JP2013148793A - 高分子液晶複合材料及び、その製造方法、並びにそれを用いた液晶素子 - Google Patents

Abstract

【課題】ラビング処理や光配向処理を用いずに、液晶分子に効率的に配向を付与する。
【解決手段】高分子材料からなる基板又は基板表面に高分子材料１２を具備した基板１１に接触させた液晶材料１３中の液晶分子１４を、該液晶分子１４と基板表面とのアンカリングエネルギーより大きい外場により配向させた後、外場を取り去ることにより、液晶材料１３が液晶相状態の液晶分子１４の自己配向により均一な配向を有し、該均一な配向状態における該液晶材料１３と基板表面とのアンカリングエネルギーが０を超えることを特徴とする高分子液晶複合材料１０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気光学的液晶表示材料の構成部材として有用な高分子液晶複合材料及び、その製造方法、並びにそれを用いた液晶素子に関する。

既存の液晶表示素子（液晶ディスプレイ）の原理となるフレデリクス転移を用いるためには、液晶分子を基板に配向（Alignment）させて固定（Anchoring）することが必要である。このため液晶分子を配向させるための配向層は、液晶の配列の秩序を保ち液晶分子の有する屈折率異方性に基づく光学特性を発現するために重要なものであり、液晶表示素子を構成するために必須の構成部材である。液晶表示素子において、液晶の配向は、その表示特性に大きな影響を及ぼすことから種々の方式が検討されてきた。

配向固定技術の１つであるラビング法は、基板に塗布した通常高分子からなる配向膜を布でこすることにより行われ、単純な原理で配向を付与できることから液晶表示素子の製造に広く用いられている。ラビング（rubbing）とは「擦る」という意味で、やわらかい布などで配向膜を一方向に擦る処理を施す。ラビング処理が施された配向膜に液晶分子が接すると、その方向に液晶分子が並ぶのである。しかしながら、ラビング法は配向膜を布でこする原理上の問題から、静電気や不純物の発生、精密な配向制御の困難性（画素が小さくなるとラビング方向のずれが問題となる）、大画面化に対するラビング装置の大型化の必要性（現在は、単純にローラーを大きくしてラビングしている）等の課題を有している。
一方、配向膜により配向を制御する方法としては、ラビング処理によるものの他に、光配向法が知られている（特許文献１）。光配向法においては、光の照射パターンを変化させることにより精密な配向分割構造を容易に形成でき、ラビング処理と比較して、配向膜に対して非接触で処理を施すことができるので静電気や不純物の発生は起こりにくい。しかしながら、特殊な光配向材料が必要であり、製造プロセスにおいても光照射工程を必要とし、信頼性の点でも十分とはいえない問題を有していた。
液体自由界面によるゼロ面アンカリング液晶配向法（特許文献２）は、完全ぬれ状態の液体相領域を、基板と液晶の間に層状に形成するものである。液晶の水平配向は強制していても、面内方向の配向強制力がゼロであり、電場・磁場等の外場による制御で面内の配向方向を３６０°自由に回転可能である。ゼロ面アンカリングの場合、液晶分子の配向方向は外場を遮断しても或る程度のメモリ性を有するが、さらに別の方向の外場が印加されると、配向方向は新しい外場の方向に応じて変化可能であり、面内で固定されていない。

特開平６−２８７４５３号公報 特許第４０５３５３０号公報

本発明の課題は、ラビング処理や光配向処理を用いずに、液晶分子に効率的に配向を付与することができる高分子液晶複合材料及び、その製造方法、並びにそれを用いた液晶素子を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために液晶配向の基本原理に基づき種々の方法を検討した結果、基板表面とのアンカリングエネルギーより大きい外場により液晶分子を一様に配向させると、液晶分子の自己配向により、外場を取り去っても配向を維持することができることを見出し本発明の完成に至った。
すなわち、本発明は、高分子材料からなる基板又は基板表面に高分子材料を具備した基板に接触させた液晶材料中の液晶分子を、該液晶分子と基板表面とのアンカリングエネルギーより大きい外場により配向させた後、外場を取り去ることにより、液晶材料が液晶相状態の液晶分子の自己配向により均一な配向を有し、該均一な配向状態における該液晶材料と基板表面とのアンカリングエネルギーが０を超えることを特徴とする高分子液晶複合材料及び、その製造方法、並びにそれを用いた液晶素子である。

本発明によれば、基板表面とのアンカリングエネルギーより大きい外場により液晶分子を一様に配向させると、液晶分子の自己配向により、外場を取り去っても配向を維持することができるので、ラビング処理や光配向処理を用いずに、液晶分子に効率的に配向を付与することができる。

二枚の基板の間に液晶材料を挟持した高分子液晶複合材料の一例を示す断面図である。 一枚の基板上に液晶材料を層形成した高分子液晶複合材料の一例を示す断面図である。 実施例において、基板間に封入後の無配向状態の液晶を観察した偏光顕微鏡写真である。 実施例において、磁場により配向が一様になった状態の液晶を観察した偏光顕微鏡写真である。

以下、好適な実施の形態に基づいて、本発明を説明する。
図１に、二枚の基板の間に液晶材料を挟持した高分子液晶複合材料の一例を示す。基板１１は、高分子材料からなる基板、又はガラス等の基板１６の表面に高分子材料１２を具備した基板である。二枚の基板１１の間に液晶材料１３が挟持され、該液晶材料１３は基板表面の高分子材料１２に接触している。
図２に、一枚の基板上に液晶材料を層形成した高分子液晶複合材料の一例を示す。基板１１は、高分子材料からなる基板、又はガラス等の基板１６の表面に高分子材料１２を具備した基板である。一枚の基板１１上に液晶材料１３が層形成され、該液晶材料１３の一方は基板表面の高分子材料１２に接触し、もう一方は外部環境（空気等の気体や液体等）に接触している。

