JPH02272090A - 高分子液晶組成物および高分子液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光学活性な高分子液晶性化合物を含有してな
るカイラル高分子液晶組成物およびそれを使用した高分
子液晶素子に関する。

［従来の技術］ 従来の液晶表示方式としては、ＴＮ（ツィステッド　ネ
マチック：　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ　）型表
示方式が多く用いられてきた。この方式は、消費電力が
少ないなどの特徴をもつ反面、画素密度を高くしたマト
リクス電極構造を用いた時分割駆動の時、クロストーク
を発生する問題点があるため１画素数が制限されていた
。また、電界応答が遅く、視野角特性が悪いなどの問題
点があった。

一方、従来の液晶素子の欠点を改善するものとして、双
安定性を有する強誘電性液晶の使用が。

クラーク（Ｃ１ａｒｋ）およびラガウェＪしくＬａｇｅ
ｒｗａｌｌ）により提案されている。（特開昭５６−１
０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４号明細書
等）この、双安定性を有する液晶としては、一般にカイ
ラルスメクティックＣ相（Ｓｍ”Ｃ）またはＨ相（Ｓｍ
”Ｈ）を有する強誘電性液晶が用いられる。

この強誘電性液晶の特徴として、電界応答が速く１視野
角特性もすぐれていることから、大容量、大面積の液晶
素子への応用が考えられている。双安定性と高速応答性
を得るため、クラーク等が提唱しているように、セルギ
ャップｄを液晶のらせんピッチｐよりも小さくしくｄ≦
Ｐ）、らせんをほどく必要がある（エフ。ニー、クラー
ク、ニス、ティー、ラガウェル“アプライド・フィジッ
クス・レターズ”　（Ｎ、＾、　Ｃ１ａｒｋ、　Ｓ、　
Ｔ。

Ｌａｇｅｒｗａｌｌ　　”＾ｐｐｌ　　Ｐｈｙｓ、　　
Ｌｅｔｔ、”　　３６．　８９９　　頁（１９８０年）
）が、一般に現状の強誘電性液晶のらせんピッチは短い
ものが多く、らせんピッチをほどくには、セル厚を１〜
２μ鐘にする必要がある。しかし、このように薄いセル
で大面積化をはかることはむずかしい。

この問題を解決する一つの方法として、らせんのねじれ
方が右回りの液晶と左回りの液晶を混合する方法が提案
されている。（特開昭６（１−９（１２！１０号公報）
この方法では、強誘電性液晶の自発分極の大きさをあま
り小さくすることなく、らせんピッチを長くすることが
できる。しかしながら、この様に、らせんピッチを長く
しても１液晶素子の大面積化をはかるためには、同時に
均一なモノドメインができなければならず、そのために
液晶セルに適当な配向処理を施す方法が行われるが、液
晶素子を作る際に用いるスペーサーの存在か原因となり
、配向欠陥が生じる。この点を解決する方法として成膜
性の良い高分子液晶を用いることか考えられる。

ところで５高分子液晶を用いた液晶表示の例としては、
ブイ・シバエフ（Ｖ、５ｈｉｂａｅｖ）　、ニス・コス
トロミン（Ｓ、にｏｓｔｒｏｍｉｎ）　、　：ｔ−ヌ・
ブラーテ（Ｎ、Ｐｌａｔｅ）　、　ｘス・イワノフ（Ｓ
、Ｉｖａ　ｏｖ）、ブイ゛ヴエストロフ（Ｖ、Ｖｅｓｔ
ｒｏｖ）　、アイ・ヤコブレフ（１，Ｙａｋｏｖｌｅｖ
）著の“ポリマー・コミュニケーションズ″　（“Ｐｏ
ｌｙｍｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｅａｔｉｏｎｓ″）ｔＪＳ
２４巻。

第３５４頁〜３６５頁の“サーモトロピック・リキッド
クリスタリン・ボリマーズ、１４”　（“Ｔｈｅｒｍｏ
−ｔｒｏｐｉｃ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌｌ
ｉｎｅ　　Ｐｏｌｙｍｅｒｓ、　　１４″　）　に示さ
れる熱書き込み高分子液晶表示素子を挙げることができ
る。

しかしながら２この方法は読み取りとして光の散乱を利
用しているので、コントラストが悪く、かつ高分子化に
伴なう応答速度の遅れという問題もあって実用化には至
っていない。

