JPWO2017034023A1 - 複合体及び光学素子 - Google Patents

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Abstract

液晶成分(13)及び液晶成分(13)の支持体(11,12)を有し、液晶成分(13)及び支持体(11,12)の間に潤滑界面誘導領域(16)を有する複合体(10)。少なくとも一方の基板(11)に電極(18,19)を有する一対の基板(11,12)と、一対の基板(11,12)の間に充填された液晶成分(13)とを備え、一対の基板(11,12)及び液晶成分(13)の間に潤滑界面誘導領域(16)を有する光学素子。潤滑界面誘導領域に潤滑界面誘導剤(14)を有することが好ましい。

Description

本発明は、複合体及び光学素子に関する。
時計、電卓をはじめとして、各種測定機器、自動車用パネル、ワードプロセッサー、電子手帳、プリンター、コンピューター、テレビ、時計、広告表示板等の様々な分野に“液晶”が現在使用されている。このような“液晶”とは、一般に、液体の流動性と、結晶の異方性とを合わせもつ相を言い、分子配列パターンからネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶に分類されている。ネマチック液晶は、例えば、TN(ツイステッド・ネマチック)型、STN(スーパー・ツイステッド・ネマチック)型、TFT(薄膜トランジスタ)を用いたVA(垂直配向)型、IPS(イン・プレーン・スイッチング)型、またはFFS(フリンジ・フィールド・スイッチング)型等の液晶表示素子(いわゆる液晶ディスプレイ)などに使用され市場において数多く流通している。
また、現在、3D対応、あるいは周辺機器・装置への負荷低減の観点から、液晶の高速応答性及び低電圧駆動性の向上が重要な開発課題となっている。これまでに、ネマチック液晶の物性改良やパネルの改良による高速化が検討されているが、ネマチック液晶以外の高速液晶の開発も盛んである。ネマチック液晶以外であって高速応答が可能となる液晶としては、現在、強誘電性液晶(FLC)、ブルー相等の光学的に等方性の液晶相(光学的等方性相)を示す液晶、二軸性液晶等が知られている。
いずれの液晶であっても、テレビなどの表示素子に液晶を応用する場合において、動画を表示素子に表示する場合は、色の切り替わりが速い描画を求められるため、どうしても液晶の高速応答特性が重視される。また、省エネルギーの観点から、液晶は低電圧で駆動することも重視される。
特表2008−505235号公報
本発明は、低電圧駆動性に優れる光学素子の提供を目的とする。
本発明は、以下の態様を包含するものである。
(1)液晶成分及び前記液晶成分の支持体を有し、前記液晶成分及び前記支持体の間に潤滑界面誘導領域を有する複合体。
(2)前記支持体が、少なくとも一方の基板に電極を有する一対の基板、液晶成分中に存在する高分子構造体、液晶の欠陥領域を補充する高分子構造体及び/又は高分子薄膜である前記(1)に記載の複合体。
(3)前記液晶成分と、前記潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成している前記(1)又は(2)に記載の複合体 。
(4)前記潤滑界面誘導領域に潤滑界面誘導剤を有する前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の複合体。
(5)前記潤滑界面誘導剤が、極性基を有する化合物 、重合性化合物 、高分子化合物又はイオン液体である前記(4)に記載の複合体。
(6)前記潤滑界面誘導剤が高分子化合物であり、前記高分子化合物が、鎖長の異なる2種又は3種以上のアルキル基、メソゲン基、光異性化可能な基の少なくとも1種を有する前記(5)に記載の複合体。
(7)少なくとも一方の基板に電極を有する一対の基板と、前記一対の基板の間に充填された液晶成分とを備え、前記一対の基板及び前記液晶成分の間に潤滑界面誘導領域を有する光学素子。
(8)前記潤滑界面誘導領域に潤滑界面誘導剤を有する前記(7)に記載の光学素子。
(9)前記液晶成分と、前記潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成している前記(7)に記載の光学素子。
(10)前記潤滑界面誘導剤が、極性基を有する化合物 、重合性化合物 、高分子化合物又はイオン液体である前記(8)に記載の光学素子。
(11)前記高分子化合物が、鎖長の異なる2種又は3種以上のアルキル基、メソゲン基、光異性化可能な基の少なくとも1種を有する前記(10)に記載の光学素子。
(12)前記液晶成分及び前記潤滑界面誘導剤が相分離構造を発現して、前記液晶成分が液晶相を形成し、前記潤滑界面誘導剤が液体相を形成している前記(8)に記載の光学素子。
(13)前記潤滑界面誘導剤が、前記一対の基板の内側の少なくとも一表面の近傍に偏在して液体相を形成している、前記(8)に記載の光学素子。
(14)前記一対の基板の少なくとも一方の内側が、前記潤滑界面誘導剤に対して親和性の良い高分子化合物成分からなる被膜により被覆され、前記潤滑界面誘導剤が、前記被膜の近傍に偏在して液体相を形成している、前記(8)に記載の光学素子。
(15)前記液晶相がネマチック液晶相である、前記(12)に記載の光学素子。
(16)前記液晶成分が、高分子化合物成分からなるネットワークにより安定化された光学的等方性の液晶相を形成し、前記潤滑界面誘導剤が、前記ネットワークの表面の近傍に偏在して液体相を形成している、前記(8)に記載の光学素子。
(17)前記液晶成分が、二重ねじれシリンダー構造を有する光学的等方性の液晶相を形成し、前記潤滑界面誘導剤が、前記二重ねじれシリンダー構造の間のディスクリネーションに偏在して液体相を形成している、前記(8)に記載の光学素子。
(18)前記液晶成分が電界無印加時に光学的等方性を示し、電界印加時に光学的異方性を示す、前記(16)又は(17)に記載の光学素子。
(19)前記液晶成分がコレステリックブルー相を示す、前記(16)〜(18)のいずれか1項に記載の光学素子。
(20)前記液晶成分及び前記潤滑界面誘導剤が、自己組織化して相分離構造を発現している、前記(8)に記載の光学素子。
(21)
前記一方の基板における対向基板側に設けられた第1電極及び第2電極を備え、前記第1電極と前記第2電極との間に電界を発生させる前記(7)〜(20)のいずれか1項に記載の光学素子。
(22)前記第1電極及び前記第2電極が、前記一対の基板の間にインプレーン電界を発生させる前記(21)に記載の光学素子。
(23)前記第1電極及び前記第2電極が、前記一対の基板の間にフリンジ電界を発生させる前記(21)に記載の光学素子。
(24)更に、第3電極を備え、複数の向きの電界を発生させる前記(21)〜(23)のいずれか1項に記載の光学素子。
(25)更に、第4電極を備え、複数の向きの電界を発生させる前記(24)に記載の光学素子。
本発明の光学素子は、液晶成分が外部電場又は外部磁場の外場の変化により応動するに際して、潤滑界面誘導剤が駆動外場の閾値を低減させる作用を有し、低電圧駆動性に優れる。
本発明の第1実施形態における光学素子の例を示す概略断面図である。 本発明の第2実施形態における光学素子の例を示す概略断面図である。 低温(a,b)と高温(c,d)の2つの温度において、外部磁場を印加した際の配向の変化を観察した様子を示す偏光顕微鏡写真である。 複数のセル厚の試料における閾値磁場の温度依存性を示すグラフである。 液晶セルを回転させたときの複屈折透過光の観察結果を示すグラフである。 本発明の一実施形態における光学素子の例を示す概略図(a)と、それに電界を印加した様子を示す概略図(b)である。 横電界タイプの液晶パネルのアクティブマトリクス基板120aの例を模式的に示す概略平面図である。 横電界タイプの液晶パネルのアクティブマトリクス基板120aの例を模式的に示す概略平面図である。 屈曲の角度が90度であるアクティブマトリクス基板70の例を模式的に示す概略平面図である。 フリンジフィールドタイプの光学素子の例を示す概略断面図である。 横電界発生時における断面模式図である。 縦電界発生時における断面模式図である。 光学素子の例を示す概略平面図である。 図13の要部を拡大して示す概略平面図である。 本発明の光学素子を液晶表示装置に応用する例を示す概略断面図である。 液晶分子が櫛歯電極の長手方向に直交する方向に一様に配向する様子を示す偏光顕微鏡写真である。 偏光顕微鏡下において電圧印加をしながら透過光量を観測した結果示すグラフである。 本発明の一実施形態における光学素子の例を示す概略図である。 横電界発生時における断面模式図である。 縦電界発生時における断面模式図である。 光学素子の他の例を示す概略平面図である。 図21の光学素子の黒表示における液晶配向の様子を示す概略平面図である。 図21の光学素子の白表示における液晶配向の様子を示す概略平面図である。 等方相−ブルー相の転移点付近における透過光量比を観測した結果を示すグラフである。 図24の結果を等方相‐ブルー相の転移点からの温度で規格化して示したグラフである。 階段波形印加時の電気光学測定の結果である。
以下、本発明に係る複合体の第1実施形態を、図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態における複合体10を示す概略断面図である。
本実施形態に係る発明は、少なくとも一方の基板11に電極18,19を有する一対の基板11,12と、一対の基板11,12の間に充填された液晶成分13とを備え、一対の基板11,12及び液晶成分13の間に潤滑界面誘導領域16を有する複合体10である。複合体10は光学素子であってもよい。本実施形態に係る発明は、潤滑界面誘導領域16に潤滑界面誘導剤14を有することが好ましい。本実施形態に係る発明において、液晶成分13と、前記潤滑界面誘導領域16との界面がスリッパリー界面17を形成していることが好ましい。潤滑界面誘導剤14は、極性基を有する化合物 、重合性化合物 、高分子化合物又はイオン液体であることが好ましい。前記高分子化合物は、鎖長の異なる2種又は3種以上のアルキル基、メソゲン基、光異性化可能な基の少なくとも1種を有することが好ましい。液晶成分13及び潤滑界面誘導剤14が相分離構造を発現して、液晶成分13が液晶相15を形成し、潤滑界面誘導剤14が潤滑界面誘導領域16において液体相を形成していることが好ましい。潤滑界面誘導剤14が潤滑界面誘導領域16において液晶相15より低秩序なゲル層を形成していてもよい。
本明細書において、潤滑界面誘導領域とは、潤滑界面を誘導する領域であって、液晶相よりも低秩序な領域をいう。
潤滑界面誘導領域は、潤滑界面誘導液体領域であっても良い。潤滑界面誘導液体領域とは、潤滑界面誘導領域のうち、液体相である領域をいう。
潤滑界面誘導領域としては、潤滑界面誘導液体領域(液体相)に限らず、ゲル層を形成している領域、オーダーパラメーター(配向秩序度)が低い領域、透明点が低下している領域、一部無秩序領域を含む秩序領域、運動性が高い領域を含む領域などであってもよい。
これらの領域は潤滑界面誘導剤を含むことが好ましく、潤滑界面誘導剤だけで形成されていてもよく、潤滑界面誘導剤と液晶成分であってもよく、さらに、潤滑界面誘導剤は、液晶中に含まれていてもよく、液晶とは別に導入されてもよく、あらかじめ支持体に含まれていてもよく、あらかじめ化学修飾させて、支持体と結合していてもよい。
本実施形態に係る発明は、少なくとも一方の基板11に電極18,19を有する一対の基板11,12と、一対の基板11,12の間に充填された液晶成分13及び潤滑界面誘導剤14と、を備える光学素子であって、液晶成分13及び潤滑界面誘導剤14が相分離構造を発現して、液晶成分13が液晶相15を形成し、潤滑界面誘導剤14が液体相を形成し、液晶成分13が外部電場又は外部磁場の外場の変化により応動するに際して、液晶相15と液体相との界面がスリッパリー界面17を形成している。図1では、スリッパリー界面17が、一対の基板11,12の両方の側に形成されている場合を示したが、本実施形態における光学素子は、例えば、電極18,19を有する一方の基板11の側にのみスリッパリー界面17が形成されて、電極を有しない他方の基板12の側にはスリッパリー界面17が形成されない実施態様であっても良い。
図1の複合体10は、本実施形態における液晶成分13及び液晶成分13の支持体11,12を有し、液晶成分13及び支持体11,12の間に潤滑界面誘導領域16を有する。複合体10は光学素子であってもよい。
前記複合体において、支持体11,12は、少なくとも一方の基板に電極18,19を有する一対の基板であってもよく、高分子薄膜であってもよい。前記複合体において、液晶成分13と、前記潤滑界面誘導領域16との界面がスリッパリー界面17を形成していることが好ましい。前記複合体において、前記潤滑界面誘導領域16に潤滑界面誘導剤14を有することが好ましい。前記複合体において、潤滑界面誘導剤14が、極性基を有する化合物 、重合性化合物 、高分子化合物又はイオン液体であることが好ましい。潤滑界面誘導剤14が高分子化合物であり、前記高分子化合物が、鎖長の異なる2種又は3種以上のアルキル基、メソゲン基、光異性化可能な基の少なくとも1種を有することが好ましい。
本明細書において、スリッパリー界面とは、液晶相と液体相と間に形成される滑り易い界面を云う。
液晶と接する界面すべてがスリッパリー界面であってもよいし、一部の界面がスリッパリーであってもよい。一部の界面をスリッパリー界面とするには、液晶と接する界面で、連続していない界面の一方の界面をスリッパリー界面としてもよいし、液晶と接する連続した界面の一部をスリッパリー界面としてもよい。いずれの場合も、液晶と接する界面をスリッパリー化する方法としては、潤滑界面誘導領域を潤滑界面誘導剤だけで形成させてもよく、潤滑界面誘導領域を潤滑界面誘導剤と液晶成分で形成させてもよく、さらに、潤滑界面誘導剤をあらかじめ液晶中に含ませていてもよく、潤滑界面誘導剤を液晶とは別に導入させてもよく、あらかじめ潤滑界面誘導剤を支持体に含ませていてもよく、あらかじめ潤滑界面誘導剤を化学修飾させて、支持体と結合させていてもよい。液晶と接する界面で、連続していない界面の一方をスリッパリー界面とするには、2つの基板の界面の性質を前記方法により異なる性質にすることが好適である。
もちろん、連続していない界面の一方の界面の一部の領域をスリッパリー界面としてもよい。一部の界面をスリッパリー界面とすることにより、液晶と界面のアンカーリングをある程度保ったまま、スリッパリー界面の効果である液晶分子が外場に対して応答しやすくなる効果を発現することができるようになる。その結果、外場を除去したあと液晶の弾性力により元の配向に復元する力は保ちながらも、液晶分子が応答しやすくなることによる、小さな外場力(電界の場合は低い電界)による応答、あるいは、外場に高速で対応する高速応答等の機能を得ることができる。弾性力由来の配向復元力と、界面のスリッパリー化による応答性のバランスは、界面のスリッパリー化の割合を変化させることにより達成できる。例えば、強い配向復元力を望む場合には、界面のスリッパリー化の割合を小さくすればよいし、低電界で応答することを望む場合には界面のスリッパリー化の割合を大きくすればよい。
本実施形態における光学素子は、液晶成分13が外部電場又は外部磁場の外場の変化により応動するに際して、液晶相15と潤滑界面誘導領域16との界面がスリッパリー界面17を形成していることにより、潤滑界面誘導剤が駆動外場の閾値を低減させる作用を有し、低電圧駆動性に優れる。
潤滑界面誘導剤14が、一対の基板11、12の内側の少なくとも一表面20の近傍に偏在して液体相を形成していてもよい。このとき、潤滑界面誘導剤14が一対の基板11、12の内側の少なくとも一表面に対して親和性が良いことが好ましい。液晶成分13及び潤滑界面誘導剤14が、自己組織化して相分離構造を発現する際に、潤滑界面誘導剤14が、一対の基板11、12の内側の表面20の近傍に偏在するよう、液晶成分13、潤滑界面誘導剤14、及び一対の基板11、12の内側の表面20の特性の組み合わせを適宜選択することができる。
潤滑界面誘導剤が、基板の内側表面に対して親和性が良いことにより、自発的に基板の内側表面付近に潤滑界面誘導剤の高い濃度領域が実現される。また、潤滑界面誘導剤は、ぬれ性・温度安定性を確保するために液晶相を形成する液晶成分に対して十分な親和性を有することが好ましい。液晶成分に対する親和性が弱いと、液晶相から排除され、界面は「垂直配向」になったり、「DeWet(界面張力が高くドロップレット状に集合する)状態」となったりして好適なスリッパリー界面を形成することができない。液晶成分に対して十分な親和性を有することにより、スリッパリー界面を形成することが可能となる。
潤滑界面誘導剤が、基板の内側表面に対して親和性が良く、かつ、液晶成分に対して十分な親和性を有することにより、スリッパリー界面を形成することが可能となる。
一般に、上の2つの条件は合い入れないものとなり、微妙な条件となるが、例えば、界面活性剤に類似の化合物を利用することにより、これを達成できる。分子の一方に基板の内側表面に対して親和性の良い官能基を有し、他方に液晶成分に対して十分な親和性を有する官能基を有する化合物を潤滑界面誘導剤として用いることもできる。
たとえば、一対の基板11、12の少なくとも一方の内側を、潤滑界面誘導剤14に対して親和性の良い高分子化合物成分21からなる被膜22により被覆することにより、液晶成分13及び潤滑界面誘導剤14が、自己組織化して相分離構造を発現する際に、潤滑界面誘導剤14が、被膜22の近傍に偏在して液体相を形成させることができる。
潤滑界面誘導剤は、自発的な相分離の状態で用いることもできるし、自発的な相分離の状態を保持する処方を施した状態で用いることもできる。自発的な相分離の状態を保持する方法としては、潤滑界面誘導剤に重合性官能基を導入し、相分離状態で重合することにより、高分子を形成する方法がある。高分子の形成そのものが、潤滑界面誘導剤の位置を保持することに有効であるし、潤滑界面誘導剤に複数の重合性基を導入することにより形成した高分子が三次元網目構造をつくることによる保持も有効であるし、高分子が周囲の液晶分子と相互作用することにより局所的なゲル状態を作ることも保持には有効である。
あるいは、液晶と接する界面として重合性官能基を有する界面を用い、潤滑界面誘導剤が相分離した状態で重合することにより、界面近傍に潤滑界面誘導剤を保持することもできるし、潤滑界面誘導剤にも重合性官能基を導入しておけば液晶と接する界面に存在する重合性官能基との反応により、界面近傍に潤滑界面誘導剤を保持することができる。重合性官能基を有する界面としては、界面に重合性官能基を有する化合物を化学的又は物理的に結合させたものでもよいし、界面を変質させて重合性官能基を生じさせたものでもよい。
この場合も、形成した高分子が三次元網目構造をつくることによる保持も有効であるし、高分子が周囲の液晶分子と相互作用することにより局所的なゲル状態を作ることも保持には有効である。
基板11、12としてガラス基板を用いることが好ましい。ガラス基板を用いた場合は、潤滑界面誘導剤が極性基を持つとガラス基板との親和性が高くなり、ガラス表面近傍に偏在しやすくなり、配向膜を不要とすることができる。
基板11、12として高分子フィルムを用いることもできる。これは、ガラス基板の表面を高分子で被覆したのと同じ効果になる。高分子フィルムあるいは高分子化合物成分21からなる被膜22が極性基を有する材料の場合は、後述の極性基を有する潤滑界面誘導剤を用いることが好ましい。このとき、高分子フィルムあるいは被膜22が有する極性基と潤滑界面誘導剤が有する極性基とは同じでも異なっていてもよい。
また、高分子フィルムあるいは被膜22に用いられたポリマーのモノマー成分と構造の類似した構造を有する材料が潤滑界面誘導剤としては好ましい。
下記式(III−1)〜(III−17)で表される重合性基(破線は他の有機基への結合を表し、Rは独立して水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を表す。)を有するモノマーの重合体が高分子フィルムあるいは被膜22の一成分である場合、潤滑界面誘導剤としては、同じ重合性基を有する同じモノマー、若しくは当該モノマーの重合体、又は当該重合性基中のC=C結合の一部あるいは全てがC−C結合に置き換わったモノマー類似化合物が好ましい。
本実施形態においては、一対の基板11、12の少なくとも一方の内側に、潤滑界面誘導剤14に対して親和性の良い界面を設けることが重要であり、それにより、潤滑界面誘導剤14が、被膜22の近傍に偏在して液体相を形成させることができる。
また、液晶成分13及び潤滑界面誘導剤14が相分離構造を発現して、液晶成分13が液晶相15を形成し、潤滑界面誘導剤14が液体相を形成するに際して、液体相は潤滑界面誘導剤14からなる相であってもよく、液晶成分13及び潤滑界面誘導剤14からなる相であってもよいが、液晶成分13、潤滑界面誘導剤14、及び一対の基板11、12の内側の表面20の好ましい特性の組み合わせの幅が拡がることから、液体相は液晶成分13及び潤滑界面誘導剤14からなる相であることが好ましい。
本実施形態において、液晶相15は、ネマチック液晶相であることが好ましい。また、液晶相15と液体相との界面の、液晶相15側の近傍において、ネマチック液晶の構成分子が水平配向することが好ましい。
本実施形態において、液晶相15は、ネマチック液晶相であることが好ましい。また、液晶相15と液体相との界面の、液晶相15側の近傍において、ネマチック液晶の構成分子が水平配向することが好ましい。
本実施形態の光学素子において、一方の基板11における対向基板12側に設けられた第1電極18及び第2電極19を備え、第1電極18と第2電極19との間に電界を発生させる構成とすることができる。
本実施形態の光学素子において、第1電極18及び第2電極19が、一対の基板11,12の間にインプレーン電界を発生させる構成とすることができる。
「液晶成分13」
本実施形態において、液晶成分13は、潤滑界面誘導剤と共に前記一対の基板の間に充填され、相分離構造を発現して液晶相を形成する。
本実施形態における液晶成分13は、ネマチック液晶、コレステリック液晶およびスメチック液晶からなる群から選択される少なくとも1種が好ましく、ネマチック液晶組成物、コレステリック液晶組成物およびスメチック液晶組成物からなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
本発明において、液晶成分は、室温で液晶相を示すことが好ましい。
本発明において、液晶成分の透明点が60℃以上であることが好ましい。
本発明において、液晶成分が少なくとも2種以上の液晶性化合物を含有してもよい。
本発明の光学素子において、液晶成分に用いられる液晶性化合物としては、下記一般式(LC)で表される化合物を含有することが好ましい。
(一般式(LC)中、RLCは炭素原子数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−又は−C≡C−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲン原子に置換されていてもよく、
LC1及びALC2は、それぞれ独立して、
(a)トランス−1,4−シクロヘキシレン基(この基中に存在する1個のCH基又は隣接していない2個以上のCH基は酸素原子又は硫黄原子で置換されていてもよい。)、
(b)1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個のCH基又は隣接していない2個以上のCH基は窒素原子で置換されていてもよい。)、及び
(c)1,4−ビシクロ(2.2.2)オクチレン基、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、又はクロマン−2,6−ジイル基
からなる群より選ばれる基を表すが、上記の基(a)、基(b)又は基(c)に含まれる1つ又は2つ以上の水素原子はそれぞれ、F、Cl、CF又はOCFで置換されていてもよく、
LCは単結合、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−OCF−、−CFO−、−(N(O)N)−、−COO−又は−OCO−を表し、
LCは、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、及び炭素原子数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−、−C≡C−、−CFO−、−OCF−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲン原子によって置換されていてもよく、
aは1〜4の整数を表すが、aが2、3又は4を表し、ALC1が複数存在する場合、複数存在するALC1は、同一であっても異なっていても良く、ZLCが複数存在する場合、複数存在するZLCは、同一であっても異なっていても良い。)
前記一般式(LC)で表される化合物は、下記一般式(LC1)及び一般式(LC2)
(式中、RLC11及びRLC21はそれぞれ独立して炭素原子数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−又は−C≡C−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲン原子によって置換されていてもよく、ALC11、及びALC21はそれぞれ独立して下記の何れかの構造
(該構造中、シクロヘキシレン基中の1つ又は2つ以上のCH基は酸素原子で置換されていてもよく、1,4−フェニレン基中の1つ又は2つ以上のCH基は窒素原子で置換されていてもよく、また、該構造中の1つ又は2つ以上の水素原子はF、Cl、CF又はOCFで置換されていてもよい。)を表し、XLC11、XLC12、XLC21〜XLC23はそれぞれ独立して水素原子、Cl、F、CF又はOCFを表し、YLC11及びYLC21はそれぞれ独立して水素原子、Cl、F、CN、CF、OCHF、OCHF又はOCFを表し、ZLC11及びZLC21はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−CF=CF−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−OCH−、−CHO−、−OCF−、−CFO−、−COO−又は−OCO−を表し、mLC11及びmLC21はそれぞれ独立して1〜4の整数を表し、ALC11、ALC21、ZLC11及びZLC21が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。)
で表される化合物群から選ばれる1種又は2種以上の化合物であることが好ましい。
LC11及びRLC21はそれぞれ独立して炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基が好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基、炭素原子数2〜5のアルケニル基がより好ましく、直鎖状であることが更に好ましく、アルケニル基としては下記構造を表すことが最も好ましい。
(式中、環構造へは右端で結合するものとする。)
LC11及びALC21はそれぞれ独立して下記の構造が好ましい。
LC11及びYLC21はそれぞれ独立してF、CN、CF又はOCFが好ましく、F又はOCFが好ましく、Fが特に好ましい。
LC11及びZLC21は単結合、−CHCH−、−COO−、−OCO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−が好ましく、単結合、−CHCH−、−OCH−、−OCF−又は−CFO−が好ましく、単結合、−OCH−又は−CFO−がより好ましい。
LC11及びmLC21は1、2又は3が好ましく、低温での保存安定性、応答速度を重視する場合には1又は2が好ましく、ネマチック相上限温度の上限値を改善するには2又は3が好ましい。
また、前記一般式(LC)で表される化合物は、下記一般式(LC3)〜一般式(LC5)
(式中、RLC31、RLC32、RLC41、RLC42、RLC51及びRLC52はそれぞれ独立して炭素原子数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−又は−C≡C−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲン原子によって置換されていてもよく、ALC31、ALC32、ALC41、ALC42、ALC51及びALC52はそれぞれ独立して下記の何れかの構造
(該構造中シクロヘキシレン基中の1つ又は2つ以上のCH基は酸素原子で置換されていてもよく、1,4−フェニレン基中の1つ又は2つ以上のCH基は窒素原子で置換されていてもよく、また、該構造中の1つ又は2つ以上の水素原子はCl、CF又はOCFで置換されていてもよい。)のいずれかを表し、ZLC31、ZLC32、ZLC41、ZLC42、ZLC51及びZLC52はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−COO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−を表し、ZはCH基又は酸素原子を表し、XLC41は水素原子又はフッ素原子を表し、mLC31、mLC32、mLC41、mLC42、mLC51及びmLC52はそれぞれ独立して0〜3を表し、mLC31+mLC32、mLC41+mLC42及びmLC51+mLC52は1、2又は3であり、ALC31〜ALC52、ZLC31〜ZLC52が複数存在する場合は、それらは同一であっても異なっていても良い。)で表される化合物群から選ばれる1種又は2種以上の化合物であることが好ましい。
LC31〜RLC52は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としては下記構造を表すことが最も好ましく、
(式中、環構造へは右端で結合するものとする。)
LC31〜ALC52はそれぞれ独立して下記の構造が好ましく、
LC31〜ZLC52はそれぞれ独立して単結合、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CHCH−、−CFO−、−OCF−又は−OCH−が好ましい。
前記一般式(LC)で表される化合物は、下記一般式(LC6)
(式中、RLC61及びRLC62はそれぞれ独立して炭素原子数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つ又は2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CH=CH−、−CO−、−OCO−、−COO−又は−C≡C−で置換されてよく、該アルキル基中の1つ又は2つ以上の水素原子は任意にハロゲン置換されていてもよく、ALC61〜ALC63はそれぞれ独立して下記
(該構造中シクロヘキシレン基中の1つ又は2つ以上のCHCH基は−CH=CH−、−CFO−、−OCF−で置換されていてもよく、1,4−フェニレン基中1つ又は2つ以上のCH基は窒素原子で置換されていてもよい。)のいずれかを表し、ZLC61及びZLC62はそれぞれ独立して単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−COO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−を表し、mLC61は0〜3を表す。ただし、一般式(LC1)〜一般式(LC6)で表される化合物を除く。)で表される化合物を1種又は2種以上含有する液晶組成物が好ましい。
LC61及びRLC62は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基が好ましく、アルケニル基としては下記構造を表すことが最も好ましく、
(式中、環構造へは右端で結合するものとする。)
LC61〜ALC63はそれぞれ独立して下記の構造が好ましく、
LC61及びZLC62はそれぞれ独立して単結合、−CHCH−、−COO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−又は−CFO−が好ましい。
(式中、RLC61及びRLC62はそれぞれ独立して炭素原子数1〜7のアルキル基、炭素原子数1〜7のアルコキシ基、炭素原子数2〜7のアルケニル基又は炭素原子数2〜7のアルケニルオキシ基を表す。)で表される化合物からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物であるのがより好ましい。
本発明に使用する液晶成分は、液晶化合物からなるものでもよく、液晶組成物からなるものでもよく、液晶化合物又は液晶組成物を含有するものでもよく、ネマチック液晶組成物と、少なくとも1種類のキラル化合物とを含むブルー相、若しくは、該ブルー相が高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された高分子安定化ブルー相、その他の光学的等方性の液晶相を形成するものであってもよい。
「潤滑界面誘導剤」
潤滑界面誘導剤は、潤滑界面誘導領域の形成を誘導する一成分である。本発明において、潤滑界面誘導剤は、前記一対の基板の間に充填され、液晶成分と共に相分離構造を発現して潤滑界面誘導領域を形成する。潤滑界面誘導剤は、前記一対の基板の間に充填され、液晶成分と共に相分離構造を発現して液体相を形成してもよい。潤滑界面誘導剤のみによって液体相が形成されてもよいが、潤滑界面誘導剤が前記液晶成分と共に液体相を形成してもよい。本発明の光学素子において、液晶成分が形成する液晶相と潤滑界面誘導剤によって形成された液体相との界面は、前記液晶成分が外部電場又は外部磁場の外場の変化により応動するに際して、スリッパリー界面として機能する。
液晶相の近傍に潤滑界面誘導領域が形成されて、液晶相と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成する。潤滑界面誘導領域は、例えば、低秩序相又は無秩序相として、発現する。低秩序相の例として例えばゲル層がある、無秩序相として例えば液体相がある。潤滑界面誘導剤は、ぬれ性・温度安定性を確保するために液晶相を形成する液晶成分に対して十分な親和性を有することが好ましい。液晶成分に対する親和性が弱いと、液晶相から排除され、界面は「垂直配向」になったり、「DeWet(界面張力が高くドロップレット状に集合する)状態」となって好適なスリッパリー界面を形成することができない。液晶成分に対して十分な親和性を有することにより、スリッパリー界面を形成することが可能となる。
潤滑界面誘導剤は、極性基を有していてもよく、有していなくてもよい。
上述の通り、極性基を有する潤滑界面誘導剤はガラス基板表面との親和性が高くなり、ガラス基板表面の近傍に偏在しやすくなる。
極性基とは、電荷の偏りを持つ基あるいは、その基に隣接する原子に電荷の偏りを誘発する基であり、具体的には当該基の分子構造中に電気陰性度の異なる原子を有する基、あるいは隣接する原子と電気陰性度の異なる原子を当該基中に持つ基である。
潤滑界面誘導剤が有する極性基として以下の例を挙げることができる。
・ハロゲン基、好ましくは、クロロ基又はフルオロ基
