JPH11315281A - スメクティック液晶素子およびその製造方法 - Google Patents

スメクティック液晶素子およびその製造方法

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JPH11315281A
JPH11315281A JP10123787A JP12378798A JPH11315281A JP H11315281 A JPH11315281 A JP H11315281A JP 10123787 A JP10123787 A JP 10123787A JP 12378798 A JP12378798 A JP 12378798A JP H11315281 A JPH11315281 A JP H11315281A
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polymer
smectic
smectic liquid
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JP10123787A
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Sadahiro Sako
禎裕 酒匂
Akira Sakaigawa
亮 境川
Mitsuhiro Kouden
充浩 向殿
Hanyo Mizobe
帆洋 溝部
Masahiko Yoshida
昌彦 吉田
Kenji Suzuki
賢治 鈴木
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Kanto Chemical Co Inc
Sharp Corp
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Kanto Chemical Co Inc
Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な中間調表示が可能なスメクティック液
晶素子およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 スメクティック液晶素子を、一対の電極
基板13・14間に、スメクティック液晶と、スメクテ
ィック液晶の透明点よりも透明点の低い重合体とを含む
液晶層9を挟持してなる構成とする。これにより、スメ
クティック液晶のスイッチングに必要な印加電圧のパル
ス波高値またはパルス幅の閾値に場所依存性をもたら
し、1つの画素のサイズに対して十分に小さいスイッチ
ングドメインを形成する。また、重合体がスメクティッ
ク液晶中で析出してスメクティック液晶の配向を著しく
乱すことを回避する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、中間調表示が可能
なスメクティック液晶素子に関するものであり、特に強
誘電性液晶ディスプレイに適用され、その他、光シャッ
タ、光センサ、空間光変調素子等にも適用可能なスメク
ティック液晶素子およびその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】現在、例えば、ネマティック液晶を用い
たTN(Twisted Nematic)型およびS
TN(Super−Twisted Nematic)
型の液晶表示素子が知られている。しかし、これらの液
晶表示素子は、電気光学効果の応答速度がmsecオー
ダーと遅いため、高速駆動を行おうとすると、画面に乱
れが生じたり、コントラストが低下したりするという欠
点がある。このため、これらの型の液晶表示素子は、表
示可能な容量に限界があり、動画表示に適さないという
問題点がある。また、視野角が狭く、大画面化には適し
ていない。
【0003】そこで、近年、次世代の液晶表示素子とし
て、強誘電性あるいは反強誘電性液晶を用いた液晶表示
素子の実用化が検討されている。1975年、R.B.
Meyerらは、分子の対称性の議論から、光学活性な
分子が分子長軸に対して垂直な方向に双極子モーメント
を持っていれば、キラルスメクティックC相(SmC*
相)で強誘電性を示すことを予想した。そして、同年、
彼らは、DOBAMBC(2−methylbutyl
p−[p−(decyloxybenzyliden
e)−amino]cinnamate)を合成し、液
晶において強誘電性を確認することに初めて成功した
(R.B.Meyer,L.Liebert,L.St
rzelecki,and P.Keller,J.P
hys.(Paris),36(1975)L69参
照)。
【0004】図9(a)(b)は、強誘電性を示すSmC
* 相のスメクティック層構造と分子配列とをモデル的に
示したものである。層内における分子の重心位置は無秩
序であるが、図9(a)中にコーン101として模式的
に示すように、液晶分子の長軸(ダイレクタ102)
は、スメクティック層を区切る層面103の法線である
層法線zに対して一定の角度θだけ傾いている。なお、
ダイレクタ102の傾く方向は層から層へ僅かずつず
れ、この結果、液晶の配向は螺旋構造をなしている。螺
旋のピッチは1μm程度であり、約1mmの層間隔より
はるかに大きい。
【0005】ClarkとLagerwallは、セル
厚が1μm程度(螺旋のピッチと同程度)の厚さになる
と、この螺旋構造が消滅して、図9(b)に示すよう
に、各層の分子104が印加される電界の方向に応じて
双安定状態のいずれかをとることを発見し、表面安定化
型強誘電性表示素子(SSFLC:Surface S
tabilized Ferroelectric L
iquid Crystal)を提案した。これは、特
開昭56−107216号公報、米国特許第43679
24号明細書等に開示されている。
【0006】なお、図9(b)では、分子104に印加
されている電界の向きは、紙面に対して垂直かつ紙面裏
側から表側に向かう方向である。そして、分子104の
電気双極子モーメントは、図9(b)において各分子内
に示すように、印加電界の向きにすべて揃う。
【0007】図10を参照しながら、その動作原理につ
いて説明する。上述したように、薄セルとして形成され
たSSFLCの分子104は、図10に示す通り、印加
される電界の方向に応じて、状態Aおよび状態Bの2つ
の安定状態のいずれかをとる。なお、図10において、
分子104に印加されている電界の向きは、状態Aで
は、図10の紙面に対して垂直かつ紙面表側から裏側へ
向かう方向であり、状態Bでは、紙面に対して垂直かつ
紙面裏側から表側に向かう方向である。
【0008】このため、直交する2枚の偏光子の間に、
例えば状態Bのときの分子長軸が偏光子の一方の方向
(図10中に矢印で示す方向111)と平行になるよう
に、SSFLCセルを配置することにより、状態Aの場
合には光が透過して明状態となり、状態Bの場合には光
が遮断されて暗状態となる。すなわち、印加電界の方向
を切り換えることによって、白黒の表示を行うことが可
能となる。
【0009】このSSFLCでは、自発分極と電界とが
直接相互作用して駆動トルクが発生するために、通常の
ネマティック液晶における誘電異方性を用いたスイッチ
ングとは異なって、電界に対してμsecオーダーの高
速応答が可能である。また、SSFLCは、双安定状態
のいずれかに一旦スイッチすると電界が消滅してもその
状態を保つ性質、すなわち、いわゆるメモリー性を持つ
ことから、常に電圧を印加し続ける必要はない。
【0010】以上のように、SSFLC型の液晶表示素
子は、高速応答性とメモリ性という特徴を利用すること
により、1走査線ごとに高速で表示内容を書き込んでゆ
くことができ、単純マトリックス駆動で大容量のディス
プレイを実現することが可能となり、壁掛けテレビヘの
応用も期待されている。
【0011】強誘電性液晶を用いた液晶素子は、SmC
* 相における液晶分子がもつ双安定性のため、厳密な意
味では明及び暗の2階調表示しかできないが、印加電界
の高速変調や面積分割法を利用することによってある程
度の階調表示を実現することができる。しかし、これら
の方法を用いる場合、駆動系の構成やパネル作製工程が
複雑になり、製造コスト等も多大になってしまう。
【0012】その他に、例えば特開平6−194635
号公報には、重合物質からなる異方性の3次元網状構造
体中に非反応性キラル液晶分子を捕捉した構造体を形成
する技術が開示されている。これは、網状構造体によっ
て相互に反対の分極方向を有する微小なドメインを安定
化し、無電界時においても中間調を維持することを可能
にする技術である。
【0013】また、特開平7−248489号公報に
は、液晶と合成樹脂材料との混合溶液に対し、該混合溶
液がネマティック相を示す温度にて紫外線を照射し、配
向処理方向に伸長した形状を有する微細な3次元網目状
合成樹脂を形成する技術が開示されている。この技術に
よれば、個々に異なる閾値電圧をもつドメインを形成・
分割し、中間調を得ることが可能になる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平6−1
94635号公報に開示された技術は、ドメインサイズ
に均一性がなく、印加電圧時のドメインサイズを一定に
保つことができないという問題がある。また、3次元網
状構造体が液晶分子を束縛してしまうので、印加電界に
対する応答速度が非常に遅くなったり、単安定領域が生
じるといった問題や、ホストである液晶材料へ添加する
キラル材料の割合が高くなると、液晶の配向性が悪くな
り、表示品位が劣化するという問題が生じている。
【0015】また、特開平7−248489号公報に開
示された技術においても、ドメインの均一性が不十分
で、ドメインサイズ自体も画素の大きさ(約0.3mm
角)に対して十分小さいとはいえない。また、3次元網
状合成樹脂による液晶分子の束縛の問題や、コントラス
ト低下の問題も生じるため、この技術を用いて階調表示
を行うことは実質的に困難である。
【0016】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的は、良好な中間調表示(階調表示)が
可能なスメクティック液晶素子、特に、強誘電性液晶素
子に有用であり、その他の液晶素子、例えば、反強誘電
性液晶素子にも有用なスメクティック液晶素子およびそ
の製造方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
スメクティック液晶素子は、上記課題を解決するため
に、電極を有する一対の基板間に、スメクティック液晶
と、該スメクティック液晶の透明点よりも透明点の低い
重合体とを挟持してなることを特徴としている。
【0018】従来の一般の強誘電性液晶では、スイッチ
ングドメインは、不均一に出現するうえ、そのサイズが
1画素のサイズ(約0.3mm角)に対して大きすぎ
る。これに対し、上記請求項1記載の構成では、スメク
ティック液晶内で分散した重合体が、スメクティック液
晶のスイッチングに必要な印加電圧のパルス波高値また
はパルス幅の閾値に適度な場所依存性(場所によるばら
つき)をスメクティック液晶に与え、1つの画素のサイ
ズに対して十分に小さいサイズとなるようにスイッチン
グドメインを制御することが可能となる。
【0019】また、印加電圧のパルス波高値またはパル
ス幅に対する光透過率の変化が緩やかになり、セル厚の
不均一性や周辺温度の変化に伴うτ−V特性の変化を抑
制することができる。
【0020】さらに、重合体がスメクティック液晶の透
明点よりも低い透明点をもつため、重合体がスメクティ
ック液晶中で析出して配向を著しく乱すことを回避でき
る。
【0021】これらにより、良好な中間調表示(階調表
示)が可能なスメクティック液晶素子、特に強誘電性液