前記高分子液晶デイスプレィの応答速度が遅いという欠
点に対して、特開昭６：ｌ−７２７８４号公報に示され
ているような強誘電性高分子液晶を用いることが試みら
れており、その結果従来の高分子液晶に対してかなりの
高速応答性が改善される。

しかしながら、このような強誘電性高分子液晶において
も、大面積で９メモリー性のあるデイスプレィとして用
いるためには、Ｓ鱈１相におけるらせん構造の周期を長
くするように調整する必要がある。高分子液晶のらせん
構造の長周期化のための手法としては、Ｎえば特願昭５
２−１２２４７１号に示されるようならせん構造の向き
か逆の低分子液晶を配合する方法、あるいは側＃Ｉ型嵩
高分子液晶おいて、らせん構造の向きが逆のモノマーを
共重合する方法等があり、これ等の方法によりらせん構
造の長周期化が行われている。

しかしながら、低分子液晶を含有する強誘電性高分子液
晶は応答速度はかなり高速であるが、フィルム化した場
合の強度が、強誘電性高分子液晶化合物単独のフィルム
と比較してかなり低下する欠点を有している。更に、側
鎖型強誘電性高分子液晶においては、共重合によってら
せんの長周期化が行われているが、本来、強度が十分で
なく、また−軸配向を行うのに複雑な方法が必要とされ
ていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記の様な従来例の問題点、特に大面積フィ
ルムにおいて配向が困難であることを改善し、高速応答
可能で、大面積フィルムにおいて良好な配向を与える高
分子液晶組成物およびそれを使用した高分子液晶素子を
提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 即ち、本発明は５２１ａ類以上の高分子液晶性化合物の
くり返し単位を含有する高分子液晶組成物において、カ
イラルネマチック相におけるらせん構造の巻き方向が互
いに逆の高分子液晶性化合物のくり返し単位を含有して
なることを特徴とする高分子液晶組成物５および該高分
子液晶組成物からなるフィルムの少なくとも片面に電極
を有することを特徴とする高分子液晶素子である。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明は、２種類以上の高分子液晶性化合物のくり返し
単位を含有する高分子液晶組成物において２少なくとも
カイラルネマチック相、カイラルスメクチック相を有す
るものであり、該カイラルネマチック相におけるらせん
構造の巻き方向が逆のくり返し単位を含有し、フィルム
化した場合の高分子液晶組成物の膜厚の２倍以上のらせ
ん構造の周期とした高分子液晶組成物およびそれを用い
た高分子液晶素子に係るものである。

本発明の高分子液晶組成物は、カイラルネマチック相よ
り低い温度領域にカイラルスメクチック相を有している
ものが好ましい。

本発明において、高分子液晶における配向方法としては
、配向制御膜を用いる方法、液晶相でシェアを加える方
法、延伸を行う方法、磁場・電場を加える方法等がある
。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の配向制御膜を用いた高
分子液晶素子の一例を示し、第１図（ａ）は本発明の高
分子液晶素子の平面図、第１図（ｂ）はそのＡＡ’線断
面図である。

同第１図において５本発明の高分子液晶素子は、ガラス
板又はプラスチック板などからなる一対の基板１．１’
（少なくとも一方の基板が複屈折を有する）をスペーサ
４で所定の間隔に保持し、この一対の基板１．１′をシ
ーリングするために接着剤６で接着したセル構造を有し
ており２さらに基板ｌの上には複数の透明電極２からな
る電極群（例えば、マトリクス電極構造のうちの走査電
圧印加用電極群）が、例えば帯状パターンなどの所定パ
ターンで形成されている。また、基板１′の上には前述
の透明電極２と交差させた複数の透明電極２′からなる
電極群（例えば、マトリクス電極構造のうちの信号電圧
印加用電極群）が形成されている。

この様な透明電極２′を設けた基板１′には。

例えば、−酸化珪素、二酸化珪素、酸化アルミニウム、
ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化セリウム、フッ
化セリウム、シリコン窒化物。シリコン炭化物、ホウ素
窒化物などの無機絶縁物質やポリビニルアルコール、ポ
リイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポ
リバラキシシリン。ポリエステル、ポリカーボネート、
ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、
ポリスチレン２セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリア
樹脂やアクリル横１などの有機絶縁物質を用いて被膜形
成した配向制御ｓ５を設けてもよい。

この配向制御膜５は、前述の如き無機絶縁物質又は有機
絶縁物質を被膜形成した後に、その表面をビロード、布
や紙で一方向に摺擦（ラビング）することによって得ら
れる。

