において、液晶層３中の液晶配向状態規制剤分子５は、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高い温度にあるため、液晶層３中に分散した状態のままである。
【００２９】
このような状態にある液晶層３を液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度に更に冷却する。その結果、液晶層３における電場が作用した部分においては、厚み方向に配向した液晶性化合物分子４が存在するため、液晶配向状態規制剤分子５の間に水素結合が形成されることにより、図１（ハ）に示すように、厚み方向すなわち液晶性化合物分子４と同方向に配向した状態で、液晶配向状態規制剤分子が繊維状に凝集してなる繊維状凝集体６が形成される。一方、液晶層３における電場が作用していない部分においては、液晶性化合物４が無秩序に分布した状態で存在するため、液晶配向状態規制剤分子５の間に水素結合が形成されることにより、図１（ホ）に示すように、液晶配向状態規制剤分子が繊維状に凝集してなる繊維状凝集体６が無秩序に形成される。このようにして、液晶層３の流動性が消失してゲルとなることにより、当該液晶層３に形成された表示パターンが固定化されて目的とする画像が表示される。
【００３０】
而して、液晶層３が液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度にある状態においては、液晶層３における液晶性化合物分子４の配向状態が、液晶配向状態規制剤分子による線状凝集体６によって規制されるため、電場の作用を停止した後においても、液晶性化合物分子４の配向状態が変化することがなく、従って、液晶層３における光透過状態部分（電場が作用された部分）および光散乱状態部分（電場が作用されていない部分）がそのままの状態に維持される結果、表示状態が安定に保持される。
更に、液晶層３をその液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱することにより、線状凝集体６における液晶配向状態規制剤分子間の水素結合が切断されると共に、液晶化合物が液晶相から等方性液体相に転移する結果、当該液晶層３は、図１（イ）に示す状態、すなわち、液晶配向状態規制剤分子５が分散し、かつ液晶性化合物分子４は無秩序に分布した状態となり、これにより、表示状態が解除される。
【００３１】
（２）液晶性化合物の誘電率異方性が負である液晶層を有する液晶表示素子による表示方法：
先ず、図２（イ）に示すように、基板１，２の間に形成された液晶層３を、その液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱すると、液晶層３中の液晶性化合物は等方性液体相を示すため、液晶性化合物分子４は無秩序に分布した状態となる。一方、液晶配向状態規制剤分子５は、当該液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高い温度にあるため、液晶配向状態規制剤分子５の間に、水素結合形成基による水素結合が形成されることがなく、これにより、液晶層３中に分散した状態となる。
【００３２】
このような状態にある液晶層３に対し、基板１，２に設けられた電極（図示省略）によって、形成すべき表示パターンに従って当該液晶層３の厚み方向に電場を作用させながら、当該液晶層３を液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 以下であって液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高い温度に冷却する。その結果、液晶層３における電場が作用していない部分においては、図２（ロ）に示すように、例えば基板１，２の内面に形成された配向膜（図示省略）によって液晶性化合物分子４が厚み方向に配向した状態で、当該液晶性化合物が等方性液体相から液晶相に転移し、これにより、当該部分においてその厚み方向に光を透過する光透過状態となる。一方、液晶層３における電場が作用した部分においては、図２（ニ）に示すように、液晶性化合物分子４が乱流した状態で、当該液晶性化合物が等方性液体相から液晶相に転移し、これにより、当該部分において光を散乱する光散乱状態（動的散乱状態）となる。このようにして、液晶層３に光透過部分と光散乱部分とが形成され、これにより、所要の表示パターンが形成される。以上において、液晶層３中の液晶配向状態規制剤分子５は、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高い温度にあるため、液晶層３中に分散した状態のままである。
【００３３】
このような状態にある液晶層３を液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度に更に冷却する。その結果、液晶層３における電場が作用していない部分においては、厚み方向に配向した液晶性化合物分子４が存在するため、液晶配向状態規制剤分子５の間に水素結合が形成されることにより、図２（ハ）に示すように、厚み方向すなわち液晶性化合物分子４と同方向に配向した状態で、液晶配向状態規制剤分子が繊維状に凝集してなる繊維状凝集体６が形成される。一方、液晶層３における電場が作用した部分においては、液晶性化合物分子４が乱流状態にあるため、液晶配向状態規制剤分子５の間に水素結合が形成されることにより、図２（ホ）に示すように、液晶配向状態規制剤分子が繊維状に凝集してなる繊維状凝集体６が無秩序に形成される。このようにして、液晶層３の流動性が消失してゲルとなることにより、当該液晶層３に形成された表示パターンが固定化されて目的とする画像が表示される。