晶素子を提供することができる。
【0022】なお、本明細書において、「重合体」と
は、1種類の単位化合物の分子が2個以上結合すること
によって生成された単位化合物の整数倍の分子量を持つ
化合物を指すものとする。すなわち、「重合体」は、重
合度(構造単位の繰返しの数)が20を越えるポリマー
(高重合体)、または、重合度が2〜20のオリゴマー
(低重合体)を指す。
【0023】さらに、本明細書において、「透明点」と
は、等方性液体への相転移点を指すものとする。すなわ
ち、重合体の「透明点」は、重合体が液晶性を持つ場合
には「液晶−液体相転移点」を指し、重合体が液晶性を
持たない場合には「融点」を指す。また、スメクティッ
ク液晶の「透明点」は、「液晶−液体相転移点」を指
す。
【0024】また、本発明の請求項2記載のスメクティ
ック液晶素子は、上記の課題を解決するために、請求項
1記載のスメクティック液晶素子において、上記重合体
の重量平均分子量が、1000以上であることを特徴と
している。
【0025】上記構成によれば、重合体がスメクティッ
ク液晶に完全に溶解することを回避でき、スメクティッ
ク液晶のスイッチングに要する印加電圧のパルス波高値
またはパルス幅の閾値の場所によるばらつきを与えるこ
とができる。重量平均分子量が小さく1000未満であ
る重合体は、スメクティック液晶に完全に溶解してしま
うため、上記の閾値のばらつきを与えることができな
い。
【0026】また、本発明の請求項3記載のスメクティ
ック液晶素子は、上記の課題を解決するために、請求項
1または2に記載のスメクティック液晶素子において、
上記重合体を、スメクティック液晶100重量部に対し
て0.005〜5重量部の割合で含有することを特徴と
している。
【0027】上記構成によれば、重合体がスメクティッ
ク液晶中で顕著に析出してスメクティック液晶の配向を
乱すことを確実に回避できるとともに、「スメクティッ
ク液晶内での重合体の分散によりスメクティック液晶の
スイッチングに要する印加電圧のパルス波高値またはパ
ルス幅の閾値に場所依存性をもたらし、1つの画素のサ
イズに対して十分に小さいスイッチングドメインを形成
できる」という重合体の添加効果を十分に得ることがで
きる。
【0028】なお、重合体の添加量がスメクティック液
晶100重量部に対して0.005重量部未満では、上
記の重合体の添加効果がほとんど得られない。また、重
合体の添加量がスメクティック液晶100重量部に対し
て5重量部を越えると、重合体が顕著に析出してしま
い、液晶の配向を乱してしまう。
【0029】また、本発明の請求項4記載のスメクティ
ック液晶素子は、上記の課題を解決するために、請求項
1ないし3のいずれか1項に記載のスメクティック液晶
素子において、上記重合体が、下式(1)
【0030】
【化4】
【0031】(ここで、Xは水素原子またはメチル基で
あり、Y1 、Y2 、Y3 、およびY4 はそれぞれ独立し
て水素原子またはフッ素原子であり、lは2〜1000
0の整数であり、mおよびnはそれぞれ独立して0〜1
4の整数であり、pおよびqはそれぞれ独立して0また
は1であり、rは0〜9の整数である。但し、m=0の
場合にはp=0であり、r=0の場合にはZは水素原子
であり、r≠0の場合にはZはフッ素原子である)で表
されることを特徴としている。
【0032】上記構成によれば、スメクティック液晶に
おいて優れた中間調表示を実現できる。
【0033】また、本発明の請求項5記載のスメクティ
ック液晶素子は、上記の課題を解決するために、請求項
1ないし3のいずれか1項に記載のスメクティック液晶
素子において、上記重合体が、下式(2)
【0034】
【化5】
【0035】(ここで、Xは水素原子またはメチル基で
あり、Y1 およびY2 はそれぞれ独立して水素原子また
はフッ素原子であり、lは2〜10000の整数であ
り、mおよびnはそれぞれ独立して0〜14の整数であ
り、pおよびqはそれぞれ独立して0または1であり、
rは0〜9の整数である。但し、m=0の場合にはp=
0であり、r=0の場合にはZは水素原子であり、r≠
0の場合にはZはフッ素原子である)で表されることを
特徴としている。
【0036】上記構成によれば、スメクティック液晶に
おいて優れた中間調表示を実現できる。
【0037】また、本発明の請求項6記載のスメクティ
ック液晶素子は、上記の課題を解決するために、請求項
1ないし3のいずれか1項に記載のスメクティック液晶
素子において、上記重合体が、側鎖に電気双極子モーメ
ントを有し、かつ、不斉原子を含んでいることを特徴と
している。
【0038】上記の構成では、重合体自身が、二軸性を
示す分子配置にあるときに自発分極を誘起するため、単
独で電気光学応答を行う。そのため、スメクティック液
晶中での場所依存性を持った印加電圧のパルス波高値ま
たはパルス幅の閾値の上限と下限の差が広がり、スメク
ティック液晶素子は、中間調表示に適した電気光学特性
となる。また、アキラルの重合体を添加した場合、重合
体が液晶分子を束縛するため、スメクティック液晶素子
の電気光学応答が全体的に遅くなる。これに対し、請求
項6記載の構成において、強誘電性液晶と同符号の自発
分極を誘起するキラルの重合体を添加した場合、重合体
近傍において、強誘電性液晶と重合体との自発分極の和
が強誘電性液晶の駆動力となる。このため、請求項6記
載の構成は、スメクティック液晶素子の電気光学応答を
高速化できる可能性がある。
【0039】また、本発明の請求項7記載のスメクティ
ック液晶素子は、上記の課題を解決するために、請求項
6記載のスメクティック液晶素子において、上記重合体
が、下式(3)
【0040】
【化6】
【0041】(ここで、Xは水素原子またはメチル基で
あり、Y1 、Y2 、Y3 、およびY4 はそれぞれ独立し
て水素原子またはフッ素原子であり、lは2〜1000
0の整数であり、m、n1、n2、n3、およびsはそ
れぞれ独立して0〜14の整数であり、pおよびqはそ
れぞれ独立して0または1であり、r1、r2、および
r3はそれぞれ独立して0〜9の整数である。但し、m
≠0の場合にはpは0または1であり、m=0の場合に
はpは0であり、ra(aは1〜3の整数)=0の場合
にはZaは水素原子であり、ra≠0の場合にはZaは
フッ素原子である。また、[n1,r1,Z1]、[n
2,r2,Z2]、および[n3,r3,Z3]の3種
類の組合せは互いに異なる)で表されることを特徴とし
ている。
【0042】上記構成によれば、場所依存性をもった電
界強度の閾値の上限と下限との差が広がり、スメクティ
ック液晶において優れた中間調表示が実現できる。
【0043】また、本発明のスメクティック液晶素子で
は、上記スメクティック液晶が、強誘電性液晶であるこ
とが望ましい。これにより、高速応答、広視野角、高コ
ントラスト、高解像度、低コスト等の利点を有する液晶
素子、特に液晶ディスプレイを実現することができる。
【0044】さらに、上記強誘電性液晶は、一様配向を
実現しやすいことから、アイソトロピック(Iso)−
キラルネマティック(N)−スメクティックA(Sm
A)−キラルスメクティックC(SmC)相系列である
ことが望ましい。
【0045】また、上記強誘電性液晶の強誘電相では、
液晶層と基板との界面近傍でプレチルトが付与された液
晶分子が界面から離れていく側に折れ曲がるシェブロン
層構造が上記基板全面にわたってほぼ均一に形成されて
いることが望ましい。
【0046】この配向は、一般にC2配向(図11参
照)と言われており、層の折れ曲がる方向が反対である
C1配向に比べ、低温度域や広温度範囲で安定である、
応答速度が速い、高コントラストを示す等の点で優れて
いる。さらに、C2配向の中でも、特に基板法線方向に
液晶分子がねじれてないC2ユニフォーム(C2U)配
向が最も好ましい。
【0047】また、C1配向やC2配向の出現性は液晶
分子のプレチルト角と関係があるが、上述したようなC
2配向の強誘電性液晶では、C2配向を実現するため
に、基板に塗布された配向膜と液晶層との界面での液晶
分子のプレチルト角が10°以下であることが望まし
い。一般に、C2配向の強誘電性液晶は、3〜8°程度
のプレチルト角を実現する配向膜を用いることによって
得られる。
【0048】また、上記強誘電性液晶の強誘電相は、メ
モリパルス幅−電圧(パルス波高値)曲線が電圧の極小
値を有するモードであることが望ましい。
【0049】このモードは、液晶素子にモノパルス電圧
を印加した場合、すべての液晶分子が完全にスイッチす
るために必要なパルス幅(τ)とパルス波高値(V)と
の関係を示す曲線(いわゆるτ−V曲線)が、例えば図
12に示すように、パルス波高値の極小値(Vmin )を
有するものであり、一般にτ−Vmin モードと呼ばれて
いる。負の誘電異方性を持つ液晶組成物、あるいは、大
きな正の二軸誘電異方性を持つ液晶組成物が、このτ−
Vmin 特性を示すことが知られている。
【0050】このτ−Vmin モードを利用すると、次の
ような利点がある。図12に示すτ−V特性を有する強
誘電性液晶に対してパルス幅τswのパルス電界を印加す
る場合を考えると、領域αではスイッチングは起こらな
いが、閾値電界強度以上(すなわち、閾値電圧以上)の
領域βではスイッチングが起こる。τ−V曲線がパルス
波高値の極小値を持たないならば、領域αと領域βとの
間でスイッチングを制御することになる。これに対し、
τ−Vmin モードの場合は、τ−V曲線がパルス波高値
の極小値を持ち、高電界の領域γでもスイッチングが起
こらないことから、これらの3領域α、β、およびγを
利用したスイッチング制御を行うことができる。従っ
て、領域αと領域βとの間で行っていたスイッチング制
御を、それに比較して駆動マージンが広いという利点を
有する領域βと領域γとの間でのスイッチング制御に変
更することが可能となる。
【0051】さらに、τ−Vmin モードは、非スイッチ
ング時にAC(交流)電界を印加し、双安定状態を安定
させるというACスタビライズ効果(J.C.Jone
s,M.J.Towler and E.P.Rayn
es,Ferroelectrics,121(199
1)91参照)が利用できるという利点も持っている。
この効果によって、メモリ角が広がり、高コントラスト
および高明度が実現できる。
【0052】また、本発明の請求項8記載のスメクティ
ック液晶素子は、上記の課題を解決するために、請求項
1ないし7のいずれか1項に記載のスメクティック液晶
素子において、上記スメクティック液晶が、Iso−N
* −SmA−SmC* 相系列の強誘電性液晶であり、上
記重合体の透明点が、上記強誘電性液晶のN* −SmA
相転移点より低いことを特徴としている。
【0053】上記の構成では、重合体が強誘電性液晶中
で配向を乱すことなく、1つの画素のサイズに対して十
分小さいスイッチングドメインの制御が可能となる。
【0054】また、本発明の請求項9記載のスメクティ
ック液晶素子は、上記の課題を解決するために、請求項
1ないし7のいずれか1項に記載のスメクティック液晶
素子において、上記スメクティック液晶が、Iso−N
* −SmA−SmC* 相系列の強誘電性液晶であり、上
記重合体の透明点が、上記強誘電性液晶のSmA−Sm
* 相転移点より低いことを特徴としている。
【0055】上記の構成では、重合体が強誘電性液晶中
で配向を乱すことなく、1つの画素のサイズに対して十
分小さいスイッチングドメインの制御が可能となる。
【0056】また、本発明のスメクティック液晶素子
は、電極および配向制御膜をこの順で備えた一対の絶縁
性基板と、該一対の絶縁性基板間に備えられた液晶層
と、前記電極に選択的に電圧を印加することによって液
晶の光軸を切り替える駆動手段と、前記光軸の切り替え
を光学的に識別する手段とを有し、前記電極が、互いに