・ハロゲンを含有する基、好ましくは、フルオロ−、クロロ−、ブロモ−、あるいは、ヨード−アルキル基、特に、フルオロ−、クロロ−アルキル基
・酸素を含有する基、好ましくは、エステル基、エーテル基、ヒドロキシ基、カルボニル基、ケトン基、アルデヒド基、炭酸エステル基、カルボキシレート基、カルボキシル基、カルボキシルエステル、特に好ましくは、エステル、エーテル、ヒドロキシ基、カルボニル基、
・窒素を含有する基、好ましくは、カルボキサミド基、アミノ基、イミン基、アミド基、イミド基、アジド基、アゾ基、シアネート基、イソシアネート基、ニトレート基、ニトリル基、イソニトリル基、ニトロソオキシ基、ニトロ基、ニトロソ基、ピリジル基、
・硫黄を含有する基、好ましくは、スルフヒドリル基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、スルフィノ基、スルホ基、チオシアネート基、イソチオシアネート基、カルボノチオイル基、
・リンを含有する基、好ましくは、ホスフィノ基、ホスホノ基、フォスフェート基、
・カチオン、アニオン、塩を含有する基
潤滑界面誘導剤は、(1)低分子化合物であってもよく、(2)高分子化合物であってもよく、(3)イオン液体であってもよい。また、1種類を用いても2種類以上を用いてもよい。
潤滑界面誘導剤が低分子化合物の場合は液晶成分と相分離する性能を有していなければいけないので、液晶としての性質は示さないほうがよい。
また、潤滑界面誘導剤は、液晶材料と分子構造の異なるものがよい。具体的には、低分子化合物の分子構造中に環構造を持たないか、1つだけもつものがよい。ここでいう環構造は、上記液晶成分13の説明、または、上記液晶成分23の説明中の環構造と同様のものが挙げられる。また、環構造を2つ以上持つ場合は、お互いの環構造がスペーサー基あるいは結合子により十分離れた位置にあることがよく、その結果、2つ以上の環構造が、液晶材料の分子構造のうち中央部分の2個〜4個の六員環を有するコア構造とは異なる構造のものがよい。
潤滑界面誘導剤が高分子化合物の場合は、上記低分子化合物と同様な構造が一つの望ましい例である。潤滑界面誘導剤が共重合体(コポリマー)の場合は、モノマー成分の少なくとも1つ以上が、上記低分子化合物と同様な構造を有していればよい。あるいは、潤滑界面誘導剤が高分子化合物であり液晶成分が低分子化合物の場合は、上記低分子化合物と同様な構造を示さなくとも分子量の違いにより相分離を起こす組合せであれば使用することができる。
(1)低分子潤滑界面誘導剤
潤滑界面誘導剤として用いることのできる低分子化合物(オリゴマーを含む。)としては、次の(1−1)〜(1−19)が挙げられる。
(1−1)
CH=CH(−R)−COO−R(RはC1〜C20のアルキル基であり、Rは水素原子又はメチル基である。)
(1−2)
11−CH(−R)−COO−R
(R11は水素原子又はC1〜C20のアルキル基であり、RはC1〜C20のアルキル基であり、Rは水素原子又はアルキル基である。ただし、R11+RはC1〜C20である。R11、R、Rは同じでも異なっていてもよい。)
(1−3)
(1−1)又は(1−2)に表記した化合物のアルキル鎖の一部あるいは全部が、ポリエチレンオキサイド基、又は、ポリプロピレンオキサイド基等のポリアルキレンオキサイド基に置換されたもの。
PEG系アクリレートとして、例えば、下記式で表される化合物が挙げられる。
(1−4)
(1−4)に表記した化合物以外の変性アクリレートモノマー、変性メタクリレートモノマー。
(1−4−1)変性アクリレートモノマー
変性アクリレートモノマー、変性ジアクリレートモノマー、変性トリアクリレートモノマーとしては以下のものが挙げられる。
2−アクリロイロキシエチルフタレート、2−アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシエチルフタレート、2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタレート、2−アクリロイロキシプロピルフタレート、2−エチル−2−ブチル−プロパンジオールアクリレート、2,2−ジエチル−プロパンジオールアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルカルビトールアクリレート、2−ヒドロキシブチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピリアクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、トリメチルプロパントリアクリレート、2−プロペン酸10−ヒドロキシデシル、
3−メトキシブチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、アクリル酸ダイマー、脂肪酸エポキシアクリレート、脂肪酸モノアクリレート、ECH変性アリルアクリレート、ベンジルアクリレート、ブタンジオールモノアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、カプロラクトンアクリレート、セチルアクリレート、EO変性クレゾールアクリレート、
シクロヘキシルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチロールジシクロペンタンジアクリレート、ジプロピレングリコールアクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、エトキシ化フェニルアクリレート、
イソアミルアクリレート、イソボニルアクリレート、イソブチルアクリレート、イソデシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソステアリルアクリレート、イソミリスチルアクリレート、ラウロキシポリエチレングリコールアクリレート、ラウリルアクリレート、メトキシプロピレングリコールアクリレート、メトキシトリプロピレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、
ネオペンチルグリコールベンゾエートアクリレート、ノニルフェノキシエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート(n=2)、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート(n=4)、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート(n=8)、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート(n=16〜17)、ノニルフェノキシポリプロピレングリコールアクリレート、オクタフルオロペンチルアクリレート、オクトキシポリエチレングリコール−プロピレングリコールアクリレート、オクチル/デシルアクリレート、
パラクミルフェノキシエチレングリコールアクリレート、パーフルオロオクチルエチルアクリレート、ECH変性フェノキシアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシヘキサエチレングリコールアクリレート、フェノキシテトラエチレングリコールアクリレート、ポリ(エチレングリコール−テトラメチレングリコール)アクリレート、ポリ(プロピレングリコール−テトラメチレングリコール)アクリレート、
ステアロキシポリエチレングリコールアクリレート、EO変性コハク酸アクリレート、t−ブチルシクロヘキシルアクリレート、テトラフルオロプロピルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリルアクリレート、トリブロモフェニルアクリレート、EO変性トリブロモフェニルアクリレート、
トリフルオロエチルアクリレート、ウレタンモノアクリレート、β−カルボキシエチルアクリレート、ω−カルボキシ−ポリカプロカクトンモノアクリレート、ジアクリル化イソシアヌレート、1,3ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、EO変性1,6−ヘキサ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、ECH変性1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、アリロキシポリエチレングリコールアクリレート、
1,9−ノナンジオールジアクリレート、EO変性ビスフェノールAジアクリレート(m+n=3)、EO変性ビスフェノールAジアクリレート(m+n=4)、EO変性ビスフェノールAジアクリレート(m+n=7)、EO変性ビスフェノールAジアクリレート(m+n=10)、PO変性ビスフェノールAジアクリレート(m+n=4)、変性ビスフェノールAジアクリレート(Ebecryl 150 ダイセル社製)、2−メチル−1,4−フェニレン−ビス[4−[3−(アクリロイルオキシ)プロピルオキシ]ベンゾエート]、
EO,PO変性ビスフェノールAジアクリレート、PO,テトラメチレンオキサイド変性ビスフェノールAジアクリレート、ビスフェノールA−ジエポキシアクリレート、EO変性ビスフェノールFジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=520)、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=460)、エポキシアクリレート(PO変性ビスフェノールAタイプ、Mw=810)、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=560)、エポキシアクリレート(ビスフェノールFタイプ、Mw=500)、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=510)、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=1950)、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=1100)
エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=480)、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=520)、エポキシアクリレート(大豆油変性タイプ)、ECH変性ヘキサヒドロフタル酸ジアクリレート、ヒドロキシビバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、EO変性ネオペンチルグリコールジアクリレート、PO変性ネオペンチルグリコールジアクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシビバリン酸エステルネオペンチルグリコールジアクリレート(m+n=2)、カプロラクトン変性ヒドロキシビバリン酸エステルネオペンチルグリコールジアクリレート(m+n=4)、
ヒドロキシビバリン酸エステルネオペンチルグリコールジアクリレート(m+n=4)、ステアリン酸変性ペンタエリスリトールジアクリレート、ECH変性フタル酸ジアクリレート、ポリ(エチレングリコール−テトラメチレングリコール)ジアクリレート、ポリ(プロピレングリコール−テトラメチレングリコール)ジアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート(n=4)、ポリエチレングリコールジアクリレート(n=6)、ポリエチレングリコールジアクリレート(n=9)、
ポリエチレングリコールジアクリレート(n=13or14)、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール−ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート(n=4)、ポリプロピレングリコールジアクリレート(n=7)、ポリプロピレングリコールジアクリレート(n=12)、ポリテトラメチレングリコールジアクリレート、ECH変性ポリプロピレングリコールジアクリレート(n=1)、ECH変性ポリプロピレングリコールジアクリレート(n=3)、ECH変性ポリプロピレングリコールジアクリレート(n=11)、PO変性ビスフェノールAジグリシジルエーテルジアクリレート、シリコーンジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、
テトラエチレングリコールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールアクリレート、ネオペンチルグリコール変性トリメチロールプロパンジアクリレート、トリプロピレングリコールアクリレート、EO変性トリプロピレングリコールジアクリレート、トリグリセロールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ジアクリリル酸亜鉛、ECH変性グリセロールトリアクリレート、
EO変性グリセロールトリアクリレート、PO変性グリセロールトリアクリレート、ペンタエイスリトールトリアクリレート、EO変性リン酸トリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、
カプロラクトン変性トリメチロールプロパントリアクリレート、HPA変性トリメチロールプロパントリアクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート(l+m+n=3)、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート(l+m+n=6)、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート(l+m+n=9)、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート(l+m+n=15)、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート(l+m+n=20)、PO変性トリメチロールプロパントリアクリレート(l+m+n=3)、PO変性トリメチロールプロパントリアクリレート(l+m+n=6)、トリメチロールプロパンベンゾエートアクリレート、トリス(アクリロキシエチル)イソシアヌレート、アルコキシ変性トリメチロールプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールへキサアクリレート(m=1、a=2、b=3、日本化薬社製)、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールへキサアクリレート(m=1、A=3、b=3、日本化薬社製)、
カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールへキサアクリレート(m=1、A=3、b=0、日本化薬社製)、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタおよびヘキサアクリレート(東亜合成社製)、ジペンタエリスリトールペンタおよびヘキサアクリレートベースの多官能モノマー混合物、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールポリアクリレート(Mw=570)、アルキル変性ジペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパンテトラアクリレート、エポキシアクリレート(ビスフェノールAタイプ、Mw=920)、
エポキシアクリレート(リン酸変性タイプ、Mw=560)、ペンタエリスリトールアクリレート混合エステル、ペンタエリスリトールエトキシテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、シリコーンヘキサアクリレート、ラクトン変性可撓性アクリレート(Mw=344)、ラクトン変性可撓性アクリレート(Mw=230)、ラクトン変性可撓性アクリレート(Mw=458)、アミノアクリレート(Ebecryl P115 ダイセル社製)、アミノアクリレート(Ebecryl 7100 ダイセル社製)、4−アクリロイルモルホリン、イミドアクリレート、イミドアクリレート(アロニックスTO−1534、東亜合成社製)、イミドアクリレート(アロニックスTO−1429、東亜合成社製)、イミドアクリレート(アロニックスTO−1428、東亜合成社製)、3−(トリメトキシシリル)プロピルアクリレート、
(1−4−2)変性メタクリレートモノマー
変性メタクリレートモノマー、変性ジメタクリレートモノマー、変性トリメタクリレートモノマーとしては以下のものが挙げられる。
1,3−ブチレングリコールジメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクロイルキシプロピルメタクリレート、2−ヒドロキシ−3−メタクロイロキシプロピルメチルアンモニウムクロライド、2−ヒドロキシブチルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピリメタクリレート、アルキルメタクリレート(n=12〜13)(共栄社化学社製)、アルキルメタクリレート(n=12〜15)(共栄社化学社製)、アルキルメタクリレート(n=12〜18)(共栄社化学社製)、アルキルメタクリレート(n=18〜24)(共栄社化学社製)、アリルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ブトキシエチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、
ジメチルアミノエチルメタクリレート 4級化物、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ラクトン変性可撓性メタクリレート(Mw=472)、ラクトン変性可撓性メタクリレート(Mw=244)、ラクトン変性可撓性メタクリレート(Mw=358)、グリセロールメタクリレート、グリセロールポリメタクリレート、グリシジルメタクリレート、ヘキサフルオロプロピルメタクリレート、イソボニルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、
ラウロキシポリエチレングリコールメタクリレート、ラウリルメタクリレート、メタクリル酸、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシトリエチレングリコールメタクリレート、メトキシテトラエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(n=8,9)、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(n=23,30)、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(n=50〜60)、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(n=8,9)、
ノニルフェノキシポリ(エチレングリコール−プロピレングリコール)メタクリレート(m=5、n=2)、ノニルフェノキシポリエチレングリコールメタクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコールメタクリレート、オクタフルオロペンチルメタクリレート、オクトキシポリエチレングリコール−プロピレングリコールメタクリレート、ペンタメチルピペリジルジルメタクリレート、パーフルオロオクチルメタクリレート、フェノキシエチルメタクリレート、EO変性リン酸メタクリレート、EO,PO変性フタル酸メタクリレート、EO変性フタル酸メタクリレート、
ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールメタクリレート、ポリ(エチレングリコール−テトラメチレングリコール)メタクリレート、ポリ(プロピレングリコール−テトラメチレングリコール)メタクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート(n=3〜20)、ポリエチレングリコールメタクリレート(n=6)、ポリプロピレングリコールメタクリレート(n=5)、ポリプロピレングリコールメタクリレート(n=5〜6)、ポリプロピレングリコールメタクリレート(n=6)、ポリプロピレングリコールメタクリレート(n=9,13,16)、
イソステアリルメタクリレート、EO変性コハク酸メタクリレート、t−ブチルシクロヘキシルメタクリレート、テトラフルオロプロピルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、テトラメチルピペリジルメタクリレート、トリブロモフェニルメタクリレート、トリブロモフェニルメタクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、メタクリル酸亜鉛、γ−メタクリロキシトリメトキシシラン、
ポリエチレングリコールメタクリレート(n=2〜8、日本油脂社製)、1,4−ブタンジオールメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールメタクリレート、1,9−ノナンジオールメタクリレート、1,10−デカンジオールメタクリレート、アリロキシポリエチレングリコールメタクリレート、EO変性ビスフェノールAジメタクリレート(m+n=2)、EO変性ビスフェノールAジメタクリレート(m+n=2,6)、EO変性ビスフェノールAジメタクリレート(m+n=4)、EO変性ビスフェノールAジメタクリレート(m+n=7)、
EO変性ビスフェノールAジメタクリレート(m+n=10)、EO変性ビスフェノールAジメタクリレート(m+n=30)、EO,PO変性ビスフェノールAジメタクリレート、EO,PO変性(ブロックタイプ)ビスフェノールAジメタクリレート、PO,テトラメチレンオキサイド変性ビスフェノールAジメタクリレート、PO変性ビスフェノールAジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ECH変性エチレングリコールジメタクリレート、
グリセロールアクリレートメタクリレート、グリセロールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ECH変性フェノキシジメタクリレート、EO変性リン酸ジメタクリレート、ポリテトラメチレングリコールジメタクリレート、ポリ(エチレングリコール−テトラメチレングリコール)ジメタクリレート、ポリ(プロピレングリコール−テトラメチレングリコール)ジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート(n=4、Mw=330)、ポリエチレングリコールジメタクリレート(n=9、Mw=550)、
ポリエチレングリコール600ジメタクリレート(n=13,14、Mw=736)、ポリエチレングリコールジメタクリレート(n=23、Mw=736)、ECH変性ポリエチレングリコールジメタクリレート(n=2)、ECH変性ポリエチレングリコールジメタクリレート(n=9)、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール−ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート(n=4)、ポリプロピレングリコールジメタクリレート(n=9)、PO変性ビスフェノールAジグリシジルエーテルジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、
ジメタクリル酸亜鉛、EO変性リン酸ジメタクリレート、EO変性テトラブロモビスフェノールAジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、HPA変性トリメチロールプロパントリメタクリレート、含リンメタクリル酸エステル(ニューフロンティアS−510、第一工業製薬社製)、含リンエポキシメタクリレート(ニューフロンティアS−23A、第一工業製薬社製)、
下記式で表されるシロキサンメタクリレート、
下記式で表される4価重合性シロキサンメタクリレート。
(1−5)
(1−4)に表記した化合物の、1又は2以上のCH=C(−R)−基(Rは水素原子又はアルキル基である。)の少なくとも一つが、
11−CH(−R)−基
(R11は水素原子又はC1〜C20のアルキル基であり、Rは水素原子又はアルキル基である。ただし、R11+RはC1〜C20である。R11、Rは同じでも異なっていてもよい。)に置き換わったもの。
(1−6)
水酸基を2つ以上有する(メタ)アクリレートとして、次を挙げることができる。
プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコール、ビスフェノールA、エトキシ化ビスフェノールAなどの2価のアルコールのジグリシジルエーテル;
トリメチロールプロパン、エトキシ化トリメチロールプロパン、プロポキシ化トリメチロールプロパン、グリセリンなど、3価アルコールのトリグリシジルエーテル等のエポキシ化合物に(メタ)アクリル酸を付加せしめて得られるエポキシアクリレート化合物、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート及びジトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートが挙げられ、
エポキシ樹脂とカルボン酸から誘導されるものとして、グリシジル(メタ)アクリレートの(メタ)アクリル酸付加物、
トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリス2―ヒドロキシエチルイソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレートなどの、ヒドロキシル残基を有するアルコール性ジ(メタ)アクリレート、
ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンヘキサ(メタ)アクリレートなどの、ヒドロキシル残基を有するアルコール性多官能(メタ)アクリレート、
少なくとも1個の芳香環を有する多価フェノール又はそのアルキレンオキサイド付加体のポリグリシジルエーテル等のエポキシ化合物に(メタ)アクリル酸を付加させて得られた(メタ)アクリレート、芳香族エポキシアクリレートの水添タイプの脂環式エポキシアクリレート等が挙げられる。
尚、ここでいう多価フェノールとしては、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等のビスフェノール化合物又はビスフェノール化合物のアルキレンオキサイド付加体、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等を用いることができる。
(1−7)
(1−6)に表記した化合物のうち、1又は2以上の水酸基が、水素原子に置き換わったもの。
(1−8)
(1−6)又は(1−7)に表記した化合物の1又は2以上のCH=C(−R)−基の少なくとも一つが、
11−CH(−R)−基
(R11は水素原子又はC1〜C20のアルキル基であり、Rは水素原子又はアルキル基である。ただし、R11+RはC1〜C20である。R11、Rは同じでも異なっていてもよい。)に置き換わったもの。
(1−9)
カルボキシル基を有する(メタ)アクリレートとして次を挙げることができる。
カルボキシル基を有する(メタ)アクリレートは、カルボキシル基の親水性が十分高いため1分子あたりのカルボキシル基の数に特に制限はなく、1つでも2つ以上でも良い。
しかしカルボキシル基の数が増えていくと溶剤に対する溶解性が悪くなり、化合物の結晶性も高くなるので、接着部材あるいは溶剤に対する耐性が悪化しない範囲でカルボキシル基の数は少ないものが好ましい。特に芳香環に直結したカルボキシル基を持つ化合物の場合には1分子あたりのカルボキシル基の数は2以下が特に好ましい。
具体的には、例えば、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタレート、2−アクリロイルオキシエチルフタレート、2−メタクリロイルオキシエチルフタレート、EO変性琥珀酸アクリレート等、カルボキシ基及び一分子中に少なくとも1つ以上の(メタ)アクリロイル基を有する化合物、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレ−トの如き水酸基含有ビニル単量体に、無水フタル酸等の酸無水物を付加させて得られる化合物、末端に(メタ)アクリロイルオキシ基が導入されたアルキル(オキシ)基で置換された安息香酸誘導体が挙げられる。置換基の数は1つでもそれ以上でも良いが、置換基の数は1〜3であることが合成の容易さの面から好ましい。また、複数の置換基を導入する場合には、置換する位置として分子の対称性を低くするような位置を選択することが、結晶性を高くしすぎないという面で好ましい。具体的には、2−(ω−(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸、2,3−ジ(ω−(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸、2,4−ジ(ω−(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸、2,5−ジ(ω−(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸、3−(ω−(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸、3,4−ジ(ω−(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸、4−(ω−(メタ)アクリロイルオキシアルキル(オキシ))安息香酸で、アルキル鎖のメチレン基の数が1〜14のものが挙げられる。特にメチレン基の数が2〜10のものがさらに好ましい。
(1−10)
(1−9)に表記した化合物の1又は2以上のCH=C(−R)−基の少なくとも一つが、
11−CH(−R)−基
(R11は水素原子又はC1〜C20のアルキル基であり、Rは水素原子又はアルキル基である。ただし、R11+RはC1〜C20である。R11、Rは同じでも異なっていてもよい。)に置き換わったもの。
(1−11)
2つ以上のエポキシ基を有している化合物。
例えば、エチレングリコール、ヘキサンジオ−ル、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトールまたは水添ビスフェノールA、等の脂肪族ポリオールのジグリシジルエーテル化合物、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ジヒドロキシフェニルエーテル、ジヒドロキシベンゾフェノン、クレゾールホルムアルデヒド樹脂、フェノールホルムアルデヒド、ナフトールフェニルアルデヒド樹脂、メチレンビスアニリン、ジヒドロキシナフタレン、ナフトールダイマー、テトラメチルビフェノール、レゾルシン、ヒドロキノン、カテコール等の芳香族ポリオールのポリグリシジルエーテル化合物、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールもしくはポリテトラエチレングリコール、等のポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル化合物、
トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのポリグリシジルエーテル化合物、アジピン酸、ブタンテトラカルボン酸、プロパントリカルボン酸、フタル酸、テレフタル酸もしくはトリメリット酸、等の脂肪族ないしは芳香族ポリカルボン酸のポリグリシジルエーテル化合物、ブタジエン、ヘキサジエン、オクタジエン、ドデカジエン、シクロオクタジエン、α−ピネンもしくはビニルシクロヘキセン、等の炭化水素系ジエンのビスエポキシド化合物、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペートもしくは3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート、等の脂環族ポリエポキシ化合物などが挙げられる。
これらのエポキシ化合物は1種類で用いてもよく、2種類以上混合して用いてもよい。
また、これらのエポキシ化合物は、分子量、その他の物性にも特に制限はないが、配合が容易であることから、通常分子量100〜3000程度のものを使用する。
(1−12)
(1−11)に表記した化合物のひとつ、あるいは、ひとつ以上のエポキシ基が、化合物に少なくともひとつ以上のエポキシ基を残すという条件で、C=CあるいはC−Cに置換された化合物。
(1−13)
潤滑界面誘導剤として用いることのできるモノマー化合物としては、P−R(Pは重合性基であり、Rは直鎖状又は分岐鎖状の炭素原子数1〜0のアルキル基であり、前記アルキル基中の非隣接の−CH−は−COO−、−OCO−、−CO−、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−CH(O)CH−で置換していてもよい。)で表されるモノマーであってもよい。Pの重合性基としては、前記式(III−1)〜(III−17)で表される重合性基等が挙げられる。
(1−13)の類に属する長さの異なるアルキル鎖を有するモノマーを使用することで、液晶成分と接する界面が平らではない凹凸を有する状態になり、近傍で液晶化合物が低秩序になり液晶相を保っていられないため、スリッパリー界面を形成させることができる。
(1−14)
潤滑界面誘導剤として用いることのできるモノマー化合物としては、P−Sp−Zm(Pは重合性基であり、Spはスペーサー基であり、Zmはメソゲン基である)で表されるモノマーであってもよい。Pの重合性基としては、前記式(III−1)〜(III−17)で表される重合性基等が挙げられる。Spのスペーサー基としては、後述するSpと同様の2価の基が挙げられる。Zmのメソゲン基としては、下記式のメソゲン基が挙げられる。
(Rは、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基又はハロゲン原子であり、前記アルキル基中の水素原子はハロゲン原子に置換していてもよく、前記アルキル基中の水素原子はハロゲン原子に置換していてもよく、前記アルキル基中の非隣接の−CH−は−COO−、−OCO−、−CO−、−CH=CH−、−C≡C−、−O−、−CH(O)CH−で置換していてもよく、A及びCは、それぞれ独立して、2価の環式基であり、Bは3価の環式基であり、A、B及びCは、置換基を有していてもよく、Spは、それぞれ独立して、スペーサー基であり、m及びnは、それぞれ独立して、0〜5の整数である。)
(1−14)の類に属するメソゲン基を有するモノマーは、上記のBの3価の環式基のようにメタやオルトでスペーサー基を介して主鎖につながっている構造となる。これに対して、通常液晶分子は直線性を重視するため環構造はパラ位でつながる。これにより液晶相の不安定化が起こり、スリッパリー界面を形成させることができる。
