JPWO2018159302A1 - 光学素子 - Google Patents

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Abstract

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、光で液晶組成物の配向状態を制御する高分子分散型液晶素子及び、それを用いた液晶表示素子用拡散板、窓等を提供することを目的とする。
本発明は、少なくとも応答する光強度に閾値を有する光応答性物質と、異方性分子とを含有する光応答性組成物に、閾値以上の光強度を有する光を照射することにより前記光応答性組成物の配向状態が変化してなることを特徴とする高分子分散型液晶素子を提供し、該素子を利用した窓等を提供する。
また、本発明は、前記高分子分散型液晶素子を含む液晶表示素子用拡散板、あるいは、応答する光強度に閾値を有する光応答性物質、異方性分子、モノマー、オリゴマーおよび又はポリマーを含有する光応答性組成物に閾値以上の光強度を有する光を照射することにより前記光応答性組成物の配向状態が変化してなる窓を提供する。

Description

本発明は、高分子分散型液晶を利用した光学素子(高分子分散型光学素子)、およびそれを用いた液晶表示用拡散板、窓等、光の透過−散乱を利用する部材に関する。
高分子分散型液晶素子は、偏光板を必要としないため、従来の偏光板を用いた、TN、STN、IPS又はVAモードの液晶表示素子に比べ、明るい表示が実現できるメリットがあり、素子の構成も単純であることから、調光ガラス等の光シャッター用途、時計等セグメント表示用途に応用されている。
この高分子分散型液晶素子には、いくつかの種類があり、例えば、NCAPと呼ばれるタイプ(特許文献1)、PDLC(Polymer Dispersed LC)と呼ばれるタイプ(特許文献2、特許文献3)、PNLC(Polymer Network LC)と呼ばれるタイプ(特許文献4)等が提案されている。
高分子分散型液晶の中でも、PDLCやPNLCと呼ばれるタイプについて簡単に説明する。これらの高分子分散型液晶素子用液晶組成物は、通常非重合性のネマチック液晶組成物と1種又は2種以上の重合性化合物、及び光重合開始剤から構成され、これらの混合物(高分子分散型液晶素子用液晶組成物)を均一な状態にして、ガラスセルやプラスチックフィルムで挟み、紫外線を照射することによって、重合性化合物又はその組成物を重合させると同時に、重合したポリマーと液晶組成物とを相分離させ、ポリマーの3次元ネットワーク構造中に液晶組成物が連続層をなす構造、液晶組成物のドロップレットがポリマー中に分散している構造、又は両者が混在する構造を形成させる。この高分子分散型液晶素子用液晶組成物は、Tnm(高分子分散型液晶素子用液晶組成物のネマチック−アイソトロピック転移点)以下では液晶リッチ相とモノマーリッチ相に分かれており、均一な状態にするにはTnm以上の温度にしなければならない。実験的には加熱して均一な状態にすればよいが、実用的にはTnmを室温以下にして、加熱することなしに取り扱えることが求められることになる。この高分子分散型液晶素子用液晶組成物のTnmは、液晶組成物自身のTni(液晶組成物のネマチック−アイソトロピック転移点)から、重合性化合物又はその組成物を添加するに従い比例的に低下する傾向を示すので、高分子分散型液晶素子用液晶組成物のTnmを室温以下にするためには、液晶組成物自身のTni、及び重合性化合物又はその組成物の添加量を適切にコントロールする必要がる。
この高分子分散型液晶素子用液晶組成物はガラス、又はフィルムに挟み、紫外線を照射すること等によって得られる。前記高分子分散型液晶素子には、電圧無印加状態では、液晶組成物がランダムな配向状態をとり、硬化したポリマーと液晶組成物との屈折率差や、液晶組成物自身のランダム配向により光を散乱する状態、すなわち白濁した状態となり、十分な電圧をかけた場合に、液晶組成物が電界方向に配向し、液晶組成物自身の散乱性がなくなるノーマルモードと電圧無印加状態では、液晶組成物が一定方向に配向して、液晶組成物自身の散乱性がない状態、すなわち透明な状態であり、十分な電圧を印加した場合に、液晶組成物自身がランダム配向により光を散乱する状態、すなわち白濁した状態となるリバースモードがある。
これらの白濁性は、用途によってちがいはあるが、一般的には 白濁性の高い方が好まれる傾向にある。高い白濁性を得るには、液晶組成物のΔn(屈折率異方性)は大きい方が良く、ポリマーのネットワーク構造、又は液晶ドロップレットの粒径サイズには最適な大きさが存在する。一方、液晶組成物が一定方向に配向した際にポリマーの屈折率と液晶組成物のno(常光屈折率)との差が十分小さければ、光散乱は起きず、透明状態となる。そのため、高い透明性を得るにはポリマーの屈折率と液晶組成物のnoとを合わせる必要がある。
駆動電圧については、液晶のΔε(誘電率異方性)、液晶組成物とポリマー界面とのアンカリング力、ポリマーのネットワーク構造の大きさ、又は液晶ドロップレットの粒径サイズが支配的な因子となる。当然液晶のΔεは大きい方が駆動電圧は低くなり、液晶組成物とポリマー界面とのアンカリング力は小さい方が低駆動電圧となる。また、ポリマーのネットワーク構造の大きさ、又は液晶ドロップレットの粒径サイズは大きく均一である方が低駆動電圧となる。
このように、通常、高分子分散型液晶素子は、電圧を印加することにより液晶組成物の配向状態を制御するが、光で液晶の配向状態を制御する方法については、検討はなされてこなかった。
米国特許第4435047号公報 米国特許第4688900号公報 米国特許第4834509号公報 米国特許第5304323号公報
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、光で液晶組成物の配向状態を制御する高分子分散型液晶を使用した光学素子及び、それを用いた液晶表示素子用拡散板、窓等を提供することを目的とする。
本発明者等は、高分子分散型液晶素子の液晶組成物中に光と強く相互作用する色素をドープすることによって、光で液晶の配向を制御することが可能となることを見出し、さらには応答する光強度に閾値を有する光応答性物質と、液晶組成物のような異方性分子とを含有する光応答性組成物を用いることにより、異方性分子が配向する光強度の閾値を低くすることができることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、少なくとも応答する光強度に閾値を有する光応答性物質と、異方性分子とを含有する光応答性組成物に、閾値以上の光強度を有する光を照射することにより前記光応答性組成物の配向状態が変化してなることを特徴とする高分子分散型液晶素子を提供する。
また、本発明は、前記高分子分散型液晶素子を含む液晶表示素子用拡散板、あるいは、応答する光強度に閾値を有する光応答性物質、異方性分子、モノマー、オリゴマーおよび又はポリマーを含有する光応答性組成物に閾値以上の光強度を有する光を照射することにより前記光応答性組成物の配向状態が変化してなる窓を提供する。
本発明によれば、少なくとも応答する光強度に閾値を有する光応答物質と、異方性分子とを含有する光応答性組成物を用いることにより、異方性分子が配向する光強度の閾値を低くすることができ、高分子分散型液晶素子の透明状態と散乱状態を光で制御することが可能となる。
本発明の光学素子の一実施形態として、高分子分散型液晶素子を示す概略断面図である。 本発明の光学素子の一実施形態として、高分子分散型液晶素子を示す概略断面図である。
本発明の光学素子およびその製造方法の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をよりよく理解させるために具体的に説明するもの
であり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
(光学素子)
本発明の光学素子は、応答する光強度に閾値を有する光応答性物質と、異方性分子とを含有する光応答性組成物に、閾値以上の光強度を有する光を照射することにより光応答性組成物の配向が変化してなるものであって、前記光学素子が高分子分散型液晶素子からなるものである。
本発明の光学素子は、異方性分子の配向を光によって制御することで、光応答性組成物の屈折率が空間的・領域的に変調あるいは分布することにより光学的な機能を発現するものである。本発明の光学素子は、屈折率分布を利用する光学素子(例えば、レンズ、プリズム、ミラー、フィルター等) に特に制限なく適用可能であり、また、液晶表示素子、ホログラム用素子、位相差フィルム等の位相差素子、3Dプリンター用素子、液晶表示素子用拡散、窓等として使用することができるが、高分子分散型液晶素子である点から、光学シャッター用レンズ、光学ミラー、光学フィルター、液晶表示素子用拡散板や窓に適用することが好ましい。
ここでは、本発明の光学素子として、図1に示す高分子分散型液晶素子10を例示する。
高分子分散型液晶素子10は、2枚の基材11,12と、これらの基板の間に封入された、光応答性物質13および異方性分子14を含有しており、前記光応答物質13および異方性分子14が高分子のネットワーク15の中に分散した状態で概略構成されている。また、一方の基材11における、他方の基材12と対向する面11aには、垂直配向処理あるいは水平配向処理が施された配向膜16が設けられている。同様に、他方の基材12における、一方の基材11と対向する面12aには、垂直配向処理あるいは水平配向処理が施された配向膜17が設けられている。
基材としては、透明性のある材質であれば、特に制限はない。そのような基材としては、ガラス基材、金属基材、プラスチック基材や紙(セルロールナノファイバー)等の有機材料が挙げられる。特にセルロース誘導体、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリアリレート、ポリエーテルサルホン、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ナイロン又はポリスチレン等が挙げられる。中でもポリエステル、ポリスチレン、ポリオレフィン、セルロース誘導体、ポリアリレート、ポリカーボネート等のプラスチック基材が好ましい。基材の形状としては、平板の他、曲面を有するものであっても良い。
基材の厚みは、透明性が失われない程度の厚みであれば、特に制限はないが、0.01〜1mmが好ましく、さらに0.02〜0.5mmが好ましく、0.03〜0.2mmが特に好ましい。
垂直配向処理が施された配向膜としては、配向膜そのもの、あるいは、配向処理により異方性分子が垂直配向すれば、特に制限はない。そのような配向膜としては、SiO2の斜方蒸着膜、透明金属酸化物のスパッタリング膜、ポリイミド、ポリシロキサン、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルホン、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、アクリル樹脂、アゾ化合物、クマリン化合物、カルコン化合物、シンナメート化合物、フルギド化合物、アントラキノン化合物、アゾ化合物、アリールエテン化合物、カリックスアレーン化合物、等の化合物、シランカップリング剤、もしくは、前記化合物の重合体や共重合体の塗布膜が挙げられる。配向処理を施す場合は、偏光紫外可視光照射処理、イオンビーム処理等を行うことが好ましい。
また、基材と配向膜の接着性向上のためにこれら基材の表面処理を行ってもよい。表面処理として、オゾン処理、プラズマ処理、コロナ処理、シランカップリング処理などが挙げられる。また、光の透過率や反射率を調節するために、基材表面に有機薄膜、無機酸化物薄膜や金属薄膜等を蒸着など方法によって設けてもよい。
光応答性物質としては、応答する光強度に閾値を有する化合物が用いられる。詳細には、光応答性物質としては、光に対して吸収に異方性がある分子構造を持つものであれば特に限定なく用いられる。光応答性物質としては、光化学反応を起こさないか、あるいは、光化学反応を起こしても、その反応が異方性物質の配向に及ぼす影響が小さいものが好ましく、例えば、可視光領域または可視光領域外のいずれの領域の光を照射した場合であっても、その光を吸収して、応答する光強度に閾値を有する化合物が用いられる。本発明において、光を照射すると、光応答性物質が応答するとは、光を照射すると、光応答性物質が配向することである。より詳細には、光応答性物質が配向するとは、光応答性物質が、その長軸方向が光の振動方向(偏光の電場ベクトル)に対し平行に配向することである。
このような光応答性物質としては、例えば、可視光領域の光に応答するものとしては、二色性色素が用いられる。二色性色素としては、特に限定されるものではなく、アントラキノン系、メロシアニン系、スチリル系、アゾメチン系、キノン系、キノフタロン系、ペリレン系、インジゴ系、テトラジン系、スチルベン系、ベンジジン系色素等が挙げられる。また、オリゴチオフェンも好ましく用いられる。
光応答性物質としては、例えば、下記一般式(I−1)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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、nは、1〜8を表す。)
で表されるオリゴチオフェン系の化合物が挙げられる。
およびRは、それぞれ独立して、炭素原子数1〜10のアルキル基(−C2n+1)、−OC2n+1、−N(C2n+1、−COOC2n+1、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表すものが好ましく、炭素原子数2〜5のアルキル基(−C2n+1)、−OC2n+1、−N(C2n+1、−COOC2n+1、を表すものがさらに好ましい。