基板１１は、基板表面に高分子材料１２を有するものであれば、全体が高分子材料からなる基板であってもよく、ガラス等の異種の基板の上に、スピンコート法、ディップコート法、バーコート法、スプレー塗布法、ロールコート法、インクジェット法等で高分子材料１２の平坦な膜又は層を形成したものでもよい。高分子材料１２は、従来のラビングによる配向膜や光配向膜等とは異なり、液晶材料１３と接する基板表面の対称性が破られていないものである。
液晶材料１３を基板１１間に充填する方法としては、従来の真空注入法、液晶滴下注入法（One Drop Fill）、フレキソ印刷法等が挙げられる。液晶材料１３を等方相やネマチック相等（より高温で安定な相）に加熱してから注入した後、必要なときに徐冷してネマチック相やスメクチック相等（より低温で安定な相）に相転移させることが好ましい。
液晶材料１３を基板１１上に層形成する方法としては、従来のスピンコート法、ディップコート法、バーコート法、スプレー塗布法、ロールコート法、インクジェット法等が挙げられる。液晶材料をそのまま用いても良いし、液晶材料が可溶な媒体に溶解してから用いても良い。その媒体としては、高分子材料１２を溶かしたり侵したりしないものを用いることが好ましい。

高分子材料１２に接触させた液晶材料１３中の液晶分子１４を、該液晶分子１４と基板表面の高分子材料１２とのアンカリングエネルギーより大きい外場により配向させることができる。アンカリングエネルギーより大きい外場を用いるのみでも、配向を付与した後に外場を取り去っても配向を維持することができるが、アンカリングエネルギーを低下させた後に外場を付与することにより、より小さい外場によって配向を付与することが可能となる。すなわち、外場を印加する際、高分子材料からなる基板又は基板表面に具備した高分子材料１２を、その所定の温度（より高い第１の温度Ｔ_Ｈ）以上に加熱することにより、高分子材料１２の熱運動が激しくなって、該液晶分子１４と基板表面の高分子材料１２との間のアンカリングエネルギーが低下する。薄膜としての高分子材料１２の状態にもよるが、第１の温度Ｔ_Ｈは、高分子材料１２のＴｇ以上であることが好ましい。これにより、十分に基板表面の高分子材料１２を融解して、高分子材料１２が液体又は過冷却液体の状態をとり、外場を印加する際の基板表面のアンカリングエネルギーをほぼゼロにまで低くすることができる。これにより、磁場、電場、光場、流動場等の外場によって液晶分子１４を自由に回転させられる状態（アンカリングフリー）となる。
巨視的な配向秩序を持つ液晶相では、各液晶分子は適当な方向へ配向しているが、その配向方向は磁場・電場・光場・流動場などの外場により自由に回転制御できる。一様な外場を印加することで、欠陥なく液晶分子１４のダイレクターを一様に配向させることができる。外場によって生じる液晶分子１４の配向状態は、基板表面に対して水平、斜め、垂直のうちの任意の方向とすることが可能である。また、水平配向又は斜め配向の場合、基板に沿った面内では、基板面の任意の法線の周囲で３６０°自由に回転可能となる。
なお、図１では、模式的に、液晶分子１４を棒状、融解した高分子膜の高分子１５を球状に示したが、形状や大きさの比などを特定的に表すものではない。

高分子材料１２及び液晶材料１３を支持し、外部への漏出を防ぐため、基板１１は固体基板１６を含むことが好ましい。固体基板１６は、高分子材料１２と同じ材料でも、異なる高分子材料あるいは無機ガラスなど高分子以外の材料でもよい。外場を印加する際、液晶材料と隣接する材料との界面は対称性が破られていない流体層であることが好ましく、液晶材料を液体と接触させるほか、気体や臨界流体等と接触させることも考えられる。例えば、図２に示すように、基板１１を液晶材料１３の片面のみに設け、その反対側では液晶材料１３が気体と接触する界面とすることも可能である。

液晶分子１４を配向させるために使用可能な外場としては、磁場、電場、偏光（レーザー又は大光量ランプ）等の光場、せん断力等の流動（流動場）などが挙げられる。これらは、ラビングローラーのように基板表面に接触させる必要がなく、遠隔的に作用させることができるので、巨大な液晶ディスプレイパネルでも容易に配向処理できることになる。
外場に磁場を用いる場合、液晶分子の異方軸を磁場方向に揃えることができる。外場に偏光を用いる場合も、液晶分子の異方軸を偏光の振動面に揃えることができる。光照射による配向回転トルクを与えるには、例えば、アゾ基やクマリン基などの吸光性基を持つ分子を液晶材料中に混合して行うこともできる。吸光性基を持つ液晶材料に偏光を照射すると、光異性化や再配列等の作用により、液晶分子が回転トルクを受け、配向する。

液晶分子１４を外場により配向させることにより、液晶材料１３が液晶相状態の液晶分子１４の自己配向により均一な配向を持つことができ、この配向状態は、外場を取り去った後も維持される。アンカリングエネルギーを低下させるために、外場の付与をＴ_Ｈ以上に加熱して行った場合、高分子材料１２を所定の温度（前記第１の温度Ｔ_Ｈより低い温度である、第２の温度Ｔ_Ｌ）に冷却することが好ましい。これにより、均一な配向状態における該液晶材料１３と基板表面の高分子材料１２とのアンカリングエネルギーが０を超えた状態として、液晶分子１４の配向状態をより確実に固定でき、外場を取り去った後の液晶分子１４の配向が、該取り去った外場により生じた液晶分子１４の配向と同一である状態をより確実に維持することができる。第２の温度Ｔ_Ｌは、高分子材料１２のＴｇ未満であることが好ましい。

液晶材料のとる液晶相は、材料の組成や温度等に依存するが、ネマチック相（キラルネマチック相を含む。）、スメクチック相（詳しくはスメクチックＡ相、スメクチックＣ相、キラルスメクチックＣ相など）、ブルー相等が挙げられる。いずれの液晶相も、ここの液晶分子が相互作用することにより、液晶分子が自らの配向秩序によって配向する自己配向性を有するが、ネマチック相やスメクチックＡ相のような一軸性の液晶相であると、個々の液晶分子１４が互いに同じ方向を向きたがる性質を持っているため、液晶材料中の液晶分子がお互いに略平行で配向している、一様な配向が得られやすい。また、スメクチックあるいはキラルスメクチックＣ相のような分子長軸が層法線に対して傾いているスメクチック相では、傾いた状態で液晶がお互い略平行で配向している一様な配向、あるいは、ｃ−ダイレクターがお互い略平行で配向しているような、一様な配向が得られる。
また、その一方向に整列した分子の集団を、全体としてどちらかの方向に向かせるには、なんらかの外部からの力が必要であるが、上述したように、液体の高分子膜上でのアンカリングフリーな状態で、外場を印加することにより、液晶分子を所望の方向に配向させることができる。また、冷却による高分子材料のガラス転移を利用し、面内に有限（＞０）のアンカリングエネルギーを持たせることで、一様に配向した液晶分子を固定（Anchoring）することができる。
液晶材料１３をネマチック相で用いる場合、高分子材料１２のガラス転移温度が、液晶材料１３の等方性液体−ネマチック相転移温度より低いことが好ましい。これにより、高分子材料１２をガラス転移温度以上に加熱した際、液晶材料１３がネマチック相をとった状態で外場を印加することができる。