(1−15)
潤滑界面誘導剤として用いることのできるモノマー化合物としては、P−Sp−Zp(Pは重合性基であり、Spはスペーサー基であり、Zpは光異性化可能な基を表す。)で表されるモノマーであってもよい。Pの重合性基としては、前記式(III−1)〜(III−17)で表される重合性基等が挙げられる。Spのスペーサー基としては、後述するSpと同様の2価の基が挙げられる。Zpの光異性化可能な基としては、アゾベンゼン構造を有する基が挙げられる。アゾベンゼン構造を有する基として、具体的には、以下の一般式(P−a−1)〜一般式(P−d−8)で表される2価の基が挙げられる。Zpとしては、この他に、一般式(P−e−7)で表される2価の基が挙げられる。
アゾベンゼン構造のシス−トランスの光異性化により、液晶の配向秩序を乱してスリッパリー界面を形成させることができる。このため、光異性化する波長のUVを照射することにより、スリッパリー状態を制御することが可能になる。このため、局所的な制御等も可能になる。
(1−16)
フッ素系潤滑剤、フッ素系モノマー、フッ素系界面活性剤
フッ素系潤滑剤としては、以下のものが挙げられる。
フッ素系モノマーとしては、以下のものが挙げられる。
フッ素系界面活性剤としては、以下のものが挙げられる。
(1−17)
PEG系潤滑剤としては、ヘキサエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。
PEG系界面活性剤としては、ヘキサエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。
(1−18)
アミド系潤滑剤としては、N,N−ジメチルメタンアミド、N,N−ジメチルドデカンアミド、N,N’−ジアセチル−1,6−ジアミノヘキサン、N−パルミトイルイソプロピルアミド等が挙げられる。
(1−19)
(1−1)〜(1−15)に表記した化合物の、具体的な化合物を列挙する。
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニルオキシルエチル(メタ)アクリレート、イソボルニルオキシルエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、アダマンチル(メタ)アクリレート、ジメチルアダマンチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、
2−フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシエチル(メタ)アクリレート、(2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)メチル(メタ)アクリレート、(3−エチルオキセタン−3−イル)メチル(メタ)アクリレート、o−フェニルフェノールエトキシ(メタ)アクリレート、ジメチルアミノ(メタ)アクリレート、ジエチルアミノ(メタ)アクリレート、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル(メタ)アクリレート、2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチル(メタ)アクリレート、2,2,3,3,4,4,4−ヘプタフルオロブチル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロブチル)エチル(メタ)アクリレート、2−(パーフルオロヘキシル)エチル(メタ)アクリレート、1H,1H,3H−テトラフルオロプロピル(メタ)アクリレート、1H,1H,5H−オクタフルオロペンチル(メタ)アクリレート、1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプチル(メタ)アクリレート、1H−1−(トリフルオロメチル)トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、1H,1H,3H−ヘキサフルオロブチル(メタ)アクリレート、1,2,2,2−テトラフルオロ−1−(トリフルオロメチル)エチル(メタ)アクリレート、1H,1H−ペンタデカフルオロオクチル(メタ)アクリレート、1H,1H,2H,2H−トリデカフルオロオクチル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルフタル酸、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、グリシジル(メタ)アクリレートなどの1価のエポキシ(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルりん酸、
4−アクリロイルモルホリン、ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、イロプロピル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N−ドデシル(メタ)アクリルアミド、N−アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタルイミド等のモノ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルジオールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート(n=6)、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート(n=9)、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート(n=13)、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート、9,9−ビス[4−(2−アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン、グリセリンジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクロイルオキシプロピルメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテルのアクリル酸付加物、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテルのアクリル酸付加物、等のジアクリレート、
トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ε−カプロラクトン変性トリス−(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、等のトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、等のテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、オリゴマー型の(メタ)アクリレート、各種ウレタンアクリレート、各種マクロモノマー、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、等のエポキシ化合物、ラウリン酸エチル、酢酸トリデシル等のエステル化合物、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール等のポリアルキレンオキサイド(アルキレン基の炭素数は2〜20が好ましい。)、マレイミド、1,2−ビス(マレイミド)エタン、マレイミドメチルマレイミドエチルエーテル、ビス(マレイミド)メチルエーテル、ビス(マレイミドメトキシ)メタン、4−プロパノイルモルホリン、4−ノナノイルモルホリン、2−エチル−1−モルホリン−4−イル−ヘキサン−1−オン、12‐トリデシン酸メチル、セバシン酸モノエチルエステル、等、が挙げられる。
(2)高分子潤滑界面誘導剤
潤滑界面誘導剤として用いることのできる高分子化合物としては、次の(2−1)〜(2−5)が挙げられる。
(2−1)
(1)低分子潤滑界面誘導剤で挙げた化合物例のうち、重合性基をもつものについてのホモポリマー、その重合体を高分子中の一部に有する、ブロック、ランダム、あるいは交互共重合体
(1−1)〜(1−15)に表記した化合物のそれぞれに対応するモノマーを重合したもので、単独のホモポリマーであってもよく、いずれかの類に属する複数のモノマーを共重合して得られる共重合体であってもよく、複数の類のモノマーを共重合して得られる共重合体であってもよい。例えば、(1−13)の類に属する2種又は3種以上のモノマーを共重合させてもよく、(1−14)の類に属する2種又は3種以上のモノマーを共重合させてもよく、(1−14)の類に属する2種、3種又は4種以上のモノマーと、(1−15)の類に属する2種又は3種以上のモノマーを共重合させてもよい。
(1−13)の類に属する2種又は3種以上のモノマーを共重合させることにより、2種又は3種以上の長鎖アルキル側鎖を有する高分子化合物を得ることができる。
(1−14)の類に属するメソゲン基を有するモノマーを重合することにより、メソゲン基を側鎖に有する高分子化合物を得ることができる。
(1−15)の類に属する光異性化可能な基を有するモノマーを重合することにより、光異性化可能な基を側鎖に有する高分子化合物を得ることができる。
(2−2)
ポリエチレングリコール、プロピレングリコール等のポリアルキレンオキサイド(アルキレン基の炭素数は2〜20が好ましい。)。
(2−3)
ポリエチレングリコール、プロピレングリコール等の1種以上のポリアルキレンオキサイド(アルキレン基の炭素数は2〜20が好ましい。)を、高分子中の一部に有するブロック、ランダム、あるいは交互共重合体。
(2−4)
(2−1)又は(2−3)に表記した化合物の共重合体の1成分として、側鎖型液晶成分を有するもの。側鎖型液晶成分の液晶構造は、すでに例示されている液晶の構造を、重合性基に直接あるいはアルキレン基等のスペーサー基により結びつけたもの。
(2−5)
下記基を側鎖、あるいは、主鎖に有する高分子。
例えば、アミド基を有する重合体としてはポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミドが挙げられる。
また、ピリジル基を有する重合体としては、ポリ(2−ビニルピリジン)、ポリ(4−ビニルピリジン)、2−ビニルピリジン/スチレン共重合体、4−ビニルピリジン/スチレン共重合体、4−ビニルピリジン/メタクリレート共重合体等が挙げられる。
また、スルホ基を有する重合体としては、ポリ(ビニルスルホン酸)及びそのナトリウム塩、ポリ(p−スチレンスルホン酸)及びそのナトリウム塩等が挙げられる。
また、カルボキシ基を有する重合体としては、ポリアクリル酸若しくはそのナトリウム塩、ポリメタクリル酸若しくはそのナトリウム塩、アクリル酸/アクリルアミド共重合体若しくはそのナトリウム塩、アクリル酸/マレイン酸共重合体若しくはそのナトリウム塩、エチレン/アクリル酸共重合体、アクリロニトリル/アクリル酸共重合体、ポリマレイン酸、スチレン/マレイン酸共重合体若しくはそのナトリウム塩、イソブチレン/マレイン酸共重合体若しくはそのナトリウム塩、スチレンスルホン酸/マレイン酸共重合体若しくはそのナトリウム塩、メチルビニルエーテル/マレイン酸共重合体、塩化ビニル/酢酸ビニル/マレイン酸共重合体、等が挙げられる。
(3)イオン液体
潤滑界面誘導剤として用いることのできるイオン液体としては、公知のイオン液体を特に制限なく用いることができる。ここでイオン液体とは、アニオン部とカチオン部とからなるイオン性の化合物のうち液体のものをいう。イオン性液体の融点として具体的には、100℃以下が好ましく、60℃以下がより好ましく、30℃以下が更に好ましく、室温で液体であることが特に好ましい。
潤滑界面誘導剤として用いることのできるイオン液体のカチオン部として、例えば、イミダゾリウムカチオン、アンモニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン、ホスホニウムカチオン等が挙げられる。イオン液体のカチオン部としてイミダゾリウムカチオンが好ましい。
前記イミダゾリウムカチオンとして、例えば、1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウム(C16)、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム(C6)、1−ドデシル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム、1−(2−(アクリロイルオキシ)エチル)−3−エチルイミダゾリウム、1−メチルイミダゾリウム、1−メチル−3−エチルイミダゾリウム、1−メチル−3−ブチルイミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ベンジル−3−メチルイミダゾリウム、1,3−ジメチルイミダゾリウム、1,3−ジエチルイミダゾリウム、1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、1,3,4−トリメチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−エチル−3,4−ジメチルイミダゾリウム、1−エチル−3,5−ジメチルイミダゾリウム、2−エチル−1,3−ジメチルイミダゾリウム、4−エチル−1,3−ジメチルイミダゾリウム、1,2−ジエチル−3−メチルイミダゾリウム、1,4−ジエチル−3−メチルイミダゾリウム、1,5−ジエチル−3−メチルイミダゾリウム、1,3−ジエチル−2−メチルイミダゾリウム、1,3−ジエチル−4−メチルイミダゾリウム、
1,2,3−トリエチルイミダゾリウム、1,3,4−トリエチルイミダゾリウム、1,2,3,4−テトラメチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3,4−トリメチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3,5−トリメチルイミダゾリウム、1−エチル−3,4,5−トリメチルイミダゾリウム、2−エチル−1,3,4−トリメチルイミダゾリウム、4−エチル−1,2,3−トリメチルイミダゾリウム、1,2−ジエチル−3,4−ジメチルイミダゾリウム、1,3−ジエチル−2,4−ジメチルイミダゾリウム、1,4−ジエチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、2,4−ジエチル−1,3−ジメチルイミダゾリウム、4,5−ジエチル−1,3−ジメチルイミダゾリウム、1,2,3−トリエチル−4−メチルイミダゾリウム、1,2,4−トリエチル−3−メチルイミダゾリウム、1,2,5−トリエチル−3−メチルイミダゾリウム、1,3,4−トリエチル−2−メチルイミダゾリウム、1,3,4−トリエチル−5−メチルイミダゾリウム、1,4,5−トリエチル−3−メチルイミダゾリウム、1,2,3,4,5−ペンタメチルイミダゾリウム、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウム等が挙げられる。
前記アンモニウムカチオンとしては、例えば、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、テトラペンチルアンモニウム、テトラヘキシルアンモニウム、テトラヘプチルアンモニウム、テトラオクチルアンモニウム、テトラノニルアンモニウム、テトラデシルアンモニウム、テトラドデシルアンモニウム、エチルトリメチルアンモニウム、ジエチルジメチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、トリメチルプロピルアンモニウム、トリメチルイソプロピルアンモニウム、エチルジメチルプロピルアンモニウム、エチルジメチルイソプロピルアンモニウム、ジエチルメチルプロピルアンモニウム、ジエチルメチルイソプロピルアンモニウム、ジメチルジプロピルアンモニウム、ジメチルプロピルイソプロピルアンモニウム、ジメチルジイソプロピルアンモニウム、トリエチルプロピルアンモニウム、ブチルトリメチルアンモニウム、
イソブチルトリメチルアンモニウム、tert−ブチルトリメチルアンモニウム、トリエチルイソプロピルアンモニウム、エチルメチルジプロピルアンモニウム、エチルメチルジイソプロピルアンモニウム、ブチルエチルジメチルアンモニウム、イソブチルエチルジメチルアンモニウム、tert−ブチルエチルジメチルアンモニウム、ジエチルジプロピルアンモニウム、ジエチルプロピルジイソプロピルアンモニウム、ジエチルジイソプロピルアンモニウム、メチルトリプロピルアンモニウム、メチルジプロピルイソプロピルアンモニウム、メチルプロピルジイソプロピルアンモニウム、ブチルトリエチルアンモニウム、イソブチルトリエチルアンモニウム、tert−ブチルトリエチルアンモニウム、ジブチルジメチルアンモニウム、ジイソブチルジメチルアンモニウム、ジtert−ブチルジメチルアンモニウム、ブチルイソブチルジメチルアンモニウム、ブチル−tert−ブチルジメチルアンモニウム、イソブチル−tert−ブチルジメチルアンモニウム、トリオクチルメチルアンモニウム等が挙げられる。
前記ピリジニウムカチオンとしては、例えば、1−メチルピリジニウム、1−エチルピリジニウム、1−プロピルピリジニウム、1−ブチルピリジニウム、1−ペンチルピリジニウム、1−ヘキシルピリジニウム、1−ヘプチルピリジニウム、1−オクチルピリジニウム、1−ノニルピリジニウム、1−デシルピリジニウム、1,2−ジメチルピリジニウム、1,3−ジメチルピリジニウム、1,4−ジメチルピリジニウム、1−エチル−2−メチルピリジニウム、2−エチル−1−メチルピリジニウム、1−エチル−3−メチルピリジニウム、3−エチル−1−メチルピリジニウム、1−エチル−4−メチルピリジニウム、4−エチル−1−メチルピリジニウム、1,2−ジエチルピリジニウム、1,3−ジエチルピリジニウム、1,4−ジエチルピリジニウム、1,2,3−トリメチルピリジニウム、1,2,4−トリメチルピリジニウム、1,3,4−トリメチルピリジニウム、1,3,5−トリメチルピリジニウム、1,2,5−トリメチルピリジニウム、1,2,6−トリメチルピリジニウム、1−エチル−2,3−ジメチルピリジニウム、1−エチル−2,4−ジメチルピリジニウム、1−エチル−2,5−ジメチルピリジニウム、1−エチル−2,6−ジメチルピリジニウム、1−エチル−3,4−ジメチルピリジニウム、
1−エチル−3,5−ジメチルピリジニウム、2−エチル−1,3−ジメチルピリジニウム、2−エチル−1,4−ジメチルピリジニウム、2−エチル−1,5−ジメチルピリジニウム、2−エチル−1,6−ジメチルピリジニウム、3−エチル−1,2−ジメチルピリジニウム、3−エチル−1,4−ジメチルピリジニウム、3−エチル−1,5−ジメチルピリジニウム、3−エチル−1,6−ジメチルピリジニウム、4−エチル−1,2−ジメチルピリジニウム、4−エチル−1,3−ジメチルピリジニウム、1,2−ジエチル−3−メチルピリジニウム、1,2−ジエチル−4−メチルピリジニウム、1,2−ジエチル−5−メチルピリジニウム、1,2−ジエチル−6−メチルピリジニウム、1,3−ジエチル−2−メチルピリジニウム、1,3−ジエチル−4−メチルピリジニウム、1,3−ジエチル−5−メチルピリジニウム、1,3−ジエチル−6−メチルピリジニウム、1,4−ジエチル−2−メチルピリジニウム、1,4−ジエチル−3−メチルピリジニウム、2,3−ジエチル−1−メチルピリジニウム、2,4−ジエチル−1−メチルピリジニウム、2,5−ジエチル−1−メチルピリジニウム、2,6−ジエチル−1−メチルピリジニウム、3,4−ジエチル−1−メチルピリジニウム等が挙げられる。
前記ピロリジニウムカチオンとしては、例えば、例えば、1,1−ジメチルピロリジニウム、1−エチル−1−メチルピロリジニウム、1,1−ジエチルピロリジニウム、1,1,2−トリメチルピロリジニウム、1,1,3−トリメチルピロリジニウム、1−エチル−1,2−ジメチルピロリジニウム、1−エチル−1,3−ジメチルピロリジニウム、2−エチル−1,1−ジメチルピロリジニウム、3−エチル−1,1−ジメチルピロリジニウム、1,1−ジエチル−2−メチルピロリジニウム、1,1−ジエチル−3−メチルピロリジニウム、1,2−ジエチル−1−メチルピロリジニウム、1,3−ジエチル−1−メチルピロリジニウム、1,1,2−トリエチルピロリジニウム、1,1,3−トリエチルピロリジニウム、1,1,2,2−テトラメチルピロリジニウム、1,1,2,3−テトラメチルピロリジニウム、1,1,2,4−テトラメチルピロリジニウム、1,1,2,5−テトラメチルピロリジニウム、1,1,3,4−テトラメチルピロリジニウム、1,1,3,3−テトラメチルピロリジニウム、1,1−ジメチルピロリジウム、1−エチル−1−メチルピロリジウム等が挙げられる。
前記ピペリジニウムカチオンとしては、例えば、1,1−ジメチルピペリジニウム、1−エチル−1−メチルピペリジニウム、1,1−ジエチルピペリジニウム、1,1,2−トリメチルピペリジニウム、1,1,3−トリメチルピペリジニウム、1,1,4−トリメチルピペリジニウム、1,1,2,2−テトラメチルピペリジニウム、1,1,2,3−テトラメチルピペリジニウム、1,1,2,4−テトラメチルピペリジニウム、1,1,2,5−テトラメチルピペリジニウム、1,1,2,6−テトラメチルピペリジニウム、1,1,3,3−テトラメチルピペリジニウム、1,1,3,4−テトラメチルピペリジニウム、1,1,3,5−テトラメチルピペリジニウム、1−エチル−1,2−ジメチルピペリジニウム、1−エチル−1,3−ジメチルピペリジニウム、1−エチル−1,4−ジメチルピペリジニウム、1−エチル−1,2,3−トリメチルピペリジニウム、1−エチル−1,2,4−トリメチルピペリジニウム、1−エチル−1,2,5−トリメチルピペリジニウム、1−エチル−1,2,6−トリメチルピペリジニウム、1−エチル−1,3,4−トリメチルピペリジニウム、1−エチル−1,3,5−トリメチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−2−メチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−3−メチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−4−メチルピペリジニウム、
1,1−ジエチル−2,3−ジメチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−2,4−ジメチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−2,5−ジメチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−2,6−ジメチピペリジニウム、1,1−ジエチル−3,4−ジメチルピペリジニウム、1,1−ジエチル−3,5−ジメチルピペリジニウム、2−エチル−1,1,3−トリメチルピペリジニウム、2−エチル−1,1,4−トリメチルピペリジニウム、2−エチル−1,1,5−トリメチルピペリジニウム、2−エチル−1,1,6−トリメチルピペリジニウム、3−エチル−1,1,2−トリメチルピペリジニウム、3−エチル−1,1,4−トリメチルピペリジニウム、3−エチル−1,1,5−トリメチルピペリジニウム、3−エチル−1,1,6−トリメチルピペリジニウム、4−エチル−1,1,2−トリメチルピペリジニウム、4−エチル−1,1,3−トリメチルピペリジニウム、1,2−ジエチル−1,3−ジメチルピペリジニウム、1−エチル−1,2,4−トリメチルピペリジニウム、1,2−ジエチル−1,5−ジメチルピペリジニウム、1,2−ジエチル−1,6−ジメチルピペリジニウム、1,3−ジエチル−1,5−ジメチルピペリジニウム、1,3−ジエチル−1,4−ジメチルピペリジニウム、1,3−ジエチル−1,5−ジメチルピペリジニウム、1,3−ジエチル−1,6−ジメチルピペリジニウム、1,4−ジエチル−1,2−ジメチルピペリジニウム等が挙げられる。
前記ホスホニウムカチオンとしては、例えば、テトラメチルホスホニウム、テトラエチルホスホニウム、テトラプロピルホスホニウム、テトラブチルホスホニウム、テトラペンチルホスホニウム、テトラヘキシルホスホニウム、テトラヘプチルホスホニウム、テトラオクチルホスホニウム、テトラノニルホスホニウム、テトラデシルホスホニウム、テトラフェニルホスホニウム、トリブチルオクチルホスホニウム、トリブチルノニルホスホニウム、トリブチルデシルホスホニウム、トリブチルウンデシルホスホニウム、トリブチルドデシルホスホニウム、トリブチルトリデシルホスホニウム、トリブチルテトラデシルホスホニウム、トリブチルペンタデシルホスホニウム、トリブチルヘキサデシルホスホニウム、トリブチルヘプタデシルホスホニウム、トリブチルオクタデシルホスホニウム、トリブチルノナデシルホスホニウム、トリブチルイコシルホスホニウム、トリペンチルオクチルホスホニウム、トリペンチルノニルホスホニウム、トリペンチルデシルホスホニウム、トリペンチルウデシルホスホニウム、トリペンチルドデシルホスホニウム、トリペンチルトリデシルホスホニウム、トリペンチルテトラデシルホスホニウム、トリペンチルペンタデシルホスホニウム、トリペンチルヘキサデシルホスホニウム、トリペンチルヘプタデシルホスホニウム、トリペンチルオクタデシルホスホニウム、トリペンチルノナデシルホスホニウム、トリペンチルイコシルホスホニウム、トリヘキシルオクチルホスホニウム、トリヘキシルノニルホスホニウム等が挙げられる。
潤滑界面誘導剤として用いることのできるイオン液体のアニオン部として、例えば、ハロゲン(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、ビス(フルオロメタンスルホニル)イミド、テトラフルオロボレート、ヘキサフルオロホスフェート、トリフルオロメタンスルホネート等が挙げられる。
潤滑界面誘導剤として用いることのできるイオン液体として、例えば、1−ドデシル−3−メチルイミダゾリウム=ヘキサフルオロホスフェート(C16)、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム=ヘキサフルオロホスフェート(C6)、1−(2−(アクリロイルオキシ)エチル)−3−エチルイミダゾリウム=ヘキサフルオロホスフェート、1−メチルイミダゾリウム=ヘキサフルオロホスフェート、1−メチル−3−エチルイミダゾリウム=ヘキサフルオロホスフェート、1−メチル−3−ブチルイミダゾリウム=ヘキサフルオロホスフェート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム=ヘキサフルオロホスフェート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム=ヘキサフルオロホスフェート、1−ベンジル−3−メチルイミダゾリウム=ヘキサフルオロホスフェート、
1−ドデシル−3−メチルイミダゾリウム=テトラフルオロボレート(C16)、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム=テトラフルオロボレート(C6)、1−(2−(アクリロイルオキシ)エチル)−3−エチルイミダゾリウム=テトラフルオロボレート、1−メチルイミダゾリウム=テトラフルオロボレート、1−メチル−3−エチルイミダゾリウム=テトラフルオロボレート、1−メチル−3−ブチルイミダゾリウム=テトラフルオロボレート、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム=テトラフルオロボレート、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム=テトラフルオロボレート、1−ベンジル−3−メチルイミダゾリウム=テトラフルオロボレート、トリオクチルメチルアンモニウム=ビストリフルオロメタンスルホニルイミド、トリメチルプロピルアンモニウム=ビストリフルオロメタンスルホニルイミド、ジメチルエチル[2−(2−メトキシエトキシ)エチル]アンモニウム=ビストリフルオロメタンスルホニルイミド、ジエチルメチル(2−メトキシエチル)アンモニウム=ビストリフルオロメタンスルホニルイミド、ジエチルメチル(2−メトキシエチル)アンモニウム=テトラフルオロホスフェート、ジメチルエチル[2−(2−メトキシエトキシ)エチル]アンモニウム=テトラフルオロホスフェート、ジエチルメチル(2−メトキシエチル)アンモニウム=ヘキサフルオロホスフェート等が挙げられる。イオン液体としてイミダゾリウム系イオン液体が好ましい。
第1実施形態の光学素子は、液晶成分及び潤滑界面誘導剤の混合物を、少なくとも一方の基板に電極を有する一対の基板の間に充填し、セル内全体が液晶相になっている状態から徐々に昇温して相分離構造を発現させることにより製造することができる。すなわち、スリッパリー界面を液体相と液晶相との間に発現させることができる。
該混合物を一対の基板間に充填し、あらかじめセル内全体が液晶相になるように冷却し、徐々に昇温して液体相を界面に発現させてもよい。また、より適切な方法として、上記温調の手前に、一旦加熱して等方相にした後、冷却してセル全体を液晶相にしてから、昇温して液体相を界面に発現させることにより、より均一なスリッパリー界面を形成することができる。これにより、最初にセルへ液晶注入した際に不適切な方位に吸着してしまった液晶相の方位を一旦消去(リセット)することができる。
当該混合物中の潤滑界面誘導剤の含有量は、0.5〜15質量%であることが好ましく、0.8〜10質量%がより好ましく、1.0〜8質量%がさらに好ましい。
以下、本発明に係る複合体の第2実施形態を、図面に基づいて説明する。
図2は、本実施形態における複合体40を示す概略断面図である。
本実施形態に係る発明は、少なくとも一方の基板31に電極28,29を有する一対の基板31,32と、一対の基板31,32の間に充填された液晶成分23とを備え、一対の基板31,32及び液晶成分23の間に潤滑界面誘導領域26を有する複合体40である。複合体40は光学素子であってもよい。本実施形態に係る発明は、潤滑界面誘導領域26に潤滑界面誘導剤24を有することが好ましい。本実施形態に係る発明において、液晶成分23と、前記潤滑界面誘導領域26との界面がスリッパリー界面27を形成していることが好ましい。潤滑界面誘導剤24は、極性基を有する化合物 、重合性化合物 、高分子化合物又はイオン液体であることが好ましい。前記高分子化合物は、鎖長の異なる2種又は3種以上のアルキル基、メソゲン基、光異性化可能な基の少なくとも1種を有することが好ましい。液晶成分23及び潤滑界面誘導剤24が相分離構造を発現して、液晶成分23が液晶相25を形成し、潤滑界面誘導剤24が潤滑界面誘導領域26において液体相を形成していることが好ましい。潤滑界面誘導剤24が潤滑界面誘導領域26において液晶相より低秩序なゲル層を形成していてもよい。
本実施形態に係る発明は、少なくとも一方の基板31に電極28,29を有する一対の基板31,32と、一対の基板31,32の間に充填された液晶成分23及び潤滑界面誘導剤24と、を備える光学素子であって、液晶成分23及び潤滑界面誘導剤24が相分離構造を発現して、液晶成分23が、高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された光学的等方性の液晶相25を形成し、潤滑界面誘導剤24が、ネットワークの表面の近傍に偏在して液体相を形成し、液晶成分23が外部電場又は外部磁場の外場の変化により応動するに際して、液晶相25と液体相との界面がスリッパリー界面27を形成している。潤滑界面誘導剤24が、高分子化合物成分41に対して親和性が良いことが好ましい。
図2の複合体40は、本実施形態における液晶成分23及び液晶成分23の支持体(図示せず)を有し、液晶成分23及び支持体(図示せず)の間に潤滑界面誘導領域26を有する。複合体40は光学素子であってもよい。
前記複合体において、支持体(図示せず)は、液晶成分23中に存在する高分子構造体であってもよく、液晶の欠陥領域を補充する高分子構造体であってもよい。前記複合体において、液晶成分23と、前記潤滑界面誘導領域26との界面がスリッパリー界面27を形成していることが好ましい。前記複合体において、前記潤滑界面誘導領域26に潤滑界面誘導剤24を有することが好ましい。前記複合体において、潤滑界面誘導剤24が、極性基を有する化合物 、重合性化合物 、高分子化合物又はイオン液体であることが好ましい。潤滑界面誘導剤24が高分子化合物であり、前記高分子化合物が、鎖長の異なる2種又は3種以上のアルキル基、メソゲン基、光異性化可能な基の少なくとも1種を有することが好ましい。
本実施形態における潤滑界面誘導剤としては、上述の潤滑界面誘導剤を挙げることができる。
潤滑界面誘導剤が、高分子ネットワークの表面に対して親和性が良いことにより、自発的に高分子ネットワークの表面付近に潤滑界面誘導剤の高い濃度領域が実現される。また、潤滑界面誘導剤は、ぬれ性・温度安定性を確保するために液晶相を形成する液晶成分に対して十分な親和性を有することが好ましい。液晶成分に対する親和性が弱いと、液晶相から排除され、界面は「垂直配向」になったり、「DeWet(界面張力が高くドロップレット状に集合する)状態」となったりして好適なスリッパリー界面を形成することができない。液晶成分に対して十分な親和性を有することにより、スリッパリー界面を形成することが可能となる。潤滑界面誘導剤が、高分子ネットワークの表面に対して親和性が良く、かつ、液晶成分に対して十分な親和性を有することにより、スリッパリー界面を形成することが可能となる。
一般に、上の2つの条件は合い入れないものとなり、微妙な条件となるが、例えば、界面活性剤に類似の化合物を利用することにより、これを達成できる。分子の一方に高分子ネットワークの表面に対して親和性の良い官能基を有し、他方に液晶成分に対して十分な親和性を有する官能基を有する化合物を潤滑界面誘導剤として用いることもできる。
ここで、液晶成分は、高分子化合物成分からなるネットワークにより安定化された光学的等方性の液晶相25を形成しているが、光学的等方性の液晶相(ブルー相)を安定化しているポリマーは架橋しているので、未架橋のポリマーで、液晶中に溶解できるポリマーは潤滑界面誘導剤になり得る。ダイレクターのひずみと配向の秩序度の勾配が高分子をディスクリネーションに引き寄せる駆動力という観点に立てば、分子量が大きくなるほどブルー相内のディスクリネーションに集まりやすくなる。分子量が大きすぎると,安定化しているポリマーの表面に吸着してしまうが、適当な分子量のポリマー(オリゴマー)であれば、界面付近にうまく濃縮して、スリッパリー界面を形成する。
界面にどれだけ濃縮するか、すなわち、濃度プロファイルは、1)ブルー相を安定化しているポリマーとの親和性と、2)ディスクリネーションが異物を吸引する力と、3)熱運動でバラバラに拡散する作用(エントロピー)との釣り合いで決まり、2)と3)は潤滑界面誘導剤の分子量に強く依存する。
