JP4741459B2 - コレステリック液晶組成物及び光ディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は概して、コレステリック液晶フィルム、および反射偏光子などの光学体を形成するためのコレステリック液晶組成物に関し、特に、コレステリック液晶組成物中に含有させるための添加剤に関する。

偏光子および鏡などの光デバイスは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの様々な適用において有用である。液晶ディスプレイは概して２つのカテゴリー、すなわち、ディスプレイパネルの後ろから光が送られる、バックライト付き（例えば、透過）ディスプレイ、およびディスプレイの前面から光が送られる（例えば、周辺光）、フロントライト付き（例えば、反射）ディスプレイに分類される。これらの２つのディスプレイモードを組合わせて、例えば、薄暗い光条件下でバックライトを利用できるか、または明るい周辺光下で読むことができる半透過ディスプレイを形成することができる。

従来のバックライト付きＬＣＤは典型的に吸収偏光子を使用し、１０％未満の光透過率を有することができる。従来の反射ＬＣＤもまた、吸収偏光子をベースとしており、典型的に２５％未満の反射能を有する。これらのディスプレイの低い透過率または反射率がディスプレイの明度を低減し、高い電力消費を必要とする場合がある。

反射偏光子が、これらのディスプレイならびに他の適用において使用するために開発されている。反射偏光子は優先的に１つの偏光を有する光を反射し、反対または直交した偏光の光を透過する。反射された光は、再循環されることができ、偏光に変換された光のより高いパーセンテージ、従って光のより高い透過率を有することを可能にする。反射偏光子は、光の比較的大きな量を吸収せずに光を透過および反射することが好ましい。好ましくは、反射偏光子は、波長の所望の範囲にわたって透過偏光の１０％以下の吸収を有する。大部分のＬＣＤは波長の広い範囲にわたって作動し、結果として、反射偏光子は典型的に、広い波長範囲にわたって同様に作動しなければならない。

本発明は、かかる適用において使用するための組成物、および光学体の製造方法を提供する。

本発明の１つの実施形態は、少なくとも１つのコレステリック液晶前駆物質と、式Ｉ：

の少なくとも１つの非液晶添加剤とを含有するコレステリック液晶組成物を提供し、上式中、
Ｍ、Ｎ、およびＱが各々独立に、

であり、
ｂおよびｃが各々独立に０または１であり、
Ｗ、Ｘ、およびＶが各々、無方向的および独立に、共有結合−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｓ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｓｅ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｔｅ−、−（ＣＨ₂）_k−（ｋは１〜８である）、−（ＣＨ＝ＣＨ）−、−（Ｃ≡Ｃ）−、−ＣＨ＝Ｎ−、−ＣＨ₂−Ｏ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｏ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、またはそれらの組合せであり、
Ｙ、Ｚ、およびＵが各々独立に−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−Ｏ（ＣＨ₂）_jＣＨ₃（ｊは０〜８である）、−ＣＨ₃、−ＣＦ₃、−ＯＣＦ₃、−ＣＮ、−ＮＯ₂、アリール、アリールアルコキシ、カルボン酸、チオエーテル、またはアミドであり、
ｅ、ｆ、およびｇが各々独立に０、１、２、３、または４であり、
ｈが１、２、または３であり、
Ｒが−Ｈ、−ＯＨ、−ＣＮ、Ｃ₁−Ｃ₈アルキル、Ｃ₁−Ｃ₈アルコキシ、アリール基、アリールアルコキシ基、カルボン酸基、ハロゲン、チオエーテル、またはアミドである。

本発明の別の実施形態は、本発明のコレステリック液晶組成物から形成されたコレステリック液晶フィルムを提供する。本発明のコレステリック液晶組成物から形成されたコレステリック液晶を含有する反射偏光子を備える光学体もまた、提供される。

本発明の上記の概要は、本発明の各々開示された実施形態または全ての実施について記載することを意図しない。以下の図および詳細な説明は、これらの実施形態をより詳しく例示する。

本発明は、添付した図面と併せて本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明を考察してより完全に理解され得る。

本発明は様々な改良および別の形態が可能であるが、その詳細は図面において例示され、詳細に記載される。しかしながら、本発明は、本発明を本明細書に記載された特定の実施形態に限定するものではないことは、理解されるはずである。一方、本発明は、本発明の精神および範囲内にある全ての改良、等価物、および代替物におよぶものとする。

概して、本発明によるコレステリック液晶組成物は、少なくとも１つのコレステリック液晶材料および少なくとも１つの非液晶添加剤を含有する。コレステリック液晶組成物はまた、少なくとも１つの溶剤を含有することができ、開始剤、停止剤、硬化剤、架橋剤、抗オゾン剤、酸化防止剤、可塑剤、安定剤、および紫外線、赤外線、または可視光線吸収染料および顔料として機能する化合物を含有してもよい。本発明のコレステリック液晶組成物を用いて、コレステリック液晶層を形成することができる。

