JPH0517776A - 調光材料およびそれを含む調光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】 液晶とそれを保持するポリエチレンテレフタ
レート、アクリレート系共重合体等の高分子よりなり、
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、液晶が、下記一般式〔Ｉ〕で示されるア
ゾ系色素から選ばれる少なくとも一種を含有する。また
調光素子は少なくとも一方が透明な内面に電極を有する
一対の基板間に上記調光材料を挟持して構成される。 【効果】 電界印加の有無により透過率変化の大きい調
光素子を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は調光材料およびそれを含
む調光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶とそれを保持する高分子よりなる調
光材料は、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為、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
向って整列する為に、高分子の屈折率と液晶の屈折率と
が、近い値となる等の原因等により透明状態になる。
又、電界をはずすと元のくもり状態になる。

【０００３】この様な性質を利用した調光素子が種々提
案されており、例えば特許公表昭和５８年第５０１６３
１号、特許公表昭和６１年第５０１３４５号、特許公表
昭和６３年第５０１５１２号、特許公開平成第１年２６
８７８６号各公報等に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような調光素子に
は、大きな透過率変化、繰り返し応答性、応答速度、電
圧感受性、耐久性（耐光性、耐熱性、耐水性等）、カラ
ー表示等が要求されるが、これらの要求を満足し得る特
性を有するものとは言えなかった。本発明は、これらの
課題を解決しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するものであり、特に、電界印加の有無による透過
率変化の大きい優れたカラー調光素子を提供するもので
ある。すなわち液晶とそれを保持する高分子よりなり、
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、液晶が、下記一般式〔Ｉ〕

【０００６】

【化４】

【０００７】〔式中、−Ｘ−、−Ｙ−、−Ｚ−は、ハロ
ゲン原子またはメチル基で置換されていてもよい１，４
−フェニレン、１，４−ナフチレン、もしくは５，６，
７，８−テトラヒドロ−１，４−ナフチレンまたは５，
８−キノリレンを示し、Ｒ¹ は水素原子、−Ｒ³ 、−Ｓ
Ｏ₂ Ｒ³ （Ｒ³ は炭素数１〜１０のアルコキシ基で置換
されていてもよい炭素数１〜１８のアルキル基を示
す。）

【０００８】

【化５】

【０００９】（Ｒ⁴ はＲ³ ；Ｒ³ 、ＯＲ³ またはハロゲ
ン原子で置換されていてもよいフェニル基；またはＲ³
で置換されていてもよいシクロヘキシル基を示し、ｎは
０または１を示す。）またはハロゲン原子を示し、Ｒ²
は

【００１０】

【化６】

【００１１】（Ｒ⁵ 、Ｒ⁶ は水素原子、−ＣＨ₂Ｒ⁴ を
示すか、または互いにあるいは、−Ｚ−と連結して含窒
素複素環を形成してもよく、Ｒ⁵ 、Ｒ⁶ の少くとも一方
は水素原子以外の基を示す。）を示し、ｍは、１または
２を示す。但し、Ｒ¹ が水素原子、ｍが１の時は、Ｒ²
は−Ｎ（ＣＨ₃)₂ 以外の基を示す。〕で示されるアゾ系
色素から選ばれる少なくとも一種を含有することを特徴
とする調光材料およびそれを少くとも一方が透明な、内
面に電極を有する一対の基板間に挟持して構成されるこ
とを特徴とする調光素子を要旨とするものである。

【００１２】以下に本発明を詳細に説明する。一般式
〔Ｉ〕中のＲ¹ 及びＲ⁴ におけるＲ³ の具体例として
は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ
基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオ
キシ基、デシルオキシ基等の炭素数１〜１０の直鎖状も
しくは、分岐鎖状アルコキシ基で置換されていてもよい
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の直鎖状もしくは
分岐鎖状アルキル基が挙げられ、Ｒ¹ 、Ｒ⁴ 、−Ｘ−、
−Ｙ−または−Ｚ−におけるハロゲン原子としては、フ
ッ素原子、塩素原子等が挙げられ、Ｒ⁵ 、Ｒ⁶ が互いに
連結して形成する含窒素複素環としてはピロリジン環、
ピペリジン環またはモルホリン環等が挙げられ、−Ｚ−
と連結して形成する含窒素複素環としては、