潤滑界面誘導剤がオリゴマー又はポリマーである場合の重合度は、2〜300量体であることが好ましく、4〜200量体であることがより好ましく、5〜100量体であることが特に好ましく、重量平均分子量としては、150〜30000が好ましく、1000〜20000がより好ましく、2000〜12000が特に好ましい。
本実施形態においては、液晶成分23及び潤滑界面誘導剤24が、自己組織化して相分離構造を発現し、高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された光学的等方性の液晶相25を形成する構成とすることができる。
本実施形態においては、潤滑界面誘導剤24に対して親和性の良い表面を有する、高分子化合物成分41からなるネットワークを設けることが好ましく、それにより、潤滑界面誘導剤24が、高分子化合物成分41からなるネットワークの表面の近傍に偏在して液体相を形成させることができる。
本実施形態における光学素子は、液晶成分23が外部電場又は外部磁場の外場の変化により応動するに際して、液晶相25と液体相との界面がスリッパリー界面17を形成していることにより、潤滑界面誘導剤が駆動外場の閾値を低減させる作用を有し、低電圧駆動性に優れる。
液晶成分23が、二重ねじれシリンダー構造を有する光学的等方性の液晶相25を形成していてもよく、潤滑界面誘導剤24が、二重ねじれシリンダー構造の間のディスクリネーションに偏在して液体相を形成していてもよい。
液晶成分23及び潤滑界面誘導剤24が、自己組織化して相分離構造を発現する際に、潤滑界面誘導剤24が二重ねじれシリンダー構造の間のディスクリネーションに偏在するよう、液晶成分23、潤滑界面誘導剤24の組み合わせを適宜選択することができる。
また、液晶成分23が電界無印加時に光学的等方性を示し、電界印加時に光学的異方性を示す構成とすることができる。従来の電場印加により光学的異方性の光軸を回転させる方式に対し、光学的等方性(複屈折ゼロ)−異方性(有限の複屈折)の可逆的スイング方式に基づく、配向処理不要な光学素子とすることができ、製造コストの低下が期待できる。そして、横電界タイプとして、光軸を基板面内に設けることにより、良好な視野角特性が実現できる。
本実施形態の光学素子において、一方の基板31における対向基板32側に設けられた第1電極28及び第2電極29を備え、第1電極28と第2電極29との間に電界を発生させる構成とすることができる。
本実施形態の光学素子において、第1電極28及び第2電極29が、一対の基板31,32の間にインプレーン電界を発生させる構成とすることができる。
「液晶成分23」
本実施形態において、液晶成分23は、潤滑界面誘導剤と共に前記一対の基板の間に充填され、相分離構造を発現して液晶相を形成する。
本実施形態における液晶成分23は、コレステリックブルー相、スメクチックブルー相を示す構成とすることができる。
本実施形態における液晶成分23は、上記一般式(LC)で表される化合物を含有するネマチック液晶組成物であってもよい。
本実施形態における液晶成分23は、上記一般式(LC)で表される化合物を含有するネマチック液晶組成物と、少なくとも1種類のキラル化合物とを含むブルー相、若しくは、該ブルー相が高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された高分子安定化ブルー相、又は、その他の光学的等方性の液晶相25を形成していてもよい。
キラル化合物を含ませることにより、ネマチック液晶組成物に対して捻れ配向を誘起させ、所望のピッチを有するコレステリック相やブルー相を発現する液晶組成物が得られる。
ここで、ピッチとは、液晶分子の螺旋構造における1周期分の長さを示す。ネマチック液晶組成物へのキラル化合物の添加量(質量%)が多くなるほど、ピッチ(μm)は小さくなる。特にキラル化合物の添加量が1〜数質量%程度までの低い濃度の時には、キラル化合物の添加量とピッチの積が一定という関係がよく成り立つことが知られており、これの逆数をとった螺旋誘起力(Helical Twisting Power:HTP)(1/μm)が光学活性化合物固有の捻れ配向を誘起する力の評価パラメータとして使用されている。下記数式中、「P」はピッチ(μm)であり、「C」はキラル化合物の添加量(質量%)である。
[キラル化合物]
当該キラル化合物としては、不斉原子をもつ化合物、軸不斉をもつ化合物、面不斉をもつ化合物のいずれでもよい。また、当該キラル化合物は、重合性基を有していてもよく、重合性基を有していなくてもよい。
本実施形態におけるブルー相、若しくは、該ブルー相が高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された高分子安定化ブルー相、その他の光学的等方性の液晶相25が含むキラル化合物としては、不斉原子をもつ化合物又は軸不斉をもつ化合物が好ましく、不斉原子をもつ化合物が特に好ましい。不斉原子をもつ化合物としては、側鎖部分に不斉炭素を持つ化合物、環構造部分に不斉炭素を持つ化合物及びその両方を持つ化合物が挙げられる。不斉原子をもつ化合物において、不斉原子は不斉炭素原子であると立体反転が起こり難いものが好ましいが、ヘテロ原子が不斉原子となっていてもよい。不斉原子は鎖状構造の一部に導入されていてもよく、環状構造の一部に導入されていてもよい。本実施形態におけるブルー相、若しくは、該ブルー相が高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された高分子安定化ブルー相、その他の光学的等方性の液晶相25が含むキラル化合物として、螺旋誘起力が強いことを特に要求される場合には、軸不斉をもつ化合物が好ましい。
<不斉原子をもつ化合物>
不斉原子をもつ化合物としては、具体的には、一般式(Ch−I)で表される化合物が好ましい。
(一般式(Ch−I)中、R100及びR101はそれぞれ独立して、水素原子、シアノ基、−NO、ハロゲン原子、−OCN、−SCN、−SF、炭素原子数1〜30個のキラル又はアキラルなアルキル基(当該アルキル基中の1個又は2個以上の隣接していないメチレン基は、それぞれ独立して、酸素原子又は硫黄原子が相互に直接結合しないものとして−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又はC≡C−により置換されていてもよく、当該アルキル基中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子又はシアノ基によって置換されていてもよい。)、重合性基、又は環構造を含むキラルな基を表し、n11が0のとき、R100及びR101の少なくとも1つは、キラルなアルキル基であり、
100及びZ101はそれぞれ独立して、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−COO−、−CO−N(R105)−、−N(R105)−CO−、−OCH−、−CHO−、−SCH−、−CHS−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−CHCH−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−、−CH=CH−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−、−C≡C−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−又は単結合を表し、
100及びA101はそれぞれ独立して、
(a’) トランス−1,4−シクロへキシレン基(当該基中に存在する1個のメチレン基又は隣接していない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、酸素原子又は硫黄原子に置換されていてもよい。)、
(b’) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は、窒素原子に置換されていてもよい。)、又は
(c’) 1,4−シクロヘキセニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、インダン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基及び1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(これらの基中に存在する1個のメチレン基又は隣接していない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、酸素原子又は硫黄原子に置換されていてもよく、これらの基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は、窒素原子に置換されていてもよい。)を表し、
100又はA101が複数存在する場合には、それらは同一でもよく、異なっていてもよく、
11は0又は1を表し、n11が0を表すとき、m12は0を表し、かつm11は0、1、2、3、4又は5を表し、n11が1を表すとき、m11とm12はそれぞれ独立して0、1、2、3、4又は5を表し、
Dは、下記式(D1)〜(D4)で表される2価の基(式(D1)〜(D4)中、アステリスク(*)は、キラルな炭素原子を表し、黒丸を付した部位において、Z101(若しくは、R100)又はZ101(若しくは、R100)に、それぞれ結合する。)を表す。)
一般式(Ch−I)中、R100及びR101はそれぞれ独立して、水素原子、シアノ基、−NO、ハロゲン原子、−OCN、−SCN、−SF、炭素原子数1〜30個のキラル又はアキラルなアルキル基、重合性基、又は環構造を含むキラルな基を表す。n11が0のとき、R100及びR101の少なくとも1つは、キラルなアルキル基である。
一般式(Ch−I)中のR100又はR101が炭素原子数1〜30個のキラル又はアキラルなアルキル基である場合、当該アルキル基中の1個又は2個以上の隣接していないメチレン基(−CH−)は、それぞれ独立して、酸素原子又は硫黄原子が相互に直接結合しないものとして−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又はC≡C−により置換されていてもよく、当該アルキル基中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子又はシアノ基によって置換されていてもよい。また、当該アルキル基は、直鎖状の基であってもよく、分岐鎖状の基であってもよく、環構造を含んでいる基であってもよい。
キラルなアルキル基としては、以下の一般式(Ra)〜(Rk)で表される基が好ましい。一般式(Ra)〜(Rk)中、アステリスク(*)は、キラルな炭素原子を表す。R100又はR101がこれらの基の場合、左端で、A100(若しくは、D、Z101)又はA101(若しくは、D、Z100)に、それぞれ結合する。
一般式(Ra)〜(Rk)中、R103及びR104は、それぞれ独立して、炭素原子数1〜12の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基、又は水素原子を表す。但し、一般式(Ra)、(Rb)、(Rd)、(Re)、(Rf)、(Rg)、(Ri)、(Rj)においては、R103が結合する炭素原子(*を付した位置)が不斉原子となるように、R103は炭素原子数1〜10の直鎖状若しくは分枝鎖状のアルキル基である。当該アルキル基の1個又は2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、酸素原子又は硫黄原子が相互に直接結合しないものとして−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−CO−O−、−O−CO−、−O−CO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−O−SO−、−SO−O−、−CH=CH−、−C≡C−、シクロプロピレン基又は−Si(CH−で置換されていてもよく、さらにアルキル基の1個又はそれ以上の水素原子が、それぞれ独立して、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子)又はシアノ基で置換されていてもよい。また、当該アルキル基は、重合性基をもっていてもよい。当該重合性基としては、ビニル基、アリル基、(メタ)アクリロイル基などが挙げられる。
一般式(Ra)〜(Rj)中のR103としては、メチレン基や水素原子が他の基等に置換されていない(すなわち、無置換の)炭素原子数1〜12の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基であることが好ましく、無置換の炭素原子数1〜8の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基であることがより好ましく、無置換の炭素原子数1〜6の直鎖状のアルキル基であることがさらに好ましい。
一般式(Rd)又は(Ri)中のR104としては、水素原子又は無置換の炭素原子数1〜5の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基であることが好ましく、水素原子又は無置換の炭素原子数1〜3の直鎖状のアルキル基であることがより好ましく、水素原子又はメチル基であることがさらに好ましい。
一般式(Ra)〜(Rk)中、n12は0〜20の整数であり、0〜10の整数が好ましく、0〜5の整数がより好ましく、0がさらに好ましい。
一般式(Ra)〜(Rk)中、n13は0又は1である。
また、一般式(Rk)中、n14は0〜5の整数である。
一般式(Ra)〜(Rk)中、X101及びX102は、それぞれ独立して、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、ブロム原子、ヨウ素原子)、シアノ基、フェニル基(当該フェニル基の1個又は2個以上の任意の水素原子は、それぞれ独立してハロゲン原子、メチル基、メトキシ基、トリフルオロメチル基(−CF)、トリフルオロメトキシ基(−OCF)で置換されていてもよい。)、炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素原子数1〜6のアルコキシ基、トリフルオロメチル基又はトリフルオロメトキシ基である。但し、一般式(Ra)、(Rb)、(Rc)、(Rf)、(Rg)、(Rh)においては、X101が結合する炭素原子(*を付した位置)が不斉原子となるように、X101とR103は互いに異なる基である。また、一般式(Rc)及び(Re)において、X101が結合する炭素原子(*を付した位置)が不斉原子となるように、X101とX102は、互いに異なる基である。
一般式(Ra)、(Rb)、(Rc)、(Rf)、(Rg)、(Rh)、(Rk)中のX101及びX102としては、それぞれ独立して、ハロゲン原子、フェニル基(当該フェニル基の1個又は2個以上の任意の水素原子はそれぞれ独立してハロゲン原子、メチル基、メトキシ基、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基で置換されていてもよい。)、メチル基、メトキシ基、トリフルオロメチル基、又はトリフルオロメトキシ基が好ましい。中でも、一般式(Ra)、(Rb)、(Rc)、(Rf)、(Rg)、(Rh)中のX101及びX102としては、それぞれ独立して、フェニル基(当該フェニル基の1個又は2個以上の任意の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、メチル基、メトキシ基、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基で置換されていてもよい。)がより好ましく、無置換のフェニル基がさらに好ましい。また、一般式(Rk)中のX101としては、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、トリフルオロメチル基、又はトリフルオロメトキシ基がより好ましく、ハロゲン原子、メチル基、トリフルオロメチル基、又はトリフルオロメトキシ基がさらに好ましい。
一般式(Re)及び(Rj)中、Qは二価の炭化水素基である。当該二価の炭化水素基としては、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよく、環状構造を有する基であってもよい。また、当該二価の炭化水素基の炭素原子数は、1〜16が好ましく、1〜10がより好ましく、1〜6がさらに好ましい。当該二価の炭化水素基としては、1個の炭素原子において、一般式(Re)及び(Rj)中の2個の酸素原子とそれぞれ単結合する基が好ましい。この場合、一般式(Re)及び(Rj)において、アスタリスクが付された2個の炭素原子と、それらとそれぞれ結合する2個の酸素原子と、Q中の1の炭素原子が、5員環を形成している。具体的には、無置換の、又は1若しくは2個の水素原子が炭化水素基によって置換されたメチレン基、シクロプロピリデン基、シクロブチリデン基、シクロペンチリデン基、シクロヘキシリデン基等が挙げられ、メチレン基、イソプロピリデン基、シクロヘキシリデン基がより好ましい。
一般式(Ra)〜(Rk)で表される基としては、一般式(Ra)又は一般式(Rf)で表される基が好ましい。一般式(Ra)で表される基としては、一般式(Ra)中、n12が0〜5の整数であり、X101がフェニル基(当該フェニル基の1個又は2個以上の任意の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、メチル基、メトキシ基、トリフルオロメチル基、又はトリフルオロメトキシ基で置換されていてもよい。)であり、R103が無置換の炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基である基が好ましく、n12が0〜5の整数であり、X101が無置換のフェニル基であり、R103が無置換の炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基である基がより好ましい。
一般式(Rf)で表される基としては、一般式(Rf)中、n12が0〜5の整数であり、n13が0又は1であり、X103がハロゲン原子、メチル基、又はトリフルオロメチル基であり、R103が無置換の炭素原子数2〜12の直鎖状のアルキル基である基が好ましい。
一般式(Ch−I)で表される化合物のR100又はR101としては、特に、下記式(Ra−1)〜(Ra−3)又は一般式(Rf−1)〜(Rf−3)で表される基が好ましい。R100又はR101がこれらの基の場合、左端が、A100(若しくは、D、Z101)又はA101(若しくは、D、Z100)に、それぞれ結合する。また、アステリスクは、キラルな炭素原子を表す。
一般式(Rf−1)〜(Rf−3)中、n13は0又は1を表す。また、一般式(Ra−1)〜(Ra−3)、(Rf−1)〜(Rf−3)中、nは2〜12の整数を表す。一般式(Ra−1)〜(Ra−3)、(Rf−1)〜(Rf−3)においては、nは3〜8の整数が好ましく、4、5又は6がより好ましい。
一般式(Ch−I)中のR100又はR101が重合性基である場合、当該重合性基としては、下記の式(R−1)〜(R−16)のいずれかで表される構造からなる基が好ましい。式(R−1)〜(R−14)、(R−16)で表される基は右端が、式(R−15)で表される基は左端が、A100(若しくは、D、Z101)又はA101(若しくは、D、Z100)に、それぞれ結合する。
これらの重合性基は、ラジカル重合、ラジカル付加重合、カチオン重合、又はアニオン重合により硬化する。特に重合方法として紫外線重合を行う場合には、式(R−1)、式(R−2)、式(R−4)、式(R−5)、式(R−7)、式(R−11)、式(R−13)、式(R−15)又は式(R−16)で表される基が好ましく、式(R−1)、式(R−2)、式(R−7)、式(R−11)、式(R−13)又は式(R−16)で表される基がより好ましく、式(R−1)、式(R−2)又は式(R−16)で表される基がさらに好ましい。
一般式(Ch−I)中のR100又はR101が環構造を含むキラルな基である場合、当該基が含む環構造は、芳香族であってもよく、脂肪族であってもよい。アルキル基が取り得る環構造としては、単環構造、縮合環構造又はスピロ(spirocyclic)環構造が挙げられ、また、1個又は2個以上のヘテロ原子を含むことができる。
一般式(Ch−I)中、Z100及びZ101はそれぞれ独立して、−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−O−COO−、−CO−N(R105)−、−N(R105)−CO−、−OCH−、−CHO−、−SCH−、−CHS−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−CHCH−、−CFCH−、−CHCF−、−CFCF−、−CH=CH−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−、−C≡C−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−又は単結合を表す。ここで、−CO−N(R105)−又は−N(R105)−CO−中のR105は、炭素原子数1〜12の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基を表し、炭素原子数1〜6の直鎖状若しくは分枝状のアルキル基が好ましく、炭素原子数1〜4の直鎖状のアルキル基がより好ましい。m11が2以上の整数であり、一分子中にZ100が複数存在する場合には、それらは同一でもよく、異なっていてもよい。同様に、m12が2以上の整数であり、一分子中にZ101が複数存在する場合には、それらは同一でもよく、異なっていてもよい。一般式(Ch−I)で表される化合物としては、Z100及びZ101はそれぞれ独立して、−CFO−、−OCF−、−CFCF−、−CF=CF−、−COO−、−OCO−、−CH−CH−、−C≡C−又は単結合が好ましい。
一般式(Ch−I)中、A100及びA101はそれぞれ独立して、下記(a’)基、(b’)基、又は(c’)基である。m11が2以上の整数であり、一分子中にA100が複数存在する場合には、それらは同一でもよく、異なっていてもよい。同様に、m12が2以上の整数であり、一分子中にA101が複数存在する場合には、それらは同一でもよく、異なっていてもよい。
(a’) トランス−1,4−シクロへキシレン基(当該基中に存在する1個のメチレン基又は隣接していない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、酸素原子又は硫黄原子に置換されていてもよい。)。
(b’) 1,4−フェニレン基(この基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は、窒素原子に置換されていてもよい。)。
(c’) 1,4−シクロヘキセニレン基、1,4−ビシクロ[2.2.2]オクチレン基、インダン−2,5−ジイル、ナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基及び1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基(これらの基中に存在する1個のメチレン基又は隣接していない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して酸素原子又は硫黄原子に置換されていてもよく、これらの基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は、窒素原子に置換されていてもよい。)。
前記(a’)基、(b’)基、及び(c’)基は、いずれも無置換であってもよく、当該基中の1個又は2個以上の水素原子がそれぞれ独立して、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、炭素原子数1〜7のアルキル基(当該アルキル基中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子又は塩素原子により置換されていてもよい。)、炭素原子数1〜7のアルコキシ基(当該アルコキシ基中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子又は塩素原子により置換されていてもよい。)、炭素原子数1〜7のアルキルカルボニル基(当該アルキルカルボニル基中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子又は塩素原子により置換されていてもよい。)、又は炭素原子数1〜7のアルコキシカルボニル基(当該アルコキシカルボニル基中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子又は塩素原子により置換されていてもよい。)によって置換されていてもよい。
一般式(Ch−I)で表される化合物のA100及びA101としては、前記(a’)基又は前記(b’)基が好ましく、無置換のトランス−1,4−シクロへキシレン基、無置換の1,4−フェニレン基、1個若しくは2個以上の水素原子がそれぞれ独立してフッ素原子、塩素原子、シアノ基、炭素原子数1〜4のアルキル基、炭素原子数1〜4のアルコキシ基、炭素原子数1〜4のアルキルカルボニル基、若しくは炭素原子数1〜4のアルコキシカルボニル基によって置換されているトランス−1,4−シクロへキシレン基、又は、1個若しくは2個以上の水素原子がそれぞれ独立してフッ素原子、塩素原子、シアノ基、炭素原子数1〜4のアルキル基、炭素原子数1〜4のアルコキシ基、炭素原子数1〜4のアルキルカルボニル基、若しくは炭素原子数1〜4のアルコキシカルボニル基によって置換されている1,4−フェニレン基がより好ましく、無置換のトランス−1,4−シクロへキシレン基又は無置換の1,4−フェニレン基がさらに好ましく、無置換の1,4−フェニレン基がよりさらに好ましい。
一般式(Ch−I)中、n11は0又は1を表す。
11が0のとき、m12は0であり、かつm11は0、1、2、3、4又は5である。n11及びm12が0のとき、m11は、1、2、3、又は4が好ましく、1、2又は3がより好ましい。
11が1のとき、m11とm12はそれぞれ独立して0、1、2、3、4又は5、好ましくは1、2、3、又は4、より好ましくは1、2又は3である。n11が1のとき、m11とm12は、互いに異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
一般式(Ch−I)中、Dは、前記式(D1)〜(D4)で表される2価の基である。
式(D1)〜(D4)中、黒丸を付した部位において、Z101(若しくは、R100)又はZ101(若しくは、R100)に、それぞれ結合する。
前記(D1)、(D3)又は(D4)で表される基中、ベンゼン環の任意の1個又は2個以上の任意の水素原子は、それぞれ独立してハロゲン原子(F、Cl、Br、I)、炭素原子数1〜20のアルキル基、又は炭素原子数1〜20のアルコキシ基で置換されていてもよい。ベンゼン環中の水素原子の置換基となる炭素原子数1〜20のアルキル基又はアルコキシ基においては、当該基中の1個又は2個以上の水素原子は、フッ素原子に置換されていてもよく、当該基中の1個又は2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又は−C≡C−により、酸素原子又は硫黄原子が互いに直接結合しないように置換されていてもよい。
一般式(Ch−I)で表される化合物のうち、n11が0である化合物としては、当該化合物の両端のR100及びR101を除いた残りの部分構造が、下記一般式(b1)〜(b13)で表される構造であることが好ましい。一般式(b1)〜(b13)で表される構造は、両端のいずれか一方がR100と結合し、残る他方がR101と結合する。但し、これらの構造を有する化合物では、R100及びR101の少なくとも一方は、キラルなアルキル基である。
一般式(b1)〜(b13)中、Z102は、一般式(Ch−I)中のZ100及びZ101と同様である。
また、一般式(b1)〜(b13)中、A102は、1,4−フェニレン基(当該基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=は、窒素原子に置換されていてもよく、当該基中に存在する1個又は2個以上の任意の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、メチル基、メトキシ基、トリフルオロメチル基、又はトリフルオロメトキシ基によって置換されていてもよい。)である。1,4−フェニレン基中の−CH=や水素原子を置換することにより、当該化合物を含む液晶組成物について、結晶性の低下及び誘電異方性の向きや大きさを制御することができる。
信頼性の面では、A102中の環構造がピリジン環、ピリミジン環等の複素環である化合物(すなわち、1,4−フェニレン基中に存在する1個の−CH=又は隣接していない2個以上の−CH=が窒素原子に置換された基である化合物)よりも、ベンゼン環である化合物(すなわち、1,4−フェニレン基中に存在する−CH=が窒素原子に置換されていない基である化合物)のほうが好ましい。一方で、誘電率異方性を大きくするという面では、A102中の環構造がベンゼン環である化合物よりも、ピリジン環、ピリミジン環等の複素環である化合物のほうが好ましい。ベンゼン環やシクロヘキサン環等の炭化水素環を有する化合物は、当該化合物の持つ分極性が比較的小さいが、ピリジン環、ピリミジン環等の複素環を有する化合物は、当該化合物の持つ分極性が比較的大きく、結晶性を低下させ液晶性を安定化するために好ましい。
一般式(Ch−I)で表される化合物のうち、n11及びm12が0である化合物としては、下記一般式(Ch−I−1)〜(Ch−I−30)が好ましい。一般式(Ch−I−1)〜(Ch−I−30)中、R100、R101及びZ100は、一般式(Ch−I)におけるR100、R101及びZ100と同じ意味を表し、R100及びR101の少なくとも一つはキラルなアルキル基を表し、L100〜L105はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す。
一般式(Ch−I−1)〜(Ch−I−30)で表される化合物としては、R100及びR101の一方又は両方が一般式(Ra)〜(Rk)のいずれかで表される基である化合物が好ましく、R100及びR101の一方又は両方が、前記式(Ra−1)〜(Ra−3)又は一般式(Rf−1)〜(Rf−3)で表される基である化合物がより好ましい。R100及びR101のいずれか一方のみが一般式(Ra)〜(Rk)のいずれかで表される基である化合物としては、R100及びR101の残りの一方が、炭素原子数1〜30個のアキラルなアルキル基(当該アルキル基中の1個又は2個以上の隣接していないメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又はC≡C−により置換されていてもよく、該アルキル基中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子又はシアノ基によって置換されていてもよい。)である化合物が好ましく、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基又は炭素原子数2〜16のアルケニルオキシ基である化合物より好ましい。
本実施形態におけるブルー相、該ブルー相が高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された高分子安定化ブルー相、その他の光学的等方性の液晶相としては、一般式(Ch−I−1)〜(Ch−I−30)のいずれかで表される化合物を少なくとも1種類は含んでいることが好ましく、一般式(Ch−I−30)で表される化合物を含んでいることがより好ましい。一般式(Ch−I−30)で表される化合物としては、具体的には、下記一般式(Ch−I−30−1)〜(Ch−I−30−6)(式中、n13は0又は1を表し、nは2〜12の整数を表し、R102は炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基又は炭素原子数2〜16のアルケニルオキシ基を表し、L100〜L105はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表す。)で表される化合物が挙げられる。一般式(Ch−I−30−1)〜(Ch−I−30−6)中、R102は炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素原子数1〜6のアルコキシ基、炭素原子数2〜6のアルケニル基又は炭素原子数2〜6のアルケニルオキシ基が好ましい。
11が1の場合、一般式(Ch−I)で表される化合物は、環構造部分に不斉炭素を持つ構造となる。この場合、一般式(Ch−I)で表される化合物としては、Dが前記式(D2)又は(D4)である化合物が好ましく、Dが式(D4)である化合物がより好ましい。Dが式(D2)である化合物としては、下記一般式(K2−1)〜(K2−8)で表される化合物が好ましく、Dが式(D4)である化合物としては、下記一般式(K3−1)〜(K3−6)で表される化合物が好ましい。一般式(K2−1)〜(K2−8)及び(K3−1)〜(K3−6)中、アステリスク(*)は、キラルな炭素原子を表す。
一般式(K2−1)〜(K2−8)、(K3−1)〜(K3−6)中、Rはそれぞれ独立して、一般式(Ch−I)におけるR100及びR101と同じ意味を表す。本実施形態におけるブルー相、該ブルー相が高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された高分子安定化ブルー相、その他の光学的等方性の液晶相に用いられるキラル化合物としては、一般式(K2−1)〜(K2−8)又は(K3−1)〜(K3−6)で表される化合物の中でも、Rがそれぞれ独立して、炭素原子数1〜30個のキラル又はアキラルなアルキル基(当該アルキル基中の1個又は2個以上の隣接していないメチレン基は、それぞれ独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCO−O−、−S−CO−、−CO−S−、−CH=CH−、−CF−、−CF=CH−、−CH=CF−、−CF=CF−又はC≡C−により置換されていてもよく、該アルキル基中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子又はシアノ基によって置換されていてもよい。)である化合物が好ましく、炭素原子数1〜16のアルキル基、炭素原子数1〜16のアルコキシ基、炭素原子数2〜16のアルケニル基又は炭素原子数2〜16のアルケニルオキシ基である化合物がより好ましく、炭素原子数3〜10のアルキル基、炭素原子数3〜10のアルコキシ基、炭素原子数3〜10のアルケニル基又は炭素原子数3〜10のアルケニルオキシ基である化合物がさらに好ましい。
<軸不斉をもつ化合物>
軸不斉化合物としては、具体的には、一般式(IV−1)、(IV−2)、(IV−3)又は(IV−4)で表される化合物が好ましい。
一般式(IV−1)又は(IV−2)で表される化合物においては、2つのナフタレン環のα位を結ぶ結合が軸不斉の軸である。
