JP5839211B2 - 液晶セル - Google Patents

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Description

本発明は、液晶セル、液晶セルの製造方法及び表示装置に関する。
最近、ディスプレイ技術では、大型化とともにモバイル機器やタブレットパソコン（ＰＣ）などに使用されることができるように小型化も要求されている。
モバイル機器やタブレットパソコンなどを使用して場所に関係なく、ディスプレイを活用することが普遍化されており、これにより、プライバシーの保護が可能なディスプレイ技術が要求されている。伝統的にプライバシーの保護のために使用される技術には、狭視野角フィルムが存在する。例えば、普段にはディスプレイを広視野角で利用しつつ、プライバシーの保護が必要な場合には、上記フィルムを画面に重ね当てて狭視野角でディスプレイを利用することができる。また、例えば、シャープ社のＥＣＢセルや日立社のＨＡＮセルなどのようにディスプレイに内蔵したセルをスイッチングし、広視野角から狭視野角にスイッチングが可能な技術が知られている。また、互いに異なる２個の視野角を有するいわゆるＶＩＣ（ｖｉｅｗｉｎｇ ａｎｇｌｅ ｉｍａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）技術が適用されたＬＣＤなどが知られている（例えば、特許文献１及び２など）。
大韓民国特許公開第２０１１−０１２３５３８号公報 大韓民国特許公開第２０１１−００７８７８５号公報
本発明は、液晶セル、液晶セルの製造方法及び表示装置を提供する。
例示的な液晶セルは、高分子ネットワーク及び上記ネットワーク内に存在する領域を含むことができる。上記領域（以下、「液晶領域」）は、液晶化合物と二色性染料（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｄｙｅ）を含むことができる。上記液晶領域は、上記ネットワーク内で分散していてもよい。
上記液晶セルは、例えば、表示素子に画面を表示する過程で視野角や光透過率を調節することができる。上記表示素子は、例えば、ディスプレイパネル及び偏光板を含むことができる。ディスプレイパネルとしては、種類に関係なく、例えば、有機発光表示（ＯＬＥＤ）パネルやＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）液晶パネル、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）液晶パネルまたはＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶パネルなどのような液晶パネルなどが例示されることができるが、これに制限されるものではない。
液晶セルは、表示素子の一面、例えば、表示装置の最外郭に配置されることができる。このような場合に、表示素子に含まれる偏光板において少なくとも１つの偏光板は、上記ディスプレイパネルと液晶セルとの間に存在するように液晶セルが配置されることができる。例えば、図１のように、表示装置は、順次積層された液晶セル１０１、偏光板１０２及びディスプレイパネル１０３を含むことができる。液晶セルは、上記のような構造で表示装置の視野角や光透過率を調節することができる。例えば、ディスプレイパネルの種類によって液晶領域内の液晶化合物及び／または二色性染料の配向を調節することによって、視野角及び／または光透過率の調節が可能である。
例えば、ディスプレイパネル横電界（ＩＰＳ）方式のパネルなら、上記液晶セルの液晶領域の液晶化合物及び／または二色性染料は、水平配向（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）状態及び垂直配向（ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）状態を相互スイッチング（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）しながら視野角や光透過率を調節することができる。上記で水平配向及び垂直配向は、目的する視野角や光透過率の調節が可能な実質的な水平または垂直配向を意味する。例えば、上記水平配向状態でも、適切な視野角や光透過率の調節が可能である限り、下記記述する厚さ方向の位相差が所定範囲で存在することができ、垂直配向状態でも面方向の位相差が所定範囲で存在することができる。例えば、液晶セルに電圧が印加されない状態では、液晶化合物及び／または二色性染料は、水平配向状態、例えば、上記表示素子の偏光板のうちディスプレイパネルと上記液晶セルとの間に配置された偏光板の光吸収軸と実質的に平行な方向に水平配向している状態で存在して、電圧が印加されれば、液晶化合物及び／または二色性染料は垂直配向することができる。
液晶セル内の液晶化合物及び／または二色性染料が水平配向している状態で液晶セルの面方向の位相差Ｒｉｎは、例えば、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、６０ｎｍ以上、７０ｎｍ以上、８０ｎｍ以上、９０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、１１０ｎｍ以上、１２０ｎｍ以上、１３０ｎｍ以上または１４０ｎｍ以上であることができる。また、電圧無印加状態で上記液晶セルの面方向の位相差は、３００ｎｍ以下、２９０ｎｍ以下、２８０ｎｍ以下、２７０ｎｍ以下、２６０ｎｍ以下、２５０ｎｍ以下、２４０ｎｍ以下、２３０ｎｍ以下、２２０ｎｍ以下、２１０ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、１９０ｎｍ以下、１８０ｎｍ以下、１７０ｎｍ以下または１６０ｎｍ以下であることができる。また、電圧印加によって液晶化合物及び／または二色性染料が垂直配向している状態で上記液晶セルの厚さ方向の位相差Ｒｔｈは、例えば、１０ｎｍ以上、２０ｎｍ以上、３０ｎｍ以上、４０ｎｍ以上、５０ｎｍ以上、６０ｎｍ以上、７０ｎｍ以上、８０ｎｍ以上、９０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、１１０ｎｍ以上、１２０ｎｍ以上、１３０ｎｍ以上または１４０ｎｍ以上になることができる。また、電圧が印加されれば、液晶セルの厚さ方向の位相差は、３００ｎｍ以下、２９０ｎｍ以下、２８０ｎｍ以下、２７０ｎｍ以下、２６０ｎｍ以下、２５０ｎｍ以下、２４０ｎｍ以下、２３０ｎｍ以下、２２０ｎｍ以下、２１０ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、１９０ｎｍ以下、１８０ｎｍ以下、１７０ｎｍ以下または１６０ｎｍ以下程度になることができる。
本明細書で用語「面方向の位相差Ｒｉｎ」は、下記数式１で計算される数値であり、用語「厚さ方向の位相差Ｒｔｈ」は、下記数式２で計算される数値である。
数式１及び２で、符号ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ及びｄは、それぞれ液晶セルの液晶層の面内における遅相軸方向の屈折率、面内における進相軸方向の屈折率、厚さ方向の屈折率及び厚さを意味する。上記各屈折率は、例えば、５５０ｎｍ波長の光に対して測定された屈折率であることができる。
上記を通じて、電圧無印加状態では、広視野角が具現され、電圧印加状態では、狭視野角が具現される装置を具現することができる。
上記液晶セル内の液晶化合物及び／または二色性染料の電圧印加または無印加時の配向状態と各状態による位相差は、上記液晶セルが適用される表示素子の種類によって適切な視野角及び／または光透過率の調節効果が発揮されることができるように自由に調節されることができる。
上記液晶セルは、例えば高分子ネットワーク及び上記高分子ネットワークの内部に分散している上記液晶領域として、液晶化合物及び二色性染料を含む液晶領域を含むことができる。用語「液晶領域」は、液晶化合物及び二色性染料を含む領域であって、上記配向性ネットワークとは相分離された状態で上記ネットワーク内に分散している領域を意味することができる。図２は、例示的な液晶セルであって、高分子ネットワーク１０１１及び液晶領域１０１２を含む液晶セルを示す。図２で、液晶領域１０１２内の矢印は、液晶化合物であり、楕円体は、二色性染料である。
液晶セルにおいて高分子ネットワーク及び液晶領域の液晶化合物は、下記数式３を満足することができる。
数式３で、ｎｐは、高分子ネットワークの屈折率であり、ｎｏは、液晶化合物の正常屈折率（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）であり、ｎｅは、液晶化合物の異常屈折率（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）であり、ａは、０≦ａ＜０．５を満足する数である。