コレステリック液晶材料は概してキラル分子または部分、もしくはキラルおよびアキラル分子の混合物を含有し、モノマー、ポリマーまたはオリゴマーであってもよい。コレステリック液晶材料は、１つ以上のコレステリック液晶化合物（コレステリック液晶ポリマーなど）、１つ以上のコレステリック液晶前駆物質（コレステリック液晶化合物を形成するために使用することができる）、またはそれらの組合せを含有することができる。コレステリック液晶化合物は概して、事実上キラルである少なくとも１つの分子単位（すなわち、対称面を有さない）および事実上メソゲンである少なくとも１つの分子単位（すなわち、液晶相を示す）を含有する。コレステリック液晶化合物はまた、キラルネマティック液晶化合物と称される。コレステリック液晶化合物は、分子および光学配向ベクトル（ｄｉｒｅｃｔｏｒ）（すなわち、液晶の平均局在分子配列の方向の単位ベクトル）が配向ベクトルに垂直な次元（螺旋軸）に沿って螺旋形に回転するコレステリック液晶相を形成することができる。

コレステリック液晶層のピッチは、配向ベクトルまたはメソゲンが３６０°回転するための（配向ベクトルに垂直な方向の）距離である。この距離は概して２５０〜６００ｎｍ以上である。様々な比率において少なくとも１つのキラル化合物（例えば、コレステリック液晶化合物）と別の典型的なネマティック液晶化合物とを混合あるいは他の仕方で組合わせることによって（例えば、共重合によって）、コレステリック液晶層のピッチを一般に変えることができる。このような場合、ピッチは、コレステリック液晶組成物中のキラル化合物のモル濃度または重量の相対的な比に依存する。ピッチは概して、目的の光の波長のオーダーにあるように選択される。配向ベクトルの螺旋ねじれは、誘電テンソルの空間的に周期的な変化をもたらし、次いで、光の波長選択的な反射を生じる。例えば、光の可視線、紫外線、または赤外線の波長またはそれらの組合せにおいて選択的な反射が生じるようにピッチを選択することができる。

コレステリック液晶ポリマーなどのコレステリック液晶化合物および前駆物質は概して公知であり、当業者に公知のいずれのコレステリック液晶化合物または前駆物質をも本発明の組成物中で用いることができる。適したコレステリック液晶化合物および前駆物質の例は、米国特許第４，２９３，４３５号明細書、米国特許第５，３３２，５２２号明細書、米国特許第５，８８６，２４２号明細書、米国特許第５，８４７，０６８号明細書、米国特許第５，７８０，６２９号明細書、および米国特許第５，７４４，０５７号明細書に記載されている。しかしながら、そこに記載されていない他のコレステリック液晶化合物および前駆物質もまた、本発明の組成物において利用されてもよい。

概して、コレステリック液晶化合物または前駆物質は、少なくとも一部は、それが最終的に用いられる特定の適用または光学体に基づいて選択される。コレステリック液晶化合物または前駆物質の選択において考慮され得る特性の例には、屈折率、ピッチ、加工性、透明度、色、目的の波長領域の低い吸収、他の成分（例えば、ネマティック液晶化合物）との相溶性、製造の容易さ、コレステリック液晶ポリマーを形成するためのコレステリック液晶化合物、前駆物質、またはモノマーの利用可能性、レオロジー、硬化の方法および要求条件、溶剤の除去の容易さ、物理的および化学的性質（例えば、可撓性、引張強さ、耐溶剤性、耐引っ掻き性、および相転移温度）、および精製の容易さなどがあるがそれらに限定されない。

コレステリック液晶ポリマーであるコレステリック液晶化合物は典型的に、メソゲン基を含有するキラル分子またはキラルおよびアキラル分子の混合物（モノマーを含める）を用いて形成される。メソゲン基は概して、硬質棒状または円板状分子または液晶の成分である分子の一部である。メソゲン基の例には、パラ置換ベンゼン環などのパラ置換環状基などがあるがそれらに限定されない。これらのメソゲン基は場合により、スペーサーを介してポリマー主鎖に結合している。スペーサーは、例えば、ベンゼン、ピリジン、ピリミジン、アルキン、エステル、アルキレン、アルカン、エーテル、チオエーテル、チオエステル、およびアミド官能価を有する官能基を含有することができる。

適したコレステリック液晶ポリマーには、場合により硬質または軟質コモノマーによって分離されたメソゲン基を含有する、キラルまたはアキラルポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリシロキサン、またはポリエステルイミド主鎖を有するポリマーなどがあるがそれらに限定されない。他の適したコレステリック液晶ポリマーの例は、キラルおよびアキラルメソゲン側鎖基を有するポリマー主鎖（例えば、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリシロキサン、ポリオレフィン、またはポリマロネート主鎖）を有する。側鎖基は場合により、アルキレンまたはアルキレンオキシドスペーサーなどのスペーサーによって主鎖から隔てられて可撓性をもたらすことができる。

本発明の１つの実施形態において、本発明による適したコレステリック液晶前駆物質は、式ＩＩ：

の化合物を含有し、上式中、ａが１、２、または３であり、
Ｍ、Ｎ、およびＱが各々独立に、

であり、
Ｗ、Ｘ、およびＶが各々、無方向的および独立に、共有結合−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｓ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｓｅ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｔｅ−、−（ＣＨ₂）_k−（ｋは１〜８である）、−（ＣＨ＝ＣＨ）−、−（Ｃ≡Ｃ）−、−ＣＨ＝Ｎ−、−ＣＨ₂−Ｏ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｏ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、またはそれらの組合せであり、
Ｙ、Ｚ、およびＵが各々独立に−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−Ｏ（ＣＨ₂）_jＣＨ₃（ｊは０〜８である）、−ＣＨ₃、−ＣＦ₃、−ＯＣＦ₃、−ＣＮ、−ＮＯ₂、アリール、アリールアルコキシ、カルボン酸、チオエーテル、またはアミドであり、
ｅ、ｆ、およびｇが各々独立に０、１、２、３、または４であり、
ｈが１、２、または３であり、
Ｐがアクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、イソシアネート、エポキシ、またはシランである。