【００１３】

【化７】

【００１４】等が挙げられる。このような、アゾ系色素
の中で好ましいものとしては、下記の一般式〔II〕〜
〔VII 〕

【００１５】

【化８】

【００１６】（一般式〔II〕〜〔VII 〕におけるＲ¹ 、
Ｒ² は前記一般式〔Ｉ〕におけると同意義を示し、フェ
ニレン基は、ハロゲン原子またはメチル基で置換されて
いてもよい。）の構造を有するアゾ系色素が挙げられ
る。更に、具体的には以下の表１のものを挙げることが
出来る。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】

【表４】

【００２１】

【表５】

【００２２】

【表６】

【００２３】

【表７】

【００２４】かかる前記一般式〔Ｉ〕で表わされるアゾ
系色素は、例えば、有機合成化学協会編 染料便覧（丸
善株式会社、１９５９年発行）、細田豊著 新染料化学
（技報堂、１９５８年発行）等に記載の方法により容易
に合成される既知物質である。

【００２５】本発明の透過率変化の大きいカラー調光素
子を得る為には、色素について以下の特性等を考慮しな
ければならない。 アゾ系色素の二色性。二色性比は
実験的には、次式で求められるオーダー・パラメーター
（Ｓ）で表わされる。 Ｓ＝（Ａ//−Ａ⊥）／（２Ａ⊥＋Ａ//） ここでＡ//およびＡ⊥は、それぞれ液晶の配向方向に対
して平行および垂直に偏光した光に対する色素の吸光度
である。

【００２６】オーダー・パラメーターが１に近づく程、
明るいコントラストの大きな素子が可能となる。 ア
ゾ系色素の液晶及びそれを保持する高分子への親和性。
色素の高分子への親和性が大きいと、高分子中に色素分
子が入り込み、電界印加の有無による大きな透過率差が
得られなくなるので小さい方がよい。また色素の液晶へ
の親和性は大きいことが必要である。

【００２７】一方、使用する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。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２に示される物
質、あるいはこれらの誘導体があげられる。

【００２８】

【表８】

【００２９】

【表９】

【００３０】

【表１０】

【００３１】

【表１１】

【００３２】上記表２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わ
す。又上記表２中のベンゼン環は更にフッ素原子で置換
されてもよい。

【００３３】本発明で用いる液晶としては、表２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、ＺＬＩ−１８４０
あるいはＺＬＩ−１５６５という商品名で販売されてい
る液晶又はＢｒｉｔｉｓｈＤｒｕｇ Ｈｏｕｓｅ社から
Ｅ−７、Ｅ−８、Ｅ−３７、Ｅ−４４、Ｅ−４６あるい
はＢＬ００１〜ＢＬ０２０という商品名で販売されてい
る液晶等が使用される。

【００３４】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。本発明の液晶組成物に用いる旋
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ある。また、特
開昭５１−４５５４６号に示すｌ−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、ｌ−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ができる。

【００３５】更に、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。液晶を保持する高分子としては、具
体的にはポリエチレン、ポリアクリル酸、ポリアクリル
酸エステル、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリロニトリル、
ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル等ビニル化合物及び
ビニル化合物の付加重合体、ポリメタクリル酸、ポリメ
タクリル酸エステル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化
ビニルデン、シアン化ビニリデン、フッ化ビニリデン／
トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン／テ
トラフルオロエチレン共重合体、シアン化ビニリデン／
酢酸ビニル共重合体等のビニル化合物又はフッソ系化合
物の共重合体、ポリトリフルオロエチレン、ポリテトラ
フルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン等の
フッ素を含む化合物、ナイロン６、ナイロン６６等のポ
リアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリペプチド、
ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリカ
ーボネート、ポリオキシメチレン、ポリエチレンオキシ
ド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル、エポキ
シ樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール
等を挙げることが出来る。