本明細書で、上記数式に適用される屈折率は、例えば、５５０ｎｍの波長の光に対して測定された屈折率であることができる。また、高分子ネットワークの正常屈折率と異常屈折率が異なる場合、上記数式３での高分子ネットワークの屈折率は、上記ネットワークの正常屈折率であることができる。高分子ネットワークと液晶化合物を上記数式３を満足するように選択することによって、電圧の無印加下でも透明性に優れていて、コントラスト比率に優れた素子を提供することができる。
数式３で、ａは、例えば、０．４未満、０．３未満、０．２未満または０．１未満であるか、または０であることができる。
高分子ネットワークは、また、３以上、３．５以上または４以上の誘電率（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を有することができる。このような誘電率の範囲で液晶セルの駆動電圧特性を優秀に維持することができる。上記誘電率の上限は、特に制限されず、例えば、２０以下、１５以下または１０以下程度であることができる。
高分子ネットワークに分散している液晶領域は、液晶化合物を含む。液晶化合物としては、高分子ネットワーク内で相分離され、上記高分子ネットワークによって配向された状態で存在することができるものなら、すべての種類の化合物を使用することができる。例えば、液晶化合物としては、スメチック（ｓｍｅｃｔｉｃ）液晶化合物、ネマチック（ｎｅｍａｔｉｃ）液晶化合物またはコレステリック（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ）液晶化合物などを使用することができる。液晶化合物は、相分離され、高分子ネットワークとは結合されていないし、外部で電圧が印加される場合、それによって配向が変更されることができる形態であることができる。このために、例えば、液晶化合物は、重合性基または架橋性基を有しない化合物であることができる。
１つの例示で、液晶化合物としては、ネマチック液晶化合物を使用することができる。上記化合物としては、例えば、下記数式４を満足するネマチック液晶化合物を使用することができる。
数式４で、ｎｏは、数式３で定義した液晶化合物の正常屈折率（ｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）、例えばネマチック液晶化合物の短軸方向の屈折率であり、ｎｅは、数式３で定義した液晶化合物の異常屈折率（ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）、例えば、ネマチック液晶化合物の長軸方向の屈折率であり、ｂは、０．１≦ｂ≦１を満足する数である。
数式４を満足する液晶化合物を選択し、電圧が印加されない状態でも優れた透明性が確保される液晶セルを製作することができる。
数式４で、ｂは、他の例示では、０．１〜０．９、０．１〜０．７、０．１〜０．５または０．１〜０．３であることができる。
液晶化合物は、また、異常誘電率（εｅ、ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃａｎ ｉｓｏｔｒｏｐｙ、長軸方向の誘電率）と正常誘電率（εｏ、ｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃａｎ ｉｓｏｔｒｏｐｙ、短軸方向の誘電率）の差が、３以上、３．５以上、４以上、６以上、８以上または１０以上であることができる。このような誘電率を有する場合、駆動電圧特性に優れた素子を提供することができる。上記誘電率の差は、その数値が高いほど素子が適切な特性を示すことができるものであって、その上限は、特に制限されない。例えば、液晶化合物としては、異常誘電率（εｅ、ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ、長軸方向の誘電率）が６〜５０程度であり、正常誘電率（εｏ、ｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ、短軸方向の誘電率）が２．５〜７程度である化合物を使用することができる。
液晶領域は、また、二色性染料を含む。用語「染料」は、可視光領域、例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍ波長範囲内で少なくとも一部または全体範囲内の光を集中的に吸収及び／または変形させることができる物質を意味することができ、用語「二色性染料」は、上記可視光領域の少なくとも一部または全体範囲で光の二色性吸収が可能な物質を意味することができる。上記のような染料の使用を通じて液晶セルが表示装置に適用された場合に、装置の色感を調節することができる。二色性染料としては、特に制限されないが、例えば、黒色染料（ｂｌａｃｋｄｙｅ）を使用することができる。上記二色性染料は、二色比（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｒａｔｉｏ）、すなわち二色性染料の長軸方向に平行な偏光の吸収を上記長軸方向に垂直する方向に平行な偏光の吸収で分けた値が５以上、６以上または７以上である染料を使用することができる。上記染料は、可視光領域の波長範囲内、例えば、約３８０ｎｍ〜７００ｎｍまたは約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲内で少なくとも一部の波長またはいずれか１つの波長で上記二色比を満足することができる。上記二色比の上限は、例えば２０、１８、１６または１４程度であることができる。二色性染料の種類は、特に制限されず、例えば、上記のような特性を有しながら液晶化合物の配向によって配向されることができる特性を有するものであって、公知されたすべての種類の染料が使用されることができる。
上記のような液晶セルは、例えば、電圧が印加されない状態でも優れた透明性を示すことができる。例えば、液晶セルは、電圧無印加状態で８０％以上、８５％以上、９０％以上または９５％以上の光透過率を示すことができる。上記光透過率は、可視光領域、例えば、約４００ｎｍ〜７００ｎｍ範囲の波長に対する光透過率であることができる。
１つの例示で、高分子ネットワークは、配向性化合物を含む前駆体の配向性ネットワークであることができる。用語「配向性化合物を含む前駆体の配向性ネットワーク」は、例えば、配向性化合物を含む前駆体を含む高分子ネットワークまたは架橋または重合された上記前駆体を含む高分子ネットワークを意味することができる。
用語「配向性化合物」は、例えば、光の照射などを通じて所定方向に整列（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ｏｒｄｅｒｅｄ）され、上記整列された状態で二色性相互作用（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）などの相互作用を通じて隣接する液晶化合物を所定方向に配向させることができる化合物を意味することができる。上記化合物は、単分子化合物、単量体性化合物、オリゴマー性化合物または高分子性化合物であることができる。配向性化合物としては、例えば、光配向性化合物を使用することができる。光配向性化合物は、光の照射、例えば、直線偏光された光の照射によって所定方向に整列し、隣接する液晶化合物の配向を誘導することができる化合物を意味することができる。
光配向性化合物は、光感応性残基（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｍｏｉｅｔｙ）を含む化合物であることができる。液晶化合物の配向に使用されることができる光配向性化合物は、多様に公知されている。光配向性化合物としては、例えば、トランス−シース光異性化（ｔｒａｎｓ−ｃｉｓ ｐｈｏｔｏｉｓｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）によって整列される化合物；鎖切断（ｃｈａｉｎ ｓｃｉｓｓｉｏｎ）または光酸化（ｐｈｏｔｏ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）などのような光分解（ｐｈｏｔｏ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）によって整列される化合物；［２＋２］添加環化（［２＋２］ｃｙｃｌｏａｄｄｉｔｉｏｎ）、［４＋４］添加環化または光二量化（ｐｈｏｔｏｄｉｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）などのような光架橋または光重合によって整列される化合物；光フリーズ再配列（ｐｈｏｔｏ−Ｆｒｉｅｓ ｒｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）によって整列される化合物または開環／閉環（ｒｉｎｇ ｏｐｅｎｉｎｇ／ｃｌｏｓｕｒｅ）反応によって整列される化合物などを使用することができる。