【００３４】
而して、液晶層３が液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度にある状態においては、液晶層３における液晶性化合物分子４の配向状態が、液晶配向状態規制剤分子による線状凝集体６によって規制されるため、電場の作用を停止した後においても、液晶性化合物分子４の配向状態が変化することがなく、従って、液晶層３における光透過部分（電場が作用されていない部分）および光散乱部分（電場が作用された部分）が維持される結果、表示状態が安定に保持される。
更に、液晶層３をその液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱することにより、線状凝集体６における液晶配向状態規制剤分子間の水素結合が切断されると共に、液晶化合物が液晶相から等方性液体相に転移する結果、当該液晶層３は、図２（イ）に示す状態、すなわち、液晶配向状態規制剤分子５が分散し、かつ液晶性化合物分子４は無秩序に分布した状態となり、これにより、表示状態が解除される。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３６】
〈実施例１〉
メルク社製の液晶性化合物「Ｅ６３」（液体−液晶相転移温度Ｔ1 が８７℃で、誘電率異方性が正である液晶性化合物）９９．０重量部および上記式（iv）で表される化合物１．０重量部を、メチレンクロライド中に室温で溶解した。この溶液をドラフト内で風乾することにより、メチレンクロライドを蒸発させ、以て、ゲル状態の液晶組成物を調製した。この液晶組成物のゲル化温度Ｔ2 を測定したところ、５８℃であった。
それぞれＩＴＯ膜よりなる透明電極が設けられた２枚のガラス製の基板を用意し、一方の基板の一面に、加熱されて液体状態にある液晶組成物を塗布し、他方の基板を重ね合わせて固定することにより、厚みが１６μｍの液晶層を有する液晶表示素子を作製した。
【００３７】
〈実施例２〉
実施例１において、液晶性化合物「Ｅ６３」の使用量を９８．０重量部に変更し、上記式（iv）で表される化合物の使用量を２．０重量部に変更したこと以外は液晶組成物を調製し、液晶表示素子を作製した。液晶組成物のゲル化温度を測定したところ、５９℃であった。
【００３８】
〈実施例３〉
実施例１において、上記式（iv）で表される化合物の代わりに、上記式（viii）で表される化合物を用いたこと以外は同様にして液晶組成物を調製し、液晶表示素子を作製した。液晶組成物のゲル化温度を測定したところ、６４℃であった。
【００３９】
〈実施例４〉
実施例１において、上記式（iv）で表される化合物の代わりに、上記式（ix）で表される化合物を用いたこと以外は同様にして液晶組成物を調製し、液晶表示素子を作製した。液晶組成物のゲル化温度を測定したところ、４０℃であった。
【００４０】
〈実施例５〉
実施例１において、上記式（iv）で表される化合物の代わりに、上記式（ｘ）で表される化合物を用いたこと以外は同様にして液晶組成物を調製し、液晶表示素子を作製した。液晶組成物のゲル化温度を測定したところ、６９℃であった。
【００４１】
〈実施例６〉
実施例１において、液晶性化合物「Ｅ６３」９９．０重量部の代わりに、上記式（ii）で表される化合物（誘電率異方性が負である液晶化合物）４４．５重量部および上記式（iii)で表される化合物（誘電率異方性が負である液晶化合物）４４．５重量部の混合物を用いたこと以外は、実施例１と同様にして液晶組成物を調製し、この液晶組成物を用い、基板として内面に配向処理が施されたものを用いたこと以外は同様にして液晶表示素子を作製した。上記の液晶性化合物の混合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 を測定したところ、５３℃であり、液晶組成物のゲル化温度を測定したところ、４９℃であった。
【００４２】
〔液晶表示素子の評価〕
実施例１〜６に係る液晶表示素子について、以下のような評価を行った。
（１）液晶層を、その液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱し、次いで、１０℃／ｍｉｎの降温速度で室温まで冷却し、その後、液晶層の全光線透過率を測定した。また、この状態で、液晶表示素子を１０日間放置し、液晶層の全光線透過率の変化の状態を調べた。
（２）液晶層を、その液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱し、次いで、液晶層に周波数が３００Ｈｚで５０Ｖの交流電圧を印加しながら、当該液晶層を１０℃／ｍｉｎの降温速度で室温まで冷却し、交流電圧の印加を停止した後、液晶層の全光線透過率を測定した。また、この状態で、液晶表示素子を１０日間放置し、液晶層の全光線透過率の変化の状態を調べた。
以上、結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１の結果から明らかなように、実施例１〜実施例６に係る液晶組成物によれば、その液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱した状態で、電場を作用させながら或いは電場を作用させずに冷却することにより、液晶性化合物の分子配向状態を制御することができ、しかも、液晶性化合物の分子配向状態が長期間にわたって安定に保持されることが確認された。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶組成物によれば、電場が作用されていなくても、液晶性化合物の分子配向状態を安定に保持することができ、しかも、当該液晶性化合物の分子配向状態を変化させることができる。