【００３６】これ等の高分子は単独で用いても、適宜組
合せて用いても構わない。また、本発明の液晶とそれを
保持する高分子よりなる調光材料の製造法としては、例
えば次の〜の方法があり、いずれの方法にも、液晶
中に前記一般式〔Ｉ〕〜〔VII 〕のアゾ系色素を含有す
る。 高分子の多孔体に液晶を含浸する含浸法。

【００３７】 水溶性高分子の水溶液中で液晶を微小
な液滴状にエマルジョン化した後、透明電極を有する基
板上にキャストする乳化法。 液晶と高分子をそれら
の共通溶媒に溶解後、基板上にキャストする溶媒キャス
ト法。 液晶とそれを保持する高分子のプレポリマー
｛高分子化する前の物質（例えばモノマー）の総称｝の
均一溶液を作り、これを重合によって生成する高分子と
液晶との分離をおこさせる相分離構造を形成する重合
法。

【００３８】調光材料中に占める液晶の比率は５〜９５
重量％で使用出来る。このうち、４０〜９５重量％であ
ることが好ましく、更に好ましくは６０〜８５重量％で
ある。本発明の調光材料において前記一般式〔Ｉ〕〜
〔VII 〕のアゾ系色素は単独で用いても適宜組合せて用
いても構わない。、また、液晶に含まれる一般式〔Ｉ〕
のアゾ系色素の割合は、溶解している範囲であれば、い
ずれの割合でも構わないが、液晶に対して０．０１〜１
０．０重量％の範囲が好適に用いられる。また、必要に
応じて界面活性剤、光安定化剤等の添加剤を併用するこ
とが出来る。

【００３９】このような本発明の調光材料を用い、一方
が透明な、内面に電極を有する一対の基板の間に挟持さ
せることによって本発明の他の目的である調光素子をつ
くる。電極としてはＩＴＯ等の透明電極が用いられ、電
極用基板としては、ガラスまた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挙げられる。

【００４０】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出来、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
として使用出来る。本発明による調光素子は、表示装
置、調光窓、鏡、サングラス、メモリー等、光の透過ま
たは反射を利用した装置に使用することが出来る。

【００４１】また、例えば上記の重合法で調光材料を
形成する場合等は、基板間に調光材料の原料を挟持した
後重合して調光材料を形成させる方法をとってもよい。

【００４２】

【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明する
が本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 実施例１ ポリビニルブチラール０．５ｇ、液晶として市販のビフ
ェニル系ネマチック液晶Ｅ−４４（商品名、ＢＤＨ社
製）０．６ｇ、前記表１Ｎｏ．７のアゾ系色素２．５ｍ
ｇをテトラヒドロフラン１．０ｇとジオキサン８．０ｇ
より成る混合溶媒に添加し、均一溶液をつくる。

【００４３】この溶液を、ＩＴＯ付ポリエチレンテレフ
タレートのＩＴＯ上にアプリケーターにて、乾燥状態に
て厚みが８μｍになるようにキャスティングした。次
に、このものを、８０℃で３０分乾燥した。このように
して得られた液晶と高分子より成る層上に対面の電極と
して、ＩＴＯ付ポリエチレンテレフタレートを５ｋｇ／
ｃｍ² の条件で圧着して、調光素子を作成した。

【００４４】得られた調光素子に電圧を印加しない場合
（ｂ：０Ｖ）と１００Ｖの交流（６０Ｈｚ、正弦波）を
印加した場合（ａ）の透過率スペクトルを図１に示す。
電圧を印加しない場合には、本素子は赤色かつ不透明で
あるが、１００Ｖの前記交流を印加した場合には、赤色
は殆んど消失し、かつ透明状態となった。本素子は、６
００ｎｍにおいて前記交流の印加時と無印加時で５３％
の透過率変化を示した。 実施例２ ｎ−ブチルアクリレート０．０５ｇ、テトラデカエチレ
ングリコールジメタクリレート（以下「ＴＤＤＭＡ」と
称す。）０．１ｇ、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３ｍｇ、液晶として
市販のビフェニル系ネマチック液晶Ｅ−８（商品名、Ｂ
ＤＨ社製）０．３５ｇ、前記表１Ｎｏ．６のアゾ系色素
１．７５ｍｇを混合して均一溶液を得、この溶液中に、
直径１４μｍのプラスチック（ジビニルベンゼン共重合
体）製スペーサーを加え、この混合液をＩＴＯ付プラス
チック（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重合した高
分子と液晶とを相分離させ、亀裂のない均一な調光素子
を得た。与えたエネルギーは９００ｍＪ／ｃｍ² に相当
する。