一般式(IV−1)及び(IV−2)中、R71及びR72は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、イソシアネート基、イソチオシナネート基、又は炭素原子数1〜20のアルキル基を表す。当該アルキル基中の任意の1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子及び硫黄原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CF=CF−、又は−C≡C−で置換されていてもよい。さらに、当該アルキル基中の任意の1個又は2個以上の水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよい。一般式(IV−1)又は(IV−2)で表される化合物としては、R71及びR72は、それぞれ独立して、無置換の、又は置換基を有していてもよい炭素原子数1〜20のアルキル基であることが好ましく、炭素原子数1〜20の無置換のアルキル基であることがより好ましく、炭素原子数1〜6の無置換のアルキル基であることがさらに好ましい。
一般式(IV−1)及び(IV−2)中、A71及びA72は、それぞれ独立して、芳香族性若しくは非芳香族性の3、6ないし8員環、又は、炭素原子数9以上の縮合環を表す。これらの環構造中の任意の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子、炭素原子数1〜3のアルキル基、又は炭素原子数1〜3のハロアルキル基で置換されていてもよい。また、当該環構造中の任意の1個又は互いに隣接していない2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して−O−、−S−、又は−NH−で置換されていてもよく、当該環構造中の任意の1個又は互いに隣接していない2個以上の−CH=は、−N=で置換されていてもよい。m71が2以上であり、一分子中にA71が複数存在する場合、それらは互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。同様に、m72が2以上であり、一分子中にA72が複数存在する場合、それらは互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
一般式(IV−1)又は(IV−2)で表される化合物としては、A71及びA72は、それぞれ独立して、1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、ナフタレン−2,6−ジイル基が好ましい。これらの基中の1個若しくは2個以上の水素原子が、それぞれ独立して、ハロゲン原子、炭素原子数1〜3のアルキル基、又は炭素原子数1〜3のハロアルキル基で置換された基も好ましい。中でも、1個若しくは2個以上の水素原子がフッ素原子により置換されていてもよい1,4−フェニレン基、又はトランス−1,4−シクロヘキシレン基がより好ましく、無置換の1,4−フェニレン基又は無置換のトランス−1,4−シクロヘキシレン基がさらに好ましい。
一般式(IV−1)及び(IV−2)中、Z71及びZ72は、それぞれ独立して、単結合又は炭素原子数1〜8のアルキレン基を表す。当該アルキレン基中の任意の1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子及び硫黄原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−S−、−COO−、−OCO−、−CSO−、−OCS−、−N=N−、−CH=N−、−N=CH−、−N(O)=N−、−N=N(O)−、−CH=CH−、−CF=CF−、又は−C≡C−で置換されていてもよい。また、当該アルキレン基中の任意の1個又は2個以上の水素原子は、ハロゲン原子で置換されていてもよい。m71が2以上であり、一分子中にZ71が複数存在する場合、それらは互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。同様に、m72が2以上であり、一分子中にZ72が複数存在する場合、それらは互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
一般式(IV−1)又は(IV−2)で表される化合物としては、Z71及びZ72はそれぞれ独立して、単結合、炭素原子数1〜4の無置換のアルキレン基、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、又は−C≡C−が好ましく、単結合、−CH−、−CHCH−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、又は−C≡C−がより好ましく、単結合、−COO−、又は−OCO−がさらに好ましい。
一般式(IV−1)及び(IV−2)中、X71及びX72は、それぞれ独立して、単結合、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、−CFO−、−OCF−、又は−CHCH−を表す。一般式(IV−1)又は(IV−2)で表される化合物としては、X71及びX72は、それぞれ独立して、単結合、−COO−、−OCO−、−CHO−、−OCH−、又は−CHCH−が好ましく、単結合、−COO−、又は−OCO−がより好ましい。
一般式(IV−2)中、R73は、水素原子、ハロゲン原子、又は−X71−(A71−Z71)m71−R71を表す。
一般式(IV−1)及び(IV−2)中、m71及びm72は、それぞれ独立して、1〜4の整数を表す。但し、一般式(IV−2)において、R73が−X71−(A71−Z71)m71−R71である場合には、2個のm71のうち、いずれか一方は0でもよい。一般式(IV−1)又は(IV−2)で表される化合物としては、m71及びm72は、それぞれ独立して、2又は3が好ましく、2がより好ましい。
一般式(IV−3)で表される化合物においては、2つのベンゼン環を結ぶ単結合が軸不斉の軸であり、一般式(IV−4)で表される化合物においては、2つのナフタレン環のα位を結ぶ結合が軸不斉の軸である。
一般式(IV−3)中、R61及びR62はそれぞれ独立して、任意の1個又は2個以上の水素原子がそれぞれ独立してアルキル基、アルコキシル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよいフェニル基、シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基を表す。フェニル基中の水素原子と置換されるアルキル基又はアルコキシル基は、炭素原子数1〜6の直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましく、炭素原子数1〜3の直鎖状又は分岐鎖状であることがより好ましい。
一般式(IV−3)中、R63、R64、R65、R66、R67及びR68は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、アシルオキシ基、ハロゲン原子、ハロアルキル基、又はジアルキルアミノ基を表す。一般式(IV−3)中のR63、R64及びR65のうちの2つが、置換基を有していてもよいメチレン鎖、又は置換基を有していてもよいモノ若しくはポリメチレンジオキシ基を形成していてもよく、R66、R67及びR68のうちの2つが、置換基を有していてもよいメチレン鎖、又は置換基を有していてもよいモノ若しくはポリメチレンジオキシ基を形成していてもよい。但し、R65とR66が共に水素原子の場合は除く。
一般式(IV−4)中、X61とY61、X62とY62は、それぞれ、いずれか少なくとも一方が存在し、X61、X62、Y61、Y62は、それぞれ独立して、CH、C=O、O、N、S、P、B、Siのいずれかを表す。X61、X62、Y61、又はY62がN、P、B、又はSiである場合は、所要の原子価を満足するように、アルキル基、アルコキシ基、アシル基等の置換基と結合していてもよい。
一般式(IV−4)中、E61及びE62は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、アリール基、アリル基、ベンジル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキルエーテル基、アルキルエステル基、アルキルケトン基、複素環基又はこれらの誘導体のいずれかを表す。
本実施形態におけるブルー相、該ブルー相が高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された高分子安定化ブルー相、その他の光学的等方性の液晶相が含むキラル化合物として、螺旋誘起力が強いことが特に要求される場合には、一般式(IV−1)又は(IV−2)で表される化合物が特に好ましい。
一般式(IV−1)で表される化合物としては、具体的には、下記の一般式(K4−1)〜(K4−12)で表される化合物が好ましく、一般式(K4−1)〜(K4−6)で表される化合物がより好ましく、一般式(K4−3)〜(K4−6)で表される化合物がさらに好ましい。一般式(K4−1)〜(K4−12)で表される化合物においては、2つのナフタレン環のα位を結ぶ結合が軸不斉の軸である。
一般式(K4−1)〜(K4−12)中、R71及びR72は、一般式(IV−1)におけるR71及びR72と同じ意味を表す。本実施形態におけるブルー相、該ブルー相が高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された高分子安定化ブルー相、その他の光学的等方性の液晶相に用いられるキラル化合物としては、一般式(K4−1)〜(K4−12)で表される化合物の中でも、R71及びR72がそれぞれ独立して、無置換又は置換基を有していてもよい炭素原子数1〜20のアルキル基である化合物が好ましく、炭素原子数1〜20の無置換のアルキル基である化合物がより好ましく、炭素原子数1〜6の無置換のアルキル基である化合物がさらに好ましい。
一般式(IV−2)で表される化合物としては、具体的には、下記の一般式(K5−1)〜(K5−3)で表される化合物が好ましい。一般式(K5−1)〜(K5−3)で表される化合物においては、2つのナフタレン環のα位を結ぶ結合が軸不斉の軸である。
一般式(K5−1)〜(K5−3)中、R71は、一般式(IV−2)におけるR71と同じ意味を表す。本実施形態におけるブルー相、該ブルー相が高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された高分子安定化ブルー相、その他の光学的等方性の液晶相に用いられるキラル化合物としては、一般式(K5−1)〜(K5−3)で表される化合物の中でも、R71が、任意の1個又は2個以上の水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい炭素原子数1〜20のアルキル基、任意の1個又は2個以上の水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい炭素原子数1〜20のアルケニル基、任意の1個又は2個以上の水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい炭素原子数1〜19のアルコキシ基、又は任意の1個又は2個以上の水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい炭素原子数1〜19のアルキル基である化合物が好ましく、炭素原子数1〜20の無置換のアルキル基である化合物がより好ましく、炭素原子数1〜6の無置換のアルキル基である化合物がさらに好ましい。
<面不斉をもつ化合物>
面不斉をもつ化合としては、例えば下記一般式(IV−5)で表されるヘリセン(Helicene)誘導体が挙げられる。このようなヘリセン誘導体においては、前後に重なり合う環の前後関係は自由に変換することができないため、環が右向きの螺旋構造をとる場合と左向きの螺旋構造をとる場合とが区別され、キラリティーを発現する。
一般式(IV−5)中、X51とY51、X52とY52は、それぞれ、いずれか少なくとも一方が存在し、X51、X52、Y51、Y52は、それぞれ独立して、CH、C=O、O、N、S、P、B、Siのいずれかを表す。X51、X52、Y51、Y52がN、P、B、Siである場合は、所要の原子価を満足するように、アルキル基、アルコキシ基、アシル基等の置換基と結合されていてもよい。
一般式(IV−5)中、E51及びE52は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、アリール基、アリル基、ベンジル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキルエーテル基、アルキルエステル基、アルキルケトン基、複素環基又はこれらの誘導体のいずれかを表す。
本実施形態におけるブルー相、該ブルー相が高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された高分子安定化ブルー相、その他の光学的等方性の液晶相は、1種類のキラル化合物のみを含有していてもよいが、2種類以上を組み合わせて用いるほうが好ましい。構造や物性の異なる複数種類のキラル化合物を組み合わせることにより、所望の物性を有する光学的等方性の液晶相が得られやすい。
本実施形態における光学的等方性の液晶相に用いられるキラル化合物としては、螺旋誘起力が比較的大きなものが好ましい。螺旋誘起力が大きい化合物は、当該キラル化合物が添加されるネマチック液晶組成物の螺旋構造を所望のピッチ(例えば、25℃におけるピッチが0.01〜1μm、好ましくは0.05〜0.5μm、より好ましくは0.1〜0.4μm)にするために必要な添加量を少なくすることができる。
本実施形態におけるブルー相、該ブルー相が高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された高分子安定化ブルー相、その他の光学的等方性の液晶相が、光学的等方相をより発現しやすくなるため、液晶組成物に添加した際の螺旋誘起力の温度依存性が負である(すなわち、温度上昇に従い、螺旋誘起力が大きくなる)キラル化合物を、少なくとも1種類は用いることが好ましい。特に、ブルー相I、ブルー相II、又は液体相のいずれとも共存していない状態のブルー相IIIを、従来になく非常に広い温度幅(例えば、2℃以上の温度幅)で発現できる光学的等方性の液晶相を製造するためには、1種類又は2種類以上の螺旋誘起力の温度依存性が正であるキラル化合物と、1種類又は2種類以上の螺旋誘起力の温度依存性が負であるキラル化合物とを組み合わせて用いることがより好ましい。
本実施形態におけるブルー相、該ブルー相が高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された高分子安定化ブルー相、その他の光学的等方性の液晶相は、キラル化合物として、前記一般式(Ch−I−1)〜(Ch−I−30)で表される化合物、前記一般式(K2−1)〜(K2−8)で表される化合物、前記一般式(K3−1)〜(K3−6)で表される化合物、前記(K4−1)〜(K4−12)で表される化合物、前記一般式(K5−1)〜(K5−3)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種類以上を含むことが好ましく、これらの化合物群より選択される2種類以上を組み合わせて含むことがより好ましく、これらの化合物群から、少なくとも1種類の螺旋誘起力の温度依存性が正であるキラル化合物と少なくとも1種類の螺旋誘起力の温度依存性が負であるキラル化合物とを組み合わせて含むことがさらに好ましい。中でも、前記一般式(Ch−I−30)で表される化合物、前記一般式(K3−1)〜(K3−6)で表される化合物、及び前記(K4−1)〜(K4−12)で表される化合物からなる群より選択される2種類以上を含むことが好ましく、一般式(Ch−I−30−1)〜(Ch−I−30−6)のいずれかで表される化合物と、前記(K4−3)〜(K4−6)のいずれかで表される化合物とを少なくとも含むことがより好ましい。
本実施形態においてブルー相、該ブルー相が高分子化合物成分41からなるネットワークにより安定化された高分子安定化ブルー相、その他の光学的等方性の液晶相におけるキラル化合物の含有量は、用いるネマチック液晶組成物のピッチを所望の範囲内とすることができるために充分な量であれば、特に限定されるものではなく、ネマチック液晶組成物の種類、キラル化合物の種類(特に、分極性)やその組み合わせ等を考慮して、適宜調整される。本実施形態における光学的等方性の液晶相におけるキラル化合物の含有量は、例えば、ネマチック液晶組成物100質量部に対して、1〜45質量部、好ましくは3〜30質量部とすることができる。
[重合性化合物]
本実施形態における高分子安定化ブルー相は、前記ネマチック液晶組成物とキラル化合物に加えて、さらに少なくとも1種類の重合性化合物が重合してなる高分子を含む。ネマチック液晶組成物にキラル化合物を含有させることにより得られる光学的等方性相を発現させる液晶組成物が得られ、当該液晶組成物にさらに高分子を加えて安定化させることにより、光学的等方性相、特にブルー相をより広い温度幅で発現させることができる。
本実施形態において高分子安定化ブルー相は、ネマチック液晶組成物とキラル化合物と重合性化合物と潤滑界面誘導剤とを混合した重合性化合物含有液晶組成物を調製した後、当該重合性化合物含有液晶組成物中の重合性基を有する化合物を重合させることによって調製することができる。該重合はブルー相である温度領域で行うことが好ましい。
当該高分子の形成に用いられる重合性化合物は、1種類であってもよく、2種類以上であってもよい。ここで、重合性化合物とは、重合性基を分子内に少なくとも1個有する化合物である。当該重合性基としては、前記の式(R−1)〜(R−16)で表される構造からなる基が好ましい。また、当該高分子の形成に用いられる重合性化合物は、光重合性化合物であってもよく、熱重合性化合物であってもよい。重合反応が比較的容易に行える点から、光重合反応により重合可能な重合性化合物であることが好ましい。
重合性化合物は、その構造により、シクロヘキサン骨格やベンゼン骨格等の環構造(メソゲン基)を有する重合性化合物(メソゲン性(液晶性)重合性化合物)と、メソゲン基を有しない重合性化合物(非メソゲン性(非液晶性)重合性化合物)に分類することができる。
<メソゲン性重合性化合物>
メソゲン性重合性化合物としては、下記一般式(PC1)で表される化合物が好ましい。
一般式(PC1)中、Pは重合性基を表す。Pとしては、前記の式(R−1)〜(R−16)で表される構造からなる基が好ましい。
一般式(PC1)中、Spは炭素原子数0〜20のスペーサー基を表す。当該スペーサー基としては、2価の基であって、炭素原子数が0〜20であれば、特に限定されるものではなく、炭素原子以外の原子を含む基であってもよい。また、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよく、環構造を有していてもよい。当該スペーサー基としては、例えば、単結合、炭素原子数1〜20のアルキレン基、炭素原子数1〜20のアルケニレン基、又は炭素原子数1〜20のアリーレン基が挙げられる。当該アルキレン基又はアルケニレン基中の1個又は2個以上の隣接していないメチレン基は、酸素原子及び硫黄原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−SCO−、−COS−又は−C≡C−により置換されていてもよい。また、当該アルキレン基又はアルケニレン基中の1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子又はシアノ基によって置換されていてもよい。一般式(PC1)で表される化合物としては、Spは単結合、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数が1〜16のアルキレン基、又は、無置換の若しくは置換基を有する炭素原子数が1〜16のアルケニレン基が好ましく、単結合、無置換のアルキレン基、又は置換基のアルケニレン基がより好ましい。
一般式(PC1)中、Qは単結合、−O−、−OCH−、−OCH−、−C−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CO−、−OCOO−、−NH−、−NHCOO−、−OCONH−、−OCOCH−、−CHOCO−、−COOCH−、−CHCOO−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−CH=CCH−COO−、−COO−CCH=CH−、−COOC−、−OCOC−、−COCO−、−CCOO−、−C≡C−、−CFO−又は−OCF−を表す。一般式(PC1)で表される化合物としては、Qは単結合、−O−、−OCH−、−OCH−、−C−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−OCOCH−、−CHOCO−、−COOCH−、−CHCOO−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−COOC−、−OCOC−、−COCO−、−CCOO−、−C≡C−、−CFO−及び−OCF−が好ましく、製造の容易性及び液晶配向性の観点から、−O−、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−、−C−、−C≡C−及び単結合がより好ましく、−OCH−、−CHO−、−COO−、−OCO−及び単結合が特に好ましい。
一般式(PC1)中、Rは、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素原子数1〜25のアルキル基(当該アルキル基中の1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−SCO−、−COS−又は−C≡C−により置換されていてもよい。)、又はP−Sp−Q−(式中、P、Sp、Qはそれぞれ、P、Sp、Qと同じ意味を表す。)を表す。但し、RがP−Sp−Q−の場合、一分子中のPとP、SpとSp、QとQは、それぞれ同じであってもよく、異なっていてもよい。
一般式(PC1)中、n及びnは、それぞれ独立して1、2又は3を表す。nが1であり、かつRが重合性基を有さない場合には、一般式(PC1)で表される化合物は、単官能性の重合性化合物である。一方で、nが2又は3の場合や、Rが重合性基を有する場合には、一般式(PC1)で表される化合物は、2以上の重合性基を有する多官能性の重合性化合物である。
一般式(PC1)中、MGは、メソゲン基を表す。メソゲン基は、液晶性を発現するための剛直性を有する官能基であり、一般的には、シクロヘキサン骨格やベンゼン骨格等の環構造を有する。当該メソゲン基としては、公知の液晶性分子が有するメソゲン部位を構成する基のいずれであってもよいが、下記一般式(MG−1)で表される基が好ましい。
一般式(MG−1)中、C及びCはそれぞれ独立して、1,4−フェニレン基、1,3,4−ベンゼントリイル基、1,2,4−ベンゼントリイル基、ベンゼン−1,2,4,5−テトライル基、ベンゼン−1,2,3,4−テトライル基、1,4−シクロヘキシレン基、1,3,4−シクロヘキサントリイル基、1,2,4−シクロヘキサントリイル基、シクロヘキサン−1,2,3,4−テトライル基、1,4−シクロヘキセニル基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、テトラヒドロチオピラン−2,5−ジイル基、1,4−ビシクロ(2,2,2)オクチレン基、2,6−ナフチレン基、ナフタレン−2,5,6−トリイル基、ナフタレン−2,3,6−トリイル基、ナフタレン−2,6,7−トリイル基、ナフタレン−2,5,6,7−テトライル基、ナフタレン−1,2,5,6−テトライル基、ナフタレン−2,3,6,7−テトライル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,5,6−トリイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6,7−トリイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,5,6−トリイル基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、デカヒドロナフタレン−2,5,6−トリイル基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、ピラジン−2,5−ジイル基、フェナントレン−2,7−ジイル基、9,10−ジヒドロフェナントレン−2,7−ジイル基、1,2,3,4,4a,9,10a−オクタヒドロフェナントレン2,7−ジイル基、又はフルオレン2,7−ジイル基を表す。これらの基中の1個又は2個以上の任意の水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、シアノ基、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜8のアルコキシ基、炭素原子数1〜8のアルカノイル基、炭素原子数1〜8のアルカノイルオキシ基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数2〜8のアルケニルオキシ基、炭素原子数2〜8のアルケノイル基又は炭素原子数2〜8のアルケノイルオキシ基によって置換されていてもよい。
一般式(MG−1)中、Cは、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基、1,4−シクロヘキセニル基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基、テトラヒドロチオピラン−2,5−ジイル基、1,4−ビシクロ(2,2,2)オクチレン基、デカヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリミジン−2,5−ジイル基、ピラジン−2,5−ジイル基、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン−2,6−ジイル基、2,6−ナフチレン基、フェナントレン−2,7−ジイル基、9,10−ジヒドロフェナントレン−2,7−ジイル基、1,2,3,4,4a,9,10a−オクタヒドロフェナントレン2,7−ジイル基、又はフルオレン2,7−ジイル基を表す。これらの基中の1個又は2個以上の任意の水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、シアノ基、炭素原子数1〜8のアルキル基、炭素原子数1〜8のアルコキシ基、炭素原子数1〜8のアルカノイル基、炭素原子数1〜8のアルカノイルオキシ基、炭素原子数2〜8のアルケニル基、炭素原子数2〜8のアルケニルオキシ基、炭素原子数2〜8のアルケノイル基又は炭素原子数2〜8のアルケノイルオキシ基によって置換されていてもよい。一分子中に複数のCがある場合、それらは同じであってもよく、異なっていてもよい。
一般式(MG−1)中、Y及びYはそれぞれ独立して、単結合、−O−、−OCH−、−OCH−、−C−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CO−、−OCOO−、−NH−、−NHCOO−、−OCONH−、−OCOCH−、−CHOCO−、−COOCH−、−CHCOO−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−CH=CCH−COO−、−COO−CCH=CH−、−COOC−、−OCOC−、−COCO−、−CCOO−、−C≡C−、−CFO−又は−OCF−を表す。一分子中に複数のYがある場合、それらは同じであってもよく、異なっていてもよい。
一般式(MG−1)中、nは0〜5の整数を表す。一般式(PC1)で表される化合物としては、nは0〜3の整数が好ましく、0〜2の整数がより好ましく、0又は1がさらに好ましい。
一般式(PC1)で表される化合物のうち、単官能性の重合性化合物としては、好ましくは下記一般式(V−a)で表される化合物が挙げられる。
一般式(V−a)中、R31は水素原子又はメチル基を表す。
一般式(V−a)中、n31は0又は1の整数を表す。
一般式(V−a)中、T、T及びTはそれぞれ独立して、下記の14種類の環構造を有する2価の基(但し、mは、1〜4の整数を表す。)のいずれかを表す。
一般式(V−a)中、Y、Y及びYはそれぞれ独立して、単結合、−O−、−OCH−、−OCH−、−C−、−COO−、−OCO−、−CH=CH−、−CO−、−OCOO−、−NH−、−NHCOO−、−OCONH−、−OCOCH−、−CHOCO−、−COOCH−、−CHCOO−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−CH=CCH−COO−、−COO−CCH=CH−、−COOC−、−OCOC−、−COCO−、−CCOO−、−C≡C−、−CFO−又は−OCF−を表す。
一般式(V−a)中、Yは単結合、−O−、−COO−、又は−OCO−を表す。
一般式(V−a)中、R32は水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素原子数1〜20のアルコキシ基、又は炭素原子数1〜20の炭化水素基を表す。当該炭化水素基としては、炭素原子数1〜20であって、炭素原子と水素原子からなる1価の基であれば特に限定されるものではなく、炭素原子数1〜20のアルキル基、炭素原子数1〜20のアルケニル基、炭素原子数1〜20のアルキニル基等が挙げられる。
一般式(PC1)で表される化合物のうち、多官能性の重合性化合物としては、下記一般式(PC1−1)で表される化合物(式中、P、P、Sp、Sp、Q、Q、MG、n及びnは、一般式(PC1)と同じ意味を表す。)が挙げられる。一般式(PC1−1)で表される化合物としては、より具体的には、下記一般式(PC1−1)〜(PC1−13)で表される化合物が挙げられる。
一般式(PC1−1)〜(PC1−13)中、P、P、Sp、Sp、Q及びQは一般式(PC1)と同じ意味を表す。本発明においては、Sp、Sp、Q、及びQは単結合が好ましい。また、P及びPは、それぞれ独立して前記の式(R−1)又は(R−2)が好ましい。
一般式(PC1−1)〜(PC1−13)中、Wはそれぞれ独立して、フッ素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基、炭素原子数2〜5のアルケニル基、フェニル基、−COOW、−OCOW又は−OCOOWを表す。−COOW、−OCOW、−OCOOW中、Wはそれぞれ独立して、炭素原子数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又は炭素原子数2〜5の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルケニル基を表す。一分子中に複数のWがある場合には、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。
本発明においては、Wはそれぞれ独立して、フッ素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、炭素原子数1〜5のアルキル基、炭素原子数1〜5のアルコキシ基、フェニル基、が好ましく、フッ素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、メチル基、又はメトキシ基がより好ましい。
一般式(PC1−1)〜(PC1−13)中、nはそれぞれ独立して1、2又は3を表し、nはそれぞれ独立して1、2又は3を表し、nはそれぞれ独立して0、1、2、3又は4を表し、同一環上におけるn+n及びn+nは5以下である。本発明においては、n+nが2〜4が好ましく、2又は3がより好ましい。
本発明において用いられる重合性化合物としては、一般式(PC1−1)〜(PC1−13)で表される化合物の中でも、Sp、Sp、Q、及びQが単結合であり、P及びPはそれぞれ独立して前記の式(R−1)又は(R−2)であり、Wはそれぞれ独立して、フッ素原子、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、メチル基、又はメトキシ基であり、n+nが2又は3である化合物が特に好ましい。
一般式(PC1−3)で表される化合物としては、より具体的には、下記の式(PC1−3a)〜(PC1−3i)で表される化合物を挙げることができる。式(PC1−3a)〜(PC1−3i)中のベンゼン環上の1個又は2個以上の水素原子が、フッ素原子で置換された化合物であってもよい。本実施形態における高分子安定化ブルー相に含まれる高分子は、これらの化合物のうちの1種又は2種以上を重合性原料とし、必要に応じてその他の重合性化合物と共に重合させたものであることが好ましい。
一般式(PC1−1)〜(PC1−13)で表される化合物としては、下記一般式(V−b)で表される化合物も好ましい。本実施形態における高分子安定化ブルー相に含まれる高分子の重合性原料として一般式(V−b)で表される化合物を用いることにより、機械的強度や耐熱性に優れた高分子安定化ブルー相が得られる。
一般式(V−b)中、m31は0又は1を表し、Y11及びY12はそれぞれ独立して単結合、−O−、−COO−又は−OCO−を表し、Y13及びY14はそれぞれ独立して単結合、−COO−、−OCO−、−CH=CH−COO−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−COOC−、−OCOC−、−COCO−、又は−CCOO−を表し、r及びsはそれぞれ独立して2〜14の整数を表す。
一般式(V−b)中に存在する1,4−フェニレン基は、無置換であってもよく、1個又は2個以上の水素原子がそれぞれ独立して、フッ素原子、塩素原子、メチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、又はフェニル基で置換されていてもよい。
一般式(V−b)で表される化合物としては、下記一般式(V−b1)〜(V−b20)で表される化合物が特に好ましい。一般式(V−b1)〜(V−b20)中、t及びuはそれぞれ独立して、2〜14の整数を表す。本実施形態における高分子安定化ブルー相に含まれる高分子は、これらの化合物のうちの1種又は2種以上を重合性原料とし、必要に応じてその他の重合性化合物と共に重合させたものであることが好ましい。
<非メソゲン性重合性化合物>
非メソゲン性重合性化合物としては、下記一般式(PC2)で表される化合物が好ましい。
一般式(PC2)中、Pは重合性基を表す。Pとしては、前記の式(R−1)〜(R−16)で表される構造からなる基が好ましい。一般式(PC2)で表される化合物としては、Pは、式(R−1)、式(R−2)、式(R−4)、式(R−5)、式(R−7)、式(R−11)、式(R−13)、式(R−15)又は式(R−16)で表される基が好ましく、式(R−1)、式(R−2)、式(R−7)、式(R−11)、式(R−13)又は式(R−16)で表される基がより好ましく、式(R−1)、式(R−2)又は式(R−16)で表される基がさらに好ましい。