本発明の液晶表示素子によれば、電場の作用が停止されても、表示状態を安定に維持することができ、しかも、表示状態を容易に解除することができる。
本発明の液晶表示方法によれば、電場の作用が停止されても、表示状態を安定に維持することができ、しかも、表示状態を容易に解除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶性化合物の誘電率異方性が正である液晶層における温度変化による状態の変化を模式的に示す説明図である。
【図２】液晶性化合物の誘電率異方性が負である液晶層における温度変化による状態の変化を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１，２ 基板
３ 液晶層
４ 液晶性化合物分子
５ 液晶配向状態規制剤分子
６ 繊維状凝集体
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶組成物、液晶表示素子およびこの液晶表示素子を使用した液晶表示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示素子は、液晶性化合物を含有してなる液晶層に電場を作用させ、当該液晶層中の液晶性化合物の分子配向状態を制御することにより、目的とする画像を表示するものであり、従来、種々の方式のものが知られている。
しかしながら、従来の液晶表示素子は、液晶層に対する電場の作用を継続した状態では、液晶性化合物の分子配向状態が維持されることにより、表示状態が保持されるが、電場の作用を停止すると、液晶性化合物の分子配向状態が維持されず、これにより、表示状態が解除されるものであり、電場の作用を停止した後においても表示状態が保持される液晶表示素子が望まれていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その第１の目的は、電場が作用されていなくても、液晶性化合物の分子配向状態を安定に保持することができ、しかも、当該液晶性化合物の分子配向状態を変化させることができる液晶組成物を提供することにある。
本発明の第２の目的は、電場の作用が停止されても、表示状態を安定に維持することができ、しかも、表示状態を容易に解除することができる液晶表示素子を提供することにある。
本発明の第３の目的は、電場の作用が停止されても、表示状態を安定に維持することができ、しかも、表示状態を容易に解除することができる液晶表示方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶組成物は、下記式（ii）で表される化合物および下記式（iii ）で表される化合物の混合物よりなる液晶性化合物と、ゲル化することによって前記液晶性化合物の配向状態を規制する、分子間水素結合の形成が可能な基およびアルキレン基を１分子中にそれぞれ１個以上有する化合物よりなる液晶配向状態規制剤とを含有してなり、
前記液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度が、前記液晶配向状態規制剤によるゲル化温度より高いことを特徴とする。
【化３】
本発明の液晶組成物においては、前記液晶配向状態規制剤は、前記液晶性化合物が一方向に配向した状態において、当該液晶性化合物と同方向に配向する繊維状凝集体を形成するものであることが好ましい。
また、前記液晶配向状態規制剤が、下記一般式（１）で表される基を有する化合物よりなることが好ましい。
【０００６】
【化４】
また、本発明の液晶組成物においては、前記液晶配向状態規制剤が、当該液晶配向状態規制剤および前記液晶性化合物の合計の０．０５〜３０．０重量％となる割合で含有されていることが好ましい。
【０００８】
本発明の液晶表示素子は、上記の液晶組成物よりなる液晶層を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の液晶表示方法は、上記の液晶組成物よりなる液晶層に対し、その液晶性化合物が等方性液体相にある状態において、当該液晶層の厚み方向に表示パターンに従って電場を作用させながら、当該液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度以下の温度に冷却することにより、当該液晶性化合物を等方性液体相から液晶相に転移させ、この状態で、当該液晶層を液晶配向状態規制剤によるゲル化温度以下の温度に冷却することによってゲル化することを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明の液晶組成物によれば、液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度より高い温度に加熱した状態において、電場を作用させながら或いは電場を作用させずに前記相転移温度以下の温度に冷却することにより、液晶性化合物の分子配向状態を制御することができる。そして、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度以下の温度に冷却することにより、液晶配向状態規制剤によって、当該液晶組成物の流動性が消失し、液晶性化合物の分子配向状態が規制されるため、電場の作用がなくても、液晶性化合物の分子配向状態を安定に保持することができる。また、液晶組成物を液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度より高い温度に再度加熱することにより、光学的に等方性の液体となるため、液晶性化合物の分子配向状態を変化させることができる。