交差する方向に配列した複数の走査電極および複数の信
号電極からなり、該走査電極と該信号電極とが交差した
領域を画素として表示を行うスメクティック液晶素子で
あって、信号電圧の電圧値を変調させることによって1
画素内の微小スイッチングドメインを制御し中間調表示
を行うものであることが望ましい。
【0057】上記の構成によれば、信号電圧の電圧値の
変調によって画素内でのスイッチングドメインの面積を
制御できる。
【0058】また、本発明のスメクティック液晶素子
は、電極および配向制御膜をこの順で備えた一対の絶縁
性基板と、該一対の絶縁性基板間に備えられた液晶層
と、前記電極に選択的に電圧を印加することによって液
晶の光軸を切り替える駆動手段と、前記光軸の切り替え
を光学的に識別する手段とを有し、前記電極が、互いに
交差する方向に配列した複数の走査電極および複数の信
号電極からなり、該走査電極と該信号電極とが交差した
領域を画素として表示を行うスメクティック液晶素子で
あって、信号電圧の位相を変調させることによって1画
素内の微小スイッチングドメインを制御し中間調表示を
行うものであることが望ましい。
【0059】上記の構成によれば、信号電圧の位相の変
調によって画素内でのスイッチングドメインの面積を制
御できる。
【0060】また、本発明の請求項10記載のスメクテ
ィック液晶素子の製造方法は、電極を有する一対の基板
間に液晶層を備えたスメクティック液晶素子の製造方法
において、該液晶層が、スメクティック液晶と、該スメ
クティック液晶の透明点よりも透明点の低い重合体とを
混合する工程と、該スメクティック液晶と重合体との混
合物を該基板間に注入する工程とを含むことを特徴とし
ている。
【0061】上記方法によれば、良好な中間調表示が可
能なスメクティック素子を製造することができる。
【0062】また、本発明の請求項11記載のスメクテ
ィック液晶素子の製造方法は、上記の課題を解決するた
めに、請求項10記載のスメクティック液晶素子の製造
方法において、上記混合物を注入する工程において、上
記混合物の透明点よりも高い温度で混合物を注入するこ
とを特徴としている。
【0063】上記方法によれば、基板間に液晶混合物を
完全に充填することができる。
【0064】また、本発明の請求項12記載のスメクテ
ィック液晶素子の製造方法は、上記の課題を解決するた
めに、請求項11記載のスメクティック液晶素子の製造
方法において、上記混合物を注入する工程において、基
板と上記混合物とを非接触の状態で、両者の温度を該混
合物の透明点よりも高い温度に設定した後、該混合物を
注入口に接触させる等することにより該混合物を基板間
に注入することを特徴としている。
【0065】上記方法によれば、スメクティック液晶中
に重合体を基板全面にわたって均一に分散させることが
できる。これに対し、上記混合物を常温で基板の注入口
に塗布して両者の温度を上昇させると、透明点の低い重
合体が最初に基板の間隙に注入されてしまい、図8に示
すように、基板における重合体の均一分散性が損なわれ
る結果となる可能性がある。
【0066】また、上記混合物を注入する工程は、真空
下または窒素雰囲気下で行うことが望ましい。これによ
り、上記混合物の注入時、特に高温注入時において、液
晶と空気中の酸素との接触を防ぎ、液晶の酸化を防ぐこ
とができる。また、真空下で注入を行うと、注入時間を
短縮できるという効果も得られる。
【0067】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
1および図13ないし図30に基づいて説明すれば、以
下の通りである。まず、本発明の形態に係わるスメクテ
ィック液晶素子としての強誘電性液晶素子の基本的な構
成について、図1を参照しながら説明する。
【0068】この強誘電性液晶素子は、互いに対向する
2枚のガラス基板である透明基板1・2の間に、透明基
板1・2の表面上にそれぞれストライプ状に形成された
膜厚100nmの透明なITO(Indium Tin Oxide:イ
ンジウムすず酸化物)膜からなる信号電極3および走査
電極5、信号電極3および走査電極5上にそれぞれ形成
された膜厚30nmの絶縁膜4・6、絶縁膜4・6上に
それぞれ形成された膜厚30nmの配向膜7・8、およ
び配向膜7・8間に挟持された液晶層9を備えた構成で
ある。
【0069】透明基板1・2としては、ガラス基板の他
にも、高分子フィルムなどのプラスティック基板なども
使用できる。また、透明基板1・2に代えて、金属薄膜
付き基板やSi基板などの非透明基板を利用することも
可能であり、これは、反射型の液晶素子等に有効であ
る。
【0070】なお、透明基板1の外側には、偏光板11
が配置され、この偏光板11、透明基板1、信号電極
3、絶縁膜4、および配向膜7によって、電極基板(電
極を有する基板)13が形成されている。同様に、偏光
板12、ガラス基板2、走査電極5、絶縁膜6、および
配向膜8によって、電極基板(電極を有する基板)14
が形成されている。なお、ここで使用した配向膜7・8
は、プレチルト角を4〜5°に制御する特性を持ってい
るため、液晶層9の強誘電相ではC2配向が実現され
る。
【0071】上記の偏光板11および12は、その偏光
軸が互いに直交するように配置されている。配向膜7・
8の表面には、ラビング処理が施されている。また、電
極基板13と電極基板14との間隔は、図示しないスペ
ーサーによって、ほぼ均一に1.4μmに保たれてい
る。なお、液晶層9は、スペーサーおよび封止材10に
よって、電極基板13と電極基板14との間に封止され
ている。
【0072】本実施の形態に係る強誘電性液晶素子は、
電極基板13と電極基板14との間に挟持された液晶層
9が、スメクティック相の強誘電性液晶(スメクティッ
ク液晶)と、該強誘電性液晶の透明点よりも透明点の低
い重合体とを少なくとも含んでいる。
【0073】上記の重合体は、次式(1)
【0074】
【化7】
【0075】(ここで、Xは水素原子またはメチル基で
あり、Y1 、Y2 、Y3 、およびY4 はそれぞれ独立し
て水素原子またはフッ素原子であり、lは2〜1000
0の整数であり、mおよびnはそれぞれ独立して0〜1
4の整数であり、pおよびqはそれぞれ独立して0また
は1であり、rは0〜9の整数である。但し、m=0の
場合にはp=0であり、r=0の場合にはZは水素原子
であり、r≠0の場合にはZはフッ素原子である)で表
される重合体(以下、重合体(1)と記す)、次式
(2)
【0076】
【化8】
【0077】(ここで、Xは水素原子またはメチル基で
あり、Y1 およびY2 はそれぞれ独立して水素原子また
はフッ素原子であり、lは2〜10000の整数であ
り、mおよびnはそれぞれ独立して0〜14の整数であ
り、pおよびqはそれぞれ独立して0または1であり、
rは0〜9の整数である。但し、m=0の場合にはp=
0であり、r=0の場合にはZは水素原子であり、r≠
0の場合にはZはフッ素原子である)で表される重合体
(以下、重合体(2)と記す)、および次式(3)
【0078】
【化9】
【0079】(ここで、Xは水素原子またはメチル基で
あり、Y1 、Y2 、Y3 、およびY4 はそれぞれ独立し
て水素原子またはフッ素原子であり、lは2〜1000
0の整数であり、m、n1、n2、n3、およびsはそ
れぞれ独立して0〜14の整数であり、pおよびqはそ
れぞれ独立して0または1であり、r1、r2、および
r3はそれぞれ独立して0〜9の整数である。但し、m
≠0の場合にはpは0または1であり、m=0の場合に
はpは0であり、ra(aは1〜3の整数)=0の場合
にはZaは水素原子であり、ra≠0の場合にはZaは
フッ素原子である。また、[n1,r1,Z1]、[n
2,r2,Z2]、および[n3,r3,Z3]の3種
類の組合せは互いに異なる)で表される重合体(以下、
重合体(3)と記す)のいずれかであることが望まし
い。
【0080】重合体(1)においては、X、Y1
2 、およびZが水素原子であり、Y3およびY4 がフ
ッ素原子であり、lが20〜500であり、mが4〜1
4であり、pが1であり、q、n、およびrが0である
ことが好ましい。
【0081】重合体(1)は、次式(4)
【0082】
【化10】
【0083】(ここで、Xは水素原子またはメチル基で
あり、Y1 、Y2 、Y3 、およびY4 はそれぞれ独立し
て水素原子またはフッ素原子であり、mおよびnはそれ
ぞれ独立して0〜14の整数であり、pおよびqはそれ
ぞれ独立して0または1であり、rは0〜9の整数であ
る。但し、m=0の場合にはp=0であり、r=0の場
合にはZは水素原子であり、r≠0の場合にはZはフッ
素原子である)で表される重合性化合物(以下、重合性
化合物(4)と記す)を、任意の適切な重合方法を用い
て重合させることにより得ることができる。
【0084】重合性化合物(4)は、当該分野における
任意の適切な方法により合成することができる。重合性
化合物(4)の合成の具体的手順は、例えば、特開平7
−330826号公報(特願平6−132288号)、
特開平9−20720号公報(特願平7−175264
号)等に記載されている。
【0085】重合性化合物(4)の重合方法としては、
例えば、上記重合性化合物を適切な溶媒に適切な濃度で
溶解し、重合開始剤を添加し、次いで、加熱または光照
射により重合する方法;重合性化合物(4)を適切な溶
媒中に適切な濃度で溶解した溶液中で、適切な反応開始
剤を用いて重合を進行させるアニオン重合法;上記重合
性化合物を適切な溶媒中に適切な濃度で溶解した溶液中
で、適切な反応開始剤および適切な触媒を用いて重合を
進行させるグループトランスファー重合法等が挙げられ
る。
【0086】加熱による重合を開始させるための重合開
始剤としては、例えば、2,2’−アゾビス(イソブチ
ロニトリル)、アゾビスイソ酪酸メチル等のアゾ化合物
類;過酸化ベンゾイル、過酸化ジ−t−ブチル等の過酸
化物類等が挙げられる。
【0087】光照射による重合を開始させるための重合
開始剤としては、例えば、2−ヒドロキシ−2−メチル
−1−フェニルプロパン−1−オン、1−(4−イソプ
ロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパ
ン−1−オン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)
フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1
−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケト
ン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−
1−オン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェ
ニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン等のアセ
トフェノン類が挙げられる。重合開始剤の添加量は、重
合性化合物(4)の総量の10重量%以下が好ましく、
5重量%以下が特に好ましい。
【0088】アニオン重合法に用いる反応開始剤として
は、例えば、ナトリウム−ナフタレン錯体等のアルカリ
金属と芳香族炭化水素化合物とのアニオンラジカル錯体
類、n−ブチルリチウム等の有機アルカリ金属化合物
類、臭化ブチルマグネシウム等のグリニャール試薬類等
が挙げられる。
【0089】グループトランスファー重合法に用いる反
応開始剤としては、例えば、1−メトキシ−1−トリメ
チルシロキシ−2−メチル−1−プロペン等のシリルケ
テンアセタール類が挙げられる。グループトランスファ
ー重合法に用いる触媒としては、例えば、フッ化水素ト