液晶材料としては、ネマチック、スメクチック、ディスコチック、コレステリック等の各種があり、従来公知のビフェニル、ターフェニル、フェニルシクロヘキサン、フェニルビシクロヘキサン、ビフェニリルシクロヘキサン、安息香酸フェニルエステル、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル、ビフェニルカルボン酸フェニルエステル、シクロヘキシル安息香酸フェニルエステル、シクロヘキシル安息香酸シクロヘキシルエステル、フェニルピリミジン、ビフェニリルピリミジン、２，５−ジフェニルピリミジン、フェニルジオキサン、ビフェニリルジオキサン、ジフェニルアセチレン（別名トラン）、１−フェニル−２−シクロヘキシルエタン、１−フェニル−２−ビフェニリルエタン、１−シクロヘキシル−２−ビフェニリルエタン、シアノフェニルエステル、シアノビフェニルエステル、アルキルシアノビフェニル、アルキルシアノターフェニル、アゾキシベンゼンなどを骨格とし、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子（フッ素、塩素、臭素など）、シアノ基、エーテル基、エステル基、アリール基等の置換基を有していてもよい低分子の液晶化合物、コレステロール誘導体、トリフェニレン誘導体、リオトロピック液晶、あるいは芳香族ポリエステルや芳香族ポリアミド等の液晶ポリマーなどが挙げられる。液晶材料は、誘電率異方性が正のもの、負のもの、いずれも使用可能であり、誘電率異方性が正の液晶化合物と負の液晶化合物を併用することもできる。

二枚の基板の間に液晶材料を挟持して液晶を基板に略平行に配向し、基板に略平行な電界を印加することにより光学素子や表示素子として使用する場合には、液晶材料の誘電率異方性は正のものが好ましい。誘電率異方性が正のものとしては、例えば下記一般式（ＩＩＩａ）、一般式（ＩＩＩｂ）又は一般式（ＩＩＩｃ）で表される化合物を含有することが好ましい。

（式中Ｒ^５は、炭素原子数１から１５のアルキル基、炭素原子数２から１５のアルケニル基又は水素原子を表し、該アルキル基又はアルケニル基は非置換であるか又は置換基として１個又は２個以上のフッ素原子、塩素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を有することができ、該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、−ＣＯ−で置換されていても良く、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、−Ｓ−、−Ｏ−、−ＯＣＯＯ−、−ＯＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置換されていても良く、
Ｃ^１、Ｃ^２及びＣ^３はそれぞれ独立して、
（Ｃ−ａ） トランス−１，４−シクロへキシレン基（この基中に存在する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−Ｏ−又は−Ｓ−に置き換えられてもよい）、
（Ｃ−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＝は窒素原子に置き換えられてもよい）及び、
（Ｃ−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、ピペリジン−１，４−ジイル基、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−ジイル基及びデカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基
からなる群より選ばれる基であり、上記の基（Ｃ−ａ）、基（Ｃ−ｂ）又は基（Ｃ−ｃ）はそれぞれシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
Ｋ^１、Ｋ^２及びＫ^３はそれぞれ独立的に単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−（ＣＨ_２）_４−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｏ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、
Ｘ^１、Ｘ^３、Ｘ^４、Ｘ^５及びＸ^６はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、
ｐ及びｑはそれぞれ独立して、０、１又は２を表すが、ｐ及びｑの和は２以下であり、
Ｘ^２は、水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、トリフルオロメトキシ基、２，２，２−トリフルオロエチル基又はＲ^５と同じ意味を表す。）

一般式（ＩＩＩａ）、一般式（ＩＩＩｂ）及び一般式（ＩＩＩｃ）においてＲ^５は、炭素数１〜１５の直鎖状アルキル基又は炭素数２〜１５のアルケニル基を表すことが好ましく、炭素数１〜１０の直鎖状アルキル基又は炭素数２〜１０のアルケニル基を表すことがより好ましく、炭素数１〜８の直鎖状アルキル基又は炭素数２〜６のアルケニル基を表すことが特に好ましく、アルケニル基では式（ａ）〜（ｅ）の構造を表すことがさらに好ましい。

（構造式は右端で環に連結しているものとする。）

Ｋ^１、Ｋ^２及びＫ^３は、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−（ＣＨ_２）_４−又は単結合を表すことが好ましく、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−Ｃ≡Ｃ−又は単結合を表すことがより好ましく、−ＣＨ_２ＣＨ_２−又は単結合を表すことが特に好ましく、Ｋ^１、Ｋ^２又はＫ^３が複数存在する場合少なくとも一つは単結合であることが好ましい。
ｐ及びｑは、０又は１を表すことが好ましい。
Ｃ^１、Ｃ^２及びＣ^３はそれぞれ独立してトランス−１，４−シクロへキシレン基、１，４−フェニレン基、３−フルオロ−１，４−フェニレン基又は３，５−ジフルオロ−１，４−フェニレン基を表すことが好ましく、トランス−１，４−シクロへキシレン基又は１，４−フェニレン基を表すことがより好ましく、トランス−１，４−シクロへキシレン基を表すことが特に好ましい。
Ｘ^２は、フッ素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表すことが好ましく、フッ素原子を表すことが特に好ましい。

一般式（ＩＩＩａ）、一般式（ＩＩＩｂ）及び一般式（ＩＩＩｃ）の中でも、一般式（ＩＩＩａ）を表すことが好ましく、具体的には以下の一般式（ＩＩＩａ−１）で表される構造が好ましい。

（式中、Ｒ^７は炭素原子数１〜８のアルキル基、炭素原子数１〜８のアルコキシル基又は炭素原子数２〜８のアルケニル基を表し、Ｌ^５及びＬ^６はそれぞれ独立して、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−（ＣＨ_２）_４−又は単結合を表し、Ｉは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を表し、Ｘ^６は水素原子又はフッ素原子を表し、ｎは０又は１を表し、Ｙ^４はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表す。）