【００１１】
本発明の液晶表示素子によれば、液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度より高い温度に加熱された液晶層に対して、その厚み方向に表示パターンに従って電場を作用させながら、前記相転移温度以下の温度に冷却することにより、当該液晶性化合物を等方性液体相から液晶相に転移させ、これにより、液晶層には、光透過状態にある部分と光散乱状態にある部分とが形成されて所要の表示パターンが得られる。そして、このような状態にある液晶層を液晶配向状態規制剤によるゲル化温度以下の温度に冷却することによってゲル化することにより、液晶層に形成された表示パターンが固定化される。
而して、液晶層が液晶配向状態規制剤によるゲル化温度以下の温度にある状態においては、液晶性化合物の分子配向状態が、液晶配向状態規制剤分子によって規制されるため、電場の作用を停止した後においても、液晶性化合物の分子配向状態が変化することがなく、従って、液晶層における光透過状態にある部分および光散乱状態にある部分がそのままの状態に維持される結果、表示状態が安定に保持される。
更に、液晶層をその液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度より高い温度に再度加熱することにより、表示状態が解除される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明の液晶組成物は、液晶性化合物と、液晶配向状態規制剤とを含有してなるものである。
本発明の液晶組成物における液晶性化合物としては、下記式（ii）で表される化合物および下記式（iii)で表される化合物の混合物が用いられる。
【００１３】
【化５】
本発明の液晶組成物における液晶配向状態規制剤は、当該液晶組成物をゲル化する機能を有するもの、すなわちゲル化剤としての機能を有するものであって、液晶組成物をゲル化することによってその流動性を実質的に消失させ、これにより、当該液晶組成物中における液晶性化合物の分子配向状態を規制するものである。
このような液晶配向状態規制剤としては、分子間水素結合の形成が可能な基（以下、「水素結合形成基」ともいう。）およびアルキレン基を１分子中にそれぞれ１個以上有する化合物を用いることが好ましく、より好ましくは水素結合形成基およびアルキレン基を１分子中に２個以上有する化合物である。このような液晶配向状態規制剤は、分子間に水素結合が形成されることによって多数の分子が繊維状に凝集してなる繊維状凝集体となり、これにより、液晶性化合物の配向状態を規制すると共に、組成物全体をゲル化してその流動性を実質的に消失させるものである。
ここで、水素結合形成基としては、例えば−ＮＨＣＯ−基、その他の−ＮＨ−基と−ＣＯ−基との組み合わせからなる基などが挙げられる。また、アルキレン基としては、炭素数が４以上のもの、特に炭素数が６〜２０のものを用いることが好ましい。
【００１５】
また、液晶配向状態規制剤としては、上記一般式（１）で表される基を有する化合物を用いることが好ましく、より好ましくは上記一般式（１）で表される基を１分子中に１〜１０個有する化合物、特に好ましくは上記一般式（１）で表される基を１分子中に１〜４個有する化合物である。
このような液晶配向状態規制剤の好ましい具体例としては、下記式（vi）〜下記式（xi）で表される化合物が挙げられる。
【００１６】
【化６】
【化７】
本発明の液晶組成物においては、上記のような液晶性化合物および液晶配向状態規制剤が含有されるが、液晶性化合物は、その等方性液体相および液晶相間の相転移温度（以下、「液体−液晶相転移温度」ともいう。）が、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度より高いものとされる。
ここで、「ゲル化温度」とは、液晶組成物を、当該組成物が液体となる状態にまで加熱した後、この液体の状態の液晶組成物を５℃／ｍｉｎの降温速度で冷却した場合に、当該液晶組成物が液体からゲルに転移した時の温度をいう。
【００１９】
具体的には、液晶性化合物における液体−液晶相転移温度をＴ1 とし、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度をＴ2 としたとき、Ｔ1 −Ｔ2 の値が５℃以上であることが好ましく、より好ましくは１０〜３０℃である。Ｔ1 −Ｔ2 の値が５℃未満である場合には、液晶性化合物が液晶相を示し、かつ、組成物全体が液体状態となる温度範囲が狭いため、液晶性化合物の分子配向状態を制御することが困難となることがある。
また、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度は、当該液晶組成物が常温でゲルの状態となるよう適宜設定されるが、好ましくは３０℃以上である。
【００２０】
本発明の液晶組成物における液晶配向状態規制剤の含有割合は、その種類によって異なるが、液晶配向状態規制剤および液晶性化合物の合計の０．０５〜３０．０重量％であることが好ましく、より好ましくは０．０５〜１０．０重量％、さらに好ましくは０．２〜５．０重量％、特に好ましくは０．２〜３．０重量％である。この割合が０．０５重量％未満である場合には、当該組成物の流動性が十分に消失せず、液晶性化合物の分子配向状態を規制することが困難となることがある。一方、この割合が３０．０重量％を超える場合には、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度が高くなりすぎ、液晶性化合物の分子配向状態を制御することが困難となることがある。
【００２１】