いくつかの実施形態において、Ｐがアクリレートまたはメタクリレートである。

本発明のコレステリック液晶組成物においてコレステリック液晶前駆物質として利用されてもよい式ＩＩの化合物の例には、シアノビフェニルベンゾエートエチルアクリレートなどがあるがそれらに限定されない。

本発明のコレステリック液晶組成物はまた、式Ｉ：

の少なくとも１つの非液晶添加剤（すなわち、液晶ではない添加剤）を含み、
上式中、Ｍ、Ｎ、およびＱが各々独立に、

であり、
ｂおよびｃが各々独立に０または１であり、
Ｗ、Ｘ、およびＶが各々、無方向的および独立に、共有結合−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｓ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｓｅ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｔｅ−、−（ＣＨ₂）_k−（ｋは１〜８である）、−（ＣＨ＝ＣＨ）−、−（Ｃ≡Ｃ）−、−ＣＨ＝Ｎ−、−ＣＨ₂−Ｏ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｏ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、またはそれらの組合せであり、
Ｙ、Ｚ、およびＵが各々独立に−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−Ｏ（ＣＨ₂）_jＣＨ₃（ｊは０〜８である）、−ＣＨ₃、−ＣＦ₃、−ＯＣＦ₃、−ＣＮ、−ＮＯ₂、アリール、アリールアルコキシ、カルボン酸、チオエーテル、またはアミドであり、
ｅ、ｆ、およびｇが各々独立に０、１、２、３、または４であり、
ｈが１、２、または３であり、
Ｒが−Ｈ、−ＯＨ、−ＣＮ、Ｃ₁−Ｃ₈アルキル、Ｃ₁−Ｃ₈アルコキシ、アリール基、アリールアルコキシ基、カルボン酸基、ハロゲン、チオエーテル、またはアミドである。

ここで用いるとき、非液晶性である化合物は、溶融時にネマティックまたはコレステリック液晶相ではなく等方性相を形成する化合物である。

本発明のコレステリック液晶組成物において非液晶添加剤として利用されてもよい式Ｉの化合物の例には、４’−ヒドロキシ−１，１’−ビフェニル−４−カルボニトリル、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−メトキシベンゾエート、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−エトキシベンゾエート、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−プロポキシベンゾエート、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−ブトキシベンゾエート、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−エチレンオキシド、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−メチルエステルベンゾエート、および４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−ヘプチルオキシベンゾエートなどがあるがそれらに限定されない。

式ＩＩのコレステリック液晶前駆物質または式Ｉの非液晶添加剤のいずれかにおいて（または前記前駆物質および添加剤の両方において）独立に、Ｍ、Ｎ、またはＱの１つ以上として独立に使用するための特に適した部分の１つのサブセットは、以下の通りである。

式ＩＩのコレステリック液晶前駆物質または式Ｉの非液晶添加剤のいずれかにおいて（または前記前駆物質および添加剤の両方において）Ｍ、Ｎ、およびＱの１つ以上として独立に使用するための特に適した部分の別のサブセットは、以下の通りである。

いくつかの実施形態において、ＮおよびＱが、異なった部分であるように選択される。いくつかの実施形態において、Ｍ、Ｎ、およびＱが全てフェニレンである。いくつかの実施形態において、ｂが好ましくは０である。

式ＩＩのコレステリック液晶前駆物質または式Ｉの非液晶添加剤のいずれかにおいて（または前記前駆物質および添加剤の両方において）Ｗ、Ｘ、およびＶの１つ以上として独立に使用するための特に適した部分のサブセットは、共有結合−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｓ−、−（ＣＨ₂）_k−（ｋは１〜８である）、−（ＣＨ＝ＣＨ）−、−（Ｃ≡Ｃ）−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｏ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、またはそれらの組合せである。式ＩＩのコレステリック液晶前駆物質または式Ｉの非液晶添加剤のいずれかにおいて（または前記前駆物質および添加剤の両方において）Ｗ、Ｘ、およびＶの１つ以上として独立に使用するための特に適した部分の別のサブセットは、共有結合−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−（ＣＨ₂）_k−（ｋは１〜８である）、−（Ｃ≡Ｃ）−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｃ（＝Ｏ）−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、またはそれらの組合せである。式ＩＩのコレステリック液晶前駆物質または式Ｉの非液晶添加剤のいずれかにおいて（または前記前駆物質および添加剤の両方において）Ｖとして使用するために特に適した部分のさらに別のサブセットは、共有結合−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｏ−、またはそれらの組合せである。