さらに具体的には以下の一般式（ＩＩＩａ−２ａ）〜一般式（ＩＩＩａ−４ｓ）で表される構造が好ましい。

（式中、Ｒ^７は炭素原子数１〜８のアルキル基、炭素原子数１〜８のアルコキシル基又は炭素原子数２〜８のアルケニル基を表し、Ｘ^３及びＸ^４はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、Ｙ^４はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表し、Ｘは水素原子又はフッ素原子を表す。）で表される構造が好ましく、以下の一般式

（式中、Ｒ^７は炭素原子数１〜８のアルキル基、炭素原子数１〜８のアルコキシル基又は炭素原子数２〜８のアルケニル基を表し、Ｘ^３及びＸ^４はそれぞれ独立して水素原子又はフッ素原子を表し、Ｙ^４はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表す。）で表される構造を表すことも好ましい。

一般式（ＩＩＩｂ）は具体的な構造として以下の一般式

（式中、Ｒ^７は炭素原子数１〜８のアルキル基、炭素原子数１〜８のアルコキシル基又は炭素原子数２〜８のアルケニル基を表し、Ｙ^４はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表す。）で表される構造が好ましく、
一般式（ＩＩＩｃ）は具体的な構造として以下の一般式

（式中、Ｒ^７は炭素原子数１〜８のアルキル基、炭素原子数１〜８のアルコキシル基又は炭素原子数２〜８のアルケニル基を表し、Ｙ^４はシアノ基、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、フルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基又はトリフルオロメトキシ基を表す。）で表される構造が好ましい。

又、液晶組成物において、Δεの絶対値の小さい一般式（ＩＩ）

（式中、Ｒ^３及びＲ^４はそれぞれ独立的に、炭素原子数１から１５のアルキル基、炭素原子数２から１５のアルケニル基又は水素原子を表し、該アルキル基又はアルケニル基は非置換であるか又は置換基として１個又は２個以上のフッ素原子、塩素原子、メチル基又はトリフルオロメチル基を有することができ、該アルキル基又はアルケニル基中に存在する１個又は２個以上のメチレン基は、−ＣＯ−で置換されていても良く、酸素原子が相互に直接結合しないものとして、−Ｓ−、−Ｏ−、−ＯＣＯＯ−、−ＯＣＯ−又は−ＣＯＯ−で置換されていても良く、
Ｂ^１、Ｂ^２及びＢ^３はそれぞれ独立的に
（Ｂ−ａ） トランス−１，４−シクロへキシレン基（この基中に存在する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−Ｏ−又は−Ｓ−に置き換えられてもよい）、
（Ｂ−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＝は窒素原子に置き換えられてもよい）、及び
（Ｂ−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、ピペリジン−１，４−ジイル基、ナフタレン−２，６−ジイル基、デカヒドロナフタレン−２，６−ジイル基及び１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイル基
からなる群より選ばれる基を表し、上記の基（Ｂ−ａ）、基（Ｂ−ｂ）又は基（Ｂ−ｃ）はそれぞれシアノ基、フッ素原子又は塩素原子で置換されていても良く、
ｏは０、１又は２を表し、
Ｌ^１及びＬ^２はそれぞれ独立的に単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−（ＣＨ_２）_４−、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−又は−Ｃ≡Ｃ−を表し、Ｌ^２及びＢ^３が複数存在する場合は、それらは同一でも良く異なっていても良い。）で表される化合物を含有することが好ましい。

一般式（ＩＩ）においてＲ^３及びＲ^４は、未置換の直鎖状炭素数１〜１５のアルキル基又は炭素数２〜１５のアルケニル基を表すことが好ましく、未置換の直鎖状炭素数１〜１０のアルキル基又は炭素数２〜１０のアルケニル基を表すことがより好ましく、未置換の直鎖状炭素数１〜８のアルキル基又は炭素数２〜６のアルケニル基を表すことが特に好ましく、アルケニル基では上記の式（ａ）〜（ｅ）で表される構造がさらに好ましい。また、Ｒ^３及びＲ^４は同一でも異なっていても良いが、同一分子中のＲ^３及びＲ^４は異なっていることがより好ましい。
Ｌ^１及びＬ^２は、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−（ＣＨ_２）_４−又は単結合を表すことが好ましく、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−又は単結合を表すことがより好ましく、−ＣＨ_２ＣＨ_２−又は単結合を表すことが特に好ましく、Ｌ^１及びＬ^２が複数存在する場合少なくとも一つは単結合を表すことが好ましい。
ｏは、０又は１を表すことが好ましい。
Ｂ^１、Ｂ^２及びＢ^３はそれぞれ独立してトランス−１，４−シクロへキシレン基、１，４−フェニレン基、２−フルオロ−１，４−フェニレン基、３−フルオロ−１，４−フェニレン基又は３，５−ジフルオロ−１，４−フェニレン基を表すことが好ましく、トランス−１，４−シクロへキシレン基又は１，４−フェニレン基を表すことより好ましく、Ｂ^１、Ｂ^２及びＢ^３の内少なくとも一つはトランス−１，４−シクロへキシレン基を表すことが好ましい。

一般式（ＩＩ）は具体的な構造として以下の一般式（ＩＩａ）から一般式（ＩＩｇ）で表される構造が好ましい。

（式中、Ｒ^３及びＲ^４は炭素原子数１〜８のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２〜８のアルケニル基、炭素原子数３〜８のアルケニルオキシ基を表し、
Ｂ^１、Ｂ^２、Ｂ^３及びＢ^４はそれぞれ独立して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を表し、該１，４−フェニレン基はそれぞれ独立してフッ素原子により置換されていてもよく、
Ｌ^１及びＬ^２は一般式（ＩＩ）におけるのと同じ意味（ただし、単結合である場合を除く。）を表す。）

一般式（ＩＩａ）及び一般式（ＩＩｄ）はさらに具体的な構造として以下の一般式（ＩＩａ−１）〜一般式（ＩＩｄ−３）で表される構造が好ましい。

（式中、Ｒ^６及びＲ^８はそれぞれ独立して炭素原子数１〜８のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２〜８のアルケニル基、炭素原子数３〜８のアルケニルオキシ基を表す。）

一般式（ＩＩｂ）はさらに具体的な構造として以下の一般式（ＩＩｂ−１）〜一般式（ＩＩｂ−６）で表される構造が好ましい。

（式中、Ｒ^６及びＲ^８はそれぞれ独立して炭素原子数１〜８のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２〜８のアルケニル基、炭素原子数３〜１６のアルケニルオキシ基を表す。）