nは、1〜5が好ましく、1〜3がより好ましい。
前記一般式(I−1)は、下記一般式(I−2)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、前記一般式(I−1)のRおよびRと同じ意味を表す。)
で表される化合物であることが好ましい。
前記一般式(I−2)で表される化合物としては、具体的には、対称性を有する化合物として、下記式(I−3)
Figure 2018159302
で表される化合物、下記一般式(I−4)
Figure 2018159302
で表される化合物や、RおよびRがそれぞれ、−C、−OC、−N(C、−COOC、−CNを表す化合物が挙げられる。
また、前記一般式(I−2)で表される化合物としては、非対称性を有する化合物として、Rが−C、または、−N(C、Rが−CN、または、−NOを表す化合物が挙げられる。
また、前記一般式(I−1)は、下記式(I−5)
Figure 2018159302
で表される化合物、および、下記式(I−6)
Figure 2018159302
で表される無着色化した化合物も挙げられる。
オリゴチオフェン系の化合物としては、他には、下記一般式(I−7)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、前記一般式(I−1)のRおよびRと同じ意味を表し、nは、0または1を表す。)
で表される化合物が挙げられる。
前記一般式(I−7)で表される化合物としては、下記式(I−8)
Figure 2018159302
(式中、nは、0または1を表す。)
で表される化合物が挙げられる。
また、光応答性物質としては、下記一般式(I−9)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、前記一般式(I−1)のRおよびRと同じ意味を表す。)
で表される化合物が挙げられる。
前記一般式(I−9)で表される化合物としては、下記式(I−10)
Figure 2018159302
で表される化合物が挙げられる。
また、光応答性物質としては、下記一般式(I−11)
Figure 2018159302
(式中、AおよびAは、それぞれ独立して、1,4−フェニレン基、2,5−チオフェン基、ナフタレン−2,6−ジイル基を表し、R´、R´´は、それぞれ独立して、−CH=CH−基、−C≡C−基を表し、RおよびRは前記一般式(I−1)のRおよびRと同じ意味を表し、nおよびnは、それぞれ独立して0〜8を表し、nおよびnは、それぞれ独立して0または1を表す。)
で表される化合物が挙げられる。
およびnは、0〜6が好ましく、0〜4がより好ましい。
前記一般式(I−11)で表される化合物としては、具体的には、下記式(I−12)から式(I−19)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、前記一般式(I−1)のRおよびRと同じものを表す。)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、前記一般式(I−1)のRおよびRと同じものを表す。)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、前記一般式(I−1)のRおよびRと同じものを表す。)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、前記一般式(I−1)のRおよびRと同じものを表す。)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、前記一般式(I−1)のRおよびRと同じものを表す。)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、前記一般式(I−1)のRおよびRと同じものを表す。)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、前記一般式(I−1)のRおよびRと同じものを表す。)
また、光応答性物質としては、下記一般式(I−19)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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、
およびBは、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)、置換基を有していてもよいフェニル基(この基中に存在する1個以上の−C=は−N=に置換されていてもよい。)、置換基を有していてもよいナフチル基、置換基を有していてもよいシクロヘキシル基(この基中に存在する1個以上の−C−は−O−又は−S−に置換されていてもよい。)、および下記(a)、(b)、又は(c)のいずれかの基を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)
Figure 2018159302
(式中、Rは、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)
で表されるクマリン系の化合物が挙げられる。
およびRがアルキル基を表す場合、炭素原子数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基がより好ましく、BおよびBがアルキル基を表す場合、炭素原子数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基がより好ましい。
前記一般式(I−20)で表される化合物としては、下記式(I−22)から式(I−24)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、前記一般式(I−20)のRおよびRと同じ意味を表す。)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、前記一般式(I−20)のRおよびRと同じ意味を表す。)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、前記一般式(I−20)のRおよびRと同じ意味を表す。)
クマリン系の化合物としては、他には、下記一般式(I−23)
Figure 2018159302
(式中、BおよびBは、前記一般式(I−20)のBおよびBと同じ意味を表す。)
で表される化合物が挙げられる。
およびBがアルキル基を表す場合、炭素原子数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基がより好ましい。
前記一般式(I−25)で表される化合物としては、下記式(I−26)から式(I−30)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2018159302
また、光応答性物質としては、下記一般式(I−29)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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、
は水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)、置換基を有していてもよいフェニル基(この基中に存在する1個以上の−C=は−N=に置換されていてもよい。)、置換基を有していてもよいナフチル基、置換基を有していてもよいシクロヘキシル基(この基中に存在する1個以上の−C−は−O−又は−S−に置換されていてもよい。)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)
で表される化合物が挙げられる。
、RおよびBがそれぞれ独立してアルキル基を表す場合、炭素原子数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素原子数1〜5のアルキル基がより好ましい。また、R、RおよびBがそれぞれ独立してアルケニル基を表す場合、炭素原子数2〜10のアルケニル基が好ましく、炭素原子数2〜5のアルケニル基がより好ましい。また、Bは、置換基を有していてもよいフェニル基が好ましく、該置換基としては、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基が好ましく、炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数2〜10のアルケニル基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基がより好ましい。
前記一般式(I−29)で表される化合物としては、下記式(I−30)
Figure 2018159302
(式中、Rは、前記一般式(I−29)のRと同じ意味を表す。)
で表される化合物、下記式(I−31)
Figure 2018159302
(式中、RおよびRは、それぞれ独立して、水素原子、または炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)
で表される化合物が挙げられる。
また、光応答性物質としては、下記一般式(I−32)
Figure 2018159302
(式中、R20〜R23は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO2)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)
で表される化合物が挙げられる。
20〜R13は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基中のCH2基が−COO−または−OCO−で置換されている炭素原子数1〜10のアルキル基を表すことが好ましく、水素原子、アルキル基中のCH基が−COO−または−OCO−で置換されている炭素原子数1〜5のアルキル基を表すことがより好ましい。
前記一般式(I−34)で表される化合物としては、下記式(I−33)
Figure 2018159302
(式中、R24およびR25は、それぞれ独立して、水素原子、または炭素原子数1〜10のアルキル基を表す。)
で表される化合物、下記式(I−34)
Figure 2018159302
(式中、R24〜R27は、それぞれ独立して、水素原子、または炭素原子数1〜10のアルキル基を表す。)
で表される化合物が挙げられる。
また、光応答性物質としては、下記一般式(I−35)
Figure 2018159302
(式中、Bは、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO2)、置換基を有していてもよいフェニル基(この基中に存在する1個以上の−C=は−N=に置換されていてもよい。)、置換基を有していてもよいナフチル基、置換基を有していてもよいシクロヘキシル基(この基中に存在する1個以上の−C−は−O−又は−S−に置換されていてもよい。)、NR28R29(R28およびR29は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO2)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH2基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、1,4−フェニレン基で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)を表す。)
で表される化合物が挙げられる。
一般式(I−35)中のR28およびR29としては、炭素原子数1〜14のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数2〜14のアルケニル基、フェニル基が好ましい。
前記一般式(I−35)で表される化合物としては、下記式(I−36)
Figure 2018159302
(式中、R28およびR29は、前記一般式(I−35)のR28およびR29と同じ意味を表す。)
で表される化合物、下記式(I−37)
Figure 2018159302
(式中、R30は、水素原子、または炭素原子数1〜14のアルキル基を表す。)
で表される化合物、下記式(I−38)
Figure 2018159302
(式中、R31は、水素原子、または炭素原子数1〜14のアルキル基を表す。)
で表される化合物が挙げられる。
また、光応答性物質としては、下記一般式(I−39)
Figure 2018159302
(式中、XおよびXは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子または塩素原子を表し、B5〜B8は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)、置換基を有していてもよいフェニル基(この基中に存在する1個以上の−C=は−N=に置換されていてもよい。)、置換基を有していてもよいナフチル基、置換基を有していてもよいシクロヘキシル基(この基中に存在する1個以上の−C−は−O−又は−S−に置換されていてもよい。)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH2基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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、nおよびnは、それぞれ独立して、1〜14を表す。)
で表されるジオキサジン系の化合物が挙げられる。