式ＩＩのコレステリック液晶前駆物質または式Ｉの非液晶添加剤のいずれかにおいて（または前記前駆物質および添加剤の両方において）Ｙ、Ｚ、およびＵの１つ以上として独立に使用するための特に適した部分のサブセットは、−Ｈ、−Ｃｌ、−Ｆ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＨ、−Ｏ（ＣＨ₂）_jＣＨ₃（ｊは０〜８である）、−ＣＨ₃、−ＣＦ₃、−ＯＣＦ₃、−ＣＮ、または−ＮＯ₂である。式ＩＩのコレステリック液晶前駆物質または式Ｉの非液晶添加剤のいずれかにおいて（または前記前駆物質および添加剤の両方において）Ｙ、Ｚ、およびＵの１つ以上として独立に使用するための特に適した部分の別のサブセットは、−ＯＨ、−Ｏ（ＣＨ₂）_jＣＨ₃（ｊは０〜８である）、または−ＣＨ₃である。いくつかの実施形態において、Ｙはまた、Ｃ１−Ｃ８アルキルであってもよい。

多くの実施形態において、ｅ、ｆ、およびｇの１つ以上が独立に、０、１、または２である。

Ｒの特に適した部分は、-ＯＨ、−ＣＮ、Ｃ₁−Ｃ₈アルコキシ、およびハロゲン（特に−Ｆ）である。好ましくは、ＲはＺと同じではない。

Ｐの特に適した部分はアクリレート、メタクリレート、およびシランである。

本発明の１つの実施形態には、式ＩＩ：

（上式中、Ｍ、Ｎ、Ｐ、Ｑ、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、ａ、ｅ、ｆ、ｇ、およびｈが、上に規定された通りである）の少なくとも１つのコレステリック液晶前駆物質と、式Ｉ：

（上式中、Ｍ、Ｎ、Ｑ、Ｒ、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、ｂ、ｃ、ｅ、ｆ、ｇ、およびｈが上に規定された通りである）の少なくとも１つの非液晶添加剤と、を含有するコレステリック液晶組成物が挙げられ、式ＩおよびＩＩの両方において少なくともＱが同一である。

別の実施形態において、式ＩおよびＩＩの両方においてＱ、Ｕ、Ｖ、ｇ、およびｈが同じであり、少なくとも式Ｉについてｂおよびｃが０である。さらに別の実施形態において式ＩおよびＩＩの両方において少なくともＱ、Ｕ、Ｖ、Ｘ、Ｎ、Ｚ、ｆ、ｇ、およびｈが同じであり、少なくとも式Ｉについてｂが０およびｃが１である。さらに別の実施形態において、式ＩおよびＩＩの両方において少なくともＱ、Ｕ、Ｖ、Ｘ、Ｎ、Ｚ、Ｗ、Ｍ、Ｙ、ｅ、ｆ、ｇ、およびｈが同じであり、少なくとも式ＩＩについてｂおよびｃが１である。

これらの実施形態の１つにおいて式ＩＩのコレステリック液晶前駆物質および式Ｉの非液晶添加剤として利用され得る化合物の例には、式ＩＩのコレステリック液晶前駆物質としてシアノビフェニルベンゾエートエチルアクリレート、および式Ｉの非液晶添加剤として４’−ヒドロキシ−１，１’−ビフェニル−４−カルボニトリル、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−メトキシベンゾエート、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−エトキシベンゾエート、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−プロポキシベンゾエート、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−ブトキシベンゾエート、および４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−ヘプチルオキシベンゾエートなどがあるがそれらに限定されない。

本発明のコレステリック液晶組成物は、１つより多い式Ｉの非液晶添加剤を含有することができ、又、１つより多い式ＩＩのコレステリック液晶前駆物質を含有することができることは、この明細書を読んだ当業者によって理解されるはずである。

本発明の１つの実施形態において、コレステリック液晶組成物は概して、１つ以上の式Ｉの非液晶添加剤を組成物の全固形分の約１〜３５重量％、有する。別の実施形態において、コレステリック液晶組成物は、１つ以上の式Ｉの非液晶添加剤を組成物の全固形分の約１０〜２０重量％、有する。さらに別の実施形態において、コレステリック液晶組成物は、１つ以上の式Ｉの非液晶添加剤を組成物の全固形分の約１５重量％、有する。

いくつかの実施形態において、非液晶添加剤の、液晶前駆物質に対する重量比は、１：９９〜１：３の範囲である。いくつかの実施形態において、非液晶添加剤の、液晶前駆物質に対する重量比は、１：１０〜１：５の範囲である。

式Ｉの非液晶添加剤を本発明のコレステリック液晶組成物に添加することは、液晶層の形成中にコレステリック液晶前駆物質の配向を促進すると考えられる。式Ｉの非液晶添加剤がこの特性を本発明のコレステリック液晶組成物に付与するので、それらはしばしば、「相溶性」と称される。相溶性を示すものの１つは、添加剤が使用される時に少なくとも１つのコレステリック液晶層がより均一に配向されることである。例えば、相溶性は、添加剤を有するコレステリック液晶組成物の乾燥フィルムの透過率を、非液晶添加剤を含有しない同様な組成物と比較して測定することによって観察されてもよい。別の実施形態において、測定された透過率が、非液晶添加剤を含有しない組成物の透過率より大きい。