また、他にＳｉＯや５ｉｎｌＩなどの無機絶縁物質を基
板１′の上に斜め蒸着法によって被膜形成することによ
って配向制御膜５を得ることもできる。

また、さらに別の具体例ではガラス又はプラスチックか
らなる基板１′の表面あるいは基板１′の上に前述した
無機絶縁物質や有機絶縁物質を被膜形成した後に、該被
膜の表面を斜方エツチング法によりエツチングすること
により、その表面に配向制御効果を付与することができ
る。

配向制御１ｌＩ５の膜厚は一般に　１００人〜１終−２
好ましくは５００λ〜５０００人の範囲に設定すること
ができる。この絶縁層は液晶層３に微量に含有される不
純物等のために生ずる電流の発生を防止できる利点をも
有しており、従って動作を繰り返し行っても高分子液晶
化合物を劣化させることがない。

また１本発明の高分子液晶素子では前述の配向制御！Ｉ
Ｉｓと同様のものをもう一方の基板ｌに設けることがで
きる。７は偏光子、８は検光子を示す。

その他の配向法としては、−軸延伸、二輌延伸、インフ
レーション延伸等の延伸法やシェアソングによる再配列
が行われる。単独ではフィルム性がなく延伸が困難なも
のはフィルムにサンドイッチすることで共延伸すること
ができる。

また、磁場・電場による配向も行なわれ、前記の他の配
向方法と組み合わせることも可能である。

以上のような配向方法を高分子液晶に対して用いる場合
において、高分子液晶は低分子液晶に比較して液晶相に
おける粘度が高く、配向に時間がかかる上に、十分な配
向を得ることも困難であった。このような問題を避ける
ためには２出来るだけ高温で配向処理することが望まし
いが、非液晶相においては前記配向法の効果が少なくな
る欠点があった。したかって、最も粘度の低い配向性の
よい液晶相としてはネマチック相が好ましいが。

カイラルスメクチック相で用いるために必要な光学活性
基の影響でらせん構造を持つカイラルネマチック相とな
ってしまう、このらせん構造は、高分子液晶を一軸配向
させるためには好ましくなく、配向処理の効果が阻害さ
れる問題点を有している。また、−度、−軸配向させた
ものであってもカイラルネマチック相での緩和によりら
せん構造が生じて、−軸配向性がなくなってしまう欠点
があった。

このカイラルネマチック相におけるらせん構造は、実際
に用いるところのカイラルスメクチック相への転移に′
おいて配向欠陥を生じさせる原因となり、良好な配向が
得られなかった。

これに対して、２種類以上の高分子液晶性化合物のくり
返し単位を含有してなる高分子液晶において、カイラル
ネマチック相におけるらせん構造の巻き方向が逆の高分
子液晶性化合物のくり返し単位を含有することによって
、カイラルネマチック相のらせん構造の周期を長くし、
良好な配向性を得ることが可能となった。

カイラルネマチック相のらせん構造の周期は、用いられ
る高分子液晶のフィルムの膜厚の２倍以上で用いられる
。より好ましくは、膜厚の４倍以上である。２倍未満で
は配向処理の効果が小さく、また緩和によるらせん構造
の発生等によってカイラルスメクチック相における配向
欠陥が生じやすくなる。

次に１本発明において用いられる高分子液晶としては、
側鎖型高分子液晶性化合物および主鎖型高分子液晶性化
合物等をＷいることができる。側鎖型高分子液晶性化合
物としては、下記の式（１）〜（１２）に示すようなも
のが挙げられる。（但し。

式中２＊は不斉炭素中心を示し、ｎｍ５〜１０００であ
る） （鴎、ｘ２〜１０） （−３＝２〜１ｓ） （ｓ、＝２〜ｌ５） （−＝２〜ｌ！ＩＩ） （ｘ＋ｙｘｌ。

ｑ−１〜ｔｏ、　ｐ、＝　Ｌ〜１５） （ｓ、＋ｍ２〜Ｉｓ） （ｍ、ｓａ２〜１５） 次に、 本発明の高分子液晶に用いることのできるメソーゲン基
の具体例を示すと、 次のようなも のが挙げられる。