本発明の液晶組成物における液晶配向状態規制剤は、当該液晶組成物中の液晶性化合物が一方向に配向した状態において、当該液晶性化合物と同方向に配向する繊維状凝集体を形成するものであることが好ましい。このような液晶配向状態規制剤を用いることにより、液晶性化合物が一方向に配向した状態において、当該液晶組成物がゲル化する際に、当該液晶性化合物の分子配向状態に与える影響が少なく、しかも、当該液晶組成物がゲル化した状態では、液晶性化合物の分子配向状態が、当該液晶性化合物と同方向に配向する液晶配向状態規制剤の線状凝集体によって一層安定に保持される。
液晶配向状態規制剤が液晶性化合物と同方向に配向する繊維状凝集体を形成するか否かは、例えば用いられる液晶性化合物との組み合わせによって定まり、液晶性化合物と液晶配向状態規制剤との具体的な組み合わせを例示すると、液晶性化合物「Ｅ６３」（メルク社製）と上記式（vi）で表される化合物との組み合わせ、液晶性化合物「Ｅ６３」（メルク社製）と上記式（viii）で表される化合物との組み合わせ、液晶性化合物「Ｅ６３」（メルク社製）と上記式（ix）で表される化合物との組み合わせ、液晶性化合物「Ｅ６３」（メルク社製）と上記式（ｘ）で表される化合物との組み合わせ、上記式（ii）で表される液晶性化合物および上記式（iii)で表される液晶性化合物の混合物と上記式（vi）で表される化合物との組み合わせなどが挙げられるが、これらの組み合わせに限定されるものではない。
【００２２】
本発明の液晶組成物は、液晶性化合物と、液晶配向状態規制剤とを含有してなり、液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 が、前記液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高いものであるため、液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度にあるときには、光学的に等方性の液体となり、その液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高く、液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 以下の温度にあるときは、光学的に異方性を示す液体（液晶）となり、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度にあるときは、その流動性が実質的に消失することにより、光学的に異方性を示すゲル（液晶ゲル）となる。
【００２３】
このような特性を有する本発明の液晶組成物によれば、液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱した状態において、電場を作用させながら或いは電場を作用させずに液体−液晶相転移温度Ｔ1 以下の温度に冷却することにより、液晶性化合物の分子配向状態を制御することができる。そして、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度に冷却することにより、液晶配向状態規制剤によって、当該液晶組成物の流動性が消失し、液晶性化合物の分子配向状態が規制されるため、電場の作用がなくても、液晶性化合物の分子配向状態を安定に保持することができる。また、液晶組成物を液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に再度加熱することにより、光学的に等方性の液体となるため、液晶性化合物の分子配向状態を変化させることができる。
【００２４】
本発明の液晶表示素子は、上記の液晶組成物よりなる液晶層を有するものであり、その他の具体的な構造は特に限定されず、従来公知の種々の液晶表示素子の構造を採用することができる。
液晶層は、通常、互いに対向して配置された２枚の基板の間に形成されており、これらの２枚の基板の各々には、液晶層に電場を作用させるための電極が設けられている。また、液晶組成物中の液晶性化合物における誘電率異方性が負である場合には、基板の各々の内面には、例えば液晶性化合物分子を厚み方向に配向させるための配向処理が施される。
【００２５】
液晶層の厚みは、液晶組成物中の成分種類、液晶表示素子の使用目的等に応じて適宜設定されるが、光散乱状態と光透過状態との間のコントラストが高い液晶層が得られる点で、１〜５０μｍであることが好ましく、より好ましくは５〜２５μｍである。
液晶層を形成するための基板は、一方または両方が透明性を有する材料により構成されている。基板を構成する材料は、ガラス板、金属板等の剛直な材料であっても、樹脂フィルム等の柔軟な材料であってもよい。
基板に設けられる電極は、一方または両方が透明性を有する材料により構成されており、このような透明性を有する電極材料としては、ＩＴＯを用いることができる。
液晶層は、上記の液晶組成物を、液晶配向状態規制剤よるゲル化温度Ｔ2 より高い温度に加熱した状態で、スピンコーター、バーコーター、ロールコーター等の塗布装置によって、基板の表面に塗布することにより形成することができる。
【００２６】
本発明の液晶表示素子によれば、液晶層をその液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱し、液晶性化合物が等方性液体相の状態にある液晶層に対して、その厚み方向に表示パターンに従って電場を作用させながら、当該液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 以下の温度に冷却することにより、当該液晶性化合物を等方性液体相から液晶相に転移させ、これにより、液晶層には、所要の表示パターンが形成される。そして、このような状態にある液晶層を液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度に冷却することによってゲル化することにより、液晶層に形成された表示パターンが固定化され、以て、目的とする画像が表示される。