〜Bは、それぞれ独立して、炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよい。
シクロヘキシル基が好ましく、該置換基としては、炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数1〜10のアルコキシ基が好ましい。
前記一般式(I−39)で表される化合物としては、下記式(I−40)
Figure 2018159302
で表される化合物、下記式(I−41)
Figure 2018159302
で表される化合物が挙げられる。
また、光応答性物質としては、下記一般式(I−42)
Figure 2018159302
(式中、B〜B12は、それぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシ基、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)、置換基を有していてもよいフェニル基(この基中に存在する1個以上の−C=は−N=に置換されていてもよい。)、置換基を有していてもよいナフチル基、置換基を有していてもよいシクロヘキシル基(この基中に存在する1個以上の−C−は−O−又は−S−に置換されていてもよい。)、NR2829(R28およびR29は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH2基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、1,4−フェニレン基で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)を表し、
32〜R35は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH2基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)
で表されるアントラキノン系の化合物が挙げられる。
前記一般式(I−42)で表される化合物としては、下記式(I−43)
Figure 2018159302
で表される化合物、下記式(I−44)
Figure 2018159302
で表される化合物、下記式(I−47)
Figure 2018159302
で表される化合物が挙げられる。
アントラキノン系の化合物としては、他には、下記一般式(I−46)
Figure 2018159302
(式中、B〜B12は、それぞれ独立して、前記一般式(I−42)のB〜B12
同じ意味を表し、
32、R33およびR36は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)
で表される化合物が挙げられる。
前記一般式(I−46)で表される化合物としては、下記式(I−48)
Figure 2018159302
で表される化合物が挙げられる。
さらに、光応答性物質としては、下記式(I−48)
Figure 2018159302
(式中、R37は、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH2基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)
で表される化合物、下記式(I−49)
Figure 2018159302
(式中、R38〜R40は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO2)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)
で表される化合物、下記式(I−50)
Figure 2018159302
で表される化合物、下記式(I−51)
Figure 2018159302
で表される化合物、下記式(I−52)
Figure 2018159302
(式中、R41およびR42は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)
で表される化合物、下記式(I−53)
Figure 2018159302
(式中、YおよびYは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)
で表される化合物、下記式(I−54)
Figure 2018159302
(式中、R43およびR44は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)
で表される化合物、下記式(I−55)
Figure 2018159302
(式中、R45〜R48は、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1〜14のアルキル基、炭素原子数2〜14のアルケニル基、炭素原子数2〜14のアルキニル基、炭素原子数1〜14のアルコキシ基、シアノ基(−CN)、ニトロ基(−NO)を表し、前記アルキル基中の1つまたは2つ以上のCH基は、酸素原子が直接隣接しないように、−O−、−CO−、−OCO−、または−COO−で置換されていてもよく、前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基中の1つまたは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い。)
で表される化合物が挙げられる。
上記式(I−49)、式(I−52)、式(I−54)および式(I−55)において、R38〜R48は、炭素原子数1〜10のアルキル基、炭素原子数2〜10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2〜5のアルケニル基がより好ましい。
上記式(I−54)で表される化合物として、具体的には、R43およびR44が、それぞれC基であるものが挙げられる。
また、上記式(I−55)で表される化合物として、具体的には、R45〜R48が、それぞれC基であるものが挙げられる。
これらの化合物の中でも、応答する光強度の閾値が低いことから、オリゴチオフェン系の化合物が好ましい。
また、光応答性物質として、共役系のある液晶化合物を用いることもできる。このような光応答性物質として機能し得る液晶化合物としては、棒状の液晶化合物が好ましい。
異方性分子としては、液晶が用いられる。
液晶としては、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。
Figure 2018159302
(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つまたは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−またはC≡C−で置換されてよく、該アルキル基中の1つまたは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および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基または隣接していない2個以上のCH基は、酸素原子また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基または隣接していない2個以上のCH基は、窒素原子で置換されていてもよい。)、および
(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、またはクロマン−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)または基(c)に含まれる1つまたは2つ以上の水素原子は、それぞれ、F、Cl、CFまたは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−、−COO−またはOCO−を表し、
LCは、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、および炭素原子数1〜15のアルキル基を表し、該アルキル基中の1つまたは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つまたは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または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よく、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よい。)
前記一般式(LC)で表される化合物は、下記一般式(LC1)および一般式(LC2)
Figure 2018159302
(式中、RLC11および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つまたは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−またはC≡C−で置換されていてもよく、該アルキル基中の1つまたは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、およびALC21は、それぞれ独立して下記の何れかの構造
Figure 2018159302
(該構造中、シクロヘキシレン基中の1つまたは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つまたは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つまたは2つ以上の水素原子は、F、Cl、CFまたは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またはOCFを表し、YLC11およびYLC21は、それぞれ独立して、水素原子、Cl、F、CN、CF、OCHF、OCHFまたはOCFを表し、ZLC11および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−またはOCO−を表し、mLC11およびmLC21は、それぞれ独立して、1〜4の整数を表し、ALC11、ALC21、ZLC11および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よい。)
で表される化合物群から選ばれる1種または2種以上の化合物であることが好ましい。
LC11および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さらに好ましく、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。
Figure 2018159302
(式中、環構造へは右端で結合するものとする。)
LC11およびALC21は、それぞれ独立して、下記の構造が好ましい。
Figure 2018159302
LC11およびYLC21は、それぞれ独立して、F、CN、CFまたはOCFが好ましく、FまたはOCFが好ましく、Fが特に好ましい。
LC11およびZLC21は、単結合、−CHCH−、−COO−、−OCO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−またはCFO−が好ましく、単結合、−CHCH−、−OCH−、−OCF−またはCFO−が好ましく、単結合、−OCH−またはCFO−がより好ましい。
LC11およびmLC21は、1、2または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または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または3が好ましい。
前記一般式(LC1)は、下記一般式(LC1−a)から一般式(LC1−c)
Figure 2018159302
(式中、RLC11、YLC11、XLC11およびXLC12は、それぞれ独立して、前記一般式(LC1)におけるRLC11、YLC11、XLC11およびXLC12と同じ意味を表し、ALC1a1、ALC1a2およびALC1b1は、トランス−1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基を表し、XLC1b1、XLC1b2、XLC1c1〜XLC1c4は、それぞれ独立して、水素原子、Cl、F、CFまたはOCFを表す。)で表される化合物からなる群より選ばれる1種または2種以上の化合物であることが好ましい。
LC11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い。
LC11〜XLC1c4は、それぞれ独立して、水素原子またはFが好ましい。
LC11は、それぞれ独立して、F、CFまたはOCFが好ましい。
また、前記一般式(LC1)は、下記一般式(LC1−d)から一般式(LC1−m)
Figure 2018159302
(式中、RLC11、YLC11、XLC11およびXLC12は、それぞれ独立して、前記一般式(LC1)におけるRLC11、YLC11、XLC11およびXLC12と同じ意味を表し、ALC1d1、ALC1f1、ALC1g1、ALC1j1、ALC1k1、ALC1k2、ALC1m1〜ALC1m3は、1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基を表し、XLC1d1、XLC1d2、XLC1f1、XLC1f2、XLC1g1、XLC1g2、XLC1h1、XLC1h2、XLC1i1、XLC1i2、XLC1j1〜XLC1j4、XLC1k1、XLC1k2、XLC1m1およびXLC1m2は、それぞれ独立して、水素原子、Cl、F、CFまたはOCFを表し、ZLC1d1、ZLC1e1、ZLC1j1、ZLC1k1、ZLC1m1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−またはOCO−を表す。)で表される化合物からなる群より選ばれる1種または2種以上の化合物であるのが好ましい。