トランス−シース光異性化によって整列される化合物としては、例えば、スルホ化ジアゾ染料（ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ ｄｉａｚｏ ｄｙｅ）またはアゾ高分子（ａｚｏ ｐｏｌｙｍｅｒ）などのアゾ化合物やスチルベン化合物（ｓｔｉｌｂｅｎｅｓ）などが例示されることができ、光分解によって整列される化合物としては、シクロブタンテトラカルボキシル酸二無水物（ｃｙｃｌｏｂｕｔａｎｅ−１、２、３、４−ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ）、芳香族ポリシランまたはポリエステル、ポリスチレンまたはポリイミドなどが例示されることができる。また、光架橋または光重合によって整列される化合物としては、シンナマート（ｃｉｎｎａｍａｔｅ）化合物、クマリン（ｃｏｕｍａｒｉｎ）化合物、シンナムアミド（ｃｉｎｎａｍａｍｉｄｅ）化合物、テトラヒドロフタルイミド（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｐｈｔｈａｌｉｍｉｄｅ）化合物、マレイミド（ｍａｌｅｉｍｉｄｅ）化合物、ベンゾフェノン化合物またはジフェニルアセチレン（ｄｉｐｈｅｎｙｌａｃｅｔｙｌｅｎｅ）化合物や光感応性残基としてカルコニル（ｃｈａｌｃｏｎｙｌ）残基を有する化合物（以下、カルコン化合物）またはアントラセニル（ａｎｔｈｒａｃｅｎｙｌ）残基を有する化合物（以下、アントラセニル化合物）
などが例示されることができ、光フリーズ再配列によって整列される化合物としては、ベンゾエート（ｂｅｎｚｏａｔｅ）化合物、ベンゾアミド（ｂｅｎｚｏａｍｉｄｅ）化合物、メタアクリルアミドアリール（メタ）アクリレート（ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｍｉｄｏａｒｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）化合物などの芳香族化合物が例示されることができ、開環／閉環反応によって整列する化合物としては、スピロピラン化合物などのように［４＋２］π電子システム（［４＋２］πｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｙｓｔｅｍ）の開環／閉環反応によって整列する化合物などが例示されることができるが、これに制限されるものではない。
光配向性化合物は、単分子化合物、単量体性化合物、オリゴマー性化合物または高分子性化合物であるか、または上記光配向性化合物と高分子のブレンド（ｂｌｅｎｄ）形態であることができる。上記でオリゴマー性または高分子性化合物は、上記記述した光配向性化合物から誘導された残基または上記記述した光感応性残基を主鎖内または側鎖に有することができる。
光配向性化合物から誘導された残基または光感応性残基を有するか、または上記光配向性化合物と混合することができる高分子としては、ポリノルボルネン、ポリオレフィン、ポリアリレート、ポリアクリレート、ポリ（メタ）アクリレート、ポリイミド、ポリアミド酸（ｐｏｌｙ（ａｍｉｃ ａｃｉｄ））、ポリマレインイミド、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリビニルエーテル、ポリビニルエステル、ポリスチレン、ポリシロキサン、ポリアクリルニトリルまたはポリメタクリルニトリルなどが例示されることができるが、これに制限されるものではない。
配向性化合物に含まれることができる高分子としては、代表的には、ポリノルボルネンシンナマート、ポリノルボルネンアルコキシシンナマート、ポリノルボルネンアリロイルオキシシンナマート、ポリノルボルネンフッ素化シンナマート、ポリノルボルネン塩素化シンナマートまたはポリノルボルネンジシンナマートなどが例示されることができるが、これに制限されるものではない。
配向性化合物が高分子性化合物の場合に、上記化合物は、例えば、約１０，０００ｇ／ｍｏｌ〜５００，０００ｇ／ｍｏｌ程度の数平均分子量を有することができるが、これに制限されるものではない。
配向性ネットワークにおいて上記配向性化合物は、方向性を有する整列状態（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ｏｒｄｅｒｅｄ）であり、上記液晶領域の液晶化合物は、電圧の無印加状態で整列状態のネットワークによって配向されている状態で存在することができる。
例えば、配向性化合物は、上記整列状態で配向性ネットワークに単純に含まれているか、または整列状態で架橋及び／または重合され、配向性ネットワークを形成していてもよい。
配向性化合物は、架橋または重合され、配向性ネットワークを形成するために、１つ以上の架橋性または重合性官能基を含むことができる。架橋性または重合性官能基としては、例えば、熱の印加または紫外線などの活性エネルギー線の照射によって反応する官能基を使用することができる。このような官能基としては、ヒドロキシ基、カルボキシル基、ビニル基またはアリル基などのアルケニル基、エポキシ基、オキセタニル基、ビニルエーテル基、シアノ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基などが例示されることができるが、これに制限されるものではない。上記のような官能基には、例えば、熱または活性エネルギー線の照射によるラジカル反応または陽イオン反応などや塩基環境下で架橋または重合反応に参加することができる官能基が含まれる。上記のような官能基は、例えば、配向性化合物の主鎖または側鎖などに導入されていてもよい。
配向性ネットワークを形成する前駆物質は、架橋剤をさらに含むことができる。架橋剤は、液晶セルの残像や強度の調節のために添加されることができる。架橋剤としては、例えば、熱の印加や活性エネルギー線の照射によって配向性化合物と反応し、架橋構造を具現することができる化合物を使用することができる。高分子化合物などによって架橋構造を具現することができる多様な架橋剤が公知されている。例えば、架橋剤としては、２個以上の官能基を有する多価化合物として、イソシアネート化合物、エポキシ化合物、イソチオシアネート化合物、ビニルエーテル化合物、アルコール、アミン化合物、チオール化合物、カルボキシル酸化合物、アジリジン化合物または金属キレート化合物などが例示されることができる。
紫外線のような活性エネルギー線の照射によって架橋反応に参加することができる架橋剤として、例えば、ビニル基またはアリル基のようなアルケニル基、エポキシ基、オキセタニル基、ビニルエーテル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基などを２個以上含む化合物が使用されることもできる。このような化合物としては、多官能性アクリレートなどが代表的に例示されることができる。多官能性アクリレートとしては、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトール（ｐｅｎｔａｅｒｙｔｈｒｉｔｏｌ）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、ジペンタエリスリトールペンタ（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、トリグリセロールジ（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、テトラエチレングリコールジ（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、１、６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、グリセロールジ（メタ）アクリレート、トリス［２−（アクリロイルオキシ）エチル］イソシアヌレート、ウレタンアクリレート、グリセロール１、３−ジグリセロレートジ（メタ）アクリレートまたはトリ（プロピレングリコール）グリセロレートジアクリレートなどが例示されることができるが、これに制限されるものではない。
架橋剤は、残像の調節と強度付与の程度と液晶領域と配向性ネットワークの相分離特性及びアンカリング（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）特性、感光性、誘電率及び屈折率などを考慮して適切な比率で含まれることができる。例えば、配向性ネットワークの前駆物質は、配向性化合物１００重量部に対して０．１重量部〜１００重量部、５重量部〜１００重量部、１０重量部〜９０重量部、１０重量部〜８０重量部、１０重量部〜７０重量部、１０重量部〜６０重量部または１０重量部〜５０重量部の架橋剤を含むことができる。架橋剤の比率は、使用される架橋剤及び配向性化合物の種類によって変更されることができる。本明細書で、単位重量部は、特に別途規定しない限り、成分間の重量の比率を意味することができる。