ｊ２＋ｒｎ＋ｎ≦５ Ｒ＋　ｍ　＋　ｎ≦５ 、ｅ　＋ｍ＋　ｎ≦５ υ β、　ｎ＝０〜２ １≦β＋ｎ≦４ １）、　　ｎ＝０〜２ １≦ｌ＋　ｎ≦４ Ｊ？、　　ｎ＝ｏ〜２ １≦ρ＋ｎ≦４ １、　　ｎ＝０〜２ １≦で＋ｎ≦４ １）、　　ｎ＝ｏ〜２ １≦β＋ｎ≦４ ｍ、　　ｎ＝０〜３ ２≦ｍ＋ｎ　≦４ ｍ、　　ｎ＝０〜３ ２≦ｍ＋ｎ　≦４ ＩＩ、　　ｎ＝ｏ〜２ １≦ｆ＋ｎ≦４ ｍ　。

ｎ＝１〜２ １≦Ｐ　＋ｎ≦４ ｍ　。

ｎ＝１〜２ ｍ　。

ｎ＝１〜２ ｍ　。

ｎｍｌ　〜２ ｍ＝ｉ　〜２ ２≦２＋ｍ＋ｎ≦５ ｌ ｎ＝１〜２ ｍ　。

ｎ＝１　へ３ 次に、光学活性基の具体例を示すと、次のようなものが
挙げられる。

ｍｘｏ〜２ ｒｎ＝２〜１８ ｍ＝１〜２ ２≦、２＋ｍ＋　ｎ≦５ Ｃ１１３ Ｃ（１゜ ｃ　ｉ＋。

Ｃ１１゜ ＣＨ。

ｍ＝ｉ　〜１Ｏ ｎ＝２〜１８ ｍ＝０〜１０ ｎ＝１−Ｓ−１１ ０ｎ＝１−５ −１８〜１８ Ｘ＝Ｃｊ）、Ｆ。

ｍ＝０〜■口 ｎ＝１−−１８ Ｂ「 ｍ＝０〜１Ｏ ｎ＝１〜１８ Ｘ＝ＣＪ、Ｆ。

ｍ＝０〜１０ ｎ−１〜１８ Ｂ「 ｍ＝１　〜１０ ｎ−１〜１８ Ｘ、Ｘ’＝Ｃｊ）、Ｆ、Ｂｒ ４７、ｎｍ＝０〜１０ Ｃ！１３ ｒｎ＝２〜１８ 右らせん ｎ＝２〜１８ 右らせん ｎ＝２〜１８ 右らせん ｎ＝２〜１８゜ Ｘ＝Ｃｊ）、Ｆ、Ｂｒ 右らせん ｎ＝２〜１８ 左らせん ｎ＝２〜１８゜ Ｘ＝Ｃｊ）、　　Ｆ、　　Ｂｒ 右らせん ？１１３ −ＯＣＯよＣ１１−（ＣＩ＋□）１−〇ｎ＝２〜１８ 右らせん ｎ＝２〜１８ 左らせん ｎ　冨　２〜１８ 左らせん ｎ＝３〜１８ 左らせん ＣＨユ 次に。

本発明の高分子液晶の具体的な構造。

く り返し単位の構造を以下に示す。

ｎ＝２〜１８ 左らせん ｎ＝２〜１８ 左らせん Ｌ ｎ＝３〜１８ 左らせん （ｍ、＝２〜１５゜ ｘ＋ｙ＝１） Ｈ３ Ｒユニ　−Ｃ１ｌｔＣＩＨＣＨ＊→− Ｒ，＝→Ｃ１ｌ□→− （ｘ＋ｙ工１．勧＝２〜１ｓ） Ｃ；１゜ 区 （ｘ＋ｙ＝ｌ、ａｎ＝２〜１５） （ｘ＋ｙ＝１．ｓ、＝２〜ｌ５） （ａ、〜１・〜５） 本発明の高分子液晶において、らせん構造の巻き方向が
互に逆の高分子液晶化合物のくり返し単位は、その一方
のくり返し単位が１〜９９モル％、好ましくは１０〜９
９モル％の範囲になるように含有して用いられ、くり返
し単位が萌記範囲以外の１モル％未満、□または９９モ
ル％を越えると、らせん構造の長周期化を行うことが困
難となる。

また、光学活性基を含まないフレキシブル鎖を液晶相の
温度調整や粘度調整に用いることかできる。

また２本発明の高分子液晶には２低分子液晶をブレンド
して使用することが可能であり、その場合らせん構造の
長周期化を行うために巻き方向を高分子液晶と逆となる
ように、もしくは、低分子液晶としてらせん構造がすで
に補償されている様に選択する必要がある。