以下、液晶性化合物の誘電率異方性が正である液晶層を有する液晶表示素子による表示方法、および液晶性化合物の誘電率異方性が正である液晶層を有する液晶表示素子による表示方法の各々について、具体的に説明する。
【００２７】
（１）液晶性化合物の誘電率異方性が正である液晶層を有する液晶表示素子による表示方法：
先ず、図１（イ）に示すように、基板１，２の間に形成された液晶層３を、その液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱すると、液晶層３中の液晶性化合物は等方性液体相を示すため、液晶性化合物分子４は無秩序に分布した状態となる。一方、液晶配向状態規制剤分子５は、当該液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高い温度にあるため、液晶配向状態規制剤分子５の間に、水素結合形成基による水素結合が形成されることがなく、これにより、液晶層３中に分散した状態となる。
【００２８】
このような状態にある液晶層３に対し、基板１，２に設けられた電極（図示省略）によって、形成すべき表示パターンに従って当該液晶層３の厚み方向に電場を作用させながら、当該液晶層３を、液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 以下であって液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高い温度に冷却する。その結果、液晶層３における電場が作用した部分においては、図１（ロ）に示すように、液晶性化合物分子４が厚み方向に配向した状態で、当該液晶性化合物が等方性液体相から液晶相に転移し、これにより、当該部分においてその厚み方向に光を透過する光透過状態となる。一方、液晶層３における電場が作用していない部分においては、図１（ニ）に示すように、液晶性化合物分子４が無秩序に分布した状態で、当該液晶性化合物が等方性液体相から液晶相に転移し、これにより、当該部分において光を散乱する光散乱状態となる。このようにして、液晶層３に光透過状態にある部分（以下、「光透過部分」ともいう。）と光散乱状態にある部分（以下、「光散乱部分」ともいう。）とが形成され、これにより、所要の表示パターンが形成される。以上において、液晶層３中の液晶配向状態規制剤分子５は、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高い温度にあるため、液晶層３中に分散した状態のままである。
【００２９】
このような状態にある液晶層３を液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度に更に冷却する。その結果、液晶層３における電場が作用した部分においては、厚み方向に配向した液晶性化合物分子４が存在するため、液晶配向状態規制剤分子５の間に水素結合が形成されることにより、図１（ハ）に示すように、厚み方向すなわち液晶性化合物分子４と同方向に配向した状態で、液晶配向状態規制剤分子が繊維状に凝集してなる繊維状凝集体６が形成される。一方、液晶層３における電場が作用していない部分においては、液晶性化合物４が無秩序に分布した状態で存在するため、液晶配向状態規制剤分子５の間に水素結合が形成されることにより、図１（ホ）に示すように、液晶配向状態規制剤分子が繊維状に凝集してなる繊維状凝集体６が無秩序に形成される。このようにして、液晶層３の流動性が消失してゲルとなることにより、当該液晶層３に形成された表示パターンが固定化されて目的とする画像が表示される。
【００３０】
而して、液晶層３が液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度にある状態においては、液晶層３における液晶性化合物分子４の配向状態が、液晶配向状態規制剤分子による線状凝集体６によって規制されるため、電場の作用を停止した後においても、液晶性化合物分子４の配向状態が変化することがなく、従って、液晶層３における光透過状態部分（電場が作用された部分）および光散乱状態部分（電場が作用されていない部分）がそのままの状態に維持される結果、表示状態が安定に保持される。
更に、液晶層３をその液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱することにより、線状凝集体６における液晶配向状態規制剤分子間の水素結合が切断されると共に、液晶化合物が液晶相から等方性液体相に転移する結果、当該液晶層３は、図１（イ）に示す状態、すなわち、液晶配向状態規制剤分子５が分散し、かつ液晶性化合物分子４は無秩序に分布した状態となり、これにより、表示状態が解除される。
【００３１】
（２）液晶性化合物の誘電率異方性が負である液晶層を有する液晶表示素子による表示方法：
先ず、図２（イ）に示すように、基板１，２の間に形成された液晶層３を、その液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱すると、液晶層３中の液晶性化合物は等方性液体相を示すため、液晶性化合物分子４は無秩序に分布した状態となる。一方、液晶配向状態規制剤分子５は、当該液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高い温度にあるため、液晶配向状態規制剤分子５の間に、水素結合形成基による水素結合が形成されることがなく、これにより、液晶層３中に分散した状態となる。