一般式(PC2)中、A31は単結合又は炭素原子数1〜15のアルキレン基を表す。
当該アルキレン基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。また、当該アルキレン基中に存在する1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子、メチル基又はエチル基で置換されていてもよい。
一般式(PC2)中、A32及びA34はそれぞれ独立して、水素原子又は炭素原子数1〜18のアルキル基を表す。当該アルキル基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。また、当該アルキル基中に存在する1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子又は炭素原子数1〜17のアルキル基で置換されていてもよい。
一般式(PC2)中、A33及びA35はそれぞれ独立して、水素原子又は炭素原子数1〜10のアルキル基表す。当該アルキル基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。また、当該アルキル基中に存在する1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子又は炭素原子数1〜9のアルキル基で置換されていてもよい。
一般式(PC2)中、vは1〜40の整数を表す。
一般式(PC2)中、B、B及びBは、それぞれ独立して水素原子、炭素原子数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基、又は−A36−P(式中、A36は単結合又は炭素原子数1〜15のアルキレン基を表し、Pは重合性基を表す。)で表される基を表す。B、B又はBがアルキル基を表す場合、当該アルキル基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。B、B又はBが−A36−Pで表される基であり、当該A36が炭素原子数1〜15のアルキレン基を表す場合、当該アルキレン基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。また、当該アルキレン基中に存在する1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子、メチル基又はエチル基で置換されていてもよい。但し、一分子中、2v+1個あるB、B又はBのうち、−A36−Pで表される基は0〜3個である。一分子中、Pが複数存在する場合には、それらは互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
本実施形態における高分子安定化ブルー相に含まれる高分子の原料となる重合性化合物としては、一般式(PC2)で表される化合物を1種類又は2種類以上を用いることが好ましく、一般式(PC2)で表される化合物のうち、主鎖長やアルキル側鎖長の異なるものを複数用いてもよい。
一般式(PC2)で表される化合物としては、具体的には、下記一般式(PC2−a)〜(PC2−h)で表される化合物が好ましく挙げられる。本実施形態における高分子安定化ブルー相に含まれる高分子の原料となる重合性化合物としては、一般式(PC2−a)〜(PC2−h)で表される化合物からなる群から選ばれる1種類以上を用いることが好ましく、一般式(PC2−a)〜(PC2−d)で表される化合物からなる群から選ばれる化合物を少なくとも1種類以上用いることがより好ましい。
一般式(PC2−a)〜(PC2−h)中、Pは重合性基を表し、Bは水素原子又はメチル基を表す。Pとしては、前記の式(R−1)〜(R−16)で表される構造からなる基が好ましく、式(R−1)、式(R−2)又は式(R−16)で表される基がより好ましく、重合速度が速いことから式(R−1)で表される基がさらに好ましい。一般式(PC2−a)、(PC2−c)、(PC2−e)、(PC2−g)で表される化合物において、一分子中に含まれる2個のPは、互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
一般式(PC2−a)又は(PC2−b)中、A37及びA42はそれぞれ独立して、単結合又は炭素原子数1〜15のアルキレン基を表す。当該アルキレン基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。また、当該アルキレン基中に存在する1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子、メチル基又はエチル基で置換されていてよい。
一般式(PC2−a)又は(PC2−b)中、A38及びA41はそれぞれ独立して、炭素原子数2〜20の直鎖状のアルキル基を表す。当該アルキル基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。
一般式(PC2−a)又は(PC2−b)中、A39及びA42はそれぞれ独立して、水素原子又は炭素原子数1〜10のアルキル基を表す。当該アルキル基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。また、当該アルキル基中に存在する1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、ハロゲン原子又は炭素原子数1〜9のアルキル基で置換されていてもよい。
一般式(PC2−a)又は(PC2−b)中、A40は炭素原子数9〜16のアルキレン基を表す。当該アルキレン基中に存在する少なくとも1個以上5個以下のメチレン基において、当該メチレン基中の任意の1個の水素原子は、炭素原子数1〜10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基で置換されている。また、当該アルキレン基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、それぞれ独立して、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。
一般式(PC2−a)で表される化合物において、2個の重合性基間の距離(架橋点間の距離)は、A37とA40とA43とで独立的にそれぞれ炭素原子数の長さを変えて調整することができる。一般式(PC2−a)で表される化合物の特徴の1つは、重合性基間距離が長いことである。但し、当該距離があまりに長い場合には重合速度が極端に遅くなり、相分離に悪い影響を及すおそれがあるため、重合性基間距離には上限がある。一方、A38及びA41の2個の側鎖間距離も主鎖の運動性に影響を及ぼす。すなわち、A38及びA41の間の距離が短い場合には、側鎖A38及びA41がお互いに干渉するようになり、化合物全体の運動性の低下をきたす。そこで、重合性基間距離が同程度の場合には、A38及びA41の炭素原子数が長いものよりも、A40の炭素原子数が長いもののほうが好ましい。
一般式(PC2−a)又は(PC2−b)中、A40は、側鎖間距離(A38及びA41の距離、A39及びA42の距離)を調整する点からも、架橋点間距離を広げてガラス転移温度を下げる点からも、長い方が好ましい。しかしながらA40が長すぎる場合は、一般式(PC2−a)又は(PC2−b)で表される化合物の分子量が大きくなりすぎ、液晶組成物との相溶性が低下する傾向にあること、及び重合速度が遅くなりすぎるために相分離に悪影響がでること等の理由から、自ずとA40の長さには上限が設定される。
よって、一般式(PC2−a)又は(PC2−b)で表される化合物において、A40は、炭素原子数9〜16のアルキレン基(当該アルキレン基中に存在する少なくとも1個以上5個以下のメチレン基において、当該メチレン基中の任意の1個の水素原子は、炭素原子数1〜10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基で置換されている。当該アルキレン基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。)であることが好ましい。
40は構造上の特徴として、アルキレン基中の水素原子が炭素原子数1〜10のアルキル基で置換された構造を有する。一のアルキレン基中のアルキル基で置換される水素原子の数は1個以上5個以下であるが、1個から3個が好ましく、2個又は3個がより好ましい。置換基であるアルキル基の炭素原子数は、1〜5個が好ましく、1〜3個がより好ましい。
一方、側鎖であるA38、A39、A41、A42においては、これらの側鎖の長さが次のような態様を有することが好ましい。なお、一般式(PC2−a)又は(PC2−b)において、A38とA39は主鎖の同じ炭素原子に結合しているが、これらの長さが異なるとき、長いほうの側鎖をA38と呼ぶものとする(A38の長さとA39の長さが等しい場合は、いずれが一方をA38とする)。同様に、A41の長さとA42の長さが異なるとき、長いほうの側鎖をA41と呼ぶものとする(A41の長さとA42の長さが等しい場合は、いずれが一方をA41とする)。
側鎖は、主鎖に比べて運動性が高い。このため、側鎖の存在は、通常は低温での高分子鎖の運動性向上に寄与するが、側鎖間で空間的な干渉が起こる状況では、逆に運動性は低下する。このような側鎖間での空間的な干渉を防ぐために、側鎖長を必要な範囲内で短くすることが有効である。
そこで、一般式(PC2−a)又は(PC2−b)中、A38及びA41は、好ましくは、それぞれ独立して炭素原子数2〜18の直鎖状のアルキル基(当該アルキル基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。)であり、より好ましくは、それぞれ独立して炭素原子数3〜15の直鎖状のアルキル基(当該アルキル基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。)である。
また、A39及びA42についても、その長さが長すぎることは、側鎖間の空間的な干渉を誘起するため好ましくない。一方で、長さの短い側鎖は、高い運動性を有していることに加えて、隣接する主鎖同士の接近を阻害し、高分子主鎖間の干渉を防ぎ、主鎖の運動性を高める作用を有すると考えられる。このため、一般式(PC2−a)又は(PC2−b)で表される化合物においては、A39及びA42の長さを短くすることにより、アンカーリングエネルギーが低温で増加して行くことを抑制することができ、得られた高分子安定化ブルー相を用いた液晶光学素子の低温域における特性を改善する上で有効である。
そこで、一般式(PC2−a)又は(PC2−b)中、A39及びA42は、好ましくは、それぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜7のアルキル基(当該アルキル基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。)であり、より好ましくは、それぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基(当該アルキル基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。)であり、さらに好ましくは、それぞれ独立して水素原子又は炭素原子数1〜3のアルキル基(当該アルキル基中に存在する1個又は2個以上のメチレン基は、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−CO−、−COO−又は−OCO−で置換されていてもよい。)である。
一般式(PC2−c)又は(PC2−d)中、aは6〜22の整数を表す。一般式(PC2−d)で表される化合物のうち、Bが水素原子である化合物としては、例えば、ドデシルアクリレート等のアルキルアクリレートが挙げられる。
一般式(PC2−e)又は(PC2−f)中、b及びcはそれぞれ独立して1〜10の整数を表し、dは1〜10の整数を表し、eは0〜6の整数を表す。側鎖間の空間的な干渉を抑制する点から、dとeの少なくとも一方は、1〜5の整数であることが好ましく、1〜3の整数であることがより好ましい。
一般式(PC2−g)又は(PC2−h)中、f、g、h及びiはそれぞれ独立して1〜10の整数を表す。側鎖間の空間的な干渉を抑制する点から、hとiの少なくとも一方は、1〜5の整数であることが好ましく、1〜3の整数であることがより好ましい。
一般式(PC2−a)〜(PC2−h)で表される化合物をはじめとする一般式(PC2)で表される化合物は、公知の化合物を出発原料とし、公知の有機合成反応を適宜組み合わせて合成することができる。
例えば、一般式(PC2−a)において、A39及びA42が水素原子である化合物は、エポキシ基を複数有する化合物と、エポキシ基と反応し得る活性水素を有するアクリル酸やメタクリル酸等の重合性化合物とを反応させ、水酸基を有する重合性化合物を合成し、次に、飽和脂肪酸と反応させることにより得ることができる。
また、複数のエポキシ基を有する化合物と飽和脂肪酸とを反応させ、水酸基を有する化合物を合成し、次に水酸基と反応し得る基を有するアクリル酸塩化物等の重合性化合物とを反応させることによっても得ることができる。
また、一般式(PC2−a)のA39及びA42がアルキル基であり、A37及びA43がメチレン基である化合物は、例えば、オキセタン基を複数有する化合物と、オキセタン基と反応し得る脂肪酸塩化物や脂肪酸とを反応させ、さらに、アクリル酸などの活性水素を有する重合性化合物とを反応させる方法や、オキセタン基を一つ有する化合物と、オキセタン基と反応し得る多価の脂肪酸塩化物や脂肪酸とを反応させ、さらに、アクリル酸などの活性水素を有する重合性化合物とを反応させる方法等により得ることができる。
また、一般式(PC2−a)のA37及びA43が炭素原子数3のアルキレン基(プロピレン基;−CHCHCH−)である化合物は、例えば、オキセタン基の代わりにフラン基を複数有する化合物を用いることにより、前記と同様にして得ることができる。
さらに、一般式(PC2−a)のA37及びA43が炭素原子数4であるアルキレン基(ブチレン基;−CHCHCHCH−)である化合物は、例えば、オキセタン基の代わりにピラン基を複数有する化合物を用いることにより得ることができる。
<キラリティーを有する重合性化合物>
本実施形態における高分子安定化ブルー相に含まれる高分子の原料となる重合性化合物としては、アキラルな化合物又は実質的にラセミ体であることが好ましいが、キラルな重合性化合物を用いてもよい。キラルな重合性化合物としては、例えば、下記の一般式(VI−a)又は(VI−b)で表される重合性化合物を用いることができる。
一般式(VI−a)及び(VI−b)中、Pは重合性基を表す。Pとしては、前記の式(R−1)〜(R−16)で表される構造からなる基が好ましく、式(R−1)、式(R−2)又は式(R−16)で表される基がより好ましく、式(R−1)又は式(R−2)で表される基がさらに好ましく、重合速度が速いことから式(R−1)で表される基がより好ましい。
一般式(VI−a)中、n21は0又は1の整数を表す。また、一般式(VI−b)中、n22は、0、1又は2の整数を表す。n22が2であり、一分子中にT24及びY25が複数存在する場合、それらは互いに同じであってもよく、異なっていてもよい。
一般式(VI−a)及び(VI−b)中、T21、T22、T23、T24は、それぞれ独立して、6員環構造を有する2価の基(6員環式2価基)を表す。当該6員環式2価基としては、下記の12種類の6員環式2価基が挙げられる。なお、下記一般式において、mは1〜4の整数を示す。一般式(VI−a)又は(VI−b)で表される化合物としては、T21、T22、T23、T24は、それぞれ独立して、前記12種類の6員環式2価基のいずれかであることが好ましく、1,4−フェニレン基、又はトランス−1,4−シクロヘキシレン基がより好ましい。
一般式(VI−b)中、T25は、6員環構造を有する3価の基(6員環式3価基)を表す。当該6員環式3価基としては、ベンゼン−1,2,4−トリイル基、ベンゼン−1,3,4−トリイル基、ベンゼン−1,3,5−トリイル基、シクロヘキサン−1,2,4−トリイル基、シクロヘキサン−1,3,4−トリイル基又はシクロヘキサン−1,3,5−トリイル基等が挙げられる。
一般式(VI−a)及び(VI−b)中、Y22、Y23、及びY25は、それぞれ独立して、単結合、又は炭素原子数が1〜10である直鎖状若しくは分枝鎖状のアルキレン基を表す。当該アルキレン基中に存在する1個のメチレン基又は隣接していない2個のメチレン基は、酸素原子及び硫黄原子が相互に直接結合しないものとして、それぞれ独立して、−O−、−S−、−CO−O−又は−O−CO−により置換されていてもよい。また、当該アルキレン基中に存在する1個又は2個以上の水素原子は、それぞれ独立して、フッ素原子又は塩素原子に置換されていてもよい。さらに、当該アルキレン基は、不斉炭素原子を含んでいてもよく、含まなくてもよい。当該アルキレン基としては、例えば、−CHCH−、−CHO−、−OCH−、−COO−、−OCO−、−C≡C−、−CH=CH−、−CF=CF−、−(CH−、−CHCHCHO−、−OCHCHCH−、−CH=CHCHCH−、又は−CHCHCH=CH−が挙げられる。
一般式(VI−a)及び(II−y)中、Y21及びY24は、それぞれ独立して、単結合、−O−、−OCO−、又は−COO−を表す。
一般式(VI−a)及び(VI−b)中、Z21は、不斉炭素原子を有し、かつ分枝鎖構造を含む炭素原子数3〜20のアルキレン基を表す。
一般式(VI−a)及び(VI−b)中、Z22は、炭素原子数1〜20のアルキレン基を表す。当該アルキレン基は、不斉炭素原子を含んでいてもよく、含まなくてもよい。
本実施形態における高分子安定化ブルー相に含まれる高分子の原料としては、少なくとも1種類の重合性化合物を用いればよいが、重合反応後に得られる重合物(高分子)の物性が所望の範囲となるように、複数種類の重合性化合物を適宜組み合わせて用いることが好ましい。複数種類の重合性化合物を用いる場合、少なくとも1種類の単官能性重合性化合物と少なくとも1種類の多官能性重合性化合物とを用いることが好ましい。多官能性重合性化合物を原料とすることにより、重合反応によって、架橋構造を有する高分子を含む高分子安定化ブルー相が得られる。
また、本実施形態における高分子安定化ブルー相に含まれる高分子のガラス転移温度は、−100℃〜25℃であることが好ましい。そこで、重合反応後の高分子のガラス転移温度が当該範囲内となるように、原料として用いる重合性化合物の種類や組成を適宜調整することが好ましい。
さらに、本実施形態における高分子安定化ブルー相に含まれる高分子の原料としては、少なくとも1種類のメソゲン性重合性化合物と、少なくとも1種類の非メソゲン性重合性化合物とを用いることが好ましい。高分子の原料として、メソゲン性重合性化合物と非メソゲン性重合性化合物の両者を用いることにより、重合反応によって得られる高分子安定化ブルー相が光学的等方性相を発現する温度範囲をより広くすることができる。
ブルー相IIIの発現温度範囲を広げることを目的とする場合には、本実施形態における高分子安定化ブルー相に含まれる高分子の原料には、少なくとも1種類の多官能のメソゲン性重合性化合物と、少なくとも1種類の単官能若しくは多官能の非メソゲン性重合性化合物とを含むことが好ましく、前記式(PC1−3a)〜(PC1−3i)で表される化合物及び前記一般式(V−b1)〜(V−b20)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種類の化合物と、前記一般式(PC2−a)〜(PC2−h)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種類の化合物を含むことがより好ましく、前記式(PC1−3a)〜(PC1−3i)で表される化合物及び前記一般式(V−b1)〜(V−b20)で表される化合物からなる群より選択される1種類以上の化合物と、前記一般式(PC2−a)〜(PC2−d)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種類の化合物とを含むことがさらに好ましい。
<重合開始剤>
本発明における液晶組成物と重合性化合物とを含む混合物は、必要に応じて、重合開始剤を含んでいてもよい。例えば、当該重合性化合物をラジカル重合によって重合させる場合には、ラジカル重合開始剤として、熱重合開始剤、光重合開始剤を添加しておくことができる。
具体的には以下の化合物が好ましく用いられる;
ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、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、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、1−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン、2−メチル−2−モルホリノ(4−チオメチルフェニル)プロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノン等のアセトフェノン系;
ベンゾイン、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等のベンゾイン系;
2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等のアシルホスフィンオキサイド系;
ベンジル、メチルフェニルグリオキシエステル系;
ベンゾフェノン、o−ベンゾイル安息香酸メチル、4−フェニルベンゾフェノン、4,4’−ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチル−ジフェニルサルファイド、アクリル化ベンゾフェノン、3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン系;
2−イソプロピルチオキサントン、2,4−ジメチルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、2,4−ジクロロチオキサントン等のチオキサントン系;
ミヒラーケトン、4,4’−ジエチルアミノベンゾフェノン等のアミノベンゾフェノン系;
10−ブチル−2−クロロアクリドン、2−エチルアンスラキノン、9,10−フェナンスレンキノン、カンファーキノン等。
当該混合物に含有させるラジカル重合開始剤としては、これらの化合物の中でも、ベンジルジメチルケタールが好ましい。
第2実施形態の光学素子は、例えば、ネマチック液晶組成物と、全てのキラル化合物と、高分子化合物成分の原料となる全ての重合性化合物と、潤滑界面誘導剤とを混合した後、少なくとも一方の基板に電極を有する一対の基板の間に、当該混合物を充填し、セル内全体が液晶相になっている状態から徐々に昇温して相分離構造を発現させる。次に当該重合性化合物含有液晶組成物中の重合性基を有する化合物を重合させることによって製造することができる。
該混合物を一対の基板間に充填し、あらかじめセル内全体が液晶相になるように冷却し、徐々に昇温して液体相を界面に発現させてもよい。また、当該一対の基板の間に、当該混合物を充填し、一旦、等方相へ加温し、その後、降温してブルー相を発現させ、当該重合性化合物を紫外線照射により重合させることによって製造することができる。
第2実施形態の光学素子において用いることのできる液晶成分としては、第1実施形態の光学素子において説明したネマチック液晶組成物又は液晶化合物、上述のキラル化合物、重合性化合物、重合開始剤を用いることができる。また、第2実施形態の光学素子において用いることのできる潤滑界面誘導剤としては、第1実施形態の光学素子において説明した潤滑界面誘導剤を用いることができる。これらの液晶成分と、潤滑界面誘導剤との混合物を、ブルー相(モノマー含有ブルー相)の状態でモノマーを重合させると、高分子安定化ブルー相(ブルー相中に存在したモノマーが重合してポリマーとなって、その結果、ブルー相の温度範囲が拡大したもの)が得られる。
ネマチック液晶組成物とキラル化合物と重合性化合物と潤滑界面誘導剤とを混合する順番は特に限定されるものではなく、全原料を実質的に同時に混合してもよく、予めネマチック液晶組成物とキラル化合物とが混合されている液晶組成物に、高分子化合物成分の原料となる全ての重合性化合物と潤滑界面誘導剤とを混合してもよく、予めネマチック液晶組成物とキラル化合物と重合性化合物とが混合されている重合性化合物含有液晶組成物に、潤滑界面誘導剤を混合してもよい。
当該重合性化合物含有液晶組成物中の全重合性化合物の総量は、用いる重合性化合物の種類、ネマチック液晶組成物の種類、キラル化合物の種類等を考慮して適宜決定することができるが、0.1〜40質量%が好ましく、1〜40質量%がより好ましく、1〜25質量%がさらに好ましい。
また、当該重合性化合物含有液晶組成物中のネマチック液晶組成物とキラル化合物との混合物の含有量は、60〜98質量%であることが好ましく、70〜96質量%がより好ましく、80〜94質量%がさらに好ましい。
当該重合性化合物含有液晶組成物と潤滑界面誘導剤との混合物中の潤滑界面誘導剤の含有量は、0.5〜15質量%であることが好ましく、0.8〜10質量%がより好ましく、1.0〜8質量%がさらに好ましい。
本実施形態において、液晶成分23は、アキラルな液晶性化合物と、キラル化合物とを含む成分とすることができる。アキラルな液晶性化合物としては、上述の液晶性化合物のうち、アキラルな液晶性化合物を適宜選択して用いることができる。液晶成分23としては、少なくとも2種類のアキラルな液晶性化合物を含むネマチック液晶組成物と、少なくとも1種類のキラル化合物を含むことが好ましい。
本発明の光学素子は、第1実施形態、第2実施形態のいずれにおいても、電圧印加は薄膜トランジスタ(TFT)を介して実施することも可能であり、これにより画素を形成して空間変調素子や液晶表示装置への応用が可能になる。
例えば、本発明の光学素子は、横電界タイプの液晶表示装置への応用が可能になる。図7に、横電界タイプの液晶パネルのアクティブマトリクス基板120aを模式的に示す。
アクティブマトリクス基板120a上には、互いに略平行に延びる複数の走査配線123と、走査配線123に交差する方向に延びる複数の信号配線124と、対応する走査配線123および信号配線124に電気的に接続されたTFT(薄膜トランジスタ)125と、TFT125に電気的に接続された画素電極126とが形成されている。画素電極126は、信号配線124に略平行に延びる櫛歯状に形成されている。
アクティブマトリクス基板120a上には、さらに、画素電極126に略平行な櫛歯状に形成された共通電極127が設けられている。共通電極127は、走査配線123に略平行に形成された共通配線128から延設されている。共通配線128は、画素電極126と同一の導電層から形成された補助容量電極129と絶縁膜(不図示)を介して対向し、補助容量を構成する。
図7に示すアクティブマトリクス基板120aの表面には、水平配向性を有する配向膜が形成されている。また、アクティブマトリクス基板120aに対向するカラーフィルタ基板120bの表面にも水平配向性を有する配向膜が形成されている。
画素電極126及び共通配線128として、不透明の金属電極(たとえば、アルミニウム、チタニウム、銅など)、透明電極(ITO、IZO)を用いることがきる。
アクティブマトリクス基板120aとカラーフィルタ基板120bとの間に、液晶成分33及び潤滑界面誘導剤34を封入して、液晶表示装置60とすることができる(図15)。
横電界タイプの液晶表示装置では、例えば、液晶成分のうち液晶分子は、正の誘電異方性を有しており、電圧印加時には、画素電極126と共通電極127との間に生成される横電界(アクティブマトリクス基板120a及びカラーフィルタ基板120bの面に平行な電界)によって、その配向方向を変化させる。この横電界タイプの表示装置では、液晶分子の配向方向がアクティブマトリクス基板120a及びカラーフィルタ基板120bの面に平行な面内で変化するため、良好な視野角特性が実現される。
なお、負の誘電異方性を有する液晶を用いることもできる。この場合は、初期配向方位を90度回転させておく必要がある。負の誘電異方性の液晶を用いた場合、一般的には正の誘電異方性の液晶よりも応答特性が劣る傾向にあるが、液晶の電界による配向変形の基板面外成分が小さいため、視野角特性はさらに改善する特徴を有し、適宜選定することが望ましい。
なお、図8に示すアクティブマトリクス基板120aの様に、画素電極126及び共通電極127の形状を屈曲型にすれば、斜め視角の着色現象を抑制できる。
また、図7に示すアクティブマトリクス基板120aの横電界タイプの表示装置と同様、負の誘電異方性を有する液晶を用いることもでき、同様の特徴を有する。なお、ブルーフェーズ液晶の場合は、図9に示すアクティブマトリクス基板70の横電界タイプの表示装置のように、屈曲の角度は90度であることが望ましい。
本発明の光学素子は、第1実施形態、第2実施形態のいずれにおいても、第1電極38及記第2電極39が、前記一対の基板31,32の間にフリンジ電界を発生させるフリンジフィールドタイプ(図10)とすることができ、低電圧駆動性、高速応答性、広視野角特性を実現できる。
フリンジフィールドタイプ(図10)では、第1電極38(共通電極)が下層にあり、絶縁膜35(SiNxやSiOx)を介して、上層に第2電極39(画素電極)を有する。なお、配線の仕方により、共通電極と画素電極の上下関係を入れ替えることもできる。
少なくとも透光性を確保するためには、下層電極はITOやIZOのような透明電極である必要がある。
この場合においても、図8に示すアクティブマトリクス基板120aの様に、画素電極126及び共通電極127の形状を屈曲型にすれば、斜め視角の着色現象を抑制できる。
本発明の光学素子は、第1実施形態、第2実施形態のいずれにおいても、更に、第3電極を備え、複数の向きの電界を発生させるタイプの光学素子(図19、図20)とすることができる。
図19はこのタイプの光学素子の横電界発生時における断面模式図である。図20は、縦電界発生時における断面模式図である。図19、図20の光学素子では、一対の電極18,19に加えて、対向電極49を備えている。図19及び図20において、点線は、発生する電界の向きを示す。
偏光板が両基板外側に配置され(図示せず)、互いの偏光軸は直交である。
すなわち、スリッパリー界面が形成されていることにより、電圧印加により黒状態から白状態への液晶分子45の低電圧回転を実現される。これに加えて、対向電極49による電圧印加により強制的に正面から見た複屈折をゼロにすることにより、逆の白から黒へ応答をより高速化、低電圧化することができる。これにより、白→黒、黒→白の両方向の応答において、スリッパリー界面が形成されていることの特徴(低電圧化)を最大限に発現させることができる。
液晶表示パネルは、ポジ型液晶である液晶分子45を用いた垂直配向型の2層電極構造を有する。立上がりは、図19に示すように、一対の電極18,19(例えば、電位0Vである櫛歯電極18と電位14Vである櫛歯電極19とからなる)間の電位差14Vで発生する横電界により、液晶分子45を回転させる。このとき、基板間(電位7Vである対向電極49との間)の電位差は実質的に生じていない。図19で、液晶の配向方位は、一方の偏光板の偏光軸と45度の角度をなし、複屈折により光透過する。すなわち白表示が実現される。
また、立下がりは、図20に示すように、基板間(例えば、電位0Vである櫛歯電極18、及び櫛歯電極19と、電位7Vである対向電極49との間)の電位差7Vで発生する縦電界により、液晶分子45を瞬時に垂直に配向するよう回転させる。このとき、一対の櫛歯電極(例えば、電位0Vである櫛歯電極18と電位0Vである櫛歯電極19とからなる)間の電位差は実質的に生じていない。図20で、液晶の配向方位は、一方の偏光板の偏光軸と0度の角度をなし、複屈折はほとんどなく、光はほとんど透過しない。すなわち電圧印加による強制的な黒表示が実現される。
ただし、電界方向が基板法線に対して、やや斜めに発生するため、若干の複屈折による光漏れが発生する。すなわちコントラストの低い光学素子となる。これを改善するには、さらなる第4電極を追加することが望ましい。
本発明の光学素子は、第1実施形態、第2実施形態のいずれにおいても、更に、第3電極及び第4電極を備え、複数の向きの電界を発生させるタイプの光学素子(図11、図12)とすることができる。
図11はこのタイプの光学素子の横電界発生時における断面模式図である。図12は、縦電界発生時における断面模式図である。図11、図12の光学素子では、一対の電極18,19に加えて、対向電極48,49、絶縁膜35を備えている。図11及び図12において、点線は、発生する電界の向きを示す。
偏光板が両基板外側に配置され(図示せず)、互いの偏光軸は直交である。
すなわち、スリッパリー界面が形成されていることにより、電圧印加により黒状態から白状態への液晶分子45の低電圧回転を実現される。これに加えて、対向電極48,49による電圧印加により強制的に正面から見た複屈折をゼロにすることにより、逆の白から黒へ応答をより高速化、低電圧化することができる。これにより、白→黒、黒→白の両方向の応答において、スリッパリー界面が形成されていることの特徴(低電圧化)を最大限に発現させることができる。
液晶表示パネルは、ポジ型液晶である液晶分子45を用いた垂直配向型の3層電極構造を有する。立上がりは、図11に示すように、一対の電極18,19(例えば、電位0Vである櫛歯電極18と電位14Vである櫛歯電極19とからなる)間の電位差14Vで発生する横電界により、液晶分子45を回転させる。このとき、基板間(電位7Vである対向電極48と電位7Vである対向電極49との間)の電位差は実質的に生じていない。図11で、液晶の配向方位は、一方の偏光板の偏光軸と45度の角度をなし、複屈折により光透過する。すなわち白表示が実現される。
また、立下がりは、図12に示すように、基板間(例えば、それぞれ電位14Vである対向電極48、櫛歯電極18、及び、櫛歯電極19と、電位7Vである対向電極49との間)の電位差7Vで発生する縦電界により、液晶分子45を瞬時に垂直に配向するよう回転させる。このとき、一対の櫛歯電極(例えば、電位14Vである櫛歯電極18と電位14Vである櫛歯電極19とからなる)間の電位差は実質的に生じていない。図12で、液晶の配向方位は、一方の偏光板の偏光軸と0度の角度をなし、複屈折により光は透過しない。すなわち電圧印加による強制的な黒表示が実現される。
本発明の光学素子は、第1実施形態、第2実施形態のいずれにおいても、図13に示すように、更に、第3電極及び第4電極を設けて、両方の基板に櫛歯電極ありとすることができる。すなわち、一方の基板に第1の共通電極201及び第1の画素電極202を設け、更に、他方の基板に第2の共通電極203及び第2の画素電極204を設けて、複数の向きの電界を発生させる光学素子とすることができる。図14は、図13の要部を拡大して示す平面図である。