配向性ネットワークの前駆物質は、必要な場合に、溶媒、ラジカルまたは陽イオン開始剤、塩基性物質、ネットワークを形成することができるその他反応性化合物または界面活性剤などの添加剤をさらに含むことができる。
高分子ネットワークが配向性ネットワークの場合に、液晶セルにおいて液晶領域の液晶化合物は、高分子ネットワーク１００重量部に対して１００重量部〜２、５００重量部、１００重量部〜２，０００重量部、１００重量部〜１，９００重量部、１００重量部〜１，８００重量部、１００重量部〜１，７００重量部、１００重量部〜１，６００重量部、１００重量部〜１，５００重量部、１００重量部〜１，４００重量部、１００重量部〜１，３００重量部、１００重量部〜１，２００重量部、１００重量部〜１、１００重量部、１００重量部〜１，０００重量部、１００重量部〜９００重量部、１００重量部〜８００重量部、１００重量部〜７００重量部、１００重量部〜６００重量部、１００重量部〜５００重量部、１００重量部〜４００重量部、１００重量部〜３００重量部または１５０重量部〜２５０重量部程度の比率で含まれることができる。液晶化合物の比率は、必要に応じて変更されることができる。また、上記二色性染料は、上記液晶化合物１００重量部に対して０．０１重量部〜５重量部程度の比率で含まれることができるが、上記の比率は、必要に応じて適正範囲に変更されることができる。
他の例示で、高分子ネットワークは、重合性液晶化合物を含む高分子ネットワークであることができる。このような場合に、液晶セルは、上記液晶層に隣接する配向層を含むことができる。例えば、液晶セルの液晶層が上記配向層の一面に形成された形態であることができる。図３は、配向層３０１及び上記配向層３０１の一面に形成された液晶層として、高分子ネットワーク１０１１及び液晶領域１０１２を含む液晶セルの例示である。図３で、液晶領域１０１２内の液晶化合物は、矢印で表示されていて、二色性染料は、楕円体で表示されている。
液晶層において高分子ネットワークを形成する上記重合性液晶化合物及び／または液晶領域の液晶化合物は、上記配向層によって整列された状態で存在することができる。このような液晶セルは、例えば、電圧が印加されない状態でも優れた透明性を示すことができる。
液晶セルにおいて配向層としては、例えば、光配向性化合物を含む配向層を使用することができる。光配向性化合物としては、例えば、上記配向性ネットワークの形成に使用される化合物のうち適切な種類が選択されて使用されることができる。配向層において光配向性化合物は、方向性を有するように整列された状態で存在することができる。
配向層は、反応性化合物、例えば、上記光配向性化合物と反応することができる官能基を１つ以上有する化合物をさらに含むことができる。上記反応性化合物は、上記官能基を例えば、２個以上、２個〜１０個、４個〜０個または４個〜８個含むことができる。上記官能基は、上記液晶層の高分子ネットワークまたはそのネットワークを形成するための前駆物質と反応性を有することができる。上記反応性化合物は、例えば、配向膜を形成するために、混合物に光を照射するか、または液晶層を形成するために光を照射する過程で、混合物内の光配向性化合物が液晶配向性を示すために行う反応、例えば、光架橋または光重合反応とは別途の追加的な反応を誘導することができる。追加的な反応には、光配向性化合物間の架橋反応、光配向性化合物と反応性化合物または高分子ネットワークと反応性化合物間の架橋反応などが含まれることができる。したがって、上記反応性化合物は、配向層において光配向性化合物または高分子ネットワークと反応した状態で含まれていてもよい。
光配向性化合物及び／または高分子ネットワークと反応することができる官能基としては、例えば、自由ラジカル反応によって光配向性化合物及び／または高分子ネットワークと架橋されることができるものであって、エチレン性不飽和二重結合を含む官能基が例示されることができる。具体的な上記官能基の例には、アルケニル基、エポキシ基、シアノ基、カルボキシル基、アクリロイル基またはメタクリロイル基などの一種または二種以上が含まれることができる。
反応性化合物は、上記官能基を１個以上、２個以上、２個〜１０個、４個〜１０個または４個〜８個含み、分子量または重量平均分子量が２００〜５，０００または２００〜１，０００の化合物であることができる。このような官能基の数と分子量または重量平均分子量の範囲で、上記化合物は、光配向性化合物の液晶配向性を維持しながらも、上記追加的な反応を適切に維持し、液晶セルの耐久性を改善することができる。
反応性化合物としては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートまたは２−（２−オキソ−イミダゾリジニル）エチル（メタ）アクリレートなどのようなアルキル（メタ）アクリレート；ヒドロキシエチル（メタ）アクリレートまたはヒドロキシプロピル（メタ）アクリレートなどのようなヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート；メトキシエチル（メタ）アクリレートなどのようなアルコキシアルキル（メタ）アクリレート；カルボキシエチル（メタ）アクリレートなどのようなカルボキシアルキル（メタ）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、ペンタエリスリトール（ｐｅｎｔａｅｒｙｔｈｒｉｔｏｌ）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、ジペンタエリスリトールペンタ（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、トリグリセロールジ（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、テトラエチレングリコールジ（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、１、６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、グリセロールジ（メタ）アクリレート、トリス［２−（アクリロイルオキシ）エチル］イソシアヌレート、ウレタンアクリレート、グリセロール１、３−ジグリセロレートジ（メタ）アクリレートまたはトリ（プロピレングリコール）グリセロレートジアクリレートなどのような多官能性アクリレート；ビニル（メタ）アクリレートまたはアリル（メタ）アクリレートなどのようなアルケニル（メタ）アクリレート；ブトキシトリエチレングリコール（メタ）アクリレートなどのようなアルコキシポリアルキレングリコール（メタ）アクリレート；モノ−２−（アクリロイルオキシ）エチルスクシネートなどのようなスクシン酸アクリロイルオキシアルキルエステル；３−（アクリロイルオキシ）−２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレートなどのような（メタ）アクリロイルオキシアルキル（メタ）アクリレート；（メタ）アクリルアミド、ジアセトン（メタ）アクリルアミド、Ｎ−［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、Ｎ、Ｎ−（１、２−ジヒドロキシエチレン）ビスアクリルアミド、Ｎ、Ｎ−（１、２−ジヒドロキシエチレン）ビ
スアクリルアミドまたはＮ、Ｎ−メチレンビス（アクリルアミド）などのような（メタ）アクリルアミドまたはその誘導体；メチル２−アセトアミドアクリレートなどのようなアセトアミドアクリル酸アルキルエステル；１、３、５−トリアクリロイルヘキサヒドロ−１、３、５−トリアジンまたは２、４、６−トリアリルオキシ−１、３、５−トリアジンなどのような（メタ）アクリロイル基またはアルケニル基で置換されたトリアジン；トリス（２、３−エポキシプロフィール）イソシアヌレートなどのようなエポキシ基で置換されたイソシアヌレート；テトラシアノエチレンオキシドなどのようなテトラシアノアルキレンオキシド、トリアリルベンゼントリカルボキシレートなどのようなアルケニル基で置換されたカルボキシレート；カプロラクトン２−（（メタ）アクリロイルオキシ）エチルエステルなどのようなカプロラクトン（メタ）アクリロイルオキシアルキルエステル、モノ−２−（（メタ）アクリロイルオキシ）エチルマレートなどのようなマレイン酸（メタ）アクリロイルオキシアルキルエステル、１、２、３−トリアゾール−４、５−ジカルボキシル酸などのような多価カルボキシル酸、３−アリルオキシ−１、２−プロパンジオールなどのようなアルケニル基で置換されたアルカンジオール、ビス［４−（グリシジルオキシ）フェニル］メタンなどのようなグリシジルオキシフェニル基で置換されたアルカン、２−ビニル−１、３−ジオキサレン（２−ｖｉｎｙｌ−１、３−ｄｉｏｘａｌａｎｅ）などのようなアルケニル基で置換されたジオキサレン化合物またはポリ（メラミン−ｃｏ−ホルムアルデヒド）などが例示されることができるが、これに制限されるものではない。本明細書で用語（メタ）アクリルは、アクリルまたはメタクリルを意味する。