リス(ジメチルアミノ)スルホニウム、テトラブチルア
ンモニウムビベンゾエート等の求核剤、臭化亜鉛、イソ
ブチルアルミニウムクロライド等のルイス酸等が挙げら
れる。上記各方法に用いる溶媒としては、例えば、トル
エン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
【0090】重合体(2)において、mは、0〜14の
整数であればよいが、0〜12の整数であることが好ま
しい。また、pが1の場合には、mは1以上であること
が好ましい。
【0091】重合体(2)は、次式(5)
【0092】
【化11】
【0093】(ここで、Xは水素原子またはメチル基で
あり、Y1 およびY2 はそれぞれ独立して水素原子また
はフッ素原子であり、mおよびnはそれぞれ独立して0
〜14の整数であり、pおよびqはそれぞれ独立して0
または1であり、rは0〜9の整数である。但し、m=
0の場合にはp=0であり、r=0の場合にはZは水素
原子であり、r≠0の場合にはZはフッ素原子である)
で表される重合性化合物(以下、重合性化合物(5)と
記す)の単独重合、または、重合性化合物(5)と他の
重合性単量体との共重合により得られる。
【0094】q=n=r=0である重合性化合物(5)
は、例えば、特開平9−227453号公報に記載され
ている(合成経路1)や(合成経路2)により合成する
ことができる。
【0095】また、q、n、およびrのうちの少なくと
も1つが0でない重合性化合物(5)は、式(8)で表
される中間体(以下、中間体(8)と記す)から、図1
3ないし図18に示す経路にて得ることができる。な
お、中間体(8)の製造方法については、後述する。
【0096】p≠0である重合性化合物(5)は、中間
体(8)から、図13および図14に示す経路にて得る
ことができる。まず、図13に示すように、式(7)で
表される市販の1,4−シクロヘキサンジオン・モノエ
チレンケタールに、中間体(8)から調製された式
(9)で表されるグリニャール試薬またはリチウム塩を
作用させ、式(10)で表されるアルコールを得る。次
に、式(10)で表されるアルコールに対し、p−トル
エンスルホン酸による脱水反応を行い、式(11)で表
される化合物を得る。さらに、式(11)で表される化
合物に対し、パラジウム触媒下で水素添加反応を行い、
式(12)で表される化合物を得る。その後、式(1
2)で表される化合物を酸性条件下で加水分解すること
により、式(13)で表されるケトンを得る。次に、式
(13)で表されるケトンを水素化ホウ素ナトリウムに
て還元し、再結晶またはカラムクロマトグラフィーによ
り生成物からトランス体を単離することにより、式(1
4)で表されるトランス体のアルコールを得る。
【0097】p≠0かつm≠0,1のトランス体の重合
性化合物(5)を製造する場合には、次に、図14に示
すように、1−ブロモアルカノールの水酸基をベンジル
基に変換して保護することにより得られた式(15)で
表される1−ブロモ−m−ベンジルオキシアルカンと、
式(14)で表されるトランス体のアルコールとのエー
テル化反応により、式(16)で表されるトランス体の
ベンジルエーテルを得る。続いて、式(16)で表され
るトランス体のベンジルエーテルのベンジル基を外して
水酸基を生成させることにより、式(17)で表される
トランス体のアルコールを得る。その後、式(17)で
表されるトランス体のアルコールに対して、式(18)
で表されるアクリル酸クロライドまたはメタクリル酸ク
ロライドを作用させる。これにより、p≠0かつm≠
0,1のトランス体の重合性化合物(5)が得られる。
【0098】一方、式(19)で表されるp≠0かつm
=0のトランス体の重合性化合物(5)は、図14に示
すように、式(14)で表されるトランス体のアルコー
ルに対して、式(18)で表されるアクリル酸クロライ
ドまたはメタクリル酸クロライドを直接作用させること
により得られる。
【0099】p=0の重合性化合物(5)は、前記の式
(13)で表されるケトンから、図15ないし図18に
示す経路にて得ることができる。p=0の重合性化合物
(5)を製造するに際しては、まず、図15に示すよう
に、式(13)で表されるケトンに(メトキジメチル)
トリフェニルフォスフォニウムクロライドを作用させ、
式(20)で表される化合物を得る。式(20)で表さ
れる化合物を酸性条件下で加水分解し、アルカリ条件下
で異性化反応を行った後、再結晶またはカラムクロマト
グラフィーを用いてトランス体を単離することにより、
式(21)で表されるトランス体のアルデヒドを得る。
次に、式(21)で表されるトランス体のアルデヒドを
水素化ホウ素ナトリウムにて還元することにより、式
(22)で表されるトランス体のアルコールを得る。
【0100】p=0かつm=0のトランス体の重合性化
合物(5)は、式(22)で表されるトランス体のアル
コールに対して式(18)で表されるアクリル酸クロラ
イドまたはメタクリル酸クロライドを作用させることに
より得られる。
【0101】一方、p=0かつm=2のトランス体の重
合性化合物(5)を製造する場合には、図16に示すよ
うに、式(22)で表されるトランス体のアルコールに
対して、四臭化炭素や三臭化リン等のブロモ化剤を作用
させて式(23)で表されるトランス体の化合物を得
る。次に、式(23)で表されるトランス体の化合物を
シアン化ナトリウムでシアノ化することにより式(2
4)で表されるトランス体のニトリルを得る。その後、
式(24)で表されるトランス体のニトリルをアルカリ
条件下で加水分解し、メタノール中、酸触媒下でエステ
ル化反応を行うことにより、式(25)で表されるトラ
ンス体のカルボン酸を得る。次に、式(25)で表され
るトランス体のカルボン酸を水素化ホウ素リチウムで還
元して、式(26)で表されるトランス体のアルコール
を得る。その後、式(26)で表されるトランス体のア
ルコールに対して式(18)で表されるアクリル酸クロ
ライドまたはメタクリル酸クロライドを作用させる。こ
れにより、p=0かつm=2のトランス体の重合性化合
物(5)が得られる。
【0102】さらに、p=0かつm≧3のトランス体の
重合性化合物(5)を製造する場合には、図17に示す
ように、まず、前記の式(21)で表されるトランス体
のアルデヒドと、式(27)で表されるトランス体の化
合物をヨウ素化することにより得られた式(28)で表
されるトランス体の化合物とのWittig反応によ
り、式(29)で表されるトランス体の化合物を得る。
次に、図18に示すように、式(29)で表されるトラ
ンス体の化合物の水素添加反応により、式(30)で表
されるトランス体の化合物を得る。その後、式(30)
で表されるトランス体の化合物に対して式(18)で表
されるアクリル酸クロライドまたはメタクリル酸クロラ
イドを作用させる。これにより、p=0かつm≧3のト
ランス体の重合性化合物(5)が得られる。
【0103】また、式(30)で表されるトランス体の
化合物は、次の方法でも得られる。すなわち、まず、図
17に示すように、前記の式(21)で表されるトラン
ス体のアルデヒドと、式(31)で表される化合物また
は式(32)で表される化合物とのWittig反応に
より、式(33)で表されるトランス体の化合物を得
る。次いで、式(33)で表されるトランス体の化合物
の水素添加反応により、式(34)で表されるトランス
体の化合物を得る。その後、図18に示すように、式
(34)で表されるトランス体の化合物を水素化ホウ素
リチウムで還元することにより、式(30)で表される
トランス体の化合物が得られる。
【0104】中間体(8)は、図19および図20に示
す経路により合成できる。q=1の中間体(8)は、図
19に示すように、市販の式(35)で表される化合物
より誘導できる。
【0105】q=1かつn≠0の中間体(8)である中
間体(8a)は、式(36)で表される化合物、式(3
7)で表される化合物および、式(38)で表される化
合物のいずれかと、式(35)で表される化合物とのエ
ーテル化反応により得られる。
【0106】q=1、n=0、r=1の中間体(8)で
ある中間体(8b)は、式(35)で表される化合物を
市販の2’−(トリフルオロメトキシ)ビフェニル−2
−ジアゾニウムヘキサフルオロアンチモネートによりト
リフルオロメチル化することにより得られる。
【0107】q=1、n=0、r≠1の中間体(8)で
ある中間体(8c)は、式(35)で表される化合物を
式(39)で表される化合物によりエステル化して式
(34)で表されるエステルを得た後、式(40)で表
されるエステルを、Wi11iam A.Sheppa
rd、J.Org.Chem.、29(1)1(196
4)に記載の方法に従ってフッ素化することにより得ら
れる。
【0108】q=0の中間体(8)は、図20に示すよ
うに、市販の式(41)で表される化合物より得ること
ができる。
【0109】q=0かつn≠0の中間体(8)である中
間体(8d)は、式(41)で表される化合物と式(4
2)で表される化合物とのカップリング反応により式
(43)で表される化合物を得た後、式(43)で表さ
れる化合物を還元することにより得られる。
【0110】q=0かつn=0の中間体(8)である中
間体(8e)は、式(41)で表される化合物と式(4
4)で表される化合物とをヨウ化銅触媒下でカップリン
グ反応させることにより得られる。
【0111】重合性化合物(5)と共重合される他の重
合性単量体としては、アルキル基またはベンゼン環を有
するアクリル酸、アクリル酸エステルおよびメタクリル
酸エステルを含む単官能性単量体、2官能性以上の多官
能性単量体、例えば、ビスフェノールAジアクリレー
ト、ビスフェノールAジメタクリレート、1,4−ブタ
ンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオール
ジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレ
ート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、R
−684(商品名;日本化薬株式会社製)等が挙げられ
る。なお、単官能性単量体とは、重合可能な不飽和結合
を1つのみ有する単量体であり、多官能性単量体とは、
重合可能な不飽和結合を2つ以上有する単量体である。
【0112】重合性化合物(5)と他の重合性単量体と
を共重合する場合には、全単量体重量に対する重合性化
合物(5)の使用量は、3〜60重量%の範囲内である
ことが好ましく、3〜40重量%の範囲内であることが
より好ましい。
【0113】なお、重合性化合物(5)の重合方法は、
重合性化合物(4)と同様である。
【0114】重合体(3)は、次式(6)
【0115】
【化12】
【0116】(ここで、Xは水素原子またはメチル基で
あり、Y1 、Y2 、Y3 、およびY4 はそれぞれ独立し
て水素原子またはフッ素原子であり、m、n1、n2、
n3、およびsはそれぞれ独立して0〜14の整数であ
り、pおよびqはそれぞれ独立して0または1であり、
r1、r2、およびr3はそれぞれ独立して0〜9の整
数である。但し、m≠0の場合にはpは0または1であ
り、m=0の場合にはpは0であり、ra(aは1〜3
の整数)=0の場合にはZaは水素原子であり、ra≠
0の場合にはZaはフッ素原子である。また、[n1,
r1,Z1]、[n2,r2,Z2]、および[n3,
r3,Z3]の3種類の組合せは互いに異なる)で表さ
れる重合性化合物(以下、重合性化合物(6)と記す)
を含有する重合性樹脂材料を重合させることにより得ら
れる。例えば、重合性化合物(6)と光重合開始剤とを
含有する重合性樹脂材料を、当業者に公知の方法で光重
合反応させることにより、重合体(3)が得られる。