この態様の光学素子では、電圧印加により黒状態から白状態へのスリッパリー界面が形成されている効果による液晶分子の低電圧回転を実現する。これに加えて、第1の共通電極201と第1の画素電極202との間に電位差を設けて、第2の共通電極203及び第2の画素電極204を同電位とするか、又は、第2の共通電極203と第2の画素電極204との間に電位差を設けて、第1の共通電極201及び第1の画素電極202を同電位とすることにより、白→黒、黒→白の両方向の応答において、スリッパリー界面が形成されている状態の特徴(低電圧化)が最大限に発現させることができる。
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
また、以下の実施例及び比較例の組成物における「%」は「質量%」を意味する。
(実施例1)
洗浄した2枚のガラス基板を用意し、PMMA(ポリメチルメタクリレート、Mw=120,000)をスピンキャスト法により両方のガラス基板上に成膜した。次に一方に直径が5μmのプラスチックビーズを散布して他方と貼り合わせた。このようにしてできた5μmの間隙に、7CB(4−シアノ−4’−ヘプチルビフェニル)に12A(ドデシルアクリレート)を4.8質量%含有させた混合物を毛細管現象により注入した。
図3に、外部磁場を印加した際の配向の変化を、クロスニコルの偏光顕微鏡下で低温(a,b)と高温(c,d)の2つの温度において観察した様子を示す。相転移温度から十分に低温では水平配向のN相を示し、磁場印加前(a)と磁場印加中(b)において、観察されるシュリーレン組織に変化がなく、液晶分子はPMMA基板でアンカーリングされていることがわかる。一方温度を上昇させていくとある一定の温度でシュリーレン組織が大きく変化し始め基板面近傍のみが液体相となるぬれ転移が確認できた(c)。この状態で基板面内に弱い外部磁場(0.1T)を印加すると組織が大きく変化し、大部分の液晶分子は磁場方向に配向した(d)。以上の結果から、I相濡れ薄膜がガラス基板上に形成されており、アンカーリングが弱くなって液晶分子の外場によって自由に回転することが確認できた。
このようにスリッパリー界面が形成され、微弱な外力(この場合は磁場)で液晶分子の方向を変化させることができる素子が得られることがわかった。
次に、温調器により45℃に加温し等方相としたのち、ガラス基板平面に平行となる方向へ磁場0.44Tを印加しながら25℃まで降温し、一様水平配向の液晶セルを得た。
この液晶セルを36.0℃に調温し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだ上で、レーザー光による複屈折観察を行った。なお、前記磁場は印加したままとし、さらには磁場の方向が一方の偏光板の透過軸に一致するようにした。この状態において、液晶セルを、ガラス基板法線を中心に回転させたところ、回転角度に依存した複屈折光は確認されなかった。液晶配向方位が、液晶セル回転に追従せず、磁場印加方向に固定化されているように見えた。すなわち、ネマチック液晶とガラス基板の間に、ドデシルアクリレートの液体相(等方相)が潤滑界面誘導領域を形成し、その液晶成分とその潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた(図5の黒色四角のプロットデータ)。
(比較例1)
実施例1において、12A(ドデシルアクリレート)を含有させない他は同様にして、一様水平配向の液晶セルを作製した。さらに、実施例1と同様にして、磁場印加下における複屈折を観察した。比較例1の液晶セルの場合は、液晶セルの回転に応じて液晶配向方向が一致して回転するような複屈折光の増減が確認された。つまり、12A(ドデシルアクリレート)を含有させない場合はスリッパリー界面が形成されないことが確認された(図5の灰色菱形のプロットデータ)。
(実施例2)
実施例1において、直径が5μmのプラスチックビーズに代えて、直径が12μmのプラスチックビーズを用いて、12μmの間隙に7CB及び12Aを充填した他は同様にして、一様水平配向の液晶セルを作製した。
ネマチック液晶とガラス基板の間に、液体相(等方相)からなる潤滑界面誘導領域を形成し、その液晶成分とその潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例3)
実施例1において、直径が5μmのプラスチックビーズに代えて、直径が25μmのプラスチックビーズを用いて、25μmの間隙に7CB及び12Aを充填した他は同様にして、一様水平配向の液晶セルを作製した。
実施例1、実施例2、実施例3のそれぞれの液晶セルについて、液晶分子の配向方向と直交方向に磁場を印加し、透過光強度の印加磁場強度依存性からフレデリクス転移の閾値磁場強度を測定した。複数のセル厚の試料における閾値磁場の温度依存性を図4に示す。
いずれのセル厚の液晶セルについても、濡れ転移温度を越えると閾値磁場強度が大きく減少している。ぬれ転移が生じていない低温では薄いサンプルほど基板でのアンカーリングの影響が大きくフレデリクス転移には大きい磁場強度を必要とする。一方、ぬれ転移が生じている温度(TNI−3℃〜TNI)では、セル厚の依存性は小さく、同時に基板面内でのアンカーリング力が非常に小さくなっており、ネマチック液晶とガラス基板の間に、液体相(等方相)からなる潤滑界面誘導領域を形成し、その液晶成分とその潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが証明された。
(実施例4)
図6(a)は、表面に櫛歯電極18,19を有するガラス基板11と、電極を有しないガラス基板12を用いた光学素子を示す概略図である。図6(b)は、それに電界を印加した様子を示す概略図である。
櫛歯電極18,19はクロムで形成され、電極幅は10μm、電極間距離は10μmとし、電極間に略基板に平行な電界を印加できるようにした。
これら2種のガラス基板を洗浄した後、PMMA(ポリメチルメタクリレート)の5質量%トルエン溶液をスピンキャスト法により両方のガラス基板上に成膜して被膜22を形成した。そして、120℃において90分加熱した。さらには、櫛歯電極の長手方向に対して45度方向にラビングを施した。
次に一方に直径が2μmのシリカビーズを散布して他方と貼り合わせた。このようにしてできた2μmの間隙に、液晶成分13として7CB(4−シアノ−4’−ヘプチルビフェニル)に潤滑界面誘導剤14として12A(ドデシルアクリレート)を5.17質量%含有させた混合物を毛細管現象により注入した。
電圧無印加時の液晶分子の配向方向はラビング方向であることが偏光顕微鏡観察において確認できた。この状態において、2Vpp,10Hzのパルス電圧を印加した。図6(b)において、点線は、発生する電界の向きを示す。偏光顕微鏡観察したところ、ラビング方向から45度回転し、液晶分子は櫛歯電極の長手方向に直交する方向に一様に配向する様子が観察された(図16)。すなわち、ネマチック液晶とガラス基板の間に、液体相(等方相)からなる潤滑界面誘導領域を形成し、その液晶成分とその潤滑界面誘導領域との界面において、スリッパリー界面による一様な液晶分子配向の回転を確認できた。
(比較例2)
実施例4において、12A(ドデシルアクリレート)を含有させない他は同様にして、一様水平配向の液晶セルを作製した。実施例4と同様にして、偏光顕微鏡観察を実施したところ、2Vpp,10Hzのパルス電圧印加では、液晶分子の応答を確認することが出来なかった。比較例2の液晶セルでは、スリッパリー界面が形成されないことが確認された。
(実施例5)
下記式(1)で表される液晶性化合物4−4’−アゾキシジアニソール(PAA)94.5質量%と、PEG(ポリエチレングリコール、分子量10,000)5.5質量%の<混合物X>を準備した。
洗浄した2枚のガラス基板を用意し、一方に直径が5μmのプラスチックビーズを散布して他方と貼り合わせた。このようにして出来た5μmの間隙に、<混合物X>を毛細管現象により注入した。これらの基板には、基板表面を改質するための高分子膜をあらかじめ形成することはしなかった。
温調器により、150℃に加温し等方相としたのち、ガラス基板平面に平行となる方向へ磁場0.44Tを印加しながら80℃まで降温し、一様水平配向の液晶セルを得た。
この液晶セルをネマチック−液体転移点である137℃から1℃弱下の136℃に調温し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだ上で、レーザー光による複屈折観察を行った。なお、前記磁場は印加したままとし、さらには磁場の方向が一方の偏光板の透過軸に一致するようにした。この状態において、液晶セルを、ガラス基板法線を中心に回転させたところ、回転角度に依存した複屈折光は確認されなかった。液晶配向方位が、液晶セル回転に追従せず、磁場印加方向に固定化されているように見えた。すなわち、PAAへPEGを混合することにより、ネマチック液晶とガラス基板の間に、液体相(等方相)が潤滑界面誘導領域を形成し、その液晶成分とその潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(比較例3)
実施例5において、PEGを用いず、PAA100質量100%の<比較物>を毛細管現象により注入した他は同様手順により一様水平配向液晶セルを作製した。
さらに同様にして、磁場印加下における複屈折を観察した。比較例3の場合は、液晶セルの回転に応じて液晶配向方向が一致して回転するような複屈折光の増減が確認された。
つまり、<比較物>ではスリッパリー界面が形成されないことが確認された。
(実施例6)
表面に櫛歯電極を有するガラス基板と、電極は有しないガラス基板を用意した。
櫛歯電極はクロムで形成され、電極幅は10μm、電極間距離は10μmとし、隣接する櫛歯電極間に略基板に平行な電界を印加できるようにした。これらの基板には、基板表面を改質するための高分子膜をあらかじめ形成することはしなかった。
これら2種のガラス基板を洗浄した後、一方に直径が2μmのシリカビーズを散布して他方と貼り合わせた。このようにして出来た2μmの間隙に、実施例5で用いた<混合物X>を毛細管現象により注入した。
温調器により150℃に加温し等方相としたのち、ガラス基板平面に平行、かつ櫛歯電極に対して45度となる方向へ磁場0.44Tを印加しながら80℃まで降温し、一様水平配向の液晶セルを得た。
この液晶セルに対して、磁場は無印加の条件で偏光顕微鏡下において2Vpp、10Hzのパルス電圧を印加したところ、液晶配向方位が45度回転して電界方向に平行な方位に向く応答(黒→白)が確認された。次に、電圧を無印加で、上記磁場を再度印加したところ、液晶配向方位が元の方位に向く応答(白→黒)が確認された。
更に、上記磁場を印加したままの条件で、偏光顕微鏡下において同じパルス電圧を印加したところ、液晶配向方位の応答(黒→白)が確認され、その後無印加にしたところ、黒→白が確認された。すなわち、ネマチック液晶とガラス基板の間に、液体相(等方相)が潤滑界面誘導領域を形成し、その液晶成分とその潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(比較例4)
実施例6において、PEGを混ぜない<比較物>を用いて、同様手順により一様水平配向液晶セルを作製した。さらに同様にして、磁場印加下における複屈折を観察した。比較例4の場合は、液晶セルの回転に応じて液晶配向方向が一致して回転するような複屈折光の増減が確認された。つまり、<比較物>ではスリッパリー界面が形成されないことが確認された。
(実施例7)
図13のごとく、一方の基板に第1の共通電極201及び第1の画素電極202を設け、更に、他方の基板に第1の電極とθ=45°となる方向に第2の共通電極203及び第2の画素電極204を設けて、複数の向きの電界を発生させる光学素子とした。第1の共通電極201及び第1の画素電極202は櫛歯電極であり、第2の共通電極203及び第2の画素電極204も櫛歯電極である。
第1の共通電極201と第1の画素電極202との間は、平行であり、電極幅を10μm、隣接する電極間距離を10μmとし、隣接する電極間に電圧を印加できるようにした。
第2の共通電極203と第2の画素電極204との間も、平行であり、電極幅を10μm、隣接する電極間距離を10μmとし、隣接する電極間に電圧を印加できるようにした。
第1の共通電極201及び第1の画素電極202を設けた一方の基板に直径が2μmのプラスチックビーズを散布して、第2の共通電極203及び第2の画素電極204を設けた他方の基板と貼り合わせた。このようにしてできた2μmの間隙に、実施例5で用いた<混合物X>を毛細管現象により注入した。これらの基板には、基板表面を改質するための高分子膜をあらかじめ形成することはしなかった。
実施例5と同様の温調手順により一様水平配向液晶セルを作製し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだ上で、レーザー光による複屈折観察を行った。第1の共通電極201と第1の画素電極202との間に2Vの電位差を設けて、第2の共通電極203と第2の画素電極204は同電位としたとき白、次に、第2の共通電極203と第2の画素電極204との間に2Vの電位差を設けて、第1の共通電極201と第1の画素電極202は同電位としたとき黒となった。更に、第1の共通電極201と第1の画素電極202との間に2Vの電位差を設けて、第2の共通電極203と第2の画素電極204は同電位としたとき白となって、これにより、白→黒、黒→白の両方向の応答において、ネマチック液晶とガラス基板の間に、液体相(等方相)が潤滑界面誘導領域を形成し、その液晶成分とその潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例8)
下記式(1)で表される液晶性化合物4−4’−アゾキシジアニソール(PAA)94.5質量%と、下記式(2)で表される、ポリエチレンオキシド(分子量3,500)及びシアノビフェニル側鎖型ポリマー(分子量2,500)のブロックコポリマーである(Poly(ethylene oxide-b-6-(4'-cyanobiphenyl-4-yloxy)hexyl methacrylate)(LC_PEG)5.5質量%の<混合物Y>を準備した。
洗浄した2枚のガラス基板を用意し、一方に直径が2μmのプラスチックビーズを散布して他方と貼り合わせた。このようにして出来た2μmの間隙に、<混合物Y>を毛細管現象により注入した。これらの基板には、基板表面を改質するための高分子膜をあらかじめ形成することはしなかった。
温調器により150℃に加温し等方相としたのち、ガラス基板平面に平行となる方向へ磁場0.44Tを印加しながら80℃まで降温し、一様水平配向の液晶セルを得た。
この液晶セルをネマチック−液体転移点である134℃から1度弱下の133℃に調温し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだ上で、レーザー光による複屈折観察を行った。なお、前記磁場は印加したままとし、さらには磁場の方向が一方の偏光板の透過軸に一致するようにした。この状態において、液晶セルを、ガラス基板法線を中心に回転させたところ、回転角度に依存した複屈折光は確認されなかった。液晶配向方位が、液晶セル回転に追従せず、磁場印加方向に固定化されているように見えた。すなわち、ネマチック液晶とガラス基板の間に液体相(等方相)からなる潤滑界面誘導領域を形成し、その液晶成分とその潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例9)
表面に櫛歯電極を有するガラス基板と、電極は有しないガラス基板を用意した。
櫛歯電極はクロムで形成され、電極幅は10μm、電極間距離は10μmとし、隣接する櫛歯電極間に略基板に平行な電界を印加できるようにした。これらの基板には、基板表面を改質するための高分子膜をあらかじめ形成することはしなかった。
これら2種のガラス基板を洗浄した後、一方に直径が2μmのシリカビーズを散布して他方と貼り合わせた。このようにして出来た2μmの間隙に、実施例8で用いた<混合物Y>を毛細管現象により注入した。
温調器により150℃に加温し等方相としたのち、ガラス基板平面に平行、かつ櫛歯電極に対して45度となる方向へ磁場0.44Tを印加しながら80℃まで降温し、一様水平配向の液晶セルを得た。
この液晶セルに対して、磁場は無印加の条件で偏光顕微鏡下において2Vpp、10Hzのパルス電圧を印加したところ、液晶配向方位が45度回転して電界方向に平行な方位に向く応答(黒→白)が確認された。次に、電圧を無印加で、上記磁場を再度印加したところ、液晶配向方位が元の方位に向く応答(白→黒)が確認された。
更に、上記磁場を印加したままの条件で、偏光顕微鏡下において同じパルス電圧を印加したところ、液晶配向方位の応答(黒→白)が確認され、その後無印加にしたところ、黒→白が確認された。すなわち、液体相(等方相)からなる潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例10)
図13のごとく、一方の基板に第1の共通電極201及び第1の画素電極202を設け、更に、他方の基板に第2の共通電極203及び第2の画素電極204を設けて、複数の向きの電界を発生させる光学素子とした。
第1の共通電極201及び第1の画素電極202を設けた一方の基板に直径が2μmのプラスチックビーズを散布して、第2の共通電極203及び第2の画素電極204を設けた他方の基板と貼り合わせた。このようにしてできた2μmの間隙に、実施例8で用いた<混合物Y>を毛細管現象により注入した。これらの基板には、基板表面を改質するための高分子膜をあらかじめ形成することはしなかった。
実施例8と同様の温調手順により一様水平配向液晶セルを作製し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだ上で、レーザー光による複屈折観察を行った。第1の共通電極201と第1の画素電極202との間に2Vの電位差を設けて、第2の共通電極203と第2の画素電極204は同電位としたとき白、次に、第2の共通電極203と第2の画素電極204との間に2Vの電位差を設けて、第1の共通電極201と第1の画素電極202は同電位としたとき黒となった。更に、第1の共通電極201と第1の画素電極202との間に2Vの電位差を設けて、第2の共通電極203と第2の画素電極204は同電位としたとき白となって、これにより、白→黒、黒→白の両方向の応答において、液体相(等方相)からなる潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例11)
下記に示す、ネマチック液晶組成物(9−I)85.3質量%、キラル化合物(9−II)6.9質量%、モノマー(9−III)3.7質量%、モノマー(9−IV)3.7質量%、光重合開始剤(9−V)0.4質量%からなる、液晶組成物(LC−9)98.40質量%に、ラウリン酸エチル1.60質量%を混合して、試料9Aとした。
図18は、表面に櫛歯電極18,19を有するガラス基板11と、電極を有しないガラス基板12を用いた光学素子を示す概略図である。櫛歯電極18はクロムで形成され、電極幅は10μm、電極間距離は10μmとし、電極間に略基板に平行な電界を印加できるようにした。これらのガラス基板に配向膜処理はされていない。
これら2種のガラス基板を洗浄した後、一方に直径が7μmのシリカビーズを散布して他方と貼り合わせた。このようにしてできた7μmの間隙に、試料9Aを毛細管現象により注入した。
次に、この液晶セルを一旦、等方相の44℃に加温し、その後、38℃に降温してブルー相を発現させた。この状態において紫外線を照射し、ブルー相の安定化を図った。紫外線照射条件は、12μW/cmで10分間、20μW/cmで10分間、30μW/cmで10分間、63μW/cmで10分間、310μW/cmで5分間と、徐々に照度を上昇させて合計45分間の手順で実施した。
偏光顕微鏡下において0〜60Vの電圧印加をしながら透過光量を観測した。結果を図17に示す。
ラウリン酸エチルを混合したことにより、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成したと考えられる。
(実施例12)
液晶組成物(LC−9)98.13質量%に、酢酸トリデシル1.87質量%を混合して、試料9Bとした。
試料9Aを試料9Bに変更した他は、実施例11と同様にして液晶セルを準備し、等方相へ加温し、その後、降温してブルー相を発現させ、この状態において実施例11と同じ条件で紫外線を照射し、ブルー相の安定化を図った。実施例11と同様にして、偏光顕微鏡下において0〜40Vの電圧印加をしながら透過光量を観測した。結果を図17に示す。
酢酸トリデシルを混合したことにより、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成したと考えられる。
(比較例5)
試料9Aを液晶組成物(LC−9)に変更した他は、実施例11と同様にして液晶セルを準備し、等方相へ加温し、その後、降温してブルー相を発現させ、この状態において実施例11と同じ条件で紫外線を照射し、ブルー相の安定化を図った。実施例11と同様にして、偏光顕微鏡下において30〜60Vの電圧印加をしながら透過光量を観測した。結果を図17に示す。比較例5の液晶セルでは、スリッパリー界面が形成されないことが確認された。
図17の結果から分かるように、試料9Aを用いた実施例11の光学素子、試料9Bを用いた実施例12の光学素子では、共に比較例5の光学素子に比べて、駆動電圧の低減効果を確認することができた。特に、試料9Aを用いた実施例11の光学素子では大幅な低減効果が認められた。
さらに、40Vにおいて立下りの応答時間を測定したところ、試料9Aを用いた実施例11の光学素子で48μs、試料9Bを用いた実施例11の光学素子で65μs、実施例11の光学素子で78μsであり、実施例11及び実施例11の光学素子で応答速度に優れることを確認した。特に試料9Aを用いた実施例11の光学素子では顕著な高速化効果を観察することができた。
また、念のために試料9Bが他の試料と同等の透過光量となる20Vにおいて立下りの応答時間(20V→0V)を測定しても、70μsであり、比較例5に比べて高速化効果が認められた。
実施例11及び実施例12で低電圧化を発現したメカニズムは以下のように考えられる。
すなわち、ブルー相の欠陥部分に存在し欠陥中の液晶の体積を減少することによる欠陥の安定化をもたらし、その結果2重シリンダー構造を含むブルー相全体の構造の安定に寄与した高分子部分とブルー相液晶の間に、上記添加物(ラウリン酸エチル、酢酸トリデシル)の濃度が高く液体相のように振る舞う相が挿入されたことによりブルー相液晶相と前記液体相との界面がスリッパリー界面を形成していると考察される。このスリッパリー界面の効果により低電圧化となったと考えられる。
また、ブルー相では2重シリンダーと欠陥が自発的に共存して形成しているので、前記スリッパリー界面の形成により、電圧を印加した状態から電圧オフにした際に、自発的に形成しているブルー相の分子の集合状態への戻りが容易になると考えられる。そのため、スリッパリー界面の形成により立下りの応答が速くなったと考えられる。
このようにブルー相におけるスリッパリー界面の形成は、駆動電圧の低減及び応答の高速化という効果を発現していると考えられる。
ブルーフェーズ液晶を用いた場合も、ネマチック液晶を用いた場合と同様に、斜め視角の着色現象は生じるため、図9のような屈曲型の電極形状は着色抑制に有効である。なお、ブルーフェーズ液晶の場合は屈曲の角度は90度であることが望ましい。
(実施例13)
洗浄した2枚のガラス基板(2.5cm×2.5cm)を用意し、下記ポリマー(A6CN−MA、Mw:6321、Mw/Mn:2.7、A6CN:MAのモル比は1:4)の5%クロロホルム溶液150μlをスピンコート法により、500rpm−10s、3000rpm−1minの条件で塗布し、100℃、1時間減圧化で乾燥し、空冷して、両方のガラス基板上に成膜した。
次に両基板をポリマーをコートした面が内側になるようにスペーサーを介して貼り合わせてセルギャップ10.4μmのセルを作製した。このセルに、前記ネマチック液晶組成物(9−I)を液体状態まで加熱し毛細管現象により注入した。
この液晶セルを57.03−57.53℃に調温し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだうえで、レーザー光による複屈折観察を行った。磁場を一方の偏光板の透過軸に一致するように印加した。この状態において、液晶セルを、ガラス基板法線を中心に回転させたところ、回転角度に依存した複屈折光は確認されない領域が観察された。液晶配向方位が、液晶セル回転に追従せず、磁場印加方向に固定化されているように見えた。すなわち、ネマチック液晶と下記ポリマー膜との間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域が形成され、その液晶成分とその潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例14)
オゾン洗浄した2枚のガラス基板表面に3−(トリメトキシシリル)プロピルアクリレートの20wt%エタノール溶液をスピンコート法により塗布し、減圧加熱乾燥した後、エタノールで洗浄・乾燥させ、アクリレート修飾したガラス基板を作製した。
次に、直径が10μmのプラスチックビーズを散布して、アクリレート修飾の面が内側になるように他方と貼り合わせてセルを作製した。このセルに、前記ネマチック液晶組成物(9−I)97.5質量%、ラウリン酸エチル 3質量%、前記モノマー(9−IV)0.24質量%、モノマー(9−III)0.24質量%、光重合開始剤(9−V)0.02質量%の混合物を毛細管現象により注入した。このセルについて、実施例13に記載の方法で評価したところ、69.31℃〜69.52℃の範囲で、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例15)
実施例14で作製したセルに、UV光(強度:0.5mW/cm)を70℃で一時間照射し、重合を行った。その後、実施例14と同様な方法で評価したところ、69.26℃〜69.71℃の範囲で、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認でき、重合によりスリッパリー界面の発現温度範囲が拡大することが確認された。
(実施例16)
実施例6に記載の基板を用い、これら2種のガラス基板を洗浄した後、一方に直径が2μmのシリカビーズを散布して他方と貼り合わせた。このようにして出来た2μmの間隙に、下記強誘電性液晶組成物(FLC−07) 96.9質量%、メタクリル酸11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]ウンデシル(Azo) 1.5質量%、前記モノマー(9−IV) 1.5質量%、光重合開始剤(9−V) 0.1質量%の混合物を毛細管現象により注入した。
その後いったん約130°に昇温して等方相にした後、90℃まで冷却し、紫外線照射前に0→V→0→−Vのような階段状電場を5秒間印加した。このときの階段状電場の周波数は10Hz、大きさVは10V/10μmとした。
その後、紫外線(中心波長365nm)照射を開始した後、スリッパリー界面の効果を十分に得るために、先ほどと同じ階段状電場を10Hz、10V/10μmで10秒間印加した。その後、周波数5Hz、10Hz、大きさ15V/10μmの階段状電場を印加して、電気光学応答測定を行った。光学応答の様子を偏光顕微鏡で観察すると、櫛形電極付近に液体相の発現がみられ、透過率が35%と大きくなっていた。電極付近に、液晶相よりも低秩序なゲル層からなる潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成し、そのため低電圧で応答するようになったため、透過率が大きくなったことがわかった。
(実施例17)
実施例16のセルについて、UV照射を止めたあと、一度50℃以下まで徐冷した。その後90℃まで加熱し、実施例16と同様、スリッパリー界面の効果を十分に得るために、同様の階段状の電場を10Hz、10V/10μmで5秒間印加した。その後、周波数5Hz、10Hz、大きさ15V/10μmの階段状電場を印加し、電気光学応答測定を行った。UV照射を止めたあとも、透過率は30%と大きく、UV照射を止めた後も、スリッパリー界面は保持されていることがわかった。実施例17の液晶セルにおいても、液晶相よりも低秩序なゲル層からなる潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(比較例6)
実施例16と同様なセルで、UV照射を行わないものは、実施例16と同じ測定条件で、透過率が5%と低く、スリッパリー界面が形成されていないことがわかった。
実施例16では、UV照射によりAzoがトランス→シス異性化を起こすことにより形状が折れ曲がり、近傍の液晶性を低下させることにより潤滑界面誘導剤として機能したのに対して、比較例6では、トランス体のAzoは、液晶組成物(FLC−07)との間で相分離構造を形成せず、潤滑界面誘導剤として機能しなかった。すなわち、比較例6の液晶セルでは、スリッパリー界面が形成されないことが確認された。
(実施例18)
実施例11と同様に、前記ネマチック液晶組成物(9−I)85.4質量%、前記キラル化合物(9−II)6.8質量%、前記モノマー(9−III)3.7質量%、前記モノマー(9−IV)3.7質量%、光重合開始剤(9−V)0.4質量%からなる、液晶組成物(LC−9)98.51質量%に、Azo 1.49質量%を混合して、試料18Aとした。
図18は、表面に櫛歯電極18,19を有するガラス基板11と、電極を有しないガラス基板12を用いた光学素子を示す概略図である。櫛歯電極18はクロムで形成され、電極幅は10μm、電極間距離は10μmとし、電極間に略基板に平行な電界を印加できるようにした。これらのガラス基板に配向膜処理はされていない。
これら2種のガラス基板を洗浄した後、一方に直径が7μmのシリカビーズを散布して他方と貼り合わせた。このようにしてできた7μmの間隙に、試料18Aを毛細管現象により注入した。
次に、この液晶セルを一旦、等方相の44℃に加温し、その後、40℃に降温してブルー相を発現させた。この状態において紫外線を照射し、ブルー相の安定化を図った。紫外線照射条件は、12μW/cmで20分間、20μW/cmで20分間、30μW/cmで20分間、63μW/cmで20分間、310μW/cmで10分間と、徐々に照度を上昇させて合計90分間の手順で実施した。
偏光顕微鏡下において、紫外線を照射下(照射条件:310μW/cm)で、0〜40Vの電圧印加をしながら透過光量を観測した。36〜44℃における透過光量比(2枚の偏光板をパラレルの状態にした場合の透過光量(I)に対する、クロスニコル(2枚の偏光板を直交)にした場合の透過光量(I)の比(I/I))を、紫外線照射時及び紫外線無照射時、電圧無印加時及び電圧印加時について図24に示した。重合後は、Azo色素分子が欠陥に集中するため、ブルー相の発現温度(等方相との転移点)は、高温側にシフトする。この実施例18の場合、41℃付近から43℃付近に上昇した。
ブルー相液晶中の屈折率異方性は、等方相との転移点からの温度差に依存して増大するため、性能比較は転移点からの距離で規格化した方が現実的である。そこで、これらの結果を、等方相‐ブルー相の転移点からの温度で規格化して図25に示した。横軸は、等方相‐ブルー相の転移点からの温度差(℃)であり、低温側を正としている。転移点から5〜6℃低温のブルー相では、同一の駆動電圧(40V)において、紫外線照射時の方が紫外線無照射時よりも、透過光量が10〜15%増大していることを確認することができた。
液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成したと考えられる。
(実施例19)
図21のごとく、一方の基板に第1の共通電極201及び第1の画素電極202を設け、更に、第1の電極と直交する方向に第2の共通電極203及び第2の画素電極204を設けて、複数の向きの電界を発生させる光学素子とした。第1の共通電極201及び第1の画素電極202は櫛歯電極であり、第2の共通電極203及び第2の画素電極204も櫛歯電極である。第1の画素電極202と第2の画素電極204ないし共通電極203、第2の画素電極204と第1の画素電極202ないし共通電極201が導通しないよう層間絶縁膜を配している。
第1の共通電極201と第1の画素電極202との間は、平行であり、電極幅を10μm、隣接する電極間距離を10μmとし、隣接する電極間に電圧を印加できるようにした。
第2の共通電極203と第2の画素電極204との間も、平行であり、電極幅を10μm、隣接する電極間距離を10μmとし、隣接する電極間に電圧を印加できるようにした。
電極を配置した一方の基板(電極基板)に直径が2μmのプラスチックビーズを散布して、電極を配置していない他方の基板(対向基板)と貼り合わせた。このようにしてできた2μmの間隙に、実施例5で用いた<混合物X>を毛細管現象により注入した。電極を配置していない側の基板(対向基板)には水平配向膜を塗布し、第2の共通電極203ないし画素電極204と平行ラビング配向処理を付した。電極を配置した基板には、基板表面を改質するための高分子膜をあらかじめ形成することはしなかった。上記、間隙について、ツイスティッドネマティックセルにおける最大透過率を与えるリタデーション値は484nm付近である。本液晶の屈折率異方性が0.33〜0.34であることを考慮すると、間隙値は1.4μmが最大透過率を与えることになる。しかし、電圧印加時に動く液晶は界面の液晶だけでなく、バルクの液晶も動くため、1.4μmよりも厚く設定することが好ましい。
実施例5と同様の温調手順により一様水平配向液晶セルを作製し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだ上で、いずれかの透過軸が第1の共通電極201と平行となるよう重ね合わせた基板を配置し、レーザー光による複屈折観察を行った。第1の共通電極201と第1の画素電極202との間に5Vの電位差を設けて、第2の共通電極203と第2の画素電極204は同電位としたとき黒、次に、第2の共通電極203と第2の画素電極204との間に5Vの電位差を設けて、第1の共通電極201と第1の画素電極202は同電位としたとき白となった。更に、第1の共通電極201と第1の画素電極202との間に5Vの電位差を設けて、第2の共通電極203と第2の画素電極204は同電位としたとき黒となった。
黒表示における電極基板側と対向基板側の液晶配向の様子を図22に示す。電極基板側ではスリッパリー界面が形成され、対向基板側は平行ラビング配向処理がされていることによりアンカーリング界面を形成して、液晶分子は全体的に第2の共通電極203ないし画素電極204と平行に配向している。
白表示における電極基板側と対向基板側の液晶配向の様子を図23に示す。電極基板側ではスリッパリー界面が形成され、対向基板側は平行ラビング配向処理がされていることによりアンカーリング界面を形成して、液晶分子はセル厚方向に90°回転したツイスト配向している。
液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成したと考えられる。
(実施例20)
洗浄した2枚のガラス基板(2.5cm×2.5cm)を用意し、下記ポリマー(A6OC6H13-MA、Mw:7168、Mw/Mn:2.43、A6OC6H13:MAのモル比はA6OC6H13:MA=1:4)の5%クロロホルム溶液150μlをスピンコート法により、500rpm−10s、3000rpm−1minの条件で塗布し、100℃、1時間減圧化で乾燥し、空冷して、両方のガラス基板上に成膜した。