配向層は、例えば、光配向性化合物１００重量部に対して１０重量部〜１，０００重量部または２５重量部〜４００重量部の比率で上記反応性化合物が含むことができる。このような比率で基材層または高分子ネットワークとの接着力及び配向性を優秀に維持することができる。
配向層を形成する前駆物質は、上記光配向性化合物にさらに光開始剤を含むことができる。光開始剤としては、例えば、光の照射によって自由ラジカル反応を誘導することができるものなら特別な制限なしに使用することができる。このような光開始剤としては、アルファ−ヒドロキシケトン化合物、アルファ−アミノケトン化合物、フェニルグリオキシレート化合物またはオキシムエステル化合物などが例示されることができ、例えば、オキシムエステル化合物が使用されることができる。前駆物質内で光開始剤の比率は、特に制限されず、適切な反応を誘導することができる程度に含まれれば良い。
重合性液晶化合物を含む場合に、高分子ネットワークは、例えば、重合性液晶化合物を含む前駆物質のネットワークであることができる。用語「重合性液晶化合物を含む前駆物質のネットワーク」は、例えば、架橋または重合された重合性液晶化合物を含む高分子ネットワークを意味することができる。用語「重合性液晶化合物」は、液晶性を示すことができる部位、例えば、メソゲン（ｍｅｓｏｇｅｎ）骨格などを含み、また、重合性官能基を１つ以上含む化合物を意味することができる。また、重合性液晶化合物は、重合され、高分子ネットワーク内で液晶高分子の主鎖または側鎖のような骨格を形成していてもよい。
重合性液晶化合物は、多官能性重合性液晶化合物、単官能性重合性液晶化合物または上記の混合物であることができる。用語「多官能性重合性液晶化合物」は、上記液晶化合物のうち重合性官能基を２個以上、２個〜１０個、２個〜８個、２個〜６個、２個〜５個、２個〜４個、２個〜３個または２個含む化合物を意味することができ、用語「単官能性重合性液晶化合物」は、上記液晶化合物のうち１つの重合性官能基を含む化合物を意味することができる。
重合性液晶化合物は、例えば、下記化学式１で表示される化合物であることができる。
化学式１で、Ａは、単一結合、−ＣＯＯ−または−ＯＣＯ−であり、Ｒ１〜Ｒ１０は、それぞれ独立的に、水素、ハロゲン、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基、−Ｏ−Ｑ−Ｐまたは下記化学式２の置換基であるか、またはＲ１〜Ｒ５のうち隣接する２個の置換基の対またはＲ６〜Ｒ１０のうち隣接する２個の置換基の対は、互いに連結され、−Ｏ−Ｑ−Ｐで置換されたベンゼンを形成し、Ｒ１〜Ｒ１０のうち少なくとも１つは、−Ｏ−Ｑ−Ｐまたは下記化学式２の置換基であるか、Ｒ１〜Ｒ５のうち隣接する２個の置換基またはＲ６〜Ｒ１０のうち隣接する２個の置換基のうち少なくとも１つの対は、互いに連結され、−Ｏ−Ｑ−Ｐで置換されたベンゼンを形成し、上記でＱは、アルキレン基またはアルキリデン基であり、Ｐは、アルケニル基、エポキシ基、シアノ基、カルボキシル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基などの重合性官能基である。
化学式２で、Ｂは、単一結合、−ＣＯＯ−または−ＯＣＯ−であり、Ｒ１１〜Ｒ１５は、それぞれ独立的に、水素、ハロゲン、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基または−Ｏ−Ｑ−Ｐであるか、Ｒ１１〜Ｒ１５のうち隣接する２個の置換基の対は、互いに連結され、−Ｏ−Ｑ−Ｐで置換されたベンゼンを形成し、Ｒ１１〜Ｒ１５のうち少なくとも１つが−Ｏ−Ｑ−Ｐであるか、Ｒ１１〜Ｒ１５のうち隣接する２個の置換基の対は、互いに連結され、−Ｏ−Ｑ−Ｐで置換されたベンゼンを形成し、上記でＱは、アルキレン基またはアルキリデン基であり、Ｐは、アルケニル基、エポキシ基、シアノ基、カルボキシル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基などの重合性官能基である。
化学式１及び２で、隣接する２個の置換基が互いに連結され、−Ｏ−Ｑ−Ｐで置換されたベンゼンを形成するということは、隣接する２個の置換基が互いに連結され、全体的に−Ｏ−Ｑ−Ｐで置換されたナフタレン骨格を形成することを意味することができる。
化学式２で、Ｂの左側の「−」は、Ｂが化学式１のベンゼンに直接連結されていることを意味することができる。
化学式１及び２で、用語「単一結合」は、ＡまたはＢで表示される部分に別途の原子が存在しない場合を意味する。例えば、化学式１でＡが単一結合の場合、Ａの両側のベンゼンが直接連結され、ビフェニル（ｂｉｐｈｅｎｙｌ）構造を形成することができる。
化学式１及び２で、ハロゲンとしては、例えば、塩素、ブロムまたはヨードなどが例示されることができる。
用語「アルキル基」は、特に別途規定しない限り、例えば、炭素数１〜２０、炭素数１〜１６、炭素数１〜１２、炭素数１〜８または炭素数１〜４の直鎖または分岐鎖アルキル基を意味するか、または、例えば、炭素数３〜２０、炭素数３〜１６または炭素数４〜１２のシクロアルキル基を意味することができる。上記アルキル基は、任意的に１つ以上の置換基によって置換されることができる。
用語「アルコキシ基」は、特に別途規定しない限り、例えば、炭素数１〜２０、炭素数１〜１６、炭素数１〜１２、炭素数１〜８または炭素数１〜４のアルコキシ基を意味することができる。上記アルコキシ基は、直鎖、分岐鎖または環状であることができる。また、上記アルコキシ基は、任意的に１つ以上の置換基によって置換されていてもよい。
用語「アルキレン基」または「アルキリデン基」は、特に別途規定しない限り、例えば、炭素数１〜１２、炭素数４〜１０または炭素数６〜９のアルキレン基またはアルキリデン基を意味することができる。上記アルキレン基またはアルキリデン基は、例えば、直鎖、分岐鎖または環状であることができる。また、上記アルキレン基またはアルキリデン基は、任意的に１つ以上の置換基によって置換されることができる。
用語「アルケニル基」は、特に別途規定しない限り、例えば、炭素数２〜２０、炭素数２〜１６、炭素数２〜１２、炭素数２〜８または炭素数２〜４のアルケニル基を意味することができる。上記アルケニル基は、例えば、直鎖、分岐鎖または環状であることができる。また、上記アルケニル基は、任意的に１つ以上の置換基によって置換されることができる。
化学式１及び２で、Ｐは、例えば、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基；アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基；またはアクリロイルオキシ基であることができる。
本明細書で、特定官能基に置換されていてもよい置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、エポキシ基、オキソ基、オキセタニル基、チオール基、シアノ基、カルボキシル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基またはアリール基などが例示されることができるが、これに制限されるものではない。
化学式１及び２で、少なくとも１つ以上存在することができる−Ｏ−Ｑ−Ｐまたは化学式２の残基は、例えば、Ｒ３、Ｒ８またはＲ１３の位置に存在することができる。また、互いに連結され、−Ｏ−Ｑ−Ｐで置換されたベンゼンを構成する置換基は、例えば、Ｒ３及びＲ４であるか、またはＲ１２及びＲ１３であることができる。また、上記化学式１の化合物または化学式２の残基で、−Ｏ−Ｑ−Ｐまたは化学式２の残基以外の置換基または互いに連結されてベンゼンを形成している置換基以外の置換基は、例えば、水素、ハロゲン、炭素数１〜４の直鎖または分岐鎖のアルキル基、炭素数１〜４の直鎖または分岐鎖アルコキシ基を含むアルコキシカルボニル基、炭素数４〜１２のシクロアルキル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、シアノ基またはニトロ基であることができ、他の例示では、塩素、炭素数１〜４の直鎖または分岐鎖のアルキル基、炭素数４〜１２のシクロアルキル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、炭素数１〜４の直鎖または分岐鎖アルコキシ基を含むアルコキシカルボニル基またはシアノ基であることができる。