一般式（ＩＩｅ）はさらに具体的な構造として以下の一般式（ＩＩｅ−１）〜一般式（ＩＩｅ−３）で表される構造が好ましい。

（式中、Ｒ^６及びＲ^８はそれぞれ独立して炭素原子数１〜８のアルキル基又はアルコキシル基、炭素原子数２〜８のアルケニル基、炭素原子数３〜１６のアルケニルオキシ基を表す。）

一般式（ＩＩ）から選ばれる化合物を含有する場合、１種〜６種含有することが好ましく、１種〜４種含有することが特に好ましい。
一般式（ＩＩ）で表される化合物の含有率は１０〜８０質量％の範囲であることが好ましく、１０〜６０質量％の範囲であることがより好ましい。
Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^６及びＲ^８がアルケニル基を表す場合、以下に示す構造が好ましい。

（式中、環構造とは右端で連結するものとする。）
この中でも、ビニル基及び３−ブテニル基がより好ましく、ビニル基が特に好ましい。

液晶材料は、１種又は２種以上の液晶化合物を含有することができ、さらに、液晶性又は非液晶性の重合性化合物を含有する液晶材料であってもよい。
液晶性又は非液晶性の重合性化合物の一分子中にひとつあるいは二つ以上の重合性官能基を有することが好ましい。重合性官能基として具体的には、一般式（ＩＩＩ−１）〜（ＩＩＩ−１７）

（式中、破線は分子の重合性官能基以外の部位との結合を表わし、Ｒは独立して水素又は炭素原子数１から５のアルキル基を表す。）
からなる群より選ばれる何れかの官能基であることが好ましい。

前記重合性官能基を有する液晶材料を含む組成物を用いる場合には、その組成物中に重合開始剤を少なくとも１種類以上含有することが好ましい。重合開始剤は、本発明の重合性液晶組成物を効率よく重合させるために有用な化合物である。重合開始剤としては、光重合開始剤が好ましく、具体的には以下の物が好ましい。
ＢＡＳＦ社のイルガキュア６５１、イルガキュア１８４、イルガキュア９０７、イルガキュア１２７、イルガキュア３６９、イルガキュア３７９、イルガキュア８１９、イルガキュアＯＸＥ０１、イルガキュアＯＸＥ０２、ルシリンＴＰＯ、ダロキュア１１７３。ＬＡＭＢＳＯＮ社のエサキュア１００１Ｍ、エサキュアＫＩＰ１５０、スピードキュアＢＥＭ、スピードキュアＢＭＳ、スピードキュアＰＢＺ、ベンゾフェノン。
これらの重合開始剤は、１種類でも良いが、２種類以上用いても良く、増感剤等を添加しても良い。

また、前記液晶材料を気体界面でも基板に略平行に配列させる場合には、界面活性剤、低分子化合物、高分子化合物を前記組成物中に含むことが好ましい。これらは空気界面での液晶化合物のチルト角を減じる効果を付与するために効率的な化合物であり、含有することができる界面活性剤としては、アルキルカルボン酸塩、アルキルリン酸塩、アルキルスルホン酸塩、フルオロアルキルカルボン酸塩、フルオロアルキルリン酸塩、フルオロアルキルスルホン酸塩、ポリオキシエチレン誘導体、フルオロアルキルエチレンオキシド誘導体、ポリエチレングリコール誘導体、アルキルアンモニウム塩、フルオロアルキルアンモニウム塩類、シリコーン誘導体等をあげることができ、特に含フッ素界面活性剤、シリコーン誘導体が好ましい。更に具体的には「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−１１０」、「ＭＥＧＡＦＡＣＦ−１１３」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−１２０」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−８１２」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−１４２Ｄ」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−１４４Ｄ」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−１５０」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−１７１」、「ＭＥＧＡＦＡＣＦ−１７３」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−１７７」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−１８３」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−１９５」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−８２４」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−８３３」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−１１４」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４１０」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４９３」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４９４」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４４３」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４４４」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４４５」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４４６」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４７０」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４７１」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４７４」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４７５」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４７７」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４７８」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４７９」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４８０ＳＦ」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４８２」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４８３」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４８４」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４８６」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４８７」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４８９」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−１７２Ｄ」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−１７８Ｋ」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−１７８ＲＭ」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｒ−０８」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｒ−３０」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｆ−４７２ＳＦ」、「ＭＥＧＡＦＡＣ ＢＬ−２０」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｒ−６１」、「ＭＥＧＡＦＡＣ Ｒ−９０」、「ＭＥＧＡＦＡＣ ＥＳＭ−１」、「ＭＥＧＡＦＡＣ ＭＣＦ−３５０ＳＦ」（以上、ＤＩＣ株式会社製）、
「フタージェント１００」、「フタージェント１００Ｃ」、「フタージェント１１０」、「フタージェント１５０」、「フタージェント１５０ＣＨ」、「フタージェントＡ」、「フタージェント１００Ａ−Ｋ」、「フタージェント５０１」、「フタージェント３００」、「フタージェント３１０」、「フタージェント３２０」、「フタージェント４００ＳＷ」、「ＦＴＸ−４００Ｐ」、「フタージェント２５１」、「フタージェント２１５Ｍ」、「フタージェント２１２ＭＨ」、「フタージェント２５０」、「フタージェント２２２Ｆ」、「フタージェント２１２Ｄ」、「ＦＴＸ−２１８」、「ＦＴＸ−２０９Ｆ」、「ＦＴＸ−２１３Ｆ」、「ＦＴＸ−２３３Ｆ」、「フタージェント２４５Ｆ」、「ＦＴＸ−２０８Ｇ」、「ＦＴＸ−２４０Ｇ」、「ＦＴＸ−２０６Ｄ」、「ＦＴＸ−２２０Ｄ」、「ＦＴＸ−２３０Ｄ」、「ＦＴＸ−２４０Ｄ」、「ＦＴＸ−２０７Ｓ」、「ＦＴＸ−２１１Ｓ」、「ＦＴＸ−２２０Ｓ」、「ＦＴＸ−２３０Ｓ」、「ＦＴＸ−７５０ＦＭ」、「ＦＴＸ−７３０ＦＭ」、「ＦＴＸ−７３０ＦＬ」、「ＦＴＸ−７１０ＦＳ」、「ＦＴＸ−７１０ＦＭ」、「ＦＴＸ−７１０ＦＬ」、「ＦＴＸ−７５０ＬＬ」、「ＦＴＸ−７３０ＬＳ」、「ＦＴＸ−７３０ＬＭ」、「ＦＴＸ−７３０ＬＬ」、「ＦＴＸ−７１０ＬＬ」（以上、ネオス社製）、
「ＢＹＫ−３００」、「ＢＹＫ−３０２」、「ＢＹＫ−３０６」、「ＢＹＫ−３０７」、「ＢＹＫ−３１０」、「ＢＹＫ−３１５」、「ＢＹＫ−３２０」、「ＢＹＫ−３２２」、「ＢＹＫ−３２３」、「ＢＹＫ−３２５」、「ＢＹＫ−３３０」、「ＢＹＫ−３３１」、「ＢＹＫ−３３３」、「ＢＹＫ−３３７」、「ＢＹＫ−３４０」、「ＢＹＫ−３４４」、「ＢＹＫ−３７０」、「ＢＹＫ−３７５」、「ＢＹＫ−３７７」、「ＢＹＫ−３５０」、「ＢＹＫ−３５２」、「ＢＹＫ−３５４」、「ＢＹＫ−３５５」、「ＢＹＫ−３５６」、「ＢＹＫ−３５８Ｎ」、「ＢＹＫ−３６１Ｎ」、「ＢＹＫ−３５７」、「ＢＹＫ−３９０」、「ＢＹＫ−３９２」、「ＢＹＫ−ＵＶ３５００」、「ＢＹＫ−ＵＶ３５１０」、「ＢＹＫ−ＵＶ３５７０」、「ＢＹＫ−Ｓｉｌｃｌｅａｎ３７００」（以上、ビックケミー・ジャパン社製）、
「ＴＥＧＯ Ｒａｄ２１００」、「ＴＥＧＯ Ｒａｄ２２００Ｎ」、「ＴＥＧＯ Ｒａｄ２２５０」、「ＴＥＧＯ Ｒａｄ２３００」、「ＴＥＧＯ Ｒａｄ２５００」、「ＴＥＧＯ Ｒａｄ２６００」、「ＴＥＧＯ Ｒａｄ２７００」（以上、テゴ社製）等の例をあげることができる。