LC11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い。
LC11〜XLC1m2は、それぞれ独立して、水素原子またはFが好ましい。
LC11は、それぞれ独立して、F、CFまたはOCFが好ましい。
LC1d1〜ZLC1m1は、それぞれ独立して、−CFO−、−OCH−が好ましい。
前記一般式(LC2)は、下記一般式(LC2−a)から一般式(LC2−g)
Figure 2018159302
(式中、RLC21、YLC21、XLC21〜XLC23は、それぞれ独立して、前記一般式(LC2)におけるRLC21、YLC21、XLC21〜XLC23と同じ意味を表し、XLC2d1〜XLC2d4、XLC2e1〜XLC2e4、XLC2f1〜XLC2f4およびXLC2g1〜XLC2g4は、それぞれ独立して、水素原子、Cl、F、CFまたはOCFを表し、ZLC2a1、ZLC2b1、ZLC2c1、ZLC2d1、ZLC2e1、ZLC2f1およびZLC2g1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−またはOCO−を表す。)で表される化合物からなる群より選ばれる1種または2種以上の化合物であるのが好ましい。
LC21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い。
LC21〜XLC2g4は、それぞれ独立して、水素原子またはFが好ましく、
LC21は、それぞれ独立して、F、CFまたはOCFが好ましい。
LC2a1〜ZLC2g4は、それぞれ独立して、−CFO−、−OCH−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)
Figure 2018159302
(式中、RLC31、RLC32、RLC41、RLC42、RLC51および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つまたは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−またはC≡C−で置換されていてもよく、該アルキル基中の1つまたは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およびALC52は、それぞれ独立して、下記の何れかの構造
Figure 2018159302
(該構造中シクロヘキシレン基中の1つまたは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つまたは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つまたは2つ以上の水素原子は、Cl、CFまたは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およびZLC51は、それぞれ独立して、単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−COO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−またはCFO−を表し、Zは、CH基または酸素原子を表し、XLC41は、水素原子またはフッ素原子を表し、mLC31、mLC32、mLC41、mLC42、mLC51およびmLC52は、それぞれ独立して、0〜3を表し、mLC31+mLC32、mLC41+mLC42およびmLC51+mLC52は、1、2または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よい。)で表される化合物群から選ばれる1種または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、
Figure 2018159302
(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、
Figure 2018159302
LC31〜ZLC51は、それぞれ独立して、単結合、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CHCH−、−CFO−、−OCF−またはOCH−が好ましい。
前記一般式(LC3)は、下記一般式(LC3−a)および一般式(LC3−b)
Figure 2018159302
(式中、RLC31、RLC32、ALC31およびZLC31は、それぞれ独立して、前記一般式(LC3)におけるRLC31、RLC32、ALC31およびZLC31と同じ意味を表し、XLC3b1〜XLC3b6は、水素原子またはフッ素原子を表すが、XLC3b1およびXLC3b2またはXLC3b3およびXLC3b4のうちの少なくとも一方の組み合わせは、共にフッ素原子を表し、mLC3a1は、1、2または3であり、mLC3b1は、0または1を表し、ALC31およびZLC31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よい。)で表される化合物群から選ばれる1種または2種以上の化合物であることが好ましい。
LC31およびRLC32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のアルケニル基または炭素原子数2〜7のアルケニルオキシ基を表すことが好ましい。
LC31は、1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基、テトラヒドロピラン−2,5−ジイル基、1,3−ジオキサン−2,5−ジイル基を表すことが好ましく、1,4−フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基を表すことがより好ましい。
LC31は、単結合、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CHCH−を表すことが好ましく、単結合を表すことがより好ましい。
前記一般式(LC3−a)としては、下記一般式(LC3−a1)〜一般式(LC3−a4)を表すことが好ましい。
Figure 2018159302
(式中、RLC31およびRLC32は、それぞれ独立して、前記一般式(LC3)におけるRLC31およびRLC32と同じ意味を表す。)
LC31およびRLC32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、RLC31が炭素原子数1〜7のアルキル基を表し、RLC32が炭素原子数1〜7のアルコキシ基を表すことがより好ましい。
前記一般式(LC3−b)としては、下記一般式(LC3−b1)〜一般式(LC3−b12)を表すことが好ましく、下記一般式(LC3−b1)、下記一般式(LC3−b6)、下記一般式(LC3−b8)、下記一般式(LC3−b11)を表すことがより好ましく、下記一般式(LC3−b1)および一般式(LC3−b6)を表すことがさらに好ましく、下記一般式(LC3−b1)を表すことが最も好ましい。
Figure 2018159302
(式中、RLC31およびRLC32は、それぞれ独立して、前記一般式(LC3)におけるRLC31およびRLC32と同じ意味を表す。)
LC31およびRLC32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、RLC31が炭素原子数2または3のアルキル基を表し、RLC32が炭素原子数2のアルキル基を表すことがより好ましい。
前記一般式(LC4)は下記一般式(LC4−a)から一般式(LC4−c)、前記一般式(LC5)は下記一般式(LC5−a)から一般式(LC5−c)
Figure 2018159302
(式中、RLC41、RLC42およびXLC41は、それぞれ独立して、前記一般式(LC4)におけるRLC41、RLC42およびXLC41と同じ意味を表し、RLC51およびRLC52は、それぞれ独立して、前記一般式(LC5)におけるRLC51およびRLC52と同じ意味を表し、ZLC4a1、ZLC4b1、ZLC4c1、ZLC5a1、ZLC5b1およびZLC5c1は、それぞれ独立して、単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−COO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−またはCFO−を表す。)で表される化合物からなる群より選ばれる1種または2種以上の化合物であるのがより好ましい。
LC41、RLC42、RLC51および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のアルケニル基または炭素原子数2〜7のアルケニルオキシ基を表すことが好ましい。
LC4a1〜ZLC5c1は、それぞれ独立して、単結合、−CHO−、−COO−、−OCO−、−CHCH−を表すことが好ましく、単結合を表すことがより好ましい。
前記一般式(LC)で表される化合物は、下記一般式(LC6)
Figure 2018159302
(式中、RLC61および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つまたは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−またはC≡C−で置換されていてもよく、該アルキル基中の1つまたは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
Figure 2018159302
(該構造中、シクロヘキシレン基中の1つまたは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つまたは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およびZLC62は、それぞれ独立して、単結合、−CH=CH−、−C≡C−、−CHCH−、−(CH−、−COO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−またはCFO−を表し、miii1は0〜3を表す。ただし、前記一般式(LC1)〜一般式(LC5)で表される化合物を除く。)で表される化合物を1種または2種以上含有する液晶組成物が好ましい。
LC61および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、
Figure 2018159302
(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、
Figure 2018159302
LC61およびZLC62は、それぞれ独立して、単結合、−CHCH−、−COO−、−OCH−、−CHO−、−OCF−またはCFO−が好ましい。
前記一般式(LC6)は、下記一般式(LC6−a)から一般式(LC6−m)
Figure 2018159302
(式中、RLC61および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のアルケニル基または炭素原子数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種または2種以上の化合物であることがより好ましい。
また、液晶としては、棒状液晶(ネマチック液晶、スメクチック液晶)、円盤状(ディスコティック)液晶、屈曲型液晶(バナナ液晶)、これらにキラリティーが加わった液晶、のいずれであってもよい。
液晶の形状(棒状か、円盤状か、屈曲型か)は、望ましい屈折率異方性を得るために適切に選択される。早い応答性が必要な場合は、液体に近い液晶であるネマチック液晶が好ましく、安定な配向性が必要な場合は、固体に近いスメクチック液晶を使用することが好ましい。キラルな液晶に特有な液晶相を利用することもでき、その場合には、液晶の一部あるいは全部がキラルなものを用いるか、あるいは、液晶とキラルな非液晶を混合すればよい。また、液晶としては、単量体、二量体、三量体以上の多量体(オリゴマー)、高分子(ポリマー)のいずれでもよい。早い応答性が必要な場合には単量体が好ましく、また、安定な配向性が必要な場合は、二量体、三量体以上の多量体(オリゴマー)、高分子(ポリマー)が好ましい。
本発明の高分子分散型液晶素子中の光応答性物質、液晶組成物、重合性化合物の重合体の合計に対する光応答性物質の割合は、0.01重量%以上35重量%以下であることが好ましく、0.05重量%以上15重量%以下であることがより好ましい。
前記合計に対する光応答性物質の割合が上記範囲内であれば、光応答性組成物に、閾値以上の光強度を有する光を照射することにより、光応答性物質の配向に伴って、光応答性組成物に含まれる異方性分子を任意の方向に容易に配向させることができる。
なお、ここで、光応答性物質と液晶組成物を配向させる任意の方向とは、これらの物質(分子)の長軸方向が光の振動方向に対し平行となる方向である。光応答性組成物は、光強度の閾値を低減させるために、オリゴマーおよび/またはポリマーを含有することができる。
この場合、オリゴマーおよび/またはポリマーを光応答性物質、液晶組成物の混合物に混ぜてもよいし、重合性基を有する低分子化合物を混ぜてから重合させてもよい。