高分子ネットワークの前駆物質は、必要な場合に、溶媒、上記重合性液晶化合物の重合を誘導することができるラジカルまたは陽イオン開始剤、塩基性物質、ネットワークを形成することができるその他反応性化合物または界面活性剤などの添加剤をさらに含むことができる。
重合性液晶化合物の高分子ネットワークを含む場合には、液晶セルの液晶層において高分子ネットワークの比率は、液晶領域の液晶化合物１００重量部に対して０．５重量部〜２００重量部、０．５重量部〜１５０重量部、０．５重量部〜１００重量部、１重量部〜１００重量部、５重量部〜１００重量部、５重量部〜８０重量部、５重量部〜６０重量部または５重量部〜４０重量部程度であることができる。上記の比率は、必要に応じて変更されることができる。また、上記二色性染料は、上記液晶化合物１００重量部に対して０．０１重量部〜５重量部程度の比率で含まれることができるが、上記の比率は、必要に応じて適正範囲に変更されることができる。
液晶セルは、１個または２個以上の基材層をさらに含むことができる。液晶層は、基材層の表面または２個またはそれ以上の基材層の間に形成されていてもよい。例えば、液晶セルは、互いに対向している基材層をさらに含み、上記液晶層が上記対向されている基材層の間に存在することができる。図４は、互いに所定間隔で離隔されて対向配置されている基材層４０１Ａ、４０１Ｂの間に存在し、高分子ネットワーク１０１１及び液晶領域１０１２を含む液晶層を含む例示的な液晶セルを示している。図４で、液晶化合物は、液晶領域１０１２内に矢印で表示されており、二色性染料は、楕円体で表示されている。
基材層としては、特別な制限なしに公知の素材を使用することができる。例えば、ガラスフィルム、結晶性または非結晶性シリコンフィルム、石英またはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）フィルムなどの無機系フィルムやプラスチックフィルムなどを使用することができる。基材層としては、光学的に等方性の基材層や、位相差層のように光学的に二色性である基材層または偏光板やカラーフィルタ基板などを使用することができる。
プラスチック基材層としては、ＴＡＣ（ｔｒｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）；ノルボルネン誘導体などのＣＯＰ（ｃｙｃｌｏ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）；ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）；ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）；ＰＥ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）；ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）；ＰＶＡ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）；ＤＡＣ（ｄｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）；Ｐａｃ（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｔｅ）；ＰＥＳ（ｐｏｌｙ ｅｔｈｅｒ ｓｕｌｆｏｎｅ）；ＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎ）；ＰＰＳ（ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｓｕｌｆｏｎｅ）、ＰＥＩ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｉｍｉｄｅ）；ＰＥＮ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｍａｐｈｔｈａｔｌａｔｅ）；ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）；ＰＩ（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）；ＰＳＦ（ｐｏｌｙｓｕｌｆｏｎｅ）；ＰＡＲ（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ）または非晶質フッ素樹脂などを含む基材層を使用することができるが、これに制限されるものではない。基材層には、必要に応じて金、銀、二酸化ケイ素または一酸化ケイ素などのケイ素化合物のコーティング層や、反射防止層などのコーティング層が存在することができる。
基材層の表面、例えば、基材層の液晶層側の表面（例えば、図４で、液晶層と当接する基材層４０１Ａまたは４０１Ｂの表面には電極層が含まれることができる。電極層は、例えば、伝導性高分子、伝導性金属、伝導性ナノワイヤまたはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの金属酸化物などを蒸着して形成することができる。電極層は、透明性を有するように形成されることができる。この分野では、透明電極層を形成することができる多様な素材及び形成方法が公知されていて、このような方法は、すべて適用されることができる。必要な場合に、基材層の表面に形成される電極層は、適切にパターン化されていてもよい。
液晶セルは、また、上記液晶層の一面に配置された偏光板をさらに含むことができる。図５は、偏光板５０１が一面に配置された例示的な液晶セルを示す。図５で、液晶化合物は、液晶領域１０１２内に矢印で表示されていて、二色性染料は、楕円体で表示されている。図５では、液晶層と当接して偏光板５０１が配置されているものと表示されているが、例えば、偏光板５０１と液晶層との間には、必要に応じて上記記述した基材層及び／または電極層が存在していてもよい。上記偏光板としては、特別な制限なく、例えば、公知されたポリビニルアルコール偏光板のような吸収型偏光板が使用されることができる。例えば、電圧無印加状態で水平配向している上記液晶化合物及び／または二色性染料の配向方向は、上記偏光板の光吸収軸と実質的に平行であることができる。
本発明は、また、上記液晶セルを含む表示装置に関する。前述したように、表示装置は、表示素子及び液晶セルを含むことができる。また、液晶セルは、表示素子の一面、例えば、表示装置の最外郭に配置されることができる。表示素子は、少なくとも１つの偏光板とディスプレイパネルを含むことができ、上記偏光板のうち少なくとも１つの偏光板が上記表示素子と液晶セルとの間に配置されることができる。表示装置に対する具体的な事項は、上記記述した通りである。上記表示装置は、例えば、上記液晶セルを上記表示素子の一面に配置して製造することができる。
本発明は、また、上記液晶セルの製造方法に関する。
例えば、液晶セルの液晶層が配向性ネットワークを含む場合、上記液晶セルの製造方法は、配向性ネットワークを含む液晶層の前駆体の層に光を照射することを含むことができる。前駆体の層に光を照射することによって、上記配向性化合物の配向、架橋及び／または重合によるネットワークの形成及び液晶化合物の相分離を誘導することができる。
上記前駆体は、高分子ネットワークの前駆物質、液晶化合物及び二色性染料を含むことができる。上記高分子ネットワークの前駆物質は、配向性化合物、例えば、上記光配向性化合物を含むことができる。上記前駆物質は、高分子ネットワークを形成し、液晶化合物及び二色性染料は、ネットワークの形成過程でネットワークと相分離され、上記液晶領域を形成することができる。
配向性化合物としては、上記記述した化合物、例えば、光配向性化合物やその化合物を形成することができる前駆体化合物を使用することができ、液晶化合物と二色性染料としては、既に記述したものと同一の化合物を使用することができる。前駆物質は、必要な場合に配向性化合物とともに高分子ネットワークを形成することができる化合物として、既に記述した架橋剤を適切に含むことができる。配向性化合物、架橋剤、液晶化合物及び二色性染料の種類及びその比率などについては、既に記述した内容が同一に適用されることができる。
また、上記前駆物質によって形成された高分子ネットワークと液晶化合物は、上記記述した数式３及び４などを満足することができる。