【0117】p=1、q=1、s=0、r1=r2=r
3=0、n2=1、n3=0である重合性化合物(6)
は、例えば、特開平10−59999号公報に記載の方
法により合成することができる。
【0118】また、その他の重合性化合物(6)は、公
知の合成手法により合成できる。例えば、q=1の重合
性化合物(6)は、図21ないし図30に示す経路で合
成できる。
【0119】q=1かつp=1の重合性化合物(6)を
製造する場合には、まず、図21に示すように、式(4
5)で表される中間体(以下、中間体(45)と記す)
と、光学活性アルコールから誘導される式(46)で表
される中間体(以下、中間体(46)と記す)とのアル
カリ条件下でのエーテル化反応により、式(47)で表
される化合物を得る。なお、図21におけるTsは、p
−トルエンスルホニル基を表す。
【0120】次に、図22に示すように、1−ブロモア
ルカノールをアクリル酸クロライドまたはメタクリル酸
クロライドでエステル化することにより得られた式(4
8)で表される化合物と、式(47)で表される化合物
とのエーテル化反応を行う。これにより、q=1かつp
=1の重合性化合物(6)が得られる。
【0121】q=1かつp=0の重合性化合物(6)を
製造する場合には、まず、図23に示すように、式(4
9)で表される中間体(以下、中間体(49)と記す)
と、式(46)で表される化合物とのエーテル化反応に
より、式(50)で表される化合物を得る。
【0122】次に、図24に示すように、式(50)で
表される化合物に、式(18)で表されるアクリル酸ク
ロライドまたはメタクリル酸クロライドを作用させる。
これにより、q=1かつp=0の重合性化合物(6)が
得られる。
【0123】中間体(45)および中間体(49)は、
市販の化合物から、公知の合成手法を用いて合成するこ
とができる。例えば、Y1 =Y4 =F、Y2 =Y3 =H
の中間体(45)および中間体(49)は、図25およ
び図26に示す経路で合成できる。
【0124】まず、図25に示すように、市販の式(5
1)で表される化合物にベンジルブロマイドを作用させ
て式(52)で表される化合物を得る。次に、式(5
2)で表される化合物のグリニャール試薬またはリチウ
ム塩を調製し、そのグリニャール試薬またはリチウム塩
にホウ酸トリメチルを作用させた後、酸性条件下で加水
分解する。これにより、式(53)で表される化合物が
得られる。さらに、式(53)で表される化合物と式
(54)で表される化合物とをパラジウム触媒下でカッ
プリング反応させる。これにより、式(55)で表され
る化合物が得られる。
【0125】次に、図26に示すように、式(55)で
表される化合物のリチウム塩を調製し、そのリチウム塩
に炭酸ガスを作用させて式(56)で表される化合物を
得る。その後、式(56)で表される化合物に対しパラ
ジウム触媒下で水素ガスを作用させることによって、式
(56)で表される化合物のベンジル基を脱離させる。
これにより、Y1 =Y4 =F、Y2 =Y3 =Hの中間体
(45)が得られる。
【0126】また、図26に示すように、1−ブロモア
ルカノールをベンジル化して式(57)で表される化合
物を得た後、式(57)で表される化合物のグリニャー
ル試薬を調製し、そのグリニャール試薬を式(55)で
表される化合物に作用させることにより、式(58)で
表される化合物を得る。その後、式(58)で表される
化合物に対しパラジウム触媒下で水素ガスを作用させる
ことによって、式(58)で表される化合物のベンジル
基を脱離させる。これにより、Y1 =Y4 =F、Y2
3 =Hの中間体(49)が得られる。
【0127】光学活性化合物である中間体(46)は、
例えば、s=0の場合には、図27ないし図30に示す
経路により合成できる。
【0128】まず、図27に示すように、式(59)で
表される化合物から調製された式(60)で表されるグ
リニャール試薬と、式(61)で表される化合物とのカ
ップリング反応により、式(62)で表される化合物を
得る。
【0129】次に、図28に示すように、式(62)で
表される化合物に対し、公知の方法による不斉還元を行
えば、式(63)で表される化合物が得られる。さら
に、式(63)で表される化合物にp−トルエンスルホ
ン酸クロライドまたは無水トリフルオロメタンスルホン
酸を作用させれば、s=0、n3=r3=0、Z3 =H
の中間体(46)が得られる。なお、式(63)で表さ
れる化合物は、有機合成化学、第50巻、第1号、p1
4〜23(1992)に紹介されている光学分割手法に
よっても得ることができる。
【0130】また、図29に示すように、式(62)で
表される化合物に対して式(64)で表されるグリニャ
ール試薬を作用させれば、式(65)で表される化合物
が得られる。
【0131】次に、図30に示すように、式(65)で
表される化合物に対し光学活性なカルボン酸クロライド
を作用させて、2つのジアステレオマーからなるエステ
ルを得た後、再結晶やカラムクロマトグラフィー等の一
般的な光学分割手法により一方のジアステレオマーを単
離して加水分解すれば、式(66)で表される化合物が
得られる。そして、式(66)で表される化合物に、p
−トルエンスルホン酸クロライドまたは無水トリフルオ
ロメタンスルホン酸を作用させれば、s=0であって、
n3およびr3の少なくとも一方が0でない中間体(4
6)が得られる。
【0132】重合性樹脂材料において、重合性化合物
(6)は、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせ
て用いてもよい。さらに、重合性化合物(6)は、1分
子中に1つの重合部位を有する単官能性アクリレート、
メタクリレート、エポキシ系材料等の他の重合性化合物
と組み合わされ得る。この場合、組み合わされる他の重
合性化合物は、光学活性を有していなくてもよい。
【0133】重合性樹脂材料における重合性化合物
(6)の含有量は、特に限定されないが、50〜99.
9重量%の範囲内であることが好ましい。重合性化合物
(6)の含有量が99.9重量%を上回ると、重合性樹
脂材料が光重合開始剤を0.1重量%以上含有すること
ができなくなるので、好ましくない。重合性化合物
(6)の含有量が50重量%未満であると、強誘電性液
晶素子の液晶層9において局所的な閾値特性の変化が見
られなくなる場合がある。
【0134】光重合開始剤としては、例えば、Irgacure
651およびIrgacure 184(いずれも商品名;チバガイギ
ー社製)、Darocure 1137(商品名;メルク社製)等が挙
げられる。重合性樹脂材料の総重量に対する光重合開始
剤の含有量は、0.1〜3重量%の範囲内であることが
好ましい。光重合開始剤の含有量が0.1重量%を下回
ると、重合性樹脂材料が充分な光重合反応を起こさなく
なる場合がある。光重合開始剤の含有量が3重量%を上
回ると、得られた重合体(3)中に、光重合反応によっ
て分解した光重合開始剤の分解物が不純物として残留す
る場合がある。
【0135】
【実施例】次に、上記強誘電性液晶素子の実施の一例と
しての実施例1〜12と、比較例1〜3とについて以下
に説明する。実施例1〜12および比較例1〜3の製造
工程は、次の通りである。
【0136】
【表1】
【0137】まず、強誘電性液晶Aに対し、表1に示す
種類、重量平均分子量、重合度n、および透明点を有す
る添加物を表1に記載の量となるように混合し、液晶性
混合物を作製した。次いで、図1に示す電極基板13と
電極基板14との間隙に、表1に記載の注入法で上記液
晶性混合物を注入し、上記液晶性混合物を室温まで徐冷
して電極基板13と電極基板14との間に封止した。こ
れにより、電極基板13と電極基板14との間に上記液
晶性混合物からなる液晶層9が形成された。
【0138】なお、表1における注入法AおよびBは、
それぞれ、以下のような方法である。 注入法A:窒素雰囲気下において電極基板13・14と
液晶性混合物とを互いに非接触の状態で110℃に保持
し、その後、液晶性混合物を注入口(図示しないが、電
極基板13と電極基板14との間隙を囲む側壁に開口さ
れている)から電極基板13と電極基板14との間隙に
注入し、液晶性混合物を電極基板13と電極基板14と
の間隙に充填させる。
【0139】注入法B:窒素雰囲気下において室温で電
極基板13と電極基板14との間隙に注入口から液晶性
混合物を注入した後、電極基板13と電極基板14との
間隙内の温度を110℃に上昇させて保持し、電極基板
13と電極基板14との間隙に液晶性混合物を充填させ
る。
【0140】また、上記強誘電性液晶Aは、τ−Vmin
特性(25℃で、τmin =9μsec、Vmin =32
V)を示す強誘電性液晶であり、上記強誘電性液晶素子
において、C2U配向を示した。強誘電性液晶Aの相系
列および相転移温度は、下記のとおりである。 相系列:アイソトロピック(Iso)−キラルネマティ
ック(N* )−スメクティックA(SmA)−キラルス
メクティック(SmC* ) Iso−N* 相転移温度(透明点) 98℃ N* −SmA相転移温度 91℃ SmA−SmC* 相転移温度 69℃ なお、本発明のスメクティック液晶素子に使用する液晶
は、必ずしもC2U配向およびτ−Vmin 特性を示す強
誘電性液晶である必要はない。
【0141】表1において、重合体(A)は、次式
(A)で表される重合体である。
【0142】
【化13】
【0143】重合体(A)は、以下のようにして得た。
50mlの2口フラスコ内をアルゴンで置換した後、該
フラスコ内に、アルゴン雰囲気下で、4’−[12−
(プロペノイルオキシ)ドデシルオキシ]−2,3−ジ
フルオロビフェニル1.0g(2.25mmol)、
2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)3.70m
g(0.0225mmol)、および無水テトラヒドロ
フラン2.5mlを仕込み、反応液を得た。反応液を6
0℃で7時間攪拌した後、減圧下で濃縮した。得られた
残渣を、良溶媒としてテトラヒドロフランを用い貧溶媒
としてメタノールを用いた再沈澱を4回繰り返すことに
より精製し、目的とする重合体(A)0.4gを得た。
【0144】この重合体(A)の透明点およびガラス転
移点を、示差走査熱量測定(DSC)を用いて測定した
ところ、透明点が56.5℃、ガラス転移点が15.9
℃であった。また、重合体(A)は、ゲルパーミエーシ
ョンクロマトグラフィー(GPC)による分子量測定に
よれば、数平均分子量(Mn)が9336、重量平均分
子量(Mw)が13683、分散度D(=Mw/Mn)
が1.47、平均重合度(Pn)、すなわち式(A)に
おけるnの平均値が21.0であった。
【0145】重合体(B)は、次式(B)で表される重
合体である。
【0146】
【化14】
【0147】重合体(B)は、以下のようにして得た。
4’−[6−(プロペノイルオキシ)ヘキシルオキシ]
−2,3−ジフルオロビフェニル99.5重量部と光重
合開始剤 Irgacure 651(商品名;チバガイギー社製)
0.5重量部との混合物に対し、窒素雰囲気下、70℃
の温度で、3.0mW/cm2 の強度の紫外線を2分間
照射して、目的とする重合体(B)を得た。
【0148】ここで得られた生成物には、未重合の4’
−[6−(プロペノイルオキシ)ヘキシルオキシ]−
2,3−ジフルオロビフェニルも残留していたが、生成
物における重合した部分(重合体(B))は、重合度が
約30〜9300、分散度が3.3であった。
【0149】重合体(C)は、次式(C)で表される重
合体である。
【0150】
【化15】
【0151】重合体(C)は、以下のようにして得た。
すなわち、4’−[6−(プロペノイルオキシ)オクチ
ルオキシ]−4−パーフルオロブチルビフェニル99.