液晶材料が重合性化合物を含有する場合、外場で液晶を所望の方向に配向させた後、重合性化合物を光や熱などで重合させることにより、外場で生じた配向を高度に安定化することができる。一枚の基板上に液晶材料を層形成する場合には、配向後、その配向を保った状態で重合を行うことにより液晶分子を固定化した材料を作製することも好ましく用いられる。液晶材料の屈折率を調整したり、液晶分子の配向状態を調整することによって、Ａプレート、Ｃプレート、Ｏプレート等の光学材料（光学フィルム、光学材料層など）が作製でき、また、液晶材料へのキラル部位あるいはキラル分子の導入により液晶分子をらせん構造に配列することによって、コレステリックフィルム、コレステリック材料層などが作製でき、選択反射を有する光学材料が得られ輝度向上フィルム等が作製できる。

液晶材料は、アキラルの液晶化合物でも、キラルの液晶化合物でもよい。キラルな液晶相（キラルネマチック相、キラルスメクチックＡ相、キラルスメクチックＣ相など）を得るため、キラルの液晶化合物を用いることもでき、また、アキラルの液晶化合物に非液晶性のキラル化合物を添加することもできる。
液晶組成物中に、必要に応じて顔料、染料、酸化防止剤、紫外線吸収剤、非反応性のオリゴマーや無機充填剤、有機充填剤、重合禁止剤、消泡剤、レベリング剤、可塑剤、シランカップリング剤等を適宜添加しても良い。

液晶材料に接触する高分子材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリシクロオレフィン樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリアミド樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、熱可塑性エラストマー、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性ポリエステル樹脂、熱硬化性アクリル樹脂などが挙げられる。光硬化性樹脂としては、光硬化性アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステルアクリレート樹脂などが挙げられる。（熱又は光）硬化性樹脂を用いる場合、外場を印加する際は未硬化の液状樹脂であり、所望の配向状態が得られた後に該樹脂を硬化させることもできる。熱可塑性樹脂の場合、Ｔｇ以上の液体状態と、Ｔｇ未満の固体状態とを可逆的に繰り返すことができるので、好ましい。

例えばアクリル樹脂の場合、アクリレートを主成分とする狭義のアクリル樹脂でも、メタクリレートを主成分とするメタクリル樹脂でもよく、アクリル酸又はメタクリル酸のエステル類（アクリレート又はメタクリレート。以下、両者を総称して「（メタ）アクリレート」という。）の１種からなる単独重合体、２種以上の（メタ）アクリレートからなる共重合体、１種以上の（メタ）アクリレートと１種以上の他のコモノマーからなる共重合体が挙げられる。（メタ）アクリレートとしては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、エチルヘキシル（メタ）アクリレート等が挙げられ、他のコモノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、エチレン、スチレン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、酢酸ビニル、アクリロニトリル等が挙げられる。Ｔｇが低く、柔軟（soft）なものが好ましい。
高分子材料（バルクの状態）のガラス転移温度（Ｔｇ）は、一般に、ＤＳＣ（示差走査熱量分析）法により、測定可能である（例えば、ＪＩＳ Ｋ ７１２２参照）。ＤＳＣ法における昇温速度は、特に限定されるものではないが、例えば１０℃／分を挙げることができる。高分子材料のガラス転移温度（Ｔｇ）は、例えば−１００℃〜＋１５０℃の範囲内が好ましい。

高分子材料１２を所定の温度Ｔ_Ｈ以上に（好ましくはＴｇ以上に加熱して液体状態に）したとき、ガラス基板１６と高分子材料１２、また高分子材料１２と液晶材料１３のそれぞれの界面が、界面張力により液滴状に変化せず、十分ぬれた平面状態を保つため、使用する高分子膜は、ガラス基板１６と液晶材料１３のそれぞれに対して十分な親和性を持つことが望ましい。なお、高分子材料の界面が液体状態となっていれば、目的を果たすことができるので、界面にバルクとは異なるＴｇが存在する場合には、バルクのＴｇを界面のＴｇと読み替えることができる。
本発明に用いることのできる高分子材料について、好ましい条件としては、
１．ガラス転移温度がネマチック液晶の等方相―ネマチック相転移温度より低いこと。
２．基板に対するぬれ性が良く、液体状態でもぬれて平面が形成されること。
３．液晶分子に対するぬれ性が良く、水平配向が実現できること。
が挙げられる。