前駆体において液晶化合物は、上記前駆物質１００重量部に対して１００重量部〜２，５００重量部、１００重量部〜２，０００重量部、１００重量部〜１，９００重量部、１００重量部〜１、８００重量部、１００重量部〜１，７００重量部、１００重量部〜１，６００重量部、１００重量部〜１，５００重量部、１００重量部〜１，４００重量部、１００重量部〜１，３００重量部、１００重量部〜１，２００重量部、１００重量部〜１，１００重量部、１００重量部〜１，０００重量部、１００重量部〜９００重量部、１００重量部〜８００重量部、１００重量部〜７００重量部、１００重量部〜６００重量部、１００重量部〜５００重量部、１００重量部〜４００重量部、１００重量部〜３００重量部または１５０重量部〜２５０重量部程度の比率で含まれることができるが、これは、必要に応じて適切に変更されることができる。また、前駆体において上記二色性染料は、上記液晶化合物１００重量部に対して０．０１重量部〜５重量部程度の比率で含まれることができるが、上記の比率は、必要に応じて適正範囲に変更されることができる。
前駆体は、必要な場合に溶媒をさらに含むことができる。溶媒は、特に制限されず、例えば、トルエン、キシレン、シクロペンタノンまたはシクロヘキサノンなどの公知の溶媒で適切な種類が選択されることができる。
前駆体は、また、必要に応じて、配向性化合物及び／または架橋剤などのネットワーク形成反応を促進するために、適切なラジカルまたは陽イオン開始剤やアミンなどの触媒などやネットワークを形成することができるその他反応性化合物または界面活性剤などの添加剤をさらに含むことができる。
前駆体の層は、前駆体を適切な基板、例えば、上記基材層にコーティングして形成することができる。前駆体の層は、例えば、前駆体が液状の場合には、バーコーティング、コンマコーティング、インクジェットコーティングまたはスピンコーティングなどの通常のコーティング方式で形成されることができる。前駆体の層が形成される基材層の表面には、例えば、上記記述した透明電極層が形成されていてもよい。
前駆体の層を形成した後、上記層に光を照射することができる。光の照射は、例えば、前駆体が溶媒などを含む場合には、形成された層を適切な条件で乾燥し、溶媒を揮発させた後に行うことができる。このような乾燥は、例えば、約８０℃〜１３０℃の温度で約１分〜１０分間行うことができるが、これに制限されるものではない。
光の照射は、前駆体の層に含まれる配向性化合物が整列されることができるように行われることができる。通常、配向性化合物の整列は、直線偏光された光を使用して行われることができる。照射される光の波長や強さは、配向性化合物の適切な整列を提供することができるように選択されることができる。通常、配向性化合物、例えば光配向性化合物は、可視光や近紫外線（ｎｅａｒ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）範囲の光によって整列するが、必要な場合に、遠紫外線（ｆａｒ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）や近赤外線（ｎｅａｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ）範囲の光が使用されることができる。
光の照射は、液晶化合物が等方性の状態（Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｓｔａｔｅ）で行われることができる。図６は、基材層６０１２上に形成されており、等方性状態である液晶化合物（矢印）及び二色性染料を含む前駆体の層６０１１に光を照射する過程を模式的に示す図である。液晶化合物を等方性の状態に維持するために、例えば、光の照射は、液晶化合物の等方性の前が温度（ＴＮＩ、ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）またはそれ以上の温度範囲で行うことができる。
光の照射を通じて配向性化合物は、方向性を有する状態で整列され、内部に分散した液晶化合物及び／または二色性染料は、上記配向性化合物の整列方向によって配向され、例えば、図２のような液晶層が形成されることができる。必要な場合に、高分子ネットワークの形成などをさらに促進するために上記光の照射工程の前または後、またはそれと同時に適切な熱の印加または露光工程を行うことができる。
他の例示で、液晶層の高分子ネックワークが重合性液晶化合物を含む場合には、液晶セルは、例えば、配向層上に形成された液晶層の前駆体の層に光を照射することを含む方式で製造することができる。前駆体の層に光を照射することによって、例えば、上記重合性液晶化合物が重合されながら高分子ネットワークが形成され、液晶化合物の高分子ネットワークと相分離され、液晶領域が形成されることができる。
配向層は、例えば、上記光配向性化合物を含む配向層前駆体を適切な基板、例えば、上記基材層にコーティングし、露光し、光配向性化合物を整列させて形成することができる。図７は、基材層７０１２に形成された配向層の前駆体に光を照射し、配向層７０１１を形成する過程を模式的に示す。
配向層の前駆体は、例えば、上記光配向性化合物に、さらに、上記記述した反応性化合物や開始剤を適正量で含むことができ、必要な場合に、界面活性剤などの他の添加剤をも含むことができる。配向層の前駆体の層は、例えば、上記前駆体をバーコーティング、コンマコーティング、インクジェットコーティングまたはスピンコーティングなどの通常のコーティング方式でコーティングして形成することができる。前駆体の層が形成される基材層の表面には、例えば、上記記述した透明電極層が形成されていてもよい。
前駆体の層を形成した後、上記層に光を照射することができる。光の照射は、例えば、前駆体が溶媒などを含む場合には、形成された層を適切な条件で乾燥し、溶媒を揮発させた後に行うことができる。このような乾燥は、例えば、約６０℃〜１３０℃の温度で約１分〜５分間行うことができるが、これに制限されるものではない。
光の照射は、前駆体の層に含まれる配向性化合物が整列されることができるように行われることができる。通常、配向性化合物の整列は、直線偏光された光を使用して行われることができる。照射される光の波長や強さは、配向性化合物の適切な整列を提供することができるように選択されることができる。通常、光配向性化合物は、可視光や近紫外線（ｎｅａｒ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）範囲の光によって整列するが、必要な場合に遠紫外線（ｆａｒ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）や近赤外線（ｎｅａｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ）範囲の光が使用されることもできる。
配向層の形成後に、上記配向層に隣接して液晶層の前駆体の層を形成することができる。図８は、図７で形成された配向層７０１１の表面に存在する液晶層の前駆体に光を照射し、高分子ネットワーク１０１１と液晶領域１０１２を含む液晶層を形成する過程を模式的に示す。
液晶層の前駆体は、例えば、上記記述した重合性液晶化合物、液晶領域を形成した液晶化合物と二色性染料及びその他必要な添加剤（例えば、開始剤など）を適切な溶媒に溶解させて製造することができる。溶媒としては、トルエン、キシレン、シクロペンタノンまたはシクロヘキサノンなどの公知の溶媒の使用が可能である。液晶層の前駆体は、例えば、上記重合性液晶化合物１重量部〜６０重量部及び液晶化合物４０重量部〜１００重量部または重合性液晶化合物５重量部〜５０重量部及び液晶化合物５重量部〜９５重量部を含むことができるが、これは、必要に応じて変更されることができる。また、上記二色性染料は、上記液晶化合物１００重量部に対して０．０１重量部〜５重量部程度の比率で前駆体に含まれることができるが、上記の比率は、必要に応じて適正範囲に変更されることができる。
前駆体の層を形成した後、上記層に光を照射することができる。光の照射を通じて高分子ネットワーク及び液晶領域が形成されることができる。光の照射は、例えば、液晶層の前駆体が溶媒などを含む場合には、形成された層を適切な条件で乾燥し、溶媒を揮発させた後に行うことができる。光の照射は、また、上記液晶化合物が隣接する配向層によって配向されている状態で行うことができる。上記乾燥及び／または液晶化合物の配向は、例えば、前駆体の層を約８０℃〜１３０℃の温度で約１分〜１０分間維持して行うことができるが、これに制限されるものではない。
光の照射の条件は、重合性液晶化合物が重合され、高分子ネットワークが形成され、液晶化合物が相分離され、液晶領域を形成することができるように行われる限り、特に制限されない。光の照射を通じて重合性液晶化合物は、配向層によって配向された状態で重合され、高分子ネットワークを形成し、その内部に液晶化合物を含む液晶領域が形成されることができる。必要な場合に、高分子ネットワークの形成などをさらに促進するために、上記光の照射工程の前または後、またはそれと同時に適切な熱の印加または露光工程を行うことができる。
上記過程を通じて液晶層を形成した後、必要な場合に、形成された液晶層に追加的な基材層、例えば、表面に透明電極層が形成されている基材層を付着することができる。