次に、ブレンドすることができるカイラル低分子液晶の
具体例を示すと１次のようなものか挙げられる。

○らせんのねしれ方向か左のもの Ｏらせんのねしれ方向が右のもの 末完（」の高分子液晶と低分子液晶の配合割合は、高分
子液晶が１０重量％以上、好ましくは３０重量％以上で
あることか望ましい。ｌＵｉ量％未満では高分子特有の
成膜性が悪くなるので好ましない。

上記の本発明の高分子液晶は、通常の溶液による塗布や
溶融状態での押し出１）、ロールコ−１・等の方法で容
易にフィルムを形成することかでき、得られた高分子液
晶のフィルムの少なくとも片面にＩＴＯ等の透明電極を
設けることにより品分を液晶素子を得ることができる。

［実施例］ 以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。

実施例１ 下記の構造式（１）、（ＩＮで表わされる高分子液晶化
合物のくり返し単位を共重合して含有せしめた高分子液
晶（ｘ　＝　０．７．　　Ｍｗ＝　８０００）は、１２
０〜１３０℃でカイラルネマチック相を示し、らせん構
造の周期は約６棒層であった。

この高分子液晶のシクロヘキサン溶液なＰＶＡフィルム
上へバーコード法によって塗布し、乾燥後の厚み５体−
を得た。このフィルムを１２５℃で一軸延伸して約４倍
に延伸したところ、高分子液晶層の膜厚は２μ鳳となり
５欠陥のない良好な一軸配向モノドメインが得られた。

この配向状態は、１２５℃から５０℃まで冷却してＳ−
相としても安定であった。

このフィルムを、たて　ｌｏｏｍｍ、よこ　２ＱＯｍｍ
のＩＴＯ透明電極を設けたガラス基板に挟持し、１００
Ｖの電圧を印加してクロスニコルてＵ測したところ、約
５：ｌのコントラストが得られた。さらに２±４０Ｖの
電圧を印加したところ　１２０℃にて３０−ｓｅｃで応
答した。

７０℃　　　　ｔｉｎ℃ Ｓ−相一−−→Ｃトー−−→　ｌｓｏ。

比較例１ 前記実施例１で用いた構造式（Ｉ）で表わされる高分子
液晶化合物のホモポリマーをＰＶＡフィルム上へ塗布し
、１８０℃で延伸したが良好な配−１力を得られず、マ
ルチドメイン状態であった。

ＩＴＯ透明透明付極付ラス基板に挟持して、　１００■
の直流電圧を印加し、クロスニコルで観測したところ、
コントラストは約１．５：ｌであり、明るさにムラかあ
った。

［発１１１の効果］ 以上説明したように１本発明の高分子液晶組成物を用い
て素子化することにより、大面積フィルムにおいて配向
の良好な、コントラスト比の高い高分子液晶Ｘ子を容易
に得ることか可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高分子液晶素子の一例を示し、第１図
（ａ）は高分子液晶素子の平面図、第１図（ｂ）はその
ＡＡ’線断面図である。 １、ｌ’・・・基板　　　　２．２′・・・透明電極３
・・・液晶層　　　　　　４・・・スペーサー５・・・
配向制御膜　　　　６・−・ｖｔ着剤７・・・偏光子　
　　　　　８・・・検光子第１図 っ己向島所−１ ２ｆｆ日月９８

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）２種類以上の高分子液晶性化合物のくり返し単位
   を含有する高分子液晶組成物において、カイラルネマチ
   ック相におけるらせん構造の巻き方向が互いに逆の高分
   子液晶性化合物のくり返し単位を含有してなることを特
   徴とする高分子液晶組成物。
2. （２）前記高分子液晶組成物がカイラルネマチック相よ
   り低い温度領域にカイラルスメクチック相を有している
   請求項１記載の高分子液晶組成物。
3. （３）２種類以上の高分子液晶性化合物のくり返し単位
   を含有する高分子液晶組成物において、カイラルネマチ
   ック相におけるらせん構造の巻き方向が互いに逆の高分
   子液晶性化合物のくり返し単位を含有してなる高分子液
   晶組成物からなるフィルムの少なくとも片面に電極を有
   することを特徴とする高分子液晶素子。
4. （４）前記カイラルネマチック相におけるらせん構造の
   周期が高分子液晶組成物からなるフィルムの膜厚の２倍
   以上である請求項３記載の高分子液晶素子。