次に、コートされたフィルムのスペクトルを測定するために、グラン・トーマス（Ｇｌａｎ−Ｔｈｏｍａｓ）偏光子および１／４波長フィルムを光路に有するラムダ（Ｌａｍｂｄａ）９００スペクトロフォトメータ（カリフォルニア州、サンタクララのパーキンエルマー社（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ，Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，ＣＡ）製）を使用する。１／４波長軸（ｗａｖｅ ａｘｉｓ）は、偏光子軸に対して４５°に維持される。最初に、コートされていないポリエステルフィルムを光路の１／４波長板の後に配置し、形板として使用し、計測器をゼロの目盛に合わせる。次に、試料を光路の１／４波長板の後に配置し、１／４波長板に対向させる。４００ｎｍ〜５００ｎｍのスペクトルを記録する。可視スペクトルの青色部分を含むので、４００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲が使用される。不相溶なコーティングは、光を散乱させる曇りを生じる場合がある。典型的に、スペクトルの青色部分により多くの散乱が生じる。試料の通過％の透過率を得るために、スペクトルが１０ｎｍごとに平均される。

本発明のコレステリック液晶組成物から形成されるコレステリック液晶フィルムの吸光度は、本発明のコレステリック液晶組成物から最終的に得られるコレステリック液晶フィルムの性質のいくつかを示すものである場合がある。吸光度を透過率と同様にして測定することができるが、偏光子が、透過率の測定において用いられた位置から９０度回転された。１つの実施形態において、本発明のコレステリック液晶組成物から形成されたコレステリック液晶フィルムの吸光度は、非液晶添加剤を含有しないコレステリック液晶組成物から形成されたコレステリック液晶フィルムの吸光度より小さい。別の実施形態において、吸光度は、約１５％以下である。別の実施形態において、吸光度は、添加剤を含有しない組成物よりも少なくとも５％小さい。

吸光度試験方法の実施方法の１つの例には、以下の手順がある。相溶性または相溶性でないと確認される添加剤を、適した溶剤中でコレステリック液晶前駆物質と混合する。この混合物のための代表的な組成物は、１７％のコレステリック液晶前駆物質、３％の添加剤、および８０％の溶剤を含有する。配合物およびコレステリック液晶前駆物質を含有する溶液を、配向表面を有する透明なプラスチックフィルム上にコートする。例えば、自然液晶配向表面を提供するポリエチレンテレフタレート配向（ＰＥＴ）フィルムは、３Ｍ（スコッチパク（ＳＣＯＴＣＨＰＡＫ）（登録商標）タイプ７１８３８６、ミネソタ州、セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ））またはデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）（デラウェア州、ウィルミントン（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ））から市販されている。コーティングを乾燥させ、次いで、コレステリック液晶前駆物質がそのネマティック相にあるような温度においておよびそれによって形成された液晶ポリマーのネマティックから等方性の転移温度より低い温度でアニールする。約４マイクロメーター（μｍ）の乾燥厚さをもたらす量において溶液をコートするのがよい。

本発明によるコレステリック液晶組成物はまた、溶剤を含有することができる。いくつかの場合、コレステリック液晶前駆物質またはコレステリック液晶組成物の他の成分の１つ以上が、溶剤として作用することができる。１つ以上の溶剤、または溶剤として機能する他の化合物は概して、処理中にコレステリック液晶組成物から実質的に除去される。例えば、組成物を乾燥させて溶剤を蒸発させるか、または溶剤の一部を反応させる（例えば、溶媒和液晶モノマーを反応させて液晶ポリマー）を形成することによって、それらを除去することができる。組成物の成分を可溶化することができるとして当業者に公知のどんな溶剤をも用いることができ、具体例には、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、シクロプロパノン、メチルエチルケトンおよび１，３−ジオキソランなどがあるがそれらに限定されない。溶剤の組合せもまた、本発明の組成物において利用されてもよい。

本発明によるコレステリック液晶組成物はまた、組成物のモノマーまたは他のより低分子量の化合物の重合または架橋を開始させるように機能する重合開始剤を含有することができる。適した重合開始剤には、フリーラジカルを生じさせて重合または架橋を開始および増加させることができる化合物が挙げられる。フリーラジカル開始剤は、安定度または半衰期などが挙げられるがそれらに限定されない多数の要因に基づいて選択され得る。好ましくは、フリーラジカル開始剤は、吸収あるいは他の仕方でコレステリック液晶層にどんな付加的な色も生じさせない。

フリーラジカル開始剤は典型的に、熱フリーラジカル開始剤または光開始剤のどちらかである。熱分解した時にフリーラジカルを生じさせる熱フリーラジカル開始剤には、例えば、過酸化物、過硫酸塩、またはアゾニトリル化合物などがある。光開始剤を電磁放射線あるいは粒子照射によって活性化することができる。適した光開始剤の例には、オニウム塩光開始剤、有機金属光開始剤、カチオン性金属塩光開始剤、光分解性オルガノシラン、潜スルホン酸、ホスフィンオキシド、シクロヘキシルフェニルケトン、アミン置換アセトフェノン、およびベンゾフェノンなどがあるがそれらに限定されない。概して、紫外線（ＵＶ）照射を用いて光開始剤を活性化するが、他の光源または照射（電子ビーム）を用いることができる。光開始剤を光の特定の波長の吸収に基づいて選択することができる。

本発明によるコレステリック液晶組成物はまた、分散剤、停止剤、硬化剤、架橋剤、抗オゾン剤、酸化防止剤、可塑剤、安定剤、増粘剤および充填剤などの粘度調整剤、基材上に堆積した後に粒子間の十分な接触を改良するように機能する、融合助剤の他、紫外線、赤外線、または可視光線を吸収するための染料および顔料として機能する化合物をさらに含有してもよい。