5重量部と光重合開始剤 Irgacure 651(商品名;チバガ
イギー社製) 0.5重量部との混合物に対し、窒素雰囲
気下、70℃の温度で3.0mW/cm2 の強度の紫外
線を2分間照射して、重合体(C)を得た。
【0152】重合体(D)は、次式(D)で表される重
合体である。
【0153】
【化16】
【0154】重合体(D)は、以下のようにして得た。
50mlの2口フラスコ内をアルゴンで置換した後、5
0mlの2口フラスコ内に、アルゴン雰囲気下で、4’
−[12−(2−メチルプロペノイルオキシ)ドデシル
オキシ]−2,3−ジフルオロビフェニル1.0g
(2.25mmol)、および無水テトラヒドロフラン
2.0mlを仕込んで混合した。得られた混合物に、
0.01M濃度の酢酸テトラブチルアンモニウムのテト
ラヒドロフラン溶液0.5ml(0.005mmol)
および0.5M濃度の1−メトキシ−2−メチル−1−
プロペニルオキシトリメチルシランのテトラヒドロフラ
ン溶液1ml(0.5mmol)を順次滴下し、室温で
100時間攪拌した。攪拌終了後、反応液にテトラヒド
ロフラン6.5mlを加えて希釈した。希釈した反応液
にメタノール30mlを加え、一昼夜静置した後、上澄
み液を除去した。得られた沈澱をさらにメタノール5m
lで2度洗浄し、目的とする重合体(D)0.82gを
得た。
【0155】この重合体(D)の透明点をDSCを用い
て測定したところ、26.8℃であった。偏光顕微鏡に
よる観察では、重合体(D)は、室温でネマティック相
の液晶相を有することが確認された。さらに、重合体
(D)は、GPCによる分子量測定によれば、数平均分
子量(Mn)が4095、重量平均分子量(Mw)が4
766、分散度Dが1.16、平均重合度(Pn)が
8.9であった。
【0156】重合体(E)は、次式(E)で表される重
合体である。
【0157】
【化17】
【0158】まず、特開平10−59999号公報の実
施例1に記載の方法により、1−[トランス−4−(1
3−プロペニルオキシ)トリデシルシクロヘキシル]−
2,3−ジフルオロベンゼンを得た。
【0159】次いで、1−[トランス−4−(13−プ
ロペニルオキシ)トリデシルシクロヘキシル]−2,3
−ジフルオロベンゼン99.5重量部と光重合開始剤 I
rgacure 651(商品名;チバガイギー社製) 0.5重量部
との混合物に対し、窒素雰囲気下、70℃の温度で3.
0mW/cm2 の強度の紫外線を2分間照射することに
より、重合体(E)を得た。
【0160】重合体(F)は、次式(F)で表される
(R)−または(S)−の重合体である。
【0161】
【化18】
【0162】(R)体の重合体(F)は、以下のように
して得た。まず、特開平10−59999号公報の実施
例1に記載の方法により、8−アクリロイルオキシオク
チル(R)−4−(1’−メチルヘプチルオキシ)ビフ
ェニル−4’−カルボキシレートを得た。
【0163】次いで、8−アクリロイルオキシオクチル
(R)−4−(1’−メチルヘプチルオキシ)ビフェニ
ル−4’−カルボキシレート99.5重量部と光重合開
始剤Irgacure 651(商品名;チバガイギー社製) 0.5
重量部との混合物に対し、窒素雰囲気下、70℃の温度
で3.0mW/cm2 の強度の紫外線を2分間照射する
ことにより、(R)体の重合体(F)を得た。
【0164】また、(S)体の重合体(F)は、以下の
ようにして得た。まず、特開平10−59999号公報
の実施例2に記載の方法により、8−アクリロイルオキ
シオクチル(S)−4−(1’−メチルヘプチルオキ
シ)ビフェニル−4’−カルボキシレートを得た。
【0165】次いで、8−アクリロイルオキシオクチル
(S)−4−(1’−メチルヘプチルオキシ)ビフェニ
ル−4’−カルボキシレート99.5重量部と光重合開
始剤Irgacure 651(商品名;チバガイギー社製) 0.5
重量部との混合物に対し、窒素雰囲気下、70℃の温度
で3.0mW/cm2 の強度の紫外線を2分間照射する
ことにより、(S)体の重合体(F)を得た。
【0166】化合物(G)は、次式(G)で表される化
合物である。
【0167】
【化19】
【0168】化合物(H)は、次式(H)で表される化
合物である。
【0169】
【化20】
【0170】化合物(I)は、次式(I)で表される化
合物である。
【0171】
【化21】
【0172】重合体(J)は、次式(J)で表される重
合体であり、重量平均分子量が998、重合度nが3で
ある。
【0173】
【化22】
【0174】重合体(J)、すなわち式
【0175】
【化23】
【0176】で表される1,2,3−プロパントリイル
6−(2,3,−ジフルオロビフェニル−4−イルオキ
シ)ヘキサノエートは、次のa)〜d)の工程により合
成できる。
【0177】a)式
【0178】
【化24】
【0179】で表される6−(4−ブロモフェニルオキ
シ)ヘキサン酸エチルの合成 まず、フラスコに6−ブロモヘキサン酸エチル11.1
6g(50mmol)、4−ブロモフェノール8.65
g(50mmol)、炭酸カリウム13.8g(100
mmol)、およびアセトン100mlを仕込み、12
時間加熱還流した。
【0180】反応終了後、反応液を濾過し、濾液にジエ
チルエーテルおよび水を加えて抽出を行った。抽出によ
り得られた有機層を炭酸水素ナトリウム水溶液および飽
和食塩水によって洗浄し、次いで、無水硫酸ナトリウム
によって乾燥させた後、溶媒を減圧下で留去した。
【0181】得られた蒸発残留物を留出温度(沸点)1
51〜168℃/0.3mmHgで減圧蒸留し、目的物
である油状の6−(4−ブロモフェニルオキシ)ヘキサ
ン酸エチル14.27gを収率90.5%で得た。
【0182】b)式
【0183】
【化25】
【0184】で表される6−[4−(2,3−ジフルオ
ロフェニル)フェノキシ]ヘキサン酸エチルの合成 アルゴン置換したフラスコに、テトラキストリフェニル
フォスフィンパラジウム(0)0.87g(0.75m
mol)、ベンゼン40mlに6−(4−ブロモフェニ
ルオキシ)ヘキサン酸エチル9.46g(30mmo
l)を溶解して得られた溶液、エタノール40mlに
2,3−ジフルオロフェニルボロン酸5.68g(36
mmol)を溶解して得られた溶液、および2M炭酸ナ
トリウム水溶液30ml(60mmol)を仕込み、7
時間加熱還流した。
【0185】反応終了後、反応液をベンゼンで抽出し、
抽出により得られた有機層を飽和食塩水で洗浄した。次
いで、洗浄した有機層を無水硫酸ナトリウムによって乾
燥させた後、溶媒を減圧下で留去した。
【0186】得られた蒸発残留物を、展開溶媒として酢
酸エチルとヘキサンとの混合溶液(酢酸エチル/ヘキサ
ン=1/5)を用い、カラム充填剤としてメルク社製の
“Kieselgel 60”(商品名)を用いるカラ
ムクロマトグラフィーによって精製した。次いで、精製
した蒸発残留物を、留出温度(沸点)175℃/0.1
mmHgで減圧蒸留し、目的物である油状の6−[4−
(2,3−ジフルオロフェニル)フェノキシ]ヘキサン
酸エチル7.45gを粗収率71.3%で得た。
【0187】c)式
【0188】
【化26】
【0189】で表される6−[4−(2,3−ジフルオ
ロフェニル)フェノキシ]ヘキサン酸の合成 フラスコに、6−[4−(2,3−ジフルオロフェニ
ル)フェノキシ]ヘキサン酸エチル8.0g(23.0
mmol)、水酸化カリウム1.35g(24.1mm
ol)、水10ml、およびテトラヒドロフラン10m
lを仕込み、60℃で加熱しながら30分間攪拌した。
【0190】反応終了後、反応液に塩酸を加え、酸性と
した後、反応液にジエチルエーテルおよび及び水を加
え、抽出を行った。抽出により得られた有機層を飽和食
塩水で洗浄し、次いで、無水硫酸ナトリウムによって乾
燥させた後、溶媒を減圧下で留去した。
【0191】得られた蒸発残留物を、酢酸エチルにより
−40℃で再結晶することによって精製し、目的物であ
る6−[4−(2,3−ジフルオロフェニル)フェノキ
シ]ヘキサン酸の白色結晶5.00gを収率67.9%
で得た。
【0192】d)1,2,3−プロパントリイル6−
(2,3−ジフルオロビフェニル−4−イルオキシ)ヘ
キサノエートの合成 50mlの3口ナスフラスコに、6−[4−(2,3−
ジフルオロフェニル)フェノキシ]ヘキサン酸1.0g
(3.12mmol)、塩化チオニル2.0ml、およ
びベンゼン10mlを仕込み、3時間加熱還流を行っ
た。その後、過剰の塩化チオニルをベンゼンとの共沸に
より除去した。得られた蒸発残留物にベンゼン20ml
を加え、室温まで冷却した。
【0193】次に、3口ナスフラスコ内に、ベンゼン5
mlにグリセリン0.1g(1.09mmol)を溶解
させて得られた溶液とピリジン0.5g(6.32mm
ol)との混合物を室温で滴下し、そのままの温度(室
温)で2時間攪拌した。
【0194】反応終了後、沈澱を濾過により除去し、濾
液にトルエンを加えて抽出を行った。抽出により得られ
た有機層を飽和食塩水で3回洗浄し、次いで、無水硫酸
ナトリウムによって乾燥させた後、溶媒を減圧下で留去
した。
【0195】得られた蒸発残留物を、展開溶媒としてト
ルエン(100%)を用い、カラム充填剤としてメルク
社製の“Kieselgel 60”(商品名)を用い
るカラムクロマトグラフィーを2回行うことにより精製
した。これにより、目的物である油状の1,2,3−プ
ロパントリイル6−(2,3−ジフルオロビフェニル−
4−イルオキシ)ヘキサノエート0.4gが収率45%
で得られた。
【0196】実施例1〜12および比較例1〜3により
得られた結果を表2に示す。
【0197】
【表2】
【0198】実施例3、4、7〜11の結果から、少な
くとも電極を有する一対の基板間に、スメクティック液
晶(ここでは、スメクティック相の強誘電性液晶)と、
該スメクティック液晶の透明点よりも透明点の低い重合
体とを挟持してなるスメクティック液晶素子において、
画素に対して十分に細かいサイズにドメインを制御する
ことが可能となり、理想的な中間調が得られることが分
かる。
【0199】この重合体は、液晶素子内で均一に分散し
ており、強誘電性液晶分子のスイッチングに必要な印加
電圧の波高値(または印加電圧のパルス幅)の閾値に適
度な場所によるばらつきを与える。これにより、1画素
(約0.3mm角)に対して十分小さいドメインが形成
されるようにドメインサイズを制御することが可能とな
る。
【0200】なお、スメクティック液晶の透明点よりも
透明点の高い重合体Aおよび重合体Bを用いた場合、ス
メクティック液晶との相溶性が悪くなり、重合体Aおよ
び重合体Bがスメクティック液晶中に不均一に相分離し
てしまった。重合体Aおよび重合体Bの相系列および相
転移温度は、以下の通りである。 重合体Aおよび重合体Bの相系列:スメクティック(S
m)−ネマティック(N)−アイソトロピック(Is
o) 重合体AのSm(Cry)−N相転移温度 102℃ 重合体AのN−Iso相転移温度(透明点) 144℃ 重合体BのSm(Cry)−N相転移温度 108℃ 重合体BのN−Iso相転移温度(透明点) 130℃
【0201】このような強誘電性液晶中における閾値分
布は、相転移点近傍における相分離現象の観察によって
確認することができる。偏光顕微鏡下で観察すると、I
so−N* 相転移温度(TIN* )近傍、および、SmC
* −SmA相転移温度(TAC* )近傍で、相分離現象が
確認できる(図2および図3参照)。
【0202】これらの相分離現象は、重合体の透明点が
低いことに起因している。まず、重合体は、強誘電性液
晶および重合体の両者ともにIso相を示す高温時で
は、強誘電性液晶に完全に溶解しているが、TIN* 近傍
では、図2(a)に示すように、重合体近傍領域がIs
o相としてN* 相から分離して散在し、その領域は温度
低下に伴い徐々に小さくなる。
【0203】さらに、重合体は、図2(b)に示すよう
に、周囲が完全にN* 相に転移した後も黒い点として残
ることが多い。SmA相低温域では、その黒点は確認さ
れなくなる。重合体の添加量が多い場合には、黒点が比
較的大きな固まりとして残り、SmA相において、その
黒点の固まりを起点に分子の一様配向が乱れる。
【0204】一方、TAC* 近傍では、図3(a)に示す
ように、SmA相とSmC* 相とが層方向に沿って縞状
に共存する。これは、降温過程において重合体が層方向