オリゴマーおよび/またはポリマーとしては、特にポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリメタクリル酸メチル等が挙げられる。重合度、あるいは液晶性の有無は、前記混合物への溶解性を考慮して決めればよい。
重合性基を有する低分子化合物は液晶性があっても、液晶性がなくてもよいが、液晶性があることが好ましい。なお、液晶性を示すとは、メソゲンと呼ばれる剛直な部位を有し、配向性を示すことをいう。液晶性を示す重合性化合物としては、例えば、Handbook of Liquid Crystals(D.Demus,J.W.Goodby,G.W.Gray,H.W.Spiess,V.Vill編集、Wiley−VCH社発行、1998年)、季刊化学総説No.22、液晶の化学(日本化学会編、1994年)、あるいは、特開平7−294735号公報、特開平8−3111号公報、特開平8−29618号公報、特開平11−80090号公報、特開平11−148079号公報、特開2000−178233号公報、特開2002−308831号公報、特開2002−145830号公報に記載されているような、1,4−フェニレン基、1,4−シクロヘキシレン基等の構造が複数繋がったメソゲンと呼ばれる剛直な部位と、(メタ)アクリロイルオキシ基、ビニルオキシ基、エポキシ基といった重合性官能基とを有する棒状重合性液晶化合物、あるいは、特開2004−2373号公報、特開2004−99446号公報に記載されているようなマレイミド基を有する棒状重合性液晶化合物、あるいは、特開2004−149522号公報に記載されているようなアリルエーテル基を有する棒状重号性液晶化合物、あるいは、例えば、Handbook of Liquid Crystals(D.Demus,J.W.Goodby,G.W.Gray,H.W.Spiess,V.Vill編集、Wiley−VCH社発行、1998年)、季刊化学総説No.22、液晶の化学(日本化学会編、1994年)や、特開平07−146409号公報に記載されているディスコティック重合性化合物が挙げられる。
前記重合性化合物は、液晶性を有していても、液晶性を有していなくても良い。具体的には一般式(2)〜一般式(8)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2018159302
上記式中、P11〜P74は各々独立して重合性基を表し、
11〜S72は各々独立してスペーサー基を又は単結合を表すが、S11〜S72が複数存在する場合それらは各々同一であっても異なっていても良く、
11〜X72は各々独立して−O−、−S−、−OCH−、−CHO−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−O−、−CO−NH−、−NH−CO−、−SCH−、−CHS−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−CH=CH−COO−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−OCO−CH=CH−、−COO−CHCH−、−OCO−CHCH−、−CHCH−COO−、−CHCH−OCO−、−COO−CH−、−OCO−CH−、−CH−COO−、−CH−OCO−、−CH=CH−、−N=N−、−CH=N−N=CH−、−CF=CF−、−C≡C−又は単結合を表すが、
11〜X72が複数存在する場合それらは各々同一であっても異なっていても良く(ただし、各P−(S−X)−結合には−O−O−を含まない。)、
11、M21、M31、M51、M71は、それぞれ炭素原子数1〜30の2価の有機基を表し、M31は炭素数1〜30の3価の有機基、M61は炭素原子数1〜30の4価の有機基を表し、
11、R31はそれぞれ水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ペンタフルオロスルフラニル基、シアノ基、ニトロ基、イソシアノ基、チオイソシアノ基、又は、炭素原子数1から20のアルキル基を表すが、当該アルキル基は直鎖状であっても分岐状であっても良く、当該アルキル基中の任意の水素原子はフッ素原子に置換されても良く、当該アルキル基中の1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−は各々独立して−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−O−、−CO−NH−、−NH−CO−又は−C≡C−によって置換されても良く、
m1〜m7、n2〜n7、l4〜l6、k6は各々独立して0から5の整数を表す。
上記S11〜S72で表されるスペーサー基は、炭素原子数1〜18のアルキレン基を表し(該アルキレン基は1つ以上のハロゲン原子、CN基、炭素原子数1〜8のアルキル基、または重合性官能基を有する炭素原子数1〜8のアルキル基により置換されていても良く、この基中に存在する1つのCH2基又は隣接していない2つ以上のCH2基はそれぞれ相互に独立して、酸素原子が相互に直接結合しない形で、−O−、−S−、−NH−、−N(CH)−、−CO−、−CH(OH)−、CH(COOH)、−COO−、−OCO−、−OCOO−、−SCO−、−COS−又は−C≡C−により置き換えられていても良い。これらのスペーサー基のうち、配向性の観点から、炭素原子数2〜8の直鎖アルキレン基、フッ素原子で置換された炭素数2〜6のアルキレン基、アルキレン基の一部が−O−で置き換えられた炭素原子数5〜14のアルキレン基が好ましい。
また、P11〜P74で表される重合性基は、下記式(P−1)〜式(P−20)
Figure 2018159302
が好ましく、これらの重合性基のうち、重合性および保存安定性を高める観点から、式(P−1)、式(P−2)、式(P−7)、式(P−12)、又は式(P−13)が好ましく、式(P−1)、式(P−7)、式(P−12)がより好ましい。
11、M21、M31、M51、M71で表される2価の有機基は、1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−が各々独立して−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−O−、−CO−NH−、−NH−CO−、−CH=CH−、−CH=CH−COO−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−N=N−、−CR=N−N=CR−、又は−C≡C−によって置換されても良い炭素原子数1〜20の直鎖状、分岐状アルキレン基、炭素原子数3〜20の脂環構造を有する基、例えば、1,2−シクロプロピレン基、1,3−シクロブチレン基、2,5−シクロペンチレン基、オクタヒドロ−4,7−メタノ−1H−インデン−1,5−ジイル基、オクタヒドロ−4,7−メタノ−1H−インデン−1,6−ジイル基、オクタヒドロ−4,7−メタノ−1H−インデン−2,5−ジイル基、トリシクロ[3.3.1.13,7]−1,3−ジイル基、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、チオフェン−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、ナフチレン−1,4−ジイル基、ナフチレン−1,5−ジイル基、ナフチレン−1,6−ジイル基、ナフチレン−2,6−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、ベンゾチアゾール基、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、ベンゾ[1,2−b:4,5−b‘]ジチオフェン−2,6−ジイル基、ベンゾ[1,2−b:4,5−b‘]ジセレノフェン−2,6−ジイル基、[1]ベンゾチエノ[3,2−b]チオフェン−2,7−ジイル基、[1]ベンゾセレノフェノ[3,2−b]セレノフェン−2,7−ジイル基、又はフルオレン−2,7−ジイル基から選ばれる基が好ましく、これらの基は無置換又は1つ以上のLによって置換されても良い。
31で表される3価の有機基、及び、M61で表される4価の有機基は、それぞれ3価、4価の有機基であって、前記2価の有機基と同様の基が好ましい。
また、M11〜M71で表される2〜4価の有機基は、下記式(9−a)で表される基
Figure 2018159302
(A91、A9293は各々独立して少なくとも環構造を1つ以上有する2価の基であり、前記2価の基は1,2−シクロプロピレン基、1,3−シクロブチレン基、2,5−シクロペンチレン基、オクタヒドロ−4,7−メタノ−1H−インデン−1,5−ジイル基、オクタヒドロ−4,7−メタノ−1H−インデン−1,6−ジイル基、オクタヒドロ−4,7−メタノ−1H−インデン−2,5−ジイル基、トリシクロ[3.3.1.13,7]−1,3−ジイル基、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、チオフェン−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、ナフチレン−1,4−ジイル基、ナフチレン−1,5−ジイル基、ナフチレン−1,6−ジイル基、ナフチレン−2,6−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、ベンゾチアゾール基、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、ベンゾ[1,2−b:4,5−b‘]ジチオフェン−2,6−ジイル基、ベンゾ[1,2−b:4,5−b‘]ジセレノフェン−2,6−ジイル基、[1]ベンゾチエノ[3,2−b]チオフェン−2,7−ジイル基、[1]ベンゾセレノフェノ[3,2−b]セレノフェン−2,7−ジイル基、又はフルオレン−2,7−ジイル基から選ばれる基を表すが、これらの基は無置換又は1つ以上のLによって置換されても良いが、A91、A92及び/又はA93が複数現れる場合は各々同一であっても異なっていても良く、
91及びZ92は各々独立して−O−、−S−、−OCH−、−CHO−、−CHCH−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−O−、−CO−NH−、−NH−CO−、−SCH−、−CHS−、−CFO−、−OCF−、−CFS−、−SCF−、−CH=CH−COO−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−OCO−CH=CH−、−COO−CHCH−、−OCO−CHCH−、−CHCH−COO−、−CHCH−OCO−、−COO−CH−、−OCO−CH−、−CH−COO−、−CH−OCO−、−CH=CH−、−N=N−、−CH=N−、−N=CH−、−CH=N−N=CH−、−CF=CF−、−C≡C−又は単結合を表すが、Z91及び/又はZ92が複数現れる場合は各々同一であっても異なっていても良く、
はフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ペンタフルオロスルフラニル基、ニトロ基、イソシアノ基、アミノ基、ヒドロキシル基、メルカプト基、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、トリメチルシリル基、ジメチルシリル基、チオイソシアノ基、又は、1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−が各々独立して−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−O−、−CO−NH−、−NH−CO−、−CH=CH−COO−、−CH=CH−OCO−、−COO−CH=CH−、−OCO−CH=CH−、−CH=CH−、−CF=CF−、−N=N−、−CR=N−N=CR−、又は−C≡C−によって置換されても良い炭素原子数1から20の直鎖状、分岐状アルキル基、置換基を有してもよい芳香族基、置換基を有してもよい複素環基又は前記スペーサー基を介して結合された重合性基を表すが、当該アルキル基中の任意の水素原子はフッ素原子に置換されても良く(なお、Rは水素原子、又は、炭素原子数1から20のアルキル基を表すが、当該アルキル基は直鎖状であっても分岐状であっても良く、当該アルキル基中の任意の水素原子はフッ素原子に置換されても良く、当該アルキル基中の1個の−CH−又は隣接していない2個以上の−CH−は各々独立して−O−、−S−、−CO−、−COO−、−OCO−、−CO−S−、−S−CO−、−O−CO−O−、−CO−NH−、−NH−CO−又は−C≡C−によって置換されても良い。)が好ましい。
上記一般式(2)で表される化合物として具体的には、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、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、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、2−(メタ)アクリロイルオキシエチルりん酸、アクリロイルモルホリン、ジメチルアクリルアミド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、イロプロピルアクリルアミド、ジエチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルアクリルアミド、シクロヘキシルアクリルアミド、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、アクリル酸、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、1,4−シクロヘキサンジメタノールモノアクリレート等の水酸基含有アクリレート、あるいは、下記の式(2−1)から式(2−39)で表される化合物が好ましい。