本発明のコレステリック液晶組成物をコレステリック液晶層に形成するための当業者に公知のどんな方法も、利用することができる。さらに、コレステリック液晶層を形成する既存の方法の改良および変更もまた、本発明のコレステリック液晶組成物からコレステリック液晶層を形成するために行なわれてもよい。以下に記載された方法は本発明によるコレステリック液晶層を形成するために利用されてもよい方法および技術の例を提供し、本発明を限定することを意図しない。

コレステリック液晶層の形成方法の１つは、コレステリック液晶組成物を基材の表面に適用する工程を有する。コレステリック液晶組成物を、コーティングおよび噴霧などが挙げられるがそれらに限定されない多数の方法で表面に適用することができる。あるいは、基材の表面は、コレステリック液晶層でコートされる前に配向されてもよい。基材は、例えば、延伸技術、レーヨンまたは他の布による摩擦、またはリオトロピック配向（米国特許第６，３９５，３５４号明細書）を用いて配向されてもよい。光配向基板は、米国特許第４，９７４，９４１号明細書、米国特許第５，０３２，００９号明細書、米国特許第５，３８９，６９８号明細書、米国特許第５，６０２，６６１号明細書、米国特許第５，８３８，４０７号明細書、および米国特許第５，９５８，２９３号明細書に記載されている。

コーティング後に、コレステリック液晶組成物を液晶層に変換する。概して、この方法は、組成物を乾燥させる工程、および乾燥された組成物をアニールする工程を有し、あるいは、これらのプロセスは大体、同時に行なわれてもよい。コレステリック液晶層の形成は、例えば、熱、放射線（例えば、化学線）、光（例えば、紫外線、可視線、または赤外線光）、電子ビーム、またはこれらもしくは同様な技術の組合せを用いて、存在する溶剤の蒸発、コレステリック液晶組成物の架橋、コレステリック液晶組成物のアニールまたは硬化（例えば、重合）などの様々な技術によって達成されてもよい。

液晶層を形成する方法の１つの実施例は、コレステリック液晶組成物を配向基材上に堆積させる工程を有する。堆積した後、コレステリック液晶組成物は、組成物のガラス転移温度より高い温度に、液晶相まで加熱される。次に、組成物はガラス転移温度より低い温度に冷却され、組成物は液晶相のままである。

液晶層を形成するための別の方法は、コレステリック液晶組成物を基材上に堆積させる工程と、前記組成物を乾燥させて溶剤を除去することによってオリゴマー液晶を配向させる工程と、を有する。本発明のコレステリック液晶組成物を、空気流を制限する方法などの当業者に公知のいずれかの方法によって乾燥させることができる。空気流を制限する方法および／または機器の例を米国特許第５，５８１，９０５号明細書、米国特許第５，６９４，７０１号明細書、および米国特許第６，１３４，８０８号明細書に見出すことができる。

光の波長の特定の帯域幅にわたって１つの偏光を有する光（例えば、左または右円偏光）を実質的に反射し、他の偏光を有する光（例えば、右または左円偏光）を実質的に透過する層としてコレステリック液晶組成物を形成することができる。この特性は、コレステリック液晶材料の配向ベクトルに対して垂直な入射に方向付けられた光の反射または透過率について記載する。他の角度に方向付けられた光は典型的に、コレステリック液晶材料によって楕円偏光され、ブラッグ反射のピークは典型的に、その軸方向波長から青色シフトされる。コレステリック液晶材料は概して、以下のように、垂直入射光に対して特性付けされるが、しかしながら、公知の技術を用いて非垂直入射光に対してこれらの材料の応答を確認できることは理解されよう。

コレステリック液晶層を単独でまたは他のコレステリック液晶層または他のタイプの層またはデバイスと組合わせて用いて、例えば、反射偏光子などの光学体を形成することができる。コレステリック液晶偏光子が、反射偏光子の１つのタイプにおいて用いられる。コレステリック液晶偏光子のピッチは、多層反射偏光子の光学層厚さに似ている。ピッチおよび光学層厚さは、コレステリック液晶偏光子および多層反射偏光子の中心波長をそれぞれ決定する。コレステリック液晶偏光子の回転配向ベクトルが、多層反射偏光子において同じ光学層厚さを有する多層の使用に似た光学反復単位を形成する。

コレステリック液晶層によって反射された光の中心波長λ₀、およびスペクトル帯域幅Δλは、コレステリック液晶のピッチｐに依存する。中心波長λ₀、の近似値は、
λ₀＝０．５（ｎ_o＋ｎ_e）ｐ
であり、上式中、ｎ_oおよびｎ_eは、液晶の配向ベクトルに平行に偏光された光に対する（ｎ_e）および液晶の配向ベクトルに垂直に偏光された光に対する（ｎ_o）コレステリック液晶の屈折率である。スペクトル帯域幅Δλ、の近似値は、
Δλ＝２λ₀（ｎ_e−ｎ_o）／（ｎ_e＋ｎ_o）＝ｐ（ｎ_e−ｎ_o）
である。