【００３２】
このような状態にある液晶層３に対し、基板１，２に設けられた電極（図示省略）によって、形成すべき表示パターンに従って当該液晶層３の厚み方向に電場を作用させながら、当該液晶層３を液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 以下であって液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高い温度に冷却する。その結果、液晶層３における電場が作用していない部分においては、図２（ロ）に示すように、例えば基板１，２の内面に形成された配向膜（図示省略）によって液晶性化合物分子４が厚み方向に配向した状態で、当該液晶性化合物が等方性液体相から液晶相に転移し、これにより、当該部分においてその厚み方向に光を透過する光透過状態となる。一方、液晶層３における電場が作用した部分においては、図２（ニ）に示すように、液晶性化合物分子４が乱流した状態で、当該液晶性化合物が等方性液体相から液晶相に転移し、これにより、当該部分において光を散乱する光散乱状態（動的散乱状態）となる。このようにして、液晶層３に光透過部分と光散乱部分とが形成され、これにより、所要の表示パターンが形成される。以上において、液晶層３中の液晶配向状態規制剤分子５は、液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 より高い温度にあるため、液晶層３中に分散した状態のままである。
【００３３】
このような状態にある液晶層３を液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度に更に冷却する。その結果、液晶層３における電場が作用していない部分においては、厚み方向に配向した液晶性化合物分子４が存在するため、液晶配向状態規制剤分子５の間に水素結合が形成されることにより、図２（ハ）に示すように、厚み方向すなわち液晶性化合物分子４と同方向に配向した状態で、液晶配向状態規制剤分子が繊維状に凝集してなる繊維状凝集体６が形成される。一方、液晶層３における電場が作用した部分においては、液晶性化合物分子４が乱流状態にあるため、液晶配向状態規制剤分子５の間に水素結合が形成されることにより、図２（ホ）に示すように、液晶配向状態規制剤分子が繊維状に凝集してなる繊維状凝集体６が無秩序に形成される。このようにして、液晶層３の流動性が消失してゲルとなることにより、当該液晶層３に形成された表示パターンが固定化されて目的とする画像が表示される。
【００３４】
而して、液晶層３が液晶配向状態規制剤によるゲル化温度Ｔ2 以下の温度にある状態においては、液晶層３における液晶性化合物分子４の配向状態が、液晶配向状態規制剤分子による線状凝集体６によって規制されるため、電場の作用を停止した後においても、液晶性化合物分子４の配向状態が変化することがなく、従って、液晶層３における光透過部分（電場が作用されていない部分）および光散乱部分（電場が作用された部分）が維持される結果、表示状態が安定に保持される。
更に、液晶層３をその液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱することにより、線状凝集体６における液晶配向状態規制剤分子間の水素結合が切断されると共に、液晶化合物が液晶相から等方性液体相に転移する結果、当該液晶層３は、図２（イ）に示す状態、すなわち、液晶配向状態規制剤分子５が分散し、かつ液晶性化合物分子４は無秩序に分布した状態となり、これにより、表示状態が解除される。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３６】
〈実施例１〉
メルク社製の液晶性化合物「Ｅ６３」（液体−液晶相転移温度Ｔ1 が８７℃で、誘電率異方性が正である液晶性化合物）９９．０重量部および上記式（iv）で表される化合物１．０重量部を、メチレンクロライド中に室温で溶解した。この溶液をドラフト内で風乾することにより、メチレンクロライドを蒸発させ、以て、ゲル状態の液晶組成物を調製した。この液晶組成物のゲル化温度Ｔ2 を測定したところ、５８℃であった。
それぞれＩＴＯ膜よりなる透明電極が設けられた２枚のガラス製の基板を用意し、一方の基板の一面に、加熱されて液体状態にある液晶組成物を塗布し、他方の基板を重ね合わせて固定することにより、厚みが１６μｍの液晶層を有する液晶表示素子を作製した。
【００３７】
〈実施例２〉
実施例１において、液晶性化合物「Ｅ６３」の使用量を９８．０重量部に変更し、上記式（iv）で表される化合物の使用量を２．０重量部に変更したこと以外は液晶組成物を調製し、液晶表示素子を作製した。液晶組成物のゲル化温度を測定したところ、５９℃であった。
【００３８】
〈実施例３〉
実施例１において、上記式（iv）で表される化合物の代わりに、上記式（viii）で表される化合物を用いたこと以外は同様にして液晶組成物を調製し、液晶表示素子を作製した。液晶組成物のゲル化温度を測定したところ、６４℃であった。
【００３９】
〈実施例４〉
実施例１において、上記式（iv）で表される化合物の代わりに、上記式（ix）で表される化合物を用いたこと以外は同様にして液晶組成物を調製し、液晶表示素子を作製した。液晶組成物のゲル化温度を測定したところ、４０℃であった。
【００４０】
〈実施例５〉
実施例１において、上記式（iv）で表される化合物の代わりに、上記式（ｘ）で表される化合物を用いたこと以外は同様にして液晶組成物を調製し、液晶表示素子を作製した。液晶組成物のゲル化温度を測定したところ、６９℃であった。