本発明の高分子液晶複合材料を用いて液晶表示素子を作製する場合には、基板として透明性を有する基板を用いる。偏光板、駆動電極、位相差板、カラーフィルターなどを必要に応じて上記高分子液晶複合材料と組み合わせることで、表示セルを作製することができる。基板間隔を制御するため、基板間にスペーサを設けることが好ましい。
本発明は、液晶材料の所定の配向状態を付与することにより、その光学的異方性を制御することができるため、光学フィルター、液晶リターダー、偏光子、光変調器等の光学素子の作製技術として応用することも可能である。

また、本発明によれば、外場を印加して液晶を所望の方向に配向させた後、該配向を固定することができるので、液晶材料が二以上の領域を有し、領域ごとに異なる配向方向を有する高分子液晶複合材料を容易に製造することができる。つまり、領域ごとに外場を部分的に加えることにより、二以上の配向方向を有する液晶材料が得られる。一の領域において液晶を配向させる工程は、その前工程として、該領域の高分子材料をＴ_Ｈ（好ましくはＴｇ以上）に加熱して液体（又は過冷却液体）状態の高分子材料が液晶材料に接触することにより、液晶分子が外場によって自由に回転可能なアンカリングフリー状態にする工程を備え、後工程として、該領域の高分子材料をＴ_Ｌ（Ｔｇ未満）に冷却して固体（ガラス）状態の高分子材料が液晶材料に接触して、液晶分子の配向が固定された状態にする工程を備えることができる。

例えば、硬質の高分子台紙に上記の低ガラス転移温度（低Ｔｇ）の高分子膜を形成したシートの間に液晶を挟んだ複合シートを作れば、プリントペーパーにも応用できる。具体的には、強い偏光レーザーで、シート上の低Ｔｇ高分子膜の微小領域だけを融解させながら局所的に液晶の配向を回転させ、照射終了後に冷却（例えば空冷や放熱）されることで、液晶の配向が固定され、偏光レーザーを照射した箇所を未照射箇所とは異なる光学的性質を付与することができる。さらに、レーザープリンタ等のレーザースキャナーで走査しながらレーザーを照射することにより、文字や絵を書く（印字、印画する）ことができる。未照射箇所は透明で照射箇所が不透明化する方式と、未照射箇所は不透明で照射箇所が透明化する方式の、いずれも実現可能である。偏光レーザーの偏光面を電気光学（ＥＯ）材料などで変調しながらレーザーを照射することにより、液晶の配向方向をコントラスト（配向回転角）に連続的又は段階的な差異をつけることもできる。

また、一枚の基板上に液晶材料を層形成する場合には、液晶材料が二以上の領域を有し、領域ごとに異なる配向方向を有する高分子液晶複合材料を作製した後、前述したように、その配向を保った状態で重合を行うことにより液晶分子を固定化した材料を作製することによって、領域によってリタデーション等の光学的性質が異なる光学素子、例えば光学的性質をパターン化したリタデーションフィルム、あるいはリタデーション材料層を作製することができる。

高分子材料１２の膜又は層は、各基板上で単層を有するものに限られず、多層構造を有していてもよい。例えば、固体基板１６に近い（すなわち、液晶材料１３から遠い）部分は、分子量がより高く、ガラス転移温度がより高い層とし、基板表面近くの液晶材料１３に近い部分は、分子量がより低く、ガラス転移温度もより低い層とするように、ハイブリッドな膜を設計することも可能である。特にプリントペーパーに応用するためには、高分子材料１２のガラス転移温度が該高分子膜の厚み方向に分布しているような材料の設計は重要である。

液晶材料を二枚の基板に挟持する場合、各基板が液晶材料と接するそれぞれの界面は、同一とも、異なるものとすることもできる。二枚の基板の界面に使用する高分子材料が同一であれば、厚さ方向で面対称な構造となるため、特に高分子材料により液晶の水平配向を強制し、面内の配向方向を外場で制御する場合に好ましい。また、二枚の基板の界面に使用する高分子材料の性質に差異を付け、例えば一方の基板にはＴｇが低く溶融しやすい高分子材料を用い、他方の基板にはＴｇがより高い高分子材料を用いて、外場により生じる液晶分子の配向の変化が一方の基板側でより大きくなるようにすることもできる。また、片側から偏光レーザーを照射して高分子材料の溶融と外場による配向制御を行う場合に、レーザーの入射側と出射側で溶融状態の差が小さくなるように、それぞれの基板に用いる高分子材料を変えることもできる。または、二枚の基板の界面で異なるあるいは同一の高分子材料を用いて、二枚の基板の温度が異なるように基板に熱を加えたり熱を除去したり、あるいは基板の外部環境の温度に傾斜をつけることによって、両基板の高分子材料の状態を独立に変化させることもできる。

以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

ガラス転移温度（Ｔｇ）が液体―ネマチック相転移温度よりも低い高分子として、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を選び、ガラス基板にスピンコートした。ＰＭＭＡ膜は平坦なまま、あえてラビングは行わないものとし、２枚のガラス基板を、その片面に形成したＰＭＭＡ膜が互いに対向するように配置し、基板間に液晶材料を注入した。基板間への封入時には、図３の偏光顕微鏡写真に示すように液晶は無配向状態であった。
ＰＭＭＡのＴｇ以上で、十分高温に加熱して、液晶がネマチック相を保ちながら、外場として磁場を印加した。さらに、温度をＰＭＭＡのＴｇ未満に冷却し、ＰＭＭＡをガラス化させた。図４の偏光顕微鏡写真に示すように、液体のＰＭＭＡ膜上では液晶は一様な配向状態を示しており、冷却してＰＭＭＡが固体膜となった後でも液晶は一様な配向状態を維持していた。
なお、本実施例の高分子膜に用いたＰＭＭＡは、ガラス転移温度が１００℃と比較的低く、また、ガラス転移温度が異なる適当な分子量の試薬が購入可能である。