に配置するためであると考えられる。重合体近傍では、
より低温で図3(b)に示すSmC* 相へ転移する。
【0205】以上のように、重合体の高温域での液晶へ
の溶解性と、低温域での適度な分離性とによって、強誘
電相における理想的な閾値の場所依存性が生じる。
【0206】実際に、液晶素子の信号電圧の電圧値また
は位相の変調(パルス電圧であれば、パルス波高値また
はパルス幅の変調)に伴い、1つの画素内の強誘電性液
晶は、図4(a)〜(e)に示すように変化する。
【0207】すなわち、1つの画素内の強誘電性液晶
は、印加電圧の変調に伴い、まず、スイッチ領域のない
状態(図4(a))から縞状の細かいスイッチングドメ
インが形成された状態(図4(b))へと変化し、次い
で、スイッチングドメインの密度が増大した(図4
(c)(d))後に、全面がスイッチ領域となる(図4
(e))。
【0208】実施例3、4、7、および9の結果と、比
較例1〜3および実施例12の結果との比較から、重合
体の重量平均分子量は、少なくとも1000以上である
ことが好ましいことが分かる。
【0209】また、実施例1〜5の結果から、添加する
重合体の濃度は、強誘電性液晶100重量部に対し、
0.005〜5重量部の範囲内が好ましく、0.02〜
0.2重量部の範囲内が特に好ましいことが分かる。重
合体の添加濃度がこの範囲より低いと、重合体の添加効
果が観測されなかった。一方、重合体の添加濃度がこの
範囲より高いと、重合体の析出が強誘電性液晶の配向を
乱してしまうことが確認された。
【0210】実施例3、4、7、および9の結果から、
添加する重合体は、式(1)で表されることが好まし
い。また、実施例10の結果から、添加する重合体は、
式(2)で表されることが好ましい。
【0211】実施例11の結果から、添加する重合体
は、側鎖に電気双極子モーメントを有し、かつ光学活性
原子を含んでいることが好ましく、特に、式(3)で表
されることが好ましい。
【0212】図5は、τ−Vmin モード用強誘電性液晶
材料に対して重合体(F)のR体およびS体をそれぞれ
添加した場合のτ−Vmin 特性曲線を示している。強誘
電性液晶の自発分極と同じ符号を持つ重合体(F)のR
体を強誘電性液晶に添加した場合は、強誘電性液晶素子
が高速化している。これに対し、強誘電性液晶の自発分
極と逆の符号を持つ重合体(F)のS体を強誘電性液晶
に添加した場合は、強誘電性液晶素子が低速化してい
る。また、重合体(F)のR体およびS体いずれの場合
も、光透過率−電圧波高値曲線は、図6に示すようにな
だらかに変化し、中間調表示には有利である。
【0213】実施例3、4、7〜11の結果から、用い
るスメクティック液晶は強誘電性液晶で、Iso−N*
−SmA−SmC* 相系列、プレチルト角10°以下の
C2配向であり、τ−Vmin 特性(液晶素子にモノパル
ス電圧を印加した場合に、すべての液晶分子が完全にス
イッチするために必要なパルス幅τとパルス波高値Vと
の関係を示すτ−V曲線がパルス波高値の極小値Vmin
を有する特性)を有することが好ましい。
【0214】実施例3、4、7〜11の結果から、添加
する重合体の透明点が強誘電性液晶のN−A相転移点よ
り低いことが好ましく、強誘電性液晶のA−C相転移点
より低いことがさらに好ましい。
【0215】実施例3、4、7〜11の強誘電性液晶素
子に対して、信号電圧の電圧値または位相を変調させる
ことによって中間調表示を行うことができる。例えば、
図7に示すτ−Vmin モード用強誘電性液晶の駆動電圧
波形において、信号電圧のVdの値を変調させるか、あ
るいは、選択期間内での+Vdの印加時間および−Vd
の印加時間を変調させれば、中間調を得ることができ
る。
【0216】実施例3・4の結果と実施例6の結果との
比較から、液晶性混合物を注入する時には、真空もしく
は窒素雰囲気下で、基板と液晶性混合物を非接触の状態
で液晶性混合物の透明点よりも高い温度に保持した後、
液晶性混合物を基板の注入口に接触させ間隙に充填させ
る方法(注入法A)を用いることが好ましい。
【0217】これは、実施例6で用いた注入法Bでは、
昇温時に、まず重合体が等方相になって基板間隙に注入
されるため、図8に示すように、基板面内での均一分散
性が損なわれて配向が乱れてしまうからである。
【0218】
【発明の効果】本発明の請求項1記載のスメクティック
液晶素子は、以上のように、電極を有する一対の基板間
に、スメクティック液晶と、該スメクティック液晶の透
明点よりも透明点の低い重合体とを挟持してなる構成で
ある。
【0219】上記構成によれば、スメクティック液晶内
で分散した重合体が、スメクティック液晶のスイッチン
グに必要な印加電圧のパルス波高値またはパルス幅の閾
値に適度な場所依存性(分布)をスメクティック液晶に
与え、1つの画素のサイズに対して十分に小さいサイズ
にスイッチングドメインを制御することが可能となる。
また、印加電圧のパルス波高値またはパルス幅に対する
光透過率の曲線がなだらかになり、セル厚の不均一性や
周辺温度の変化に伴うτ−V特性の変化を補償すること
ができる。さらに、重合体がスメクティック液晶の透明
点よりも低い透明点をもつため、重合体がスメクティッ
ク液晶中で析出して配向を著しく乱すことを回避でき
る。
【0220】これらにより、上記構成は、良好な中間調
表示が可能なスメクティック液晶素子、特に強誘電性液
晶素子を提供することができるという効果を奏する。
【0221】本発明の請求項2記載のスメクティック液
晶素子は、以上のように、上記重合体の重量平均分子量
が、1000以上である構成である。
【0222】それゆえ、上記構成は、重合体がスメクテ
ィック液晶に完全に溶解することを回避でき、スメクテ
ィック液晶のスイッチングに要する印加電圧のパルス波
高値またはパルス幅の閾値の場所によるばらつきを与え
ることができるという効果を奏する。
【0223】本発明の請求項3記載のスメクティック液
晶素子は、以上のように、上記重合体を、スメクティッ
ク液晶100重量部に対して0.005〜5重量部の割
合で含有する構成である。
【0224】それゆえ、上記構成は、重合体がスメクテ
ィック液晶中で顕著に析出してスメクティック液晶の配
向を乱すことを確実に回避しながら、スメクティック液
晶内での重合体の分散によりスメクティック液晶のスイ
ッチングに要する印加電圧のパルス波高値またはパルス
幅の閾値に場所依存性をもたらし、1つの画素のサイズ
に対して十分に小さいスイッチングドメインを形成でき
るという重合体の添加効果を十分に得ることができると
いう効果を奏する。
【0225】本発明の請求項4記載のスメクティック液
晶素子は、以上のように、上記重合体が、下式(1)
【0226】
【化27】
【0227】(ここで、Xは水素原子またはメチル基で
あり、Y1 、Y2 、Y3 、およびY4 はそれぞれ独立し
て水素原子またはフッ素原子であり、lは2〜1000
0の整数であり、mおよびnはそれぞれ独立して0〜1
4の整数であり、pおよびqはそれぞれ独立して0また
は1であり、rは0〜9の整数である。但し、m=0の
場合にはp=0であり、r=0の場合にはZは水素原子
であり、r≠0の場合にはZはフッ素原子である)で表
される構成である。
【0228】それゆえ、上記構成は、スメクティック液
晶において優れた中間調表示を実現できるという効果を
奏する。
【0229】本発明の請求項5記載のスメクティック液
晶素子は、以上のように、上記重合体が、下式(2)
【0230】
【化28】
【0231】(ここで、Xは水素原子またはメチル基で
あり、Y1 およびY2 はそれぞれ独立して水素原子また
はフッ素原子であり、lは2〜10000の整数であ
り、mおよびnはそれぞれ独立して0〜14の整数であ
り、pおよびqはそれぞれ独立して0または1であり、
rは0〜9の整数である。但し、m=0の場合にはp=
0であり、r=0の場合にはZは水素原子であり、r≠
0の場合にはZはフッ素原子である)で表される構成で
ある。
【0232】それゆえ、上記構成は、スメクティック液
晶において優れた中間調表示を実現できるという効果を
奏する。
【0233】本発明の請求項6記載のスメクティック液
晶素子は、以上のように、上記重合体が、側鎖に電気双
極子モーメントを有し、かつ、不斉原子を含んでいる構
成である。
【0234】それゆえ、上記構成は、スメクティック液
晶素子の電気光学応答を高速化しうるという効果を奏す
る。
【0235】本発明の請求項7記載のスメクティック液
晶素子は、以上のように、上記重合体が、下式(3)
【0236】
【化29】
【0237】(ここで、Xは水素原子またはメチル基で
あり、Y1 、Y2 、Y3 、およびY4 はそれぞれ独立し
て水素原子またはフッ素原子であり、lは2〜1000
0の整数であり、m、n1、n2、n3、およびsはそ
れぞれ独立して0〜14の整数であり、pおよびqはそ
れぞれ独立して0または1であり、r1、r2、および
r3はそれぞれ独立して0〜9の整数である。但し、m
≠0の場合にはpは0または1であり、m=0の場合に
はpは0であり、ra(aは1〜3の整数)=0の場合
にはZaは水素原子であり、ra≠0の場合にはZaは
フッ素原子である。また、[n1,r1,Z1]、[n
2,r2,Z2]、および[n3,r3,Z3]の3種
類の組合せは互いに異なる)で表される構成である。
【0238】それゆえ、上記構成は、場所依存性をもっ
た電界強度の閾値の上限と下限との差が広がり、スメク
ティック液晶において優れた中間調表示が実現できると
いう効果を奏する。
【0239】本発明の請求項8記載のスメクティック液
晶素子は、以上のように、上記スメクティック液晶が、
Iso−N* −SmA−SmC* 相系列の強誘電性液晶
であり、上記重合体の透明点が、上記強誘電性液晶のN
* −SmA相転移点より低い構成である。
【0240】それゆえ、上記構成は、重合体が強誘電性
液晶中で配向を乱すことなく、1つの画素のサイズに対
して十分小さいスイッチングドメインの制御が可能とな
るという効果を奏する。
【0241】本発明の請求項9記載のスメクティック液
晶素子は、以上のように、上記スメクティック液晶が、
Iso−N* −SmA−SmC* 相系列の強誘電性液晶
であり、上記重合体の透明点が、上記強誘電性液晶のS
mA−SmC* 相転移点より低い構成である。
【0242】それゆえ、上記構成は、重合体が強誘電性
液晶中で配向を乱すことなく、1つの画素のサイズに対
して十分小さいスイッチングドメインの制御が可能とな
るという効果を奏する。
【0243】本発明の請求項10記載のスメクティック
液晶素子の製造方法は、以上のように、電極を有する一
対の基板間に液晶層を備えたスメクティック液晶素子の
製造方法において、該液晶層が、スメクティック液晶
と、該スメクティック液晶の透明点よりも透明点の低い
重合体とを混合する工程と、該スメクティック液晶と重
合体との混合物を該基板間に注入する工程とを含む方法
である。
【0244】それゆえ、上記方法は、良好な中間調表示
が可能なスメクティック素子を製造することができると
いう効果を奏する。
【0245】本発明の請求項11記載のスメクティック
液晶素子の製造方法は、以上のように、上記混合物を注
入する工程において、上記混合物の透明点よりも高い温
度で混合物を注入する方法である。
【0246】それゆえ、上記方法は、基板間に液晶混合
物を完全に充填することができるという効果を奏する。
【0247】本発明の請求項12記載のスメクティック
液晶素子の製造方法は、以上のように、上記混合物を注
入する工程において、基板と上記混合物とを非接触の状
態で、両者の温度を該混合物の透明点よりも高い温度に
設定した後、該混合物を基板間に注入する方法である。
【0248】それゆえ、上記方法は、スメクティック液
晶中に重合体を基板全面にわたって均一に分散させるこ
とができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態としての強誘電性液晶素
子の概略構成を示す断面図である。
【図2】降温過程における液晶性混合物の相分離の様子
を示す模式図であり、(a)はIso→N* 相転移近傍
の様子、(b)はIso→N* 相転移後の様子を示す。
【図3】降温過程における液晶性混合物の相分離の様子
を示す模式図であり、(a)はSmA→SmC* 相転移
近傍の様子、(b)はSmA→SmC* 相転移直後を示