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上記一般式(3)で表される化合物として具体的には、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、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、トリクロデカンジメタノールジアクリレート、アダマンタンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、水素化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールF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、4−および2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、オルトトルイジンジイソシアネート(TODI)、ナフチレンジイソシアネート(NDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、イソホロンジイソシアネート、およびカルボジイミド変成MDI、ジイソシアネートを反応して得られる各種ウレタンアクリレート、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、あるいは、下記の式(3−1)から式(3−53)で表される化合物が好ましい。
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上記一般式(4)で表される化合物として具体的には、下記の式(4−1)から式(4−9)で表される化合物が好ましい。
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上記一般式(5)で表される化合物として具体的には、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、あるいは、下記の式(5−1)から式(5−23)で表される化合物が好ましい。
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上記一般式(6)で表される化合物として具体的には、下記の式(6−1)から式(6−11)で表される化合物が好ましい。
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上記一般式(7)で表される化合物として具体的には、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、あるいは、下記の式(7−1)から式(7−14)で表される化合物が好ましい。
Figure 2018159302
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上記一般式(8)で表される化合物として具体的には、下記の式(8−1)から式(8−10)で表される化合物が好ましい。
Figure 2018159302
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(式中、k、l、m及びnはそれぞれ独立して1〜10の整数を表す。R、R、Rはそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、シアノ基を示す。 これらの基が炭素数1〜6のアルキル基、あるいは炭素数1〜6のアルコキシ基の場合、全部が未置換であるか、あるいは1つまたは2つ以上のハロゲン原子により置換されていてもよい。)これらの重合性化合物は、単独で使用することもできるし、2種類以上混合して使用することもできる。
また、前記重合性化合物以外の重合性化合物や重合性オリゴマーとしては、具体的には、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、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等のポリオール、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネート等のポリイソシアネートを反応して得られる各種ウレタンアクリレート、各種マクロモノマー、マレイミド等が挙げられる。これらは単独で使用することもできるし、2種類以上混合して使用することもできる。
本発明の高分子分散型光学素子中の光応答性物質、液晶組成物、重合性化合物の重合体の合計における重合性化合物の重合体の含有量の合計は、1重量%以上、70重量%以下であることが好ましく、3重量%以上、50重量%以下であることがより好ましく、5重量%以上、35重量%以下であることがさらに好ましい。上記範囲内であれば、光の光強度の閾値を低減することができる。
本発明の高分子分散型光学素子中の光応答性物質、液晶組成物、重合性化合物の混合物にオリゴマーを添加する場合において、重合開始剤が存在しない場合でも重合は進行するが、重合を促進するために重合開始剤を含有していてもよい。重合開始剤としては、ベンゾインエーテル類、ベンゾフェノン類、アセトフェノン類、ベンジルケタール類、アシルフォスフィンオキサイド類等が挙げられる。
例えば、ジフェニル−(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フォスフィンオキシド、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、1−ヒドロキシーシクロヘキシル−フェニル−ケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン、ベンゾフェノン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]−フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オン、フェニルグリオキシリックアシッドメチルエステル、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチル−ベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−,2−(O−ベンゾイルオキシム)]、エタノン,1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−,1−(O−アセチルオキシム)、ベンゾフェノン、メチルベンゾイルフォーメート、オリゴ{2−ヒドロキシ−2−メチル−1−[4−(1−メチルビニル)フェニル]プロパノン、2,4,6トリメチルベンゾフェノン、4−メチルベンゾフェノン、2−エトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−(1−メチルエトキシ)−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−イソブトキシ−2−フェニルアセトフェノン等が挙げられる。
特にこの中でも、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オンがより好ましい。
このような構成の高分子分散型光学素子が応答するために必要な光強度の閾値(最低値)は、照射する光強度をより小さくするためには、10W/cm以下であることが好ましく、5W/cm以下であることがより好ましく、1W/cm以下であることがさらに好ましい。また、特定の光強度において配向するように制御するためには、必要とする光強度の閾値が特定の範囲となるように調節することが好ましい。
なお、高分子分散型光学素子が応答するために必要な光強度の閾値とは、光応答性物質が配向し、それに伴って、液晶組成物中の液晶分子配向方向を変化させるために必要な光強度の最低値のことである。
すなわち、本発明における高分子分散型光学素子では、光照射により、光応答性物質が配向するのに伴って、液晶組成物中の液晶分子が応答する。
また、本発明の高分子分散型光学素子中の基材や配向膜等を除いた前記光学素子そのものの厚みは、3μm以上100μmであることが好ましく、5μm以上75μm以下であることがより好ましく、10μm以上50μm以下であることがさらに好ましい。
前記光学素子そのものの厚みが上記範囲内であれば、液晶組成物中の液晶分子を応答させるために必要な光強度の閾値を低くすることができる。
本発明の高分子分散型光学素子は、光応答性物質、液晶組成物、重合性化合物の重合体の混合物に光が照射されると、光応答性物質が、その長軸方向が光の振動方向に対し平行となるように配向し、それに伴って、液晶組成物中の液晶分子が、その長軸方向が光の振動方向に対し平行となるように配向する。液晶分子と重合性化合物の重合体の複屈折差を利用して光の透過光量を制御する、あるいは、重合性化合物の重合体の配向規制力により液晶分子の配向がランダムになることで光の透過光量を制御する液晶表示素子等に適用される。
液晶表示素子としては、AM−LCD(アクティブマトリックス液晶表示素子)、TN(ツイステッド・ネマチック液晶表示素子)、STN−LCD(超ねじれネマチック液晶表示素子)、OCB−LCD、IPS−LCD(インプレーンスイッチング液晶表示素子)およびFFS(フリンジフィールドスイッチングモードの液晶表示素子)に有用であるが、アクティブマトリクスアドレス装置を有するAM−LCDに特に有用であり、散乱型、反射型あるいは透過型の液晶表示素子に用いることができる。
光学素子が液晶表示素子10の場合、液晶表示素子10に使用される液晶セルの2枚の基板はガラスまたはプラスチックのような柔軟性をもつ透明な材料を用いることができる。また、2枚の基板の一方はシリコン等の不透明な材料でもよい。
カラーフィルターは、例えば、顔料分散法、印刷法、電着法または、染色法等によって作製することができる。顔料分散法によるカラーフィルターの作製方法を一例に説明すると、カラーフィルター用の硬化性着色組成物を、該透明基板上に塗布し、パターニング処理を施し、そして加熱または光照射により硬化させる。この工程を、赤、緑、青の3色についてそれぞれ行うことで、カラーフィルター用の画素部を作製することができる。その他、該基板上に、TFT、薄膜ダイオード、金属絶縁体金属比抵抗素子等の能動素子を設けた画素電極を設置してもよい。
また、前記基板を、透明電極層が内側となるように対向させて、スペーサーを介して、基板の間隔を調整してもよい。このときは、得られる液晶層の厚さが1μm以上500μm以下であることが好ましく、3μm以上250μm以下であることがより好ましく、5μm以上200μm以下であることがさらに好ましい。偏光板を使用する場合は、コントラストが最大になるように液晶の屈折率異方性Δnとセル厚dとの積を調整することが好ましい。また、2枚の偏光板がある場合は、各偏光板の偏光軸を調整して視野角やコントラストが良好になるように調整することもできる。さらに、視野角を広げるための位相差フィルムも使用することもできる。スペーサーとしては、例えば、ガラス粒子、プラスチック粒子、アルミナ粒子、フォトレジスト材料等からなる柱状スペーサー等が挙げられる。その後、エポキシ系熱硬化性組成物等のシール剤を、液晶注入口を設けた形で該基板にスクリーン印刷し、該基板同士を貼り合わせ、加熱し、シール剤を熱硬化させる。
また、高分子分散型光学素子が液晶表示素子10の場合、液晶組成物中の液晶分子は、第一の基板(図1において、例えば、基板11)側では、第一の基板面(図1において、基板11における基板12と対向する面11a)に対して平行に配向し、第二の基板(図1において、例えば、基板12)側では、第二の基板面(図1において、基板12における基板11と対向する面12a)に対して垂直に配向していることが好ましい。
このように、第一の基板側と、第二の基板側とにおいて、液晶組成物中の液晶分子の配向する方向を異ならせることにより、液晶分子を応答させるために必要な光強度の閾値を低くすることができる。
本発明の高分子分散型光学素子によれば、応答する光強度に閾値を有する光応答性物質と、液晶組成物、及び、重合性化合物の重合体とを含有する混合物に、光応答性物質が応答する閾値以上の光強度を有する光を照射することにより前記混合物に含まれる光応答性物質が配向し、それに伴って、液晶組成物中の液晶分子が応答するので、液晶分子が応答するために必要な光強度の閾値を低くすることができる。
[光学素子の製造方法]
本発明の高分子分散型光学素子の製造方法は、応答する光強度に閾値を有する光応答性物質と、液晶組成物、及び、重合性化合物の重合体とを含有する混合物(以下前記混合物、重合用試料と記載)に、閾値以上の光強度を有する光を照射することにより、液晶組成物中の液晶分子を応答させる工程を有する方法である。
本発明の光学素子の製造方法では、まず、2枚の基板間に光応答性組成物を挟持させる。
2枚の基板間に前記混合物を挟持させる方法は、通常の真空注入法または滴下注入(ODF:One Drop Fill)法等を用いることができる。
2枚の基板間に前記混合物を挟持させた後、前記混合物に、前記混合物に含まれる光応答性物質を配向させるために必要な光強度の閾値以上の光強度を有する光を照射して、光応答性物質を、その長軸方向が光の振動方向に対し平行となるように配向させることによって、液晶組成物中の液晶分子を、その長軸方向が光の振動方向に対し平行となるように配向させる。前記混合物に照射した光により、重合性化合物を重合させることが好ましく、前記混合物に光を照射する場合、前記混合物に照射する光を、光応答性組成物を含有する層の法線方向に対して角度をつけて照射することが好ましい。