すなわち、外場を印加したまま温度を冷却すると、液晶分子は自らの配向秩序によって一様な水平配向を保ったまま、高分子膜の液体―ガラス転移により固定化され、０を超える、有限のアンカリングエネルギーを持った水平配向状態が実現された。
このような結果が得られた理由としては、ネマチック相状態の液晶分子による自己配向を利用しているので、分子レベルで向きが一様である。このため、ラビング特有の配向方向のずれ（ラビングの精度は機械的なもので分子レベルのものではない。）やラビング傷の混入がなく、結果として光漏れがないためと考えられる。ラビング法と異なり、ごみや塵埃等の混入などがないため、液晶ディスプレイの製造技術において問題となる光漏れがなく、高コントラストの液晶層が得られることが期待できる。高分子膜がＴｇ以上（液体状態）での液晶の配向方向は、外場により、いずれの方向にも制御できる。
方向性を持つ外場を使わない限り、プレチルトの発生を原理的に０にできる。また、液晶分子が基板に対して傾斜した配向をとるような外場を印加することにより、所望の方向にプレチルトを付与することもできる。

また、本実施例で作製したＰＭＭＡ膜を具備する基板の、水平配向のアンカリングエネルギーを測定したところ、同じＰＭＭＡ基板をラビングして得られた基板のアンカリングエネルギーとほぼ同じであることが確認された。言い換えると、本実施例で作成したＰＭＭＡ膜は、外場を印加する際には液体状態であるから、液晶を配向させる力は持っておらず、面内の完全な対称性が保存されている。にもかかわらずネマチック相にある液晶材料は、自らの力（配向秩序）で１つの方向を向いて配向した。つまり、本実施例で作製したＰＭＭＡ膜が液晶分子を配向させる力の起源は、ＰＭＭＡ分子が液晶分子を吸着させる局所的な分子間相互作用であり、その力はラビングによっては変化しないのである。すなわち、液晶分子を吸着・固定する能力（アンカリング力＞０）を持つ高分子膜上で、ひとたび液晶分子を欠陥なく並べることができれば、液晶分子の配向方向は自発的に保持される。従来は固体の配向膜を用いて液晶材料を固定及び配向させていたのに対し、本発明においては、液晶材料をアンカリングフリーあるいは比較的弱いアンカリングの状態で配向させた後に配向状態を固定するという、配向と固定を異なるプロセスで施すことが特徴である。したがって本発明で使用する高分子膜には、ラビング法のような基板面の対称性を破る操作が不要であり、液晶を配向させるための外場は遠隔的に印加することが可能であるから、高精度化、大型化が容易である。

１０，２０…高分子液晶複合材料、１１…基板、１２…高分子材料、１３…液晶材料、１４…液晶分子、１５…溶融高分子、１６…固体基板。

Claims (27)

1. 高分子材料からなる基板又は基板表面に高分子材料を具備した基板に接触させた液晶材料中の液晶分子を、該液晶分子と基板表面とのアンカリングエネルギーより大きい外場により配向させた後、外場を取り去ることにより、液晶材料が液晶相状態の液晶分子の自己配向により均一な配向を有し、該均一な配向状態における該液晶材料と基板表面とのアンカリングエネルギーが０を超えることを特徴とする高分子液晶複合材料。
2. 二枚の高分子材料からなる基板又は基板表面に高分子材料を具備した二枚の基板に該液晶材料を挟持した請求項１記載の高分子液晶複合材料。
3. 一枚の高分子材料からなる基板又は基板表面に高分子材料を具備した一枚の基板上に該液晶材料を層形成した請求項１記載の高分子液晶複合材料。
4. 該二枚の基板の該液晶材料と接するそれぞれの界面が同一である請求項２記載の高分子液晶複合材料。
5. 液晶相がネマチック相である請求項１〜４のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料。
6. 外場を取り去った後の該液晶分子の配向が、該取り去った外場により生じた配向と同一である請求項１〜５のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料。
7. 高分子材料からなる基板又は基板表面に具備した高分子材料のガラス転移温度が、液晶材料の等方性液体−ネマチック相転移温度より低い請求項１〜６のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料。
8. 外場が磁場、電場、光又は流動による請求項１〜７のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料。
9. 該液晶材料と接する前記基板表面の対称性が破られていない請求項１〜８のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料。
10. 該液晶材料中の液晶分子がお互いに略平行で配向している請求項１〜９のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料。
11. 該液晶材料が二以上の配向方向を有する請求項１〜１０のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料。
12. 該液晶材料の誘電率異方性が正である請求項１〜１１のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料。
13. 該液晶材料の誘電率異方性が負である請求項１〜１１のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料。
14. 該液晶材料中に重合性液晶化合物を含有する請求項１〜１３のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料。
15. 高分子材料からなる基板又は基板表面に高分子材料を具備した基板に接触させた液晶材料中の液晶分子を、該液晶分子と基板表面とのアンカリングエネルギーより大きい外場により配向させた後、外場を取り去ることにより、液晶材料が液晶相状態の液晶分子の自己配向により液晶分子を均一に配向させ、該均一な配向状態における該液晶材料と基板表面とのアンカリングエネルギーが０を超えることを特徴とする高分子液晶複合材料の製造方法。
16. 二枚の高分子材料からなる基板又は基板表面に高分子材料を具備した二枚の基板に該液晶材料を挟持する請求項１５記載の高分子液晶複合材料の製造方法。
17. 該二枚の基板の該液晶材料と接するそれぞれの界面が同一である請求項１６記載の高分子液晶複合材料の製造方法。
18. 液晶相がネマチック相である請求項１５〜１７のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料の製造方法。
19. 外場を取り去った後の該液晶分子の配向が、該取り去った外場により生じた配向と同一である請求項１５〜１８のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料の製造方法。
20. 高分子材料からなる基板又は基板表面に具備した高分子材料のガラス転移温度が、液晶材料の等方性液体−ネマチック相転移温度より低い請求項１５〜１９のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料の製造方法。
21. 高分子材料からなる基板又は基板表面に具備した高分子材料のガラス転移温度以上の温度で、該液晶分子と基板表面とのアンカリングエネルギーより大きい外場により一様に配向させた後、ガラス転移温度未満に冷却する請求項２０記載の高分子液晶複合材料の製造方法。
22. 外場が磁場、電場、光又は流動による請求項１５〜２１のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料の製造方法。
23. 外場を部分的に加えることにより、該液晶材料が二以上の配向方向を有する請求項１５〜２２のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料の製造方法。
24. 該液晶材料の誘電率異方性が正である請求項１５〜２３のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料の製造方法。
25. 該液晶材料の誘電率異方性が負である請求項１５〜２３のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料の製造方法。
26. 該液晶材料中に重合性液晶化合物を含有する請求項１５〜２５のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料の製造方法。
27. 請求項１〜１４のいずれか１項記載の高分子液晶複合材料を用いた液晶素子。