す。
【図4】実施例3、4、および7〜11の強誘電性液晶
素子において、信号電圧の変調に伴い、1つの画素内の
強誘電性液晶が変化する様子を示す模式図であり、
(a)はスイッチ領域がない様子、(b)〜(d)はス
イッチングドメインが形成された様子、(e)は全面が
スイッチ領域である様子を示す。
【図5】強誘電性液晶素子のパルス幅−電圧波高値曲線
を示すグラフである。
【図6】強誘電性液晶素子の低電圧領域における光透過
率−電圧波高値曲線を示すグラフである。
【図7】τ−Vmin 用強誘電性液晶の駆動電圧波形の一
例を示す模式図である。
【図8】実施例6の注入法を用いた場合の基板面内での
液晶の配向状態を示す平面図である。
【図9】(a)は強誘電性を示すSmC* 相の液晶分子
の配列を示す模式図、(b)はヘリカルピッチより薄い
セルにおいて液晶分子の螺旋が解けた場合で、紙面に対
して垂直かつ紙面裏面から表面へ向かう方向に電界が印
加されたときの分子配置を、各液晶分子の電気双極子モ
ーメントの向きと共に示す模式図である。
【図10】表面安定化型強誘電性液晶表示素子の動作原
理を示す模式図である。
【図11】強誘電性液晶のC1配向およびC2配向を示
す模式図である。
【図12】強誘電性液晶のパルス幅−電界強度曲線を示
すグラフである。
【図13】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(5)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図14】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(5)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図15】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(5)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図16】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(5)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図17】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(5)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図18】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(5)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図19】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(5)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図20】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(5)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図21】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(6)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図22】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(6)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図23】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(6)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図24】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(6)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図25】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(6)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図26】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(6)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図27】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(6)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図28】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(6)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図29】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(6)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【図30】本発明の強誘電性液晶素子の製造に用いられ
る重合性化合物(6)の製造工程例の一部を示す図であ
る。
【符号の説明】
1、2 透明基板 3 信号電極 4、6 絶縁膜 5 走査電極 7、8 配向膜 9 液晶層 11、12 偏光板 13、14 電極基板(電極を有する基板)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 向殿 充浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 溝部 帆洋 埼玉県草加市稲荷1丁目7番1号 関東化 学株式会社中央研究所内 (72)発明者 吉田 昌彦 埼玉県草加市稲荷1丁目7番1号 関東化 学株式会社中央研究所内 (72)発明者 鈴木 賢治 埼玉県草加市稲荷1丁目7番1号 関東化 学株式会社中央研究所内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極を有する一対の基板間に、スメクティ
    ック液晶と、該スメクティック液晶の透明点よりも透明
    点の低い重合体とを挟持してなることを特徴とするスメ
    クティック液晶素子。
  2. 【請求項2】上記重合体の重量平均分子量が、1000
    以上であることを特徴とする請求項1に記載のスメクテ
    ィック液晶素子。
  3. 【請求項3】上記重合体を、スメクティック液晶100
    重量部に対して0.005〜5重量部の割合で含有する
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のスメクティ
    ック液晶素子。
  4. 【請求項4】上記重合体が、下式(1) 【化1】 (ここで、Xは水素原子またはメチル基であり、Y1
    2 、Y3 、およびY4 はそれぞれ独立して水素原子ま
    たはフッ素原子であり、lは2〜10000の整数であ
    り、mおよびnはそれぞれ独立して0〜14の整数であ
    り、pおよびqはそれぞれ独立して0または1であり、
    rは0〜9の整数である。但し、m=0の場合にはp=
    0であり、r=0の場合にはZは水素原子であり、r≠
    0の場合にはZはフッ素原子である)で表されることを
    特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のス
    メクティック液晶素子。
  5. 【請求項5】上記重合体が、下式(2) 【化2】 (ここで、Xは水素原子またはメチル基であり、Y1
    よびY2 はそれぞれ独立して水素原子またはフッ素原子
    であり、lは2〜10000の整数であり、mおよびn
    はそれぞれ独立して0〜14の整数であり、pおよびq
    はそれぞれ独立して0または1であり、rは0〜9の整
    数である。但し、m=0の場合にはp=0であり、r=
    0の場合にはZは水素原子であり、r≠0の場合にはZ
    はフッ素原子である)で表されることを特徴とする請求
    項1ないし3のいずれか1項に記載のスメクティック液
    晶素子。
  6. 【請求項6】上記重合体が、側鎖に電気双極子モーメン
    トを有し、かつ、不斉原子を含んでいることを特徴とす
    る請求項1ないし3のいずれか1項に記載のスメクティ
    ック液晶素子。
  7. 【請求項7】上記重合体が、下式(3) 【化3】 (ここで、Xは水素原子またはメチル基であり、Y1
    2 、Y3 、およびY4 はそれぞれ独立して水素原子ま
    たはフッ素原子であり、lは2〜10000の整数であ
    り、m、n1、n2、n3、およびsはそれぞれ独立し
    て0〜14の整数であり、pおよびqはそれぞれ独立し
    て0または1であり、r1、r2、およびr3はそれぞ
    れ独立して0〜9の整数である。但し、m≠0の場合に
    はpは0または1であり、m=0の場合にはpは0であ
    り、ra(aは1〜3の整数)=0の場合にはZaは水
    素原子であり、ra≠0の場合にはZaはフッ素原子で
    ある。また、[n1,r1,Z1]、[n2,r2,Z
    2]、および[n3,r3,Z3]の3種類の組合せは
    互いに異なる)で表されることを特徴とする請求項6記
    載のスメクティック液晶素子。
  8. 【請求項8】上記スメクティック液晶が、アイソトロピ
    ック−キラルネマティック−スメクティックA−キラル
    スメクティックC相系列の強誘電性液晶であり、 上記重合体の透明点が、上記強誘電性液晶のキラルネマ
    ティック−スメクティックA相転移点より低いことを特
    徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載のスメ
    クティック液晶素子。
  9. 【請求項9】上記スメクティック液晶が、アイソトロピ
    ック−キラルネマティック−スメクティックA−キラル
    スメクティックC相系列の強誘電性液晶であり、 上記重合体の透明点が、上記強誘電性液晶のスメクティ
    ックA−キラルスメクティックC相転移点より低いこと
    を特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の
    スメクティック液晶素子。
  10. 【請求項10】電極を有する一対の基板間に液晶層を備
    えたスメクティック液晶素子の製造方法において、 該液晶層が、スメクティック液晶と、該スメクティック
    液晶の透明点よりも透明点の低い重合体とを混合する工
    程と、 該スメクティック液晶と重合体との混合物を該基板間に
    注入する工程とを含むことを特徴とするスメクティック
    液晶素子の製造方法。
  11. 【請求項11】上記混合物を注入する工程において、上
    記混合物の透明点よりも高い温度で混合物を注入するこ
    とを特徴とする請求項10記載のスメクティック液晶素
    子の製造方法。
  12. 【請求項12】上記混合物を注入する工程において、基
    板と上記混合物とを非接触の状態で、両者の温度を該混
    合物の透明点よりも高い温度に設定した後、該混合物を
    基板間に注入することを特徴とする請求項11記載のス
    メクティック液晶素子の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012123308A (ja) * 2010-12-10 2012-06-28 Asahi Glass Co Ltd 投射型表示装置

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