コレステリック液晶偏光子は、異なったピッチで、各々、単一基板上に配置された、２つの以前に形成されたコレステリック液晶層（例えば、異なった組成物、例えば、キラルおよびネマティック液晶化合物またはモノマーの異なった重量比を有する層）を積層または他の仕方で積み重ねることによって形成されてもよい。これらの２つの層を加熱して層の間に液晶材料を拡散させる。２つの層の間の材料の拡散は典型的に、２つの層の単一ピッチ間の範囲にわたって変化する層のピッチをもたらす。コレステリック液晶偏光子を形成する他の方法は、例えば、米国特許出願第０９／７９０，８３２号明細書、米国特許出願第０９／７９１，１５７号明細書、および米国特許出願第０９／９５７，７２４号明細書に記載されている。

透過（例えば、バックライト付き）、反射、および半透過ディスプレイなどの様々な光ディスプレイおよび他の適用において、コレステリック液晶光学体を用いることができる。例えば、図１は、上に記載されたように、ディスプレイ媒体４０２と、バックライト４０４と、コレステリック液晶反射偏光子４０８と、任意選択の反射体４０６と、を備える１つの例示的なバックライト付きディスプレイシステム４００の略断面図を示す。ディスプレイシステムは場合により、コレステリック液晶反射偏光子の一部としてまたは液晶反射偏光子からの円偏光を直線偏光に変換するための別個の成分として波長板を備える。視認者は、バックライト４０４の反対側にあるディスプレイデバイス４０２の側に位置している。

ディスプレイ媒体４０２は、バックライト４０４から放射される光を透過することによって、情報または画像を視認者に示す。ディスプレイ媒体４０２の１つの実施例は、１つの偏光状態の光だけを透過する液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）および偏光子である。

ディスプレイシステム４００を見るために用いられる光を供給するバックライト４０４は、例えば、光源４１６および光ガイド４１８を備えるが、他のバックライティングシステムを用いることができる。図１に描かれた光ガイド４１８は略矩形の断面を有するが、バックライトは、いずれかの適した形状を有する光ガイドを使用することができる。例えば、光ガイド４１８がウェッジ形、溝状、擬似ウェッジガイド等であってもよい。主な問題は、光ガイド４１８が、光源４１６から光を受容することができ、その光を放射することができるということである。結果として、光４１８は、裏面反射体（例えば、任意選択の反射体４０６）、抽出機構および所望の機能を達成するための他の成分を備えることができる。

反射偏光子４０８は、上記したように、少なくとも１つのコレステリック液晶光学体を備える光学フィルムである。光ガイド４１８を出る１つの偏光状態の光を実質的に透過し、光ガイド４１８を出る異なった偏光状態の光を実質的に反射する反射偏光子４０８が提供される。

図２は、反射液晶ディスプレイ５００の１つのタイプの略図である。この反射液晶ディスプレイ５００は、ディスプレイ媒体５０８と、コレステリック液晶反射偏光鏡５０４と、吸収裏材５０６と、吸収偏光子５０２とを備える。液晶ディスプレイ５００は場合により、コレステリック液晶反射偏光子５０４の一部としてまたは液晶デバイスからの混合偏光光を適切に偏光された光に変換する別個の成分として、波長板を備える。

液晶ディスプレイ５００は、最初に、光５１０を偏光する吸収偏光子５０２によって機能する。次に、偏光がディスプレイ媒体５０８中に進み、そこにおいて光の円偏光成分の１つがコレステリック液晶反射偏光鏡５０４から反射し、ディスプレイ媒体５０８および吸収偏光子５０２を通って戻る。他の円偏光成分がコレステリック液晶反射偏光子５０４を通過し、裏材５０６によって吸収される。この反射液晶ディスプレイ５００の反射偏光子５０４は、上に記載されたように、１つのコレステリック液晶光学体を備える。コレステリック液晶光学体の特定の選択は、例えば、コスト、寸法、厚さ、材料、および目的の波長範囲などの要因に依存する場合がある。

図３は、半透過液晶ディスプレイ６００の１つのタイプの略図である。この半透過液晶ディスプレイ６００は、位相遅延ディスプレイ媒体６０８、部分鏡６０３、コレステリック液晶反射偏光鏡６０４、バックライト６０６、および吸収偏光子６０２を備える。ディスプレイシステムは場合により、コレステリック液晶反射偏光子６０４の一部としてまたは液晶デバイスからの混合偏光光を適切に偏光された光に変換する別個の成分として、波長板を備える。反射モードにおいて、明るい周辺光６１０が吸収偏光子６０２によって偏光され、ディスプレイ媒体６０８中に進み、部分鏡６０３から反射し、ディスプレイ媒体６０８および吸収偏光子６０２を通って戻る。低周辺光の状態において、バックライト６０６が作動され、光がコレステリック偏光子６０４を選択的に通過させられ、整合されて適切に偏光された光をディスプレイに提供する。逆偏光が反射し戻され、再循環され、コレステリック偏光子６０４を選択的に通過させられてバックライトの明度を有効に増加させる。この反射液晶ディスプレイ６００の反射偏光子は、上に記載されたように、１つのコレステリック液晶光学体を備える。コレステリック液晶光学体の特定の選択は、例えば、コスト、寸法、厚さ、材料、および目的の波長範囲などの要因に依存する場合がある。

他の性質を増強するかまたは液晶ディスプレイに提供する様々な他の成分およびフィルムと共にコレステリック液晶光学体を使用することができる。かかる成分およびフィルムには、例えば、輝度増強フィルム、四分の一波長板およびフィルムなどの遅延板、多層または連続した／分散相反射偏光子、金属化裏面反射体、プリズム裏面反射体、拡散反射裏面反射体、多層誘電裏面反射体、およびホログラフィック裏面反射体などがある。