【００４５】電圧を印加しない場合には、本素子は黄色
かつ不透明であるが、１００Ｖの交流（６０Ｈｚ、正弦
波）を印加した場合には黄色は殆んど消失し、わずかに
黄色を帯びた透明状態になった。本素子は、６００ｎｍ
において、前記交流の印加時と無印加時で４９％の透過
率変化を示した。 実施例３〜７ 実施例２と同様にして、下記表３に示すアゾ系色素を含
む調光材料をそれぞれ形成し、これを用いた調光素子を
作成して１００Ｖ交流（６０Ｈｚ、正弦波）印加時と無
印加時の６００ｎｍでの透過率変化を測定し、色変化を
観察した。その結果を表３に示す。重合開始剤は全て実
施例２で使用した２，２−ジメトキシ−２−フェニルア
セトフェノンを使用した。

【００４６】

【表１２】 表中、「ＴＤＤＭＡ」はテトラデカエチレングリコール
ジメタクリレートを示す。「ＴＤＤＡ」はテトラデカエ
チレングリコールジアクリレートを示す。「ＩＡＡ」は
イソアミルアクリレートを示す。

【００４７】「ＴＤＡ」はテトラエチレングリコールジ
アクリレートを示す。「ＴＰＡ」はトリメチロールプロ
パントリアクリレートを示す。「ＢＴＡ」はｎ−ブチル
アクリレートを示す。

【００４８】

【発明の効果】本発明によって得られるカラー調光材料
は、電圧印加の有無による透過率変化が大きく耐光性、
耐熱性、耐水性等が良好であり、該調光材料を使用した
調光素子は表示装置、調光窓、メモリー等に有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１において作成された調光素子の透過率
スペクトルである。

【符号の説明】

横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率（％）を表わし、ａ
は１００Ｖ交流（６０Ｈｚ、正弦波）を印加した時の透
過率、ｂは電圧を印加しない時（０Ｖ）の透過率を示
す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶とそれを保持する高分子よりなり、
   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、液晶が、下記一般式〔Ｉ〕 【化１】 〔式中、−Ｘ−、−Ｙ−、−Ｚ−は、ハロゲン原子また
   はメチル基で置換されていてもよい１，４−フェニレ
   ン、１，４−ナフチレン、５，６，７，８−テトラヒド
   ロ−１，４−ナフチレンまたは５，８−キノリレンを示
   し、Ｒ¹ は水素原子、−Ｒ³ 、−ＳＯ₂ Ｒ³ （Ｒ³ は炭
   素数１〜１０のアルコキシ基で置換されていてもよい炭
   素数１〜１８のアルキル基を示す。） 【化２】 （Ｒ⁴ は−Ｒ³ ；Ｒ³ 、ＯＲ³ またはハロゲン原子で置
   換されていてもよいフェニル基；またはＲ³で置換され
   ていてもよいシクロヘキシル基を示し、ｎは０または１
   を示す。）またはハロゲン原子を示し、Ｒ² は 【化３】 （Ｒ⁵ 、Ｒ⁶ は水素原子、−ＣＨ₂ Ｒ⁴ を示すか、また
   は互いにあるいは、−Ｚ−と連結して含窒素複素環を形
   成してもよく、Ｒ⁵ 、Ｒ⁶ の少くとも一方は水素原子以
   外の基を示す。）を示し、ｍは、１または２を示す。但
   し、Ｒ¹ が水素原子、ｍが１の時は、Ｒ² は−Ｎ（ＣＨ
   ₃)₂ 以外の基を示す。〕で示されるアゾ系色素から選ば
   れる少なくとも一種を含有することを特徴とする調光材
   料。
2. 【請求項２】 少くとも一方が透明な内面に電極を有す
   る一対の基板間に、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。