前記混合物に照射する光を、前記混合物を含有する層の法線方向に対して角度をつけて照射することにより、例えば、光照射前に、光応答性物質が、その長軸方向を光の振動方向に対し垂直になるように配向している場合にも、光応答性物質の長軸方向に対して、斜め方向から光を照射することができる。これにより、効率的に、光応答性物質を、その長軸方向が光の振動方向に対し平行になるように配向させることができる。さらに、前記混合物に光を照射する際、前記混合物を含有する層の法線方向に対する角度を20度以下とすることにより、より効率的に、光応答性物質を、その長軸方向が光の振動方向に対し平行になるように配向させることができる。
前記混合物に光を照射するときの温度は、前記混合物に含まれる液晶分子の液晶状態が保持される温度範囲内であることが好ましい。室温に近い温度、即ち、典型的には15〜35℃での温度で光を照射することが好ましい。
前記混合物に照射する光を発生させる光源としては、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、LEDランプ等を用いることができる。
また、前記混合物に照射する光の強度は、前記混合物に含まれる光応答性物質が、その長軸方向を光の振動方向に対し平行に配向するのに必要とされる光強度の閾値(光強度の最低値)以上であり、10W/cm以下であることが好ましく、5W/cm2以下であることがより好ましく、1W/cm2以下であることがさらに好ましく、光を照射する時間は、照射する光の強度により適宜選択されるが、10秒から3600秒が好ましく、10秒から600秒がより好ましい。
前記の高分子分散型光学素子が液晶表示素子10の場合、前記混合物を、第一の基板(図1において、例えば、基板11)側では、第一の基板面(図1において、基板11における基板12と対向する面11a)に対して平行に配向させ、第二の基板(図1において、例えば、基板12)側では、第二の基板面(図1において、基板12における基板11と対向する面12a)に対して垂直に配向させた後、前記混合物に閾値以上の光強度を有する光を照射することが好ましい。このように、第一の基板側と、第二の基板側とにおいて、前記混合物の配向する方向を異ならせることにより、前記混合物に含まれる液晶組成物中の液晶分子を応答させるために必要な光強度の閾値を低くすることができる。
また、前記混合物を、第一の基板側、第二の基板側のいずれも基板面に対して垂直あるいは平行に配向させる場合は、前記混合物と接する配向膜(図1において、例えば、11a、12a)の界面で前記混合物を含有する層の法線方向に一定の角度が得られるように配向させた後、前記混合物に閾値以上の光強度を有する光を照射することが好ましい。
本発明の高分子分散型光学素子の製造方法によれば、応答する光強度に閾値を有する光応答性物質と、液晶組成物、及び、重合性化合物の重合体とを含有する混合物に、閾値以上の光強度を有する光を照射することにより、液晶組成物中の液晶分子を応答させるので、液晶分子が応答する光強度の閾値を低くすることができる。
(拡散板)
本発明の拡散板は、一般的に使用される液晶表示素子用拡散板と同様、LEDのようなバックライト光源から出射された光を光の出射された箇所に応じて局所的に均一、かつ、正面輝度を高めるための機能を有する光学部材である。本発明の拡散板を用いてバックライトを得るには、本発明の高分子分散型光学素子の端部にLEDアレイのような複数の点光源を配置させ、前記光学素子の一方の基板側に反射板を設ける。もう一方の基板側にはプリズムシートやマイクロレンズシート、複屈折性を有する多層シート等、輝度を高めるための光学部材を設ける。これにより、特定の箇所の光源から出射され、前記光応答物質の閾値以上の光強度を有する部分のみが、液晶組成物中の液晶分子を応答させ、光が散乱するようになる。それ以外は、光強度が閾値に満たないため光は散乱しない。その結果、光が散乱した部分のみが一般的な導光板や拡散板を有するバックライトユニットと同様の輝度の光を液晶表示素子に入射することができ、それ以外は、本発明の拡散板から輝度を高めるための光学部材への光が遮断される。すなわち、本発明の拡散板を用いることにより、液晶表示素子のコントラストをバックライトユニット側で向上させることが可能となる。
(窓)
本発明の窓は、本発明の高分子分散型光学素子の有する効果を応用したものである。本発明の窓は、本発明の高分子分散型光学素子に光応答物質が応答する閾値以上の屋外光やレーザー等の光が入射されると入射された部分に相当する部分の液晶分子が応答し、光が散乱するようになる。それ以外の部分は、透明なままで通常の窓として機能する。すなわち、本発明の窓を用いることにより、強力な光源から人体を保護することが可能となる。
また、本発明の窓は、本発明の高分子分散型光学素子に含まれる液晶組成物や重合性化合物の重合体の劣化を防止するために、液晶組成物中に紫外線吸収剤や光安定剤等を含有することもでき、あるいは、前記光学素子の外側に紫外線カットフィルムを設けることもできる。これらにより、前記光学素子の耐久性を向上させることができる。
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
下記式(LC7)
Figure 2018159302
で表される組成物80重量%と、下記式(III)で表されるアクリレートモノマー13重量%、ウレタンアクリレートオリゴマーであるUN−6300(根上工業社製、分子量13000)1部、及び、モルフォリンアクリレート6重量%を混合し、組成物(A−1)を調製した。
Figure 2018159302
この組成物(A−1)99.3重量%と、下記式(IV)で表される光応答性物質(オリゴチオフェンTR5、メルク社製)0.2重量%と、紫外域にのみ吸収をもつ光重合開始剤(商品名:Irgacure651、BASFジャパン社製)0.5重量%とを加えて、重合用試料を調製した。
Figure 2018159302
次いで、垂直配向膜用ポリイミド溶液を厚さ0.7mmのガラス基板にスピンコート法を用いて塗布し、100℃で10分乾燥した後、200℃で60分焼成することにより塗膜を得た。得られた塗膜をラビングにより配向処理した。ラビング処理は、市販のラビング装置を用いて行った。
前記垂直配向処理を施した2枚のガラス基板を、ラビング処理した方向が反対になり、かつ、配向処理が施された面が内側になるように貼り合わせて、厚さ(セルギャップ)100μmのガラスセルを作製した。
次いで、このガラスセル内(2枚のガラス基板の間)に、調製した重合用試料を封入し、室温(25℃)で保持した状態で光重合した。 光重合は、高圧水銀灯の波長366nmの輝線をフィルターで取り出し、光強度10.0mW/cmの光を6分照射することにより行った。
光重合後、室温(25℃)まで徐冷し、実施例1の試料1−1を得た。
試料1−1を偏光顕微鏡(商品名:Olympus BX50、オリンパス社製)で観察したところ、コノスコープ像においては十字のアイソジャイヤが、オルソスコープ像においては暗視野が確認できた。したがって、色素を含む高分子分散型液晶においては分子配向がガラス基板に対して垂直なホメオトロピック配向であることが分った。
また、光応答挙動の測定を行った。
この観察には、ポンプ光として、ビーム径2.0mm、波長488nmのArレーザーを用いた。そのポンプ光を、グラントムソンプリズムを用いて垂直Vertical偏光とし、焦点距離15cmのレンズで集光して、試料1−1に照射し、試料1−1を透過した光をスクリーンに投影し観察した。
ここで、測定の原理を説明する。
高分子分散型光学素子に強度分布がガウシアン型である光を入射した場合、閾値より小さい光強度で分子は配向変化せず、入射光がそのまま透過する。しかし、閾値以上の強度をもつ光を照射すると、光強度に依存して液晶の分子配向が変化し、ガウシアン型の屈折率勾配が形成される。ここで、液晶はレンズとしての役割を果たすため、まず入射した光自体が作り出した屈折率勾配によって位相変調し、自己収束効果および自己位相変調効果が現れ、液晶を透過した光は、位相の異なる光が干渉し、干渉縞を示す。さらに液晶の分子配向が変化すると、液晶が高分子ネットワークによって、散乱し始める。
ここでは、サンプルを透過したポンプ光を遠方のスクリーンに投影して、干渉縞から散乱光への変化を観察した。
その結果、ポンプ光強度が閾値を超えた付近では、干渉縞が発生するが、さらにポンプ光強度が上がると散乱光が発生し、投影される光の面積が増加することが分った。また、光強度を下げると可逆的に散乱光が消失した。
また、試料1−1について、ビームプロファイラーを用いて、散乱光が出現する光強度(閾値)を測定したところ、1.3W/cmであり、下記比較例1の結果に比べて大きく低下することが分った。
(比較例1)
実施例1で調製した重合用試料に変えて、上記式(LC7)で表される組成物99.8重量%に、上記式(IV)で表される光応答性物質0.2重量%を加えて調製した試料を用いた以外は実施例1と同様にしてセルを作製し、比較例1の試料1’−1を得た。
試料1’−1を実施例1と同様にして偏光顕微鏡で観察したところ、コノスコープ像においては十字のアイソジャイヤが、オルソスコープ像においては暗視野が確認できた。
また、実施例1と同様にして、光強度を、ビームプロファイラーを用いて、散乱光が出現する光強度(閾値)を測定したところ、20W/cmであった。
(実施例2)
上記式(LC7)で表される組成物80重量%と、下記式(III)で表されるアクリレートモノマー13重量%、ウレタンアクリレートオリゴマーであるUN−6300(根上工業社製、分子量13000)1部、及び、オキセタンアクリレートであるOXE−10(大阪有機化学社製)6重量%を混合し、組成物(B−1)を調製した。
この組成物(B−1)99.3重量%と、下記式(IV)で表される光応答性物質(オリゴチオフェンTR5、メルク社製)0.2重量%と、紫外域にのみ吸収をもつ光重合開始剤(商品名:Irgacure651、BASFジャパン社製)0.5重量%とを加えて、重合用試料を調製した。
次いで、垂直配向膜用ポリイミド溶液を厚さ0.7mmのガラス基板にスピンコート法を用いて塗布し、100℃で10分乾燥した後、200℃で60分焼成することにより塗膜を得た。得られた塗膜をラビングにより配向処理した。ラビング処理は、市販のラビング装置を用いて行った。さらに水平配向膜用ポリイミド溶液を0.7mmのガラス基板にスピンコート法を用いて塗布し、80℃で10分乾燥した後、230℃で60分焼成することにより塗膜を得た。得られた塗膜をラビングにより配向処理した。
前記垂直配向処理を施したガラス基板と前記水平配向処理を施したガラス基板を、ラビング処理した方向が反対になり、かつ、配向処理が施された面が内側になるように貼り合わせて、厚さ(セルギャップ)50μmのガラスセルを作製した。
次いで、このガラスセル内(2枚のガラス基板の間)に、調製した重合用試料を封入し、室温(25℃)で保持した状態で光重合した。 光重合は、高圧水銀灯の波長366nmの輝線をフィルターで取り出し、光強度10.0mW/cmの光を6分照射することにより行った。
光重合後、室温(25℃)まで徐冷し、ハイブリッド配向した実施例2の試料2−1を得た。
この試料2−1のホメオトロピック配向処理基板側から、偏光方向がホモジニアス配向処理方向と平行となるように、ポンプ光として、ビーム径2.0mm、波長488nmのArレーザー光を照射し、実施例1と同様にして、光応答挙動の測定を行った
その結果、散乱光が出現する光強度(閾値)を測定したところ、0.48W/cmと非常に低いものであることがわっかた。すなわち、垂直配向処理を施したガラス基板と水平配向処理を施したガラス基板とを用いたハイブリッド配向のセルは、光強度の閾値を低減する効果があることがわかった。
(実施例3)
上記式(LC7)で表される組成物80重量%と、下記式(III)で表されるアクリレートモノマー13重量%、ウレタンアクリレートオリゴマーであるUN−6300(根上工業社製、分子量13000)1部、及び、オキセタンアクリレートであるOXE−10(大阪有機化学社製)6重量%を混合し、組成物(C−1)を調製した。
この組成物(C−1)99.3重量%と、下記式(IV)で表される光応答性物質(オリゴチオフェンTR5、メルク社製)0.2重量%と、紫外域にのみ吸収をもつ光重合開始剤(商品名:Irgacure651、BASFジャパン社製)0.5重量%とを加えて、重合用試料を調製した。
次いで、水平配向膜用ポリイミド溶液を0.7mmのガラス基板にスピンコート法を用いて塗布し、80℃で10分乾燥した後、230℃で60分焼成することにより塗膜を得た。得られた塗膜をラビングにより配向処理した。
前記水平配向処理を施した2枚のガラス基板を、ラビング処理した方向が反対になり(アンチパラレル方向)、かつ、配向処理が施された面が内側になるように貼り合わせて、厚さ(セルギャップ)50μmのガラスセルを作製した。
次いで、このガラスセル内(2枚のガラス基板の間)に、調製した重合用試料を封入し、室温(25℃)で保持した状態で光重合した。 光重合は、高圧水銀灯の波長366nmの輝線をフィルターで取り出し、光強度10.0mW/cmの光を6分照射することにより行った。
光重合後、室温(25℃)まで徐冷し、実質的にホモジニアス配向した実施例3の試料3−1を得た。得られた試料3−1中の液晶成分のチルト角を液晶評価装置にて測定したところ、10°であった。