上記のような液晶セルの製造過程は、例えば、ロールツーロール（ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌ）方式などによって連続的に進行することができる。
このような方式で形成した液晶セルを表示素子の一面に配置し、表示装置を製造することができる。上記で液晶セルを表示素子の一面に配置する方法は、特に制限されない。例えば、適切な粘着剤や接着剤などを使用して上記製造された液晶セルをディスプレイパネルまたは偏光板などに付着して配置することができる。表示装置の製造方法は、上記過程以外にも、偏光板の付着工程や光源の配置工程などをさらに含むことができ、このような過程を行う方式は、特に制限されず、公知の方式を適用することができる。
例示的な液晶セルは、多様な類型の表示装置に適用され、その表示装置の視野角や光透過率を調節することができる。
図１は、例示的な表示装置を示す。
図３〜図５は、例示的な液晶セルを示す。
図６〜図８は、例示的な液晶セルの製造方法を示す。
図９は、実施例で製造された液晶セルが適用された表示装置に対して方位角４５度で測定した傾斜角度別の輝度変化を示す。
以下、実施例を通じて上記液晶セルを具体的に説明するが、上記液晶セルの範囲が下記提示された実施例に制限されるものではない。
実施例１
配向層の形成
下記化学式３の繰り返し単位を有するポリノルボルネン（ＰＮＢＣｉ、配向性化合物、重量平均分子量８５，０００、ＰＤＩ（ｐｏｌｙｄｉｓｐｅｒｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ）：約４．７５）、アクリル単量体及び光開始剤（Ｉｇａｃｕｒｅ ９０７）の混合物（ポリノルボルネン：アクリル単量体：光開始剤＝２：１：０．２５（重量比））をトルエン溶媒にポリノルボルネンの固形分の濃度が２ｗｔ％になるように溶解させて、配向層前駆体を製造した。次に、一面にＩＴＯ電極層が存在するポリカーボネートフィルムの電極層に上記前駆体をコーティングし、ＷＧＰ（Ｗｉｒｅ Ｇｒｉｄ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）を媒介で直線偏光された紫外線（１、２００ｍＪ／ｃｍ２）を照射し、配向層を形成した。
液晶セルの製造
下記化学式４の重合性液晶化合物（ＲＭ２５７、Ｍｅｒｃｋ社製）と液晶領域を形成する液晶化合物（ＺＧＳ−８０１７、ＪＮＣ、正常屈折率：１．４８７、異常屈折率：１．５９７）を１：５の重量比で混合した。次に、上記混合物に二色性染料として商品名がそれぞれＡＢ３（ドイツ、Ｎｅｍａｔｅｌ社製）、６４３ｎｍ波長の光に対する二色比：１２．８）、ＡＧ１（ドイツ、Ｎｅｍａｔｅｌ社製）、４６３ｎｍ波長の光に対する二色比：１１．７）、ＡＲ１（ドイツ、Ｎｅｍａｔｅｌ社製）、５５４ｎｍ波長の光に対する二色比：１１．０）及びＡＣ１（ドイツ、Ｎｅｍａｔｅｌ社製）、６６８ｎｍ波長の光に対する二色比：１２．１）の染料を上記混合物の重合性液晶化合物（ＲＭ２５７）と液晶化合物（ＺＧＳ−８０１７）１００重量部に対して上記ＡＢ３ ０．００２９４６重量部、上記ＡＧ１ ０．０１９０２８重量部、上記ＡＲ１ ０．０１８７３８重量部及び上記ＡＣ１ ０．０１８１１０重量部の比率で混合した。次に、重合性液晶化合物を基準として約５重量％の光開始剤（Ｉｇａｃｕｒｅ ９０７）を配合し、さらに０．４重量％のボールスペーサ（ｂａｌｌ ｓｐａｃｅｒ、ｈｙｐｅｒｓｉｌ社製、直径約２．５μｍ）を混合した後、約９０℃で約５分間熱処理し、均一な無溶剤型溶液（前駆体）を製造した。その後、上記配向層上に上記前駆体をコーティングした。その後、基材層の縁部にシーラント（ｓｅａｌａｎｔ）をパターニングして形成し、ＩＴＯ電極層が形成された他のポリカーボネートフィルムの上記ＩＴＯ電極層が上記前駆体の層を覆うようにして、ラミネイトに通過させた。次に、積層体に重合性液晶化合物及び液晶化合物の配向軸と平行な方向に直線偏光された紫外線（３０ｍＷ／ｃｍ２）を約２０秒間照射し、高分子ネットワーク及び液晶領域を形成させた。プリズムカプラを使用して測定した上記高分子ネットワークの屈折率は、約１．５６３程度であった。
試験例１
実施例で製造された液晶セルを使用した視野角調節効率を測定した。具体的には、両面に配置された偏光板を含む通常の横電界方式の液晶パネルの外側偏光板に上記液晶セルを付着し、上記液晶セルの液晶領域の液晶化合物と二色性染料の電圧無印加状態での配向方向が上記外側偏光板の光吸収軸と平行になるように付着した。その後、パネルを駆動させた状態で電圧の印加及び無印加状態を繰り返しさせた。電圧の印加時には、電圧無印加状態と比較して正面観察時には変化がないが、側面観察時には、画面が黒く変わって、画面が認識されなかった。上記試験による方位角４５度での傾斜角別の輝度変化をＳＤＶ−８５０装備を使用して測定し、その結果を図９に記載した。
１０１ 液晶セル
１０２ 偏光板
１０３ ディスプレイパネル
１０１１ 高分子ネットワーク
１０１２ 液晶領域
３０１ 配向層
４０１Ａ、４０１Ｂ 基材層
５０１ 偏光板
６０１１ 前駆体の層
６０１２ 基材層
７０１１ 配向層
７０１２ 基材層

Claims (19)

  1. 高分子ネットワーク及び上記高分子ネットワーク内に存在し、液晶化合物及び二色性染料が存在する領域を含む液晶層を有する液晶セルであって、
    液晶化合物及び二色性染料は、水平配向状態と垂直配向状態で相互スイッチングされることができ、
    液晶セル内の液晶化合物及び二色性染料が水平配向している状態での液晶セルの面方向の位相差Ｒ ｉｎ は、１０ｎｍ以上かつ３００ｎｍ以下であり、
    液晶セル内の液晶化合物及び二色性染料が垂直配向している状態での液晶セルの厚さ方向の位相差Ｒ ｔｈ は、１０ｎｍ以上かつ３００ｎｍ以下である、液晶セル。
  2. 高分子ネットワーク及び液晶化合物は、下記数式１を満足する、請求項１に記載の液晶セル：
    上記数式１で、ｎｐは、高分子ネットワークの屈折率であり、ｎｏは、液晶化合物の正常屈折率であり、ｎｅは、液晶化合物の異常屈折率であり、ａは、０≦ａ＜０．５を満足する数である。
  3. 高分子ネットワークは、誘電率が３以上である、請求項１に記載の液晶セル。
  4. 液晶化合物は、下記数式２を満足するネマチック液晶化合物である、請求項１に記載の液晶セル：
    上記数式２で、ｎｏは、液晶化合物の正常屈折率であり、ｎｅは、液晶化合物の異常屈折率であり、ｂは、０．１≦ｂ≦１を満足する数である。
  5. 液晶化合物の異常誘電率εｅと正常誘電率εｏの差εｅ−εｏが３以上である、請求項１に記載の液晶セル。
  6. 電圧が無印加状態で光透過率が８０％以上である、請求項１に記載の液晶セル。
  7. 高分子ネットワークは、光配向性化合物を含む前駆物質の配向性ネットワークである、請求項１に記載の液晶セル。
  8. 光配向性化合物は、方向性を有するように整列された状態であり、液晶化合物または二色性染料は、上記整列状態のネットワークによって配向されている、請求項７に記載の液晶セル。
  9. 液晶セルは、液晶層と隣接して配置されている配向層をさらに含み、高分子ネットワークは、上記配向層によって配向された重合性液晶化合物を含むネットワークである、請求項１に記載の液晶セル。
  10. 二色性染料は、黒色染料である、請求項１に記載の液晶セル。
  11. 二色性染料は、可視光領域の波長の少なくとも一部の範囲で二色比が７以上である、請求項１に記載の液晶セル。
  12. 液晶セルは、互いに対向して配置された２個の基材層をさらに含み、液晶層が上記対向配置された２個の基材層の間に形成されている、請求項１に記載の液晶セル。
  13. 基材層の液晶層側面には、電極層が形成されている、請求項１２に記載の液晶セル。
  14. 液晶層の一面に配置された偏光板をさらに含み、電圧の無印加状態で液晶化合物または二色性染料が上記偏光板の光吸収軸と平行な方向に配向されている、請求項１に記載の液晶セル。
  15. 配向性化合物を含む配向性ネットワークの前駆物質、液晶化合物及び二色性染料を含む前駆体の層に光を照射することを含む請求項１に記載の液晶セルの製造方法。
  16. 配向層上に形成されている高分子ネットワークの前駆物質、液晶化合物及び二色性染料を含む前駆体の層に光を照射することを含む請求項１に記載の液晶セルの製造方法。
  17. 表示素子と、上記表示素子の一面に配置された請求項１に記載の液晶セルとを含む表示装置。
  18. 表示素子は、ディスプレイパネル及び偏光板を含み、上記偏光板が上記ディスプレイパネルと液晶セルとの間に配置されている、請求項１７に記載の表示装置。
  19. ディスプレイパネルが有機発光表示パネルまたは液晶パネルである、請求項１８に記載の表示装置。
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