【００４１】
〈実施例６〉
実施例１において、液晶性化合物「Ｅ６３」９９．０重量部の代わりに、上記式（ii）で表される化合物（誘電率異方性が負である液晶化合物）４４．５重量部および上記式（iii)で表される化合物（誘電率異方性が負である液晶化合物）４４．５重量部の混合物を用いたこと以外は、実施例１と同様にして液晶組成物を調製し、この液晶組成物を用い、基板として内面に配向処理が施されたものを用いたこと以外は同様にして液晶表示素子を作製した。上記の液晶性化合物の混合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 を測定したところ、５３℃であり、液晶組成物のゲル化温度を測定したところ、４９℃であった。
【００４２】
〔液晶表示素子の評価〕
実施例１〜６に係る液晶表示素子について、以下のような評価を行った。
（１）液晶層を、その液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱し、次いで、１０℃／ｍｉｎの降温速度で室温まで冷却し、その後、液晶層の全光線透過率を測定した。また、この状態で、液晶表示素子を１０日間放置し、液晶層の全光線透過率の変化の状態を調べた。
（２）液晶層を、その液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱し、次いで、液晶層に周波数が３００Ｈｚで５０Ｖの交流電圧を印加しながら、当該液晶層を１０℃／ｍｉｎの降温速度で室温まで冷却し、交流電圧の印加を停止した後、液晶層の全光線透過率を測定した。また、この状態で、液晶表示素子を１０日間放置し、液晶層の全光線透過率の変化の状態を調べた。
以上、結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
表１の結果から明らかなように、実施例１〜実施例６に係る液晶組成物によれば、その液晶性化合物における液体−液晶相転移温度Ｔ1 より高い温度に加熱した状態で、電場を作用させながら或いは電場を作用させずに冷却することにより、液晶性化合物の分子配向状態を制御することができ、しかも、液晶性化合物の分子配向状態が長期間にわたって安定に保持されることが確認された。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶組成物によれば、電場が作用されていなくても、液晶性化合物の分子配向状態を安定に保持することができ、しかも、当該液晶性化合物の分子配向状態を変化させることができる。
本発明の液晶表示素子によれば、電場の作用が停止されても、表示状態を安定に維持することができ、しかも、表示状態を容易に解除することができる。
本発明の液晶表示方法によれば、電場の作用が停止されても、表示状態を安定に維持することができ、しかも、表示状態を容易に解除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶性化合物の誘電率異方性が正である液晶層における温度変化による状態の変化を模式的に示す説明図である。
【図２】液晶性化合物の誘電率異方性が負である液晶層における温度変化による状態の変化を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１，２ 基板
３ 液晶層
４ 液晶性化合物分子
５ 液晶配向状態規制剤分子
６ 繊維状凝集体
Claims (6)
- 下記式（ii）で表される化合物および下記式（iii ）で表される化合物の混合物よりなる液晶性化合物と、ゲル化することによって前記液晶性化合物の配向状態を規制する、分子間水素結合の形成が可能な基およびアルキレン基を１分子中にそれぞれ１個以上有する化合物よりなる液晶配向状態規制剤とを含有してなり、
前記液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度が、前記液晶配向状態規制剤によるゲル化温度より高いことを特徴とする液晶組成物。
- 液晶配向状態規制剤は、液晶性化合物が一方向に配向した状態において、当該液晶性化合物と同方向に配向する繊維状凝集体を形成するものであることを特徴とする請求項１に記載の液晶組成物。
- 液晶配向状態規制剤が、下記一般式（１）で表される基を有する化合物よりなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶組成物。
- 液晶配向状態規制剤が、当該液晶配向状態規制剤および液晶性化合物の合計の０．０５〜３０．０重量％となる割合で含有されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液晶組成物。
- 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液晶組成物よりなる液晶層を有することを特徴とする液晶表示素子。
- 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液晶組成物よりなる液晶層に対し、その液晶性化合物が等方性液体相にある状態において、当該液晶層の厚み方向に表示パターンに従って電場を作用させながら、当該液晶性化合物における等方性液体相および液晶相間の相転移温度以下の温度に冷却することにより、当該液晶性化合物を等方性液体相から液晶相に転移させ、この状態で、当該液晶層を液晶配向状態規制剤によるゲル化温度以下の温度に冷却することによってゲル化することを特徴とする液晶表示方法。
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