この試料3−1について、ポンプ光として、ビーム径2.0mm、波長488nmのArレーザー光を照射し、実施例1と同様にして、光応答挙動の測定を行った。その結果、散乱光が出現する光強度(閾値)を測定したところ、0.08W/cmと非常に低いものであることがわっかた。すなわち、水平配向処理を施したガラス基板を用いたホモジニアス配向のセルは、光強度の閾値を低減する効果があることがわかった。
(実施例4)
上記式(LC7)で表される組成物75重量%と、下記式(III)で表されるアクリレートモノマー14重量%、ウレタンアクリレートオリゴマーであるUN−6300(根上工業社製、分子量13000)2部、モルフォリンアクリレートACMO8.98重量%、及び、2−メタクリロイロキシエチルアシッドフォスフェートであるライトエステルP−2M(共栄社化学社製)0.02重量%を混合し、組成物(D−1)を調製した。
この組成物(D−1)99.3重量%と、下記式(IV)で表される光応答性物質(オリゴチオフェンTR5、メルク社製)0.2重量%と、紫外域にのみ吸収をもつ光重合開始剤(商品名:Irgacure651、BASFジャパン社製)0.5重量%とを加えて、重合用試料を調製した。
次いで、水平配向膜用ポリイミド溶液を0.7mmのガラス基板にスピンコート法を用いて塗布し、100℃で10分乾燥した後、200℃で60分焼成することにより塗膜を得た。得られた塗膜をラビングにより配向処理した。
前記垂直配向処理を施した2枚のガラス基板を、ラビング処理した方向が反対になり、かつ、配向処理が施された面が内側になるように貼り合わせて、厚さ(セルギャップ)50μmのガラスセルを作製した。
次いで、このガラスセル内(2枚のガラス基板の間)に、調製した重合用試料を封入し、室温(25℃)で保持した状態で光重合した。 光重合は、高圧水銀灯の波長366nmの輝線をフィルターで取り出し、光強度10.0mW/cmの光を6分照射することにより行った。
光重合後、室温(25℃)まで徐冷し、実施例4の試料4−1を得た。
この試料4−1について、ポンプ光として、ビーム径2.0mm、波長488nmのArレーザー光を照射し、実施例1と同様にして、光応答挙動の測定を行った。その結果、散乱光が出現する光強度(閾値)を測定したところ、1.8W/cmであることがわかった
(実施例5)
上記式(LC7)で表される組成物75重量%と、下記式(III)で表されるアクリレートモノマー14重量%、ウレタンアクリレートオリゴマーであるUN−6300(根上工業社製、分子量13000)1.98部、及び、モルフォリンアクリレートACMO5重量%、オキセタンアクリレートであるOXE−10(大阪有機化学社製)4重量%、及び、2−メタクリロイロキシエチルアシッドフォスフェートであるライトエステルP−2M(共栄社化学社製)0.02重量%を混合し、組成物(E−1)を調製した。
この組成物(E−1)99.3重量%と、下記式(IV)で表される光応答性物質(オリゴチオフェンTR5、メルク社製)0.2重量%と、紫外域にのみ吸収をもつ光重合開始剤(商品名:Irgacure651、BASFジャパン社製)0.5重量%とを加えて、重合用試料を調製した。
次いで、垂直配向膜用ポリイミド溶液を厚さ0.7mmのガラス基板にスピンコート法を用いて塗布し、100℃で10分乾燥した後、200℃で60分焼成することにより塗膜を得た。得られた塗膜をラビングにより配向処理した。ラビング処理は、市販のラビング装置を用いて行った。さらに水平配向膜用ポリイミド溶液を0.7mmのガラス基板にスピンコート法を用いて塗布し、80℃で10分乾燥した後、230℃で60分焼成することにより塗膜を得た。得られた塗膜をラビングにより配向処理した。
前記垂直配向処理を施したガラス基板と前記水平配向処理を施したガラス基板を、ラビング処理した方向が反対になり、かつ、配向処理が施された面が内側になるように貼り合わせて、厚さ(セルギャップ)20μmのガラスセルを作製した。
次いで、このガラスセル内(2枚のガラス基板の間)に、調製した重合用試料を封入し、室温(25℃)で保持した状態で光重合した。 光重合は、高圧水銀灯の波長366nmの輝線をフィルターで取り出し、光強度10.0mW/cmの光を6分照射することにより行った。
光重合後、室温(25℃)まで徐冷し、ハイブリッド配向した実施例5の試料5−1を得た。
この試料5−1のホメオトロピック配向処理基板側から、偏光方向がホモジニアス配向処理方向と平行となるように、ポンプ光として、ビーム径2.0mm、波長488nmのArレーザー光を照射し、実施例1と同様にして、光応答挙動の測定を行った
その結果、散乱光が出現する光強度(閾値)を測定したところ、0.51W/cmと非常に低いものであることがわっかた。
(実施例6)
上記式(LC7)で表される組成物87重量%と、下記式(V)で表されるアクリレートモノマー9重量%、ウレタンアクリレートオリゴマーであるUN−6300(根上工業社製、分子量13000)0.4部、及び、モルフォリンアクリレートACMO3.6重量%を混合し、組成物(F−1)を調製した。
Figure 2018159302
この組成物(F−1)99.3重量%と、下記式(IV)で表される光応答性物質(オリゴチオフェンTR5、メルク社製)0.2重量%と、紫外域にのみ吸収をもつ光重合開始剤(商品名:Irgacure651、BASFジャパン社製)0.5重量%とを加えて、重合用試料を調製した。
次いで、垂直配向膜用ポリイミド溶液を厚さ0.7mmのガラス基板にスピンコート法を用いて塗布し、100℃で10分乾燥した後、200℃で60分焼成することにより塗膜を得た。得られた塗膜をラビングにより配向処理した。ラビング処理は、市販のラビング装置を用いて行った。さらに水平配向膜用ポリイミド溶液を0.7mmのガラス基板にスピンコート法を用いて塗布し、80℃で10分乾燥した後、230℃で60分焼成することにより塗膜を得た。得られた塗膜をラビングにより配向処理した。
前記垂直配向処理を施したガラス基板と前記水平配向処理を施したガラス基板を、ラビング処理した方向が反対になり、かつ、配向処理が施された面が内側になるように貼り合わせて、厚さ(セルギャップ)20μmのガラスセルを作製した。
次いで、このガラスセル内(2枚のガラス基板の間)に、調製した重合用試料を封入し、室温(25℃)で保持した状態で光重合した。 光重合は、高圧水銀灯の波長366nmの輝線をフィルターで取り出し、光強度10.0mW/cmの光を6分照射することにより行った。
光重合後、室温(25℃)まで徐冷し、ハイブリッド配向した実施例6の試料6−1を得た。
この試65−1のホメオトロピック配向処理基板側から、偏光方向がホモジニアス配向処理方向と平行となるように、ポンプ光として、ビーム径2.0mm、波長488nmのArレーザー光を照射し、実施例1と同様にして、光応答挙動の測定を行った
その結果、散乱光が出現する光強度(閾値)を測定したところ、0.37W/cmと非常に低いものであることがわっかた。
(実施例7)
上記式(LC7)で表される組成物87重量%と、下記式(V)で表されるアクリレートモノマー10重量%、ウレタンアクリレートオリゴマーであるUN−6300(根上工業社製、分子量13000)0.3部、及び、オキセタンアクリレートであるOXE−10(大阪有機化学社製)2.7重量%を混合し、組成物(G−1)を調製した。
この組成物(G−1)99.3重量%と、下記式(IV)で表される光応答性物質(オリゴチオフェンTR5、メルク社製)0.2重量%と、紫外域にのみ吸収をもつ光重合開始剤(商品名:Irgacure651、BASFジャパン社製)0.5重量%とを加えて、重合用試料を調製した。
次いで、水平配向膜用ポリイミド溶液を0.7mmのガラス基板にスピンコート法を用いて塗布し、80℃で10分乾燥した後、230℃で60分焼成することにより塗膜を得た。得られた塗膜をラビングにより配向処理した。
前記水平配向処理を施した2枚のガラス基板を、ラビング処理した方向が反対になり(アンチパラレル方向)、かつ、配向処理が施された面が内側になるように貼り合わせて、厚さ(セルギャップ)20μmのガラスセルを作製した。
次いで、このガラスセル内(2枚のガラス基板の間)に、調製した重合用試料を封入し、室温(25℃)で保持した状態で光重合した。 光重合は、高圧水銀灯の波長366nmの輝線をフィルターで取り出し、光強度10.0mW/cmの光を6分照射することにより行った。
光重合後、室温(25℃)まで徐冷し、実質的にホモジニアス配向した実施例7の試料7−1を得た。得られた試料7−1中の液晶成分のチルト角を液晶評価装置にて測定したところ、8°であった。
この試料7−1について、ポンプ光として、ビーム径2.0mm、波長488nmのArレーザー光を照射し、実施例1と同様にして、光応答挙動の測定を行った。その結果、散乱光が出現する光強度(閾値)を測定したところ、0.09W/cmと非常に低いものであることがわっかた。すなわち、水平配向処理を施したガラス基板を用いたホモジニアス配向のセルは、光強度の閾値を低減する効果があることがわかった。
(実施例8)
上記式(LC8)
Figure 2018159302
で表される組成物75重量%と、下記式(VI)で表されるアクリレートモノマー14重量%、ウレタンアクリレートオリゴマーであるUN−6300(根上工業社製、分子量13000)4部、及び、モルフォリンアクリレートACMO4重量%、及び、オキセタンアクリレートであるOXE−10(大阪有機化学社製)3重量%を混合し、組成物(H−1)を調製した。
Figure 2018159302
この組成物(H−1)99.3重量%と、下記式(IV)で表される光応答性物質(オリゴチオフェンTR5、メルク社製)0.2重量%と、紫外域にのみ吸収をもつ光重合開始剤(商品名:Irgacure651、BASFジャパン社製)0.5重量%とを加えて、重合用試料を調製した。
次いで、垂直配向膜用ポリイミド溶液を厚さ0.7mmのガラス基板にスピンコート法を用いて塗布し、100℃で10分乾燥した後、200℃で60分焼成することにより塗膜を得た。得られた塗膜をラビングにより配向処理した。ラビング処理は、市販のラビング装置を用いて行った。さらに水平配向膜用ポリイミド溶液を0.7mmのガラス基板にスピンコート法を用いて塗布し、80℃で10分乾燥した後、230℃で60分焼成することにより塗膜を得た。得られた塗膜をラビングにより配向処理した。
前記垂直配向処理を施したガラス基板と前記水平配向処理を施したガラス基板を、ラビング処理した方向が反対になり、かつ、配向処理が施された面が内側になるように貼り合わせて、厚さ(セルギャップ)50μmのガラスセルを作製した。
次いで、このガラスセル内(2枚のガラス基板の間)に、調製した重合用試料を封入し、室温(25℃)で保持した状態で光重合した。 光重合は、高圧水銀灯の波長366nmの輝線をフィルターで取り出し、光強度10.0mW/cmの光を6分照射することにより行った。
光重合後、室温(25℃)まで徐冷し、ハイブリッド配向した実施例8の試料8−1を得た。
この試料8−1のホメオトロピック配向処理基板側から、偏光方向がホモジニアス配向処理方向と平行となるように、ポンプ光として、ビーム径2.0mm、波長488nmのArレーザー光を照射し、実施例1と同様にして、光応答挙動の測定を行った
その結果、散乱光が出現する光強度(閾値)を測定したところ、0.28W/cmと非常に低いものであることがわっかた。
以上の結果から、光応答性物質を用いることにより、光で透過−散乱駆動が可能な高分子分散型液晶を得ることができた。また、実施例1〜8の試料は、比較例1の試料と比較して、光強度の閾値を低下させることができた。また、分子を垂直配向させた厚さを増大させ、初期の配向規制力を弱めることにより、比較例1の試料と比較して、光強度の閾値を低下させることができた。さらに、入射光の偏波面と平行方向に対して、試料を傾けて、色素の初期配向を電場に対して傾けることにより、実施例1〜8の試料は、比較例1の試料と比較して、光強度の閾値を低下させることができた。
本発明は、例えば、液晶表示素子およびその製造方法として利用することができる。
10・・・液晶表示素子、
11,12・・・基板、11a、12a・・・配向膜
13・・・光応答性物質、
14・・・異方性分子、
15・・・光応答性組成物
16・・・ポリマーネットワーク
供する光学素子およびその製造方法を提供する。

Claims (8)

  1. 応答する光強度に閾値を有する光応答性物質と、液晶組成物と、重合性化合物の重合体を用いた光学素子。
  2. 前記光応答性物質が、光化学反応を起こさない異方性の物質であり、前記閾値以上の光強度を有する光を照射することにより、前記光応答性物質の長軸方向が光の振動方向に対し平行に配向する請求項1に記載の光学素子。
  3. 前記光強度の閾値が、10W/cm以下である請求項1又は2に記載の光学素子。
  4. 液晶組成物、重合性化合物、重合性化合物のオリゴマー及び重合性化合物のポリマーの合計のうち、重合性化合物、重合性化合物のオリゴマー及び重合性化合物のポリマーの合計の含有量が、2〜70重量%である請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学素子。
  5. 前記光応答性組成物を含有する層の厚みが、3μm以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学素子。
  6. 第一の基板および第二の基板間に前記光応答性物質を含有する層を有し、前記光応答組成物は前記光応答物質が閾値未満の光強度では透明で、かつ、閾値以上の光強度では散乱することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学素子。
  7. 請求項1記載の光学素子を用いた液晶表示素子用拡散板。
  8. 請求項1記載の光学素子を用いた窓。
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