特に指示しない限り、以下の実施例のためのすべての化学物質は、ウィスコンシン州、ミルウォーキーのアルドリッチ社（Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｉｎｃ．，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から得られた。

実施例１：様々な非液晶添加剤の合成
４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−メトキシベンゾエートを調製するために、最初に、４０ｇ（０．２６モル）の４−メトキシ安息香酸、５３．２ｇ（０．５２５モル）のトリエチルアミン、および４００ｍｌの１，２−ジメトキシエタンを窒素雰囲気下で、機械的撹拌機および温度計を取り付けた丸底フラスコ内で配合した。溶液を−３０℃に冷却し、その時点で３０．１ｇ（０．２６３モル）のメタンスルホニルクロリドを添加した。撹拌を続け、温度を約１時間、−３０℃に維持した。次に、５１．３２ｇ（０．２６３モル）の４’−ヒドロキシ−１，１’−ビフェニル−４−カルボニトリルおよび３．２ｇ（０．０２６モル）の４−ジメチルアミノピリデンを添加し、混合物を５０℃に加熱し、約３時間撹拌しながらその温度に維持した。次いで混合物を室温に冷却し、１リットルのＨ₂Ｏを添加した。沈殿した固体生成物を濾過によって集め、水で洗浄し、空気乾燥させた。次いで、未精製の材料をテトラヒドロフランの最小量から再結晶化させ、所望の材料を得た。

４−メトキシ安息香酸を以下の表１に示された化学物質と取り替えることによって、同じ手順を用いて他の典型的な添加剤を製造した。

実施例２：様々な添加剤の効果
４−（２−アクリロイルオキシ−エトキシ）−安息香酸４’−シアノ−ビフェニル−４−イルエステル（シアノビフェニルベンゾエートエチルアクリレートとしても公知である）を欧州特許出願公開第８３４７５４号明細書に記載されているように調製することができ、それは構造：

を有するコレステリック液晶モノマーである。

１８．５重量％のシアノビフェニルベンゾエートエチルアクリレート、１．１８重量％のパリオカラー（Ｐａｌｉｏｃｏｌｏｒ）ＬＣ７５６（ニュージャージー州、シャーロットのＢＡＳＦ（ＢＡＳＦ，Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ，ＮＣ））、５９．２重量％のテトラヒドロフラン、１９．６重量％のシクロヘキサノン、０．９３重量％の四臭化炭素、および０．５９％のヴァゾ（Ｖａｚｏ）５２（デラウェア州、ウィルミントン（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ））を配合し、約１４時間、約６０℃に加熱した。

１４時間後に、様々な非液晶添加剤を初期溶液に添加した。添加剤を初期の固形分の重量の１５％の量において添加した。得られた溶液を６０℃の温度において、透明になるまで混合した。次に、混合溶液を１００ミクロンの厚さのＰＥＴフィルム（スコッチパク（Ｓｃｏｔｃｈ Ｐａｋ）（登録商標）、３Ｍ）上にコートした。コートされたフィルムを約１２分、約１２０℃で焼いた。次に、各々のコートされたフィルムのスペクトルを測定するために、グラン・トーマス偏光子およびニューポート（Ｎｅｗｐｏｒｔ）０次色消し（ｚｅｒｏ ｏｒｄｅｒ ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ）１／４波長フィルムを光路に有するラムダ９００スペクトロフォトメータ（カリフォルニア州、サンタクララのパーキンエルマー社（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ，Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，ＣＡ）製）を用いた。次に、最小透過率（吸光度）をもたらすように偏光子を方向付け、スペクトルを記録した。スペクトルの最小値を帯域幅の１２０ｎｍについて平均し、以下の表２に示す。

表１から見ることができるように、利用される添加剤の全てが液晶ポリマーと相溶性であったが（それらは全て、＞９０％の通過透過率を有した）、それによって形成されたコレステリック液晶フィルムは、吸光度の様々な結果を有した。それらは全て、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−ヘプチルオキシベンゾエートを有する組成物を除いて、どんな添加剤も含有しない組成物（対照用）に対して、より低い吸光度を有するコレステリック液晶層を製造した。

上記の明細書、実施例およびデータは、本発明の組成物の製造および使用の完全な説明を提供する。本発明の多くの実施形態が、本発明の精神および範囲から逸脱せずに実施できるので、本発明は、添付された特許請求の範囲に存在する。

本発明による液晶ディスプレイの１つの実施形態の略図である。 本発明による液晶ディスプレイの別の実施形態の略図である。 本発明による液晶ディスプレイのさらに別の実施形態の略図である。

Claims (3)

1. シアノビフェニルベンゾエートエチルアクリレートと、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−メトキシベンゾエート、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−エトキシベンゾエート、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−プロポキシベンゾエート、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−ブトキシベンゾエート、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−ベンゾエート、４’−シアノ−１，１’−ビフェニル−４−イル４−カルボニトリル、及びそれらの組合せからなる群から選ばれる少なくとも１つの非液晶添加剤と、を含むコレステリック液晶組成物。
2. ディスプレイ媒体と、
   請求項１に記載のコレステリック液晶組成物を含む光学体と、を含む光ディスプレイ。
3. 前記光学体が反射偏光子である、請求項２に記載の光ディスプレイ。

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