次に両基板をポリマーをコートした面が内側になるようにスペーサーを介して貼り合わせてセルギャップ10.4μmのセルを作製した。このセルに、前記ネマチック液晶組成物(9−I)を液体状態まで加熱し毛細管現象により注入した。
この液晶セルを58.3−59.1℃に調温し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだうえで、レーザー光による複屈折観察を行った。磁場を一方の偏光板の透過軸に一致するように印加した。この状態において、液晶セルを、ガラス基板法線を中心に回転させたところ、回転角度に依存した複屈折光は確認されない領域が観察された。液晶配向方位が、液晶セル回転に追従せず、磁場印加方向に固定化されているように見えた。すなわち、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例21)
洗浄した2枚のガラス基板(2.5cm×2.5cm)を用意し、下記ポリマー(A6CN-C6H13-MA、Mw:6801、Mw/Mn:1.7、A6CN:C6H13: MAモル比は1:1:2)の5%クロロホルム溶液150μlをスピンコート法により、500rpm−10s、3000rpm−1minの条件で塗布し、100℃、1時間減圧化で乾燥し、空冷して、両方のガラス基板上に成膜した。
次に両基板をポリマーをコートした面が内側になるようにスペーサーを介して貼り合わせてセルギャップ10.4μmのセルを作製した。このセルに、前記ネマチック液晶組成物(9−I)を液体状態まで加熱し毛細管現象により注入した。
この液晶セルを58.2−59.0℃に調温し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだうえで、レーザー光による複屈折観察を行った。磁場を一方の偏光板の透過軸に一致するように印加した。この状態において、液晶セルを、ガラス基板法線を中心に回転させたところ、回転角度に依存した複屈折光は確認されない領域が観察された。液晶配向方位が、液晶セル回転に追従せず、磁場印加方向に固定化されているように見えた。すなわち、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例22)
洗浄した2枚のガラス基板(2.5cm×2.5cm)を用意し、下記ポリマー(A6CN-OC6H13-MA、Mw:6437、Mw/Mn:1.3、A6CN:OC6H13:MAのモル比は1:1:2)の5%クロロホルム溶液150μlをスピンコート法により、500rpm−10s、3000rpm−1minの条件で塗布し、100℃、1時間減圧化で乾燥し、空冷して、両方のガラス基板上に成膜した。
次に両基板をポリマーをコートした面が内側になるようにスペーサーを介して貼り合わせてセルギャップ10.4μmのセルを作製した。このセルに、前記ネマチック液晶組成物(9−I)を液体状態まで加熱し毛細管現象により注入した。
この液晶セルを冷却過程で57.93−57.63℃に調温し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだうえで、レーザー光による複屈折観察を行った。磁場を一方の偏光板の透過軸に一致するように印加した。この状態において、液晶セルを、ガラス基板法線を中心に回転させたところ、回転角度に依存した複屈折光は確認されない領域が観察された。液晶配向方位が、液晶セル回転に追従せず、磁場印加方向に固定化されているように見えた。すなわち、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例23)
洗浄した2枚のガラス基板(2.5cm×2.5cm)を用意し、下記ポリマー(A3CN-DA、Mw:2392、Mw/Mn:2.4、A3CN:DAのモル比は2:3)の5%クロロホルム溶液150μlをスピンコート法により、500rpm−10s、3000rpm−1minの条件で塗布し、100℃、1時間減圧化で乾燥し、空冷して、両方のガラス基板上に成膜した。
次に両基板をポリマーをコートした面が内側になるようにスペーサーを介して貼り合わせてセルギャップ10.4μmのセルを作製した。このセルに、前記ネマチック液晶組成物(9−I)を液体状態まで加熱し毛細管現象により注入した。
この液晶セルを60.17−60.65℃に調温し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだうえで、レーザー光による複屈折観察を行った。磁場を一方の偏光板の透過軸に一致するように印加した。この状態において、液晶セルを、ガラス基板法線を中心に回転させたところ、回転角度に依存した複屈折光は確認されない領域が観察された。液晶配向方位が、液晶セル回転に追従せず、磁場印加方向に固定化されているように見えた。すなわち、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例24)
洗浄した2枚のガラス基板(2.5cm×2.5cm)を用意し、下記ポリマー(A6CN-IBA、Mw:4562、Mw/Mn:1.87、A6CN:IBAのモル比は3:7)の5%クロロホルム溶液150μlをスピンコート法により、500rpm−10s、3000rpm−1minの条件で塗布し、100℃、1時間減圧化で乾燥し、空冷して、両方のガラス基板上に成膜した。
次に両基板をポリマーをコートした面が内側になるようにスペーサーを介して貼り合わせてセルギャップ10.4μmのセルを作製した。このセルに、前記ネマチック液晶組成物(9−I)を液体状態まで加熱し毛細管現象により注入した。
この液晶セルを52.7−53.5℃に調温し、2枚の互いに透過軸が直交した偏光板に挟み込んだうえで、レーザー光による複屈折観察を行った。磁場を一方の偏光板の透過軸に一致するように印加した。この状態において、液晶セルを、ガラス基板法線を中心に回転させたところ、回転角度に依存した複屈折光は確認されない領域が観察された。液晶配向方位が、液晶セル回転に追従せず、磁場印加方向に固定化されているように見えた。すなわち、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例25)
ネマチック液晶組成物(10−I)(前記ネマチック液晶組成物(9−I)の4−シアノ−4’−ペンチルビフェニルを4−シアノ−4’−ペンチルオキシビフェニルに置き換えたもの)100 mg、ethyl laurate 3.08 mg、4-(3-Acryloyloxypropyloxy)benzoic acid 2-methyl-1, 4-phenylene ester; 2-Methyl-1,4-phenylene-bis[4[3(acryloyloxy)propyloxy]benzoate] (前記モノマー(9−IV)) 0.25mg、ドデシルアクリレート 0.25 mg、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン(DMPAP、光重合開始剤(9−V)) 0.02mgを混合して試料K1とした。
アクリロイル基を持つシランカップリング剤である3−(トリメトキシシリル)プロピルアクリレートの10 wt%エタノール溶液に酢酸を滴下し、pHを4.03に調整した。この溶液を4 時間攪拌してから、洗浄したガラス基板上にスピンコートした。このガラス基板を1 時間室温下で真空乾燥し、エタノールで10 分間浸漬洗浄した後、純水で洗い流し、12 時間真空乾燥してアクリロイル基を有するガラス基板を得た。このガラス基板2枚を用いて基板間の距離が10μmのセルを作製した。このセルに試料K1を50℃で注入し、セルK1とした。
セルK1に波長365 nm、照射強度1.5 mW/cmの紫外線を20 分間照射してモノマーの重合を進行させ、アクリロイル基を修飾したセル表面へ高分子膜を形成させた。
作製したセル面の法線に対して垂直に磁場を印加しながら偏光顕微鏡観察した結果、セルK1は昇温過程において69.26〜69.71℃の温度範囲で28.03 mT以上の磁場に対して液晶の配向ベクトルが回転すること、すなわち液晶のセルへのアンカーリングが弱く、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例26)
前記ネマチック液晶組成物(10−I)84.5mg、ethyl laurate 15.0 mg、前記モノマー(9−IV) 0.24 mg、ドデシルアクリレート 0.24 mg、DMPAP 0.02 mgを混合して試料K2とした。
アクリロイル基を持つシランカップリング剤である3−(トリメトキシシリル)プロピルアクリレートの10 wt%エタノール溶液に酢酸を滴下し、pHを4.03に調整した。この溶液を4 時間攪拌してから、洗浄したガラス基板上にスピンコートした。このガラス基板を1 時間室温下で真空乾燥し、エタノールで10 分間浸漬洗浄した後、純水で洗い流し、12 時間真空乾燥してアクリロイル基を有するガラス基板を得た。このガラス基板2枚を用いて基板間の距離が10μmのセルを作製した。このセルに試料K2を50℃で注入し、セルK2とした。
作成したセル面の法線に対して垂直に磁場を印加しながら偏光顕微鏡観察した結果、セルK2は昇温過程において0℃以下〜32.98℃の温度範囲で61.55 mTの磁場に対して、液晶の配向ベクトルが回転すること、すなわち液晶のセルへのアンカーリングが弱く、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例27)
実施例26で得られたセルK2に波長365 nm、照射強度1.5 mW/cmの紫外線を20 分間照射してモノマーの重合を進行させ、アクリロイル基を修飾したセル表面へ高分子膜を形成させた。
作成したセル面の法線に対して垂直に磁場を印加しながら偏光顕微鏡観察した結果、重合処理を施した後のセルK2は昇温過程において31.7〜34.5℃の温度範囲で56.75 mT以上の磁場に対して、液晶の配向ベクトルが回転すること、すなわち液晶のセルへのアンカーリングが弱く、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例28)
前記ネマチック液晶組成物(10−I)100 mg、ethyl laurate 18.34 mgを混合して試料K5とした。実施例26と同様にしてセルを作製し、作製したセル面の法線に対して垂直に磁場を印加しながら偏光顕微鏡観察した結果、セルK5は昇温過程において31.8〜33.9℃の温度範囲で61.55 mT以上の磁場に対して、液晶の配向ベクトルが回転すること、すなわち液晶のセルへのアンカーリングが弱く、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例29)
前記ネマチック液晶組成物(10−I)100 mg、ドデシルアクリレート18.34 mgを混合して試料K6とした。実施例26と同様にしてセルを作成し、作成したセル面の法線に対して垂直に磁場を印加しながら偏光顕微鏡観察した結果、セルK6は昇温過程において28.9〜37.4℃の温度範囲で61.55 mT以上の磁場に対して、液晶の配向ベクトルが回転すること、すなわち液晶のセルへのアンカーリングが弱く、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例30)
前記ネマチック液晶組成物(10−I)100 mg、ethyl laurate 17.65 mgを混合して試料K3とした。
洗浄したガラス基板に、ドデシルアクリレート 449.19 mg、前記モノマー(9−IV)449.20 mg、DMPAP 37.43 mgをN-メチルピロリドン449.19 mgに溶解した溶液を室温でスピンコートし、真空で照射強度1.5 mW/cmの紫外線を20 分間照射して重合させてから、室温で12 時間真空乾燥して、ガラス基板全面に高分子を成膜した。このガラス基板2枚を用いて基板間距離が10 μmのセルを作製し、このセルに試料K3を50℃で注入して液晶セルK3とした。
液晶セルK3の法線に対して垂直に磁場を印加しながら偏光顕微鏡観察した結果、昇温過程では54.00 〜56.20℃の温度範囲で、降温過程では51.78〜55.40℃の温度範囲で、61.55 mT以上の磁場に対して液晶の配向ベクトルが回転すること、すなわち液晶のセルへのアンカーリングが弱く、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例31)
前記ネマチック液晶組成物(10−I)177.41mg、N-メチル-2-ピロリドン 10.15 mgを混合して試料K4-1とした。洗浄したガラス基板に、Polyvinylpyrrolidone K90, (平均分子量36万、TCI) の2.5 wt% N-メチル-2-ピロリドン溶液を室温でスピンコートし、130℃で12 時間真空乾燥して、ガラス基板全面にPolyvinylpyrrolidoneを成膜した。このガラス基板2枚を用いて基板間距離が10 μmのセルを作製し、このセルに試料K4-1を60℃で注入して液晶セルK4-1とした。
液晶セルK4-1の法線に対して垂直に磁場を印加しながら偏光顕微鏡観察した結果、昇温過程では20 〜50℃の温度範囲で61.55 mTの磁場に対して液晶の配向ベクトルが回転すること、すなわち液晶のセルへのアンカーリングが弱く、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例32)
前記ネマチック液晶組成物(10−I)147.46mg、N-メチル-2-ピロリドン 16.57 mgを混合して試料K4-2とした。洗浄したガラス基板に、Polyvinylpyrrolidone K90の2.5 wt% N-メチル-2-ピロリドン溶液を室温でスピンコートし、130℃で12 時間真空乾燥して、ガラス基板全面にPolyvinylpyrrolidoneを成膜した。このガラス基板2枚を用いて基板間距離が10 μmのセルを作製し、このセルに試料K4-2を60℃で注入して液晶セルK4-2とした。
液晶セルK4-2の法線に対して垂直に磁場を印加しながら偏光顕微鏡観察した結果、昇温過程では20 〜31℃の温度範囲で61.55 mTの磁場に対して液晶の配向ベクトルが回転すること、すなわち液晶のセルへのアンカーリングが弱く、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例33)
イオン液体としては液晶性も示す塩化1−ヘキサデシル−3−メチルイミダゾリウム(以下C16)の1wt%水溶液を基板にスピンコートし、ガラスサンドイッチセル(セル厚6.0 μm)を作製し、下記強誘電性液晶(FLC−04)を注入し、V→0→−V→0の階段波形印加時(±2.0 V/μm、10Hz)の電気光学測定を行った。結果を図26に示す。同じ印加電圧で透過率の向上が見られているのがわかる。C16基板セルで比較例7の垂直配向ポリイミドセルに比べて最大で7倍近い増加率となっている。この透過率の向上によって、界面のアンカーリングが弱く、液晶とガラス基板との間に、イオン液体からなる液体相(等方相)が潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例34)
イオン液体として室温で液体の塩化1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウムを用いた他は、実施例33と同じくセルを作製し、前記強誘電性液晶(FLC−04)を注入し、階段波形印加時の電気光学測定を行った。結果を図26に示す。同じ印加電圧で透過率の向上が見られているのがわかる。この透過率の向上によって、界面のアンカーリングが弱く、液晶とガラス基板との間に、イオン液体からなる液体相(等方相)が潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(比較例7)
基板に垂直配向剤(日産化学社製、SE1211)を塗布して、実施例33、34と同様に、ガラスサンドイッチセルを作製、前記強誘電性液晶(FLC−04)を注入して、階段波形印加時の電気光学測定を行った。透過率は低かった。比較例7の液晶セルでは、スリッパリー界面が形成されないことが確認された。
(実施例35)
まず、洗浄済みガラスにPMMA/トルエン(約5%)をスピンコートし、110℃で1時間アニールして基板を作製した。次に、メタクリル酸11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]ウンデシル(Azo)1.05mg(7.5重量%)、前記モノマー(9−IV) 1.05mg(7.5重量%)、7CB(4−シアノ−4’−ヘプチルビフェニル)11.76mg(84重量%)、重合開始剤DMAP(4−ジメチルアミノピリジン)0.14mg(1重量%)の混合物20重量部を、トルエン80重量部に溶解した溶液を、基板をヒーターで50℃に保ちながら前記基板の上からスピンコートし、その後50℃に保ちながら、すぐにUV光(強度=8.3mW/cm)を30分照射した。2枚の基板の間にスペイサー(25μm)を挟みサンドイッチし、エポキシ系接着剤アラルダイト(登録商標)で固定する。一晩以上乾かした後、7CB(4−シアノ−4’−ヘプチルビフェニル)を注入した。48.9℃にて、440mTの磁場を印加すると、液晶分子は磁場の方向に配列し、界面のアンカーリングが弱いことから、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成したことが確認できた。
(実施例36)
エチルトリメトキシシラン(C2)とn-オクタデシルトリメトキシシラン(C18)の二種類のシランカップリング剤をヘプタン-酢酸混合溶液(pH = 3.41)に、VC18/ (VC2+VC18)= 0.03の体積割合で濃度が0.02 体積%になるように溶解させ、室温で5時間撹拌することで試料を調整した。調製した試料をオゾン洗浄したガラス基板にスピンコート(3000 rpm, 1 min)で塗布し、基板を130 °Cの真空乾燥器で3時間乾燥した。その後、作製した基板と厚さ10 μmのPETフィルムをスペーサーとして用いてセルを組み立て、等方相状態のネマチック液晶組成物(9−I)を注入した。作製したセルの法線に対して垂直に磁場を印加しながら偏光顕微鏡観察した結果、昇温過程では57.50〜58.89℃の温度範囲で61.55 mTの磁場に対して液晶の配向ベクトルが回転することから、弱アンカーリングの水平配向を示し、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例37)
C18 / (VC2+VC18) = 0.04の体積割合にすること以外は、実施例36と同様に液晶の注入されたセルを作製し、作製したセルの法線に対して垂直に磁場を印加しながら偏光顕微鏡観察した結果、昇温過程では57.43〜58.79 ℃の温度範囲で61.55 mTの磁場に対して液晶の配向ベクトルが回転することから、弱アンカーリングの水平配向を示し、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例38)
C18 / (VC2+VC18) = 0.05の体積割合にすること以外は、実施例36と同様に液晶の注入されたセルを作製し、作製したセルの法線に対して垂直に磁場を印加しながら偏光顕微鏡観察した結果、昇温過程では57.36〜57.83 ℃の温度範囲で61.55 mTの磁場に対して液晶の配向ベクトルが回転することから、弱アンカーリングの水平配向を示し、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例39)
C18 / (VC2+VC18) = 0.06の体積割合にすること以外は、実施例36と同様に液晶の注入されたセルを作製し、作製したセルの法線に対して垂直に磁場を印加しながら偏光顕微鏡観察した結果、昇温過程では57.03〜57.27 ℃の温度範囲で61.55 mTの磁場に対して液晶の配向ベクトルが回転することから、弱アンカーリングの水平配向を示し、液晶とガラス基板の間に、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成していることが確認できた。
(実施例40)
メタクリル酸11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]ウンデシル(Azo)1.05mg(7.5重量%)、前記モノマー(9−IV) 1.05mg(7.5重量%)、前記強誘電性液晶組成物(FLC−07)11.76mg(84重量%)、重合開始剤DMAP(4−ジメチルアミノピリジン)0.14mg(1重量%)の混合物20重量部を、トルエン80重量部に溶解した溶液を、櫛形電極付の基板にスピンコートした。その後UV光(強度=8.3mW/cm)を30分照射した。垂直配向処理を施したもうひとつの基板と、5μmのスペーサーを用いてセルを作製し、その中に、前記強誘電性液晶組成物(FLC−07)を注入した。その後、セルにUV光を当てて、基板表面にあるアゾ基のトランス‐シス転移を誘起させた状態で、電気光学応答実験において駆動電圧の著しい低下が起こることにより、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成したことが確認できた。
(実施例41)
メタクリル酸11−[4−(4−ブチルフェニルアゾ)フェノキシ]ウンデシル(Azo)1.05mg(7.5重量%)、前記モノマー(9−IV) 1.05mg(7.5重量%)、下記液晶組成物(FY8007)11.76mg(84重量%)、重合開始剤DMAP(4−ジメチルアミノピリジン)0.14mg(1重量%)の混合物14mgを、トルエン56mgに溶解した溶液(70mg)を、電極幅10μm、電極間幅10μmのIPSガラス基板上に滴下してスピンコートした。その後、N2ガスを充填させたケースの中に入れ、石英ガラス製の窓枠を通して、10mW/cmのUV光を1時間照射して液晶ゲル膜を生成させた。
垂直配向処理を施したもうひとつの基板と、7μmのスペーサーを用いてセルを作製し、その中に、前記液晶組成物(FY8007)を注入した。
液晶表示素子を組み立て後、等方相まで加熱して、徐冷(2.0℃/min)することにより、垂直配向状態でらせん軸がガラス基板に垂直となった、一様なSmC液晶相が形成された。
ここで、SmC液晶相の各層にあるCダイレクターは、らせん構造にそって回転しているため、ガラス基板垂直方向に入射する光に対しては、複屈折性を示さない(疑似等方状態)。しかしながら、IPS電極により、ガラス基板平行方向に電場を印加することで、分子軸に垂直で層に平行な方向に存在する、SmC液晶の自発分極と、電場との相互作用を利用して、Cダイレクターを電場と垂直な方向に揃える力が働き、らせん内でのCダイレクターの偏り(らせん内モード)と、らせん自体の変形(らせん間モード)が起こり、複屈折性が現れる。この電場誘起複屈折を利用して、透過光強度を電気的に変調する駆動方法は、Deformed Helix FLC mode (DH-FLCモード)と呼ばれる。一般に、らせん内のモードは高速(<100μsec)であるが、らせん間のモードは低速(>1msec)で励起効率しにくい。
この液晶表示素子を用いて、85℃にて、0→V→0→−Vの階段波形印加時(0〜2V/μm、2.5Hz(パルス幅100msec)〜2.5kHz(パルス幅100μsec))の電気光学測定を行った。
実用上の目安である1.0V/μmにおいて、10Hz(パルス幅25msec)で透過率0.5以上、25Hz(パルス幅10msec)で透過率0.4、100Hz(パルス幅2.5msec)で透過率0.3であり、スリッパリー界面が形成されたことにより、低周波数でらせん間モードが動き、1msec以上のパルス幅があれば、低電圧でも透過光強度の大きな上昇効果が得られた。また、2.5kHz(パルス幅100μsec)では、らせん内モードも動きやすくなり、1.0V/μmで0.10〜0.15程度の透過率が得られた。
実施例41の液晶セルでは、液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成したと考えられる。
(比較例8)
垂直配向処理を施した、電極幅10μm、電極間幅10μmのIPSガラス基板と、垂直配向処理を施したもうひとつの基板とを、3μmのスペーサーを用いてセルを作製し、その中に、前記液晶組成物(FY8007)を注入した。
この液晶表示素子を用いて、90℃にて、0→V→0→−Vの階段波形印加時(0〜2V/μm、2.5Hz(パルス幅100msec)〜2.5kHz(パルス幅100μsec))の電気光学測定を行った。
その結果、実用電圧である1.0V/μmにおいて、低周波(2.5Hz)でも2%、2.0Vを印加しても透過率10%程度の透過率しか得られなかった。
らせん内モードは応答時間が数10μsecであり、典型的なSmC(FLC)の高速応答であることが分かった。また、1kHz(パルス幅250μsec)のときの透過光強度と、10Hz(パルス幅25msec)のときの透過光強度とでほとんど変化がないことから、低速ならせん間モードは動いていないことがわかった。比較例8の液晶セルでは、スリッパリー界面が形成されないことが確認された。
(実施例42)
前記ネマチック液晶組成物(10−I)100mg、前記キラル分子合物(9−II) 8.11 mg、酢酸トリデシル 10.30 mg、前記モノマー(9−IV) 4.94 mg、9-(1,1,3,3,3-pentamethyldisiloxanyl)nonyl acrylate (Si2A) 4.94 mg、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン(DMPAPP、光重合開始剤(9−V)) 0.41 mgを混合して試料K(仮1)とした。
電極間距離10 μm, 電極の太さ3 μmの櫛歯電極付きセル基板と、18 mm四方のカバーガラス基板とで、厚さ10μmのPETフィルムを挟み、UV硬化樹脂で両基板を固定して、厚さ約10μmのセルを準備した。試料K(仮1)を80℃で20分間攪拌した後、等方相の状態で、このセルに注入して、液晶セルK(仮1)とした。
セルK(仮1)をブルー相I発現温度域の30.9℃まで昇温し、その温度のまま30分間静置した。その後、波長365 nm、照射強度1.5 mW・cm−2の紫外線を20 分間照射してモノマーの重合を進行させることで、高分子安定化ブルー相を調製した。
液晶セルK(仮1)を面内に温度勾配をつけられるホットステージに設置し、1kHzのサイン波の実行電圧を0〜200Vの範囲で印加して、セルを挟んだ二枚の偏光板を電場方向からそれぞれ±45 度回転させたクロスニコル条件でのセルの透過光を高速度カメラで撮影した。
液晶セルK(仮1)に30〜34℃または34〜39℃の温度勾配をつけた状態でそれぞれ電場を印加した結果、高温領域ほど低電圧化する傾向が確認され、低温域側の30℃近傍と高温域側の39℃近傍の駆動電圧を比較すると30℃近傍の148 Vに対し、39℃近傍の138 Vと10Vの差があることを確認した。特に34℃近傍では駆動電圧が最も低く131 Vであった。
残留透過率はほぼ全温度域に渡り0%であった。ヒステリシスは31℃、35℃近傍において最も低く、7.5%であった。Kerr係数は34℃近傍において最も大きく21 m−1V−2であった。
立上がり時の応答時間は30〜31℃の温度領域において30μsであり、応答速度が最も速く、高温で低下し、最も遅い温度域は38℃で、応答時間は620μsであった。一方、立下り時の応答速度は高温ほど速く、38℃近傍において応答時間は20μsであった。最も遅い温度は30℃近傍で応答時間は300μsであった。
(比較例9)
実施例42の試料K(仮1)において、酢酸トリデシルを含有させない他は同様にして、試料L(仮2)を準備し、実施例42の試料K(仮1)を、試料L(仮2)に変更した他は、実施例42の液晶セルK(仮1)と同様にして、液晶セルL(仮2) を準備した。
液晶セルL(仮2)をブルー相I発現温度域の30.9℃まで昇温し、その温度のまま30分間静置した。その後、波長365 nm、照射強度1.5 mW・cm−2の紫外線を20 分間照射してモノマーの重合を進行させることで、高分子安定化ブルー相を調製した。
液晶セルL(仮2)を面内に温度勾配をつけられるホットステージに設置し、1kHzのサイン波の実行電圧を0〜200Vの範囲で印加して、セルを挟んだ二枚の偏光板を電場方向からそれぞれ±45 度回転させたクロスニコル条件でのセルの透過光を高速度カメラで撮影した。
液晶セルL(仮2)に30〜34℃または34〜39℃の温度勾配をつけた状態でそれぞれ電場を印加した結果、高温領域ほど低電圧化する傾向が確認され、低温域側の30℃近傍と高温域側の39℃近傍の駆動電圧を比較すると30℃近傍の148 Vに対し、39℃近傍の138 Vと10Vの差があることを確認した。特に34℃近傍では駆動電圧が最も低く141 Vであった。
残留透過率は30〜31℃、 34〜36℃の範囲で0%であった。ヒステリシスは38℃近傍において最も低く、2.4 %であった。Kerr係数は34℃近傍において最も大きく21 m−1V−2であった。
立上がり時の応答時間は30〜31℃の温度領域において30μsと、応答速度が最も速く、高温で低下し、最も遅い温度域は38℃で、応答時間は2990μsであった。一方、立下り時の応答速度は高温ほど速く、38℃近傍において応答時間は20μsであった。最も遅い温度は30℃近傍で応答時間は300μsであった。
上記の実施例42の液晶セルK(仮1)の駆動電圧が最も低い測定値を、比較例9の液晶セルL(仮2)の駆動電圧が最も低い測定値と比較すると、実施例42の液晶セルK(仮1)が131 V、液晶セルL(仮2)が141 Vと、10 Vの低減が見いだされ、酢酸トリデシルの添加により7%低減化したことを確認できた。
実施例42の液晶セルK(仮1)では、酢酸トリデシルが液晶相よりも低秩序な潤滑界面誘導領域を形成し、液晶成分と潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成したと考えられる。比較例9の液晶セルL(仮2)では、スリッパリー界面が形成されないことが確認された。
以上で説明した各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は各実施形態によって限定されることはなく、請求項(クレーム)の範囲によってのみ限定される。
10,40・・・複合体(光学素子)、11,12,31,32・・・基板、13,23,33・・・液晶成分、14,24,34・・・潤滑界面誘導剤、15,25・・・液晶相、45・・・液晶分子、16,26・・・潤滑界面誘導領域(液体相)、17,27・・・スリッパリー界面、18,19,28,29,38,39,48,49・・・電極、20・・・基板の内側の一表面、21・・・高分子化合物成分、22・・・被膜、35・・・絶縁膜、60・・・液晶表示装置、201・・・第1の共通電極、202・・・第1の画素電極、203・・・第2の共通電極、204・・・第2の画素電極

Claims (25)

  1. 液晶成分及び前記液晶成分の支持体を有し、前記液晶成分及び前記支持体の間に潤滑界面誘導領域を有する複合体。
  2. 前記支持体が、少なくとも一方の基板に電極を有する一対の基板、液晶成分中に存在する高分子構造体、液晶の欠陥領域を補充する高分子構造体及び/又は高分子薄膜である請求項1に記載の複合体。
  3. 前記液晶成分と、前記潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成している請求項1又は2に記載の複合体 。
  4. 前記潤滑界面誘導領域に潤滑界面誘導剤を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合体。
  5. 前記潤滑界面誘導剤が、極性基を有する化合物 、重合性化合物 、高分子化合物又はイオン液体である請求項4に記載の複合体。
  6. 前記潤滑界面誘導剤が高分子化合物であり、前記高分子化合物が、鎖長の異なる2種又は3種以上のアルキル基、メソゲン基、光異性化可能な基の少なくとも1種を有する請求項5に記載の複合体。
  7. 少なくとも一方の基板に電極を有する一対の基板と、前記一対の基板の間に充填された液晶成分とを備え、前記一対の基板及び前記液晶成分の間に潤滑界面誘導領域を有する光学素子。
  8. 前記潤滑界面誘導領域に潤滑界面誘導剤を有する請求項7に記載の光学素子。
  9. 前記液晶成分と、前記潤滑界面誘導領域との界面がスリッパリー界面を形成している請求項7に記載の光学素子。
  10. 前記潤滑界面誘導剤が、極性基を有する化合物 、重合性化合物 、高分子化合物又はイオン液体である請求項8に記載の光学素子。
  11. 前記高分子化合物が、鎖長の異なる2種又は3種以上のアルキル基、メソゲン基、光異性化可能な基の少なくとも1種を有する請求項10に記載の光学素子。
  12. 前記液晶成分及び前記潤滑界面誘導剤が相分離構造を発現して、前記液晶成分が液晶相を形成し、前記潤滑界面誘導剤が液体相を形成している請求項8に記載の光学素子。
  13. 前記潤滑界面誘導剤が、前記一対の基板の内側の少なくとも一表面の近傍に偏在して液体相を形成している、請求項8に記載の光学素子。
  14. 前記一対の基板の少なくとも一方の内側が、前記潤滑界面誘導剤に対して親和性の良い高分子化合物成分からなる被膜により被覆され、前記潤滑界面誘導剤が、前記被膜の近傍に偏在して液体相を形成している、請求項8に記載の光学素子。
  15. 前記液晶相がネマチック液晶相である、請求項12に記載の光学素子。
  16. 前記液晶成分が、高分子化合物成分からなるネットワークにより安定化された光学的等方性の液晶相を形成し、前記潤滑界面誘導剤が、前記ネットワークの表面の近傍に偏在して液体相を形成している、請求項8に記載の光学素子。
  17. 前記液晶成分が、二重ねじれシリンダー構造を有する光学的等方性の液晶相を形成し、前記潤滑界面誘導剤が、前記二重ねじれシリンダー構造の間のディスクリネーションに偏在して液体相を形成している、請求項8に記載の光学素子。
  18. 前記液晶成分が電界無印加時に光学的等方性を示し、電界印加時に光学的異方性を示す、請求項16又は17に記載の光学素子。
  19. 前記液晶成分がコレステリックブルー相を示す、請求項16〜18のいずれか1項に記載の光学素子。
  20. 前記液晶成分及び前記潤滑界面誘導剤が、自己組織化して相分離構造を発現している、請求項8に記載の光学素子。
  21. 前記一方の基板における対向基板側に設けられた第1電極及び第2電極を備え、前記第1電極と前記第2電極との間に電界を発生させる請求項7〜20のいずれか1項に記載の光学素子。
  22. 前記第1電極及び前記第2電極が、前記一対の基板の間にインプレーン電界を発生させる請求項21に記載の光学素子。
  23. 前記第1電極及び前記第2電極が、前記一対の基板の間にフリンジ電界を発生させる請求項21に記載の光学素子。
  24. 更に、第3電極を備え、複数の向きの電界を発生させる請求項21〜23のいずれか1項に記載の光学素子。
  25. 更に、第4電極を備え、複数の向きの電界を発生させる請求項24に記載の光学素子。
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