JP6808915B2 - 液晶組成物および液晶光学素子 - Google Patents
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Description
[1]: 液晶性を示し、且つ非硬化性化合物である液晶化合物と、重合性官能基を有する液晶性硬化性化合物と、重合性官能基を有する非液晶性硬化性化合物とを含有する液晶組成物であって、前記液晶性硬化性化合物の含有量よりも前記非液晶性硬化性化合物の含有量が多く、且つ前記液晶性硬化性化合物および前記非液晶性硬化性化合物の合量が、全体の8質量%以上、20質量%未満液晶組成物。
[2]: 前記非液晶性硬化性化合物が式(1)で表される化合物を含有する[1]に記載の液晶組成物。
R1,R2:其々独立に炭素数2〜6のアルキレン基である。
Z:2価のメソゲン構造部である。
n、m:其々独立に1〜10の整数である。
[3]: 前記非液晶性硬化性化合物が式(2)で表される化合物を含有する[2]に記載の液晶組成物。
R3:炭素原子間に一個または複数個のエーテル性酸素原子を有していてもよい直鎖又は分岐状炭素数1〜50の1〜3価の有機基である。
p、q、r:其々独立に0〜3である。但し、p+q+r=1〜3である。
[4]: 前記液晶性硬化性化合物の含有量が、全体の10質量%未満である[1]〜[3]のいずれかに記載の液晶組成物。
[5]: 前記液晶性硬化性化合物が、二官能硬化性化合物である[1]〜[4]のいずれかに記載の液晶組成物。
[6]: 少なくとも一方が透明である一対の基板と、前記一対の基板に挟持され、液晶化合物と、前記液晶化合物の配向を規制する配向規制材とを含む電気光学機能層と、前記電気光学機能層内に電界を生じさせる電界印加手段と、を具備する液晶光学素子の前記電気光学機能層を形成するために用いられる[1]〜[5]のいずれかに記載の液晶組成物。
[7]: 少なくとも一方が透明である一対の基板と、前記一対の基板に挟持された電気光学機能層と、前記電気光学機能層内に電界を生じさせる電界印加手段と、を備え、前記電気光学機能層は、液晶化合物と、前記液晶化合物の配向を規制する配向規制材とを含み、前記配向規制材は前記電気光学機能層全体に対して8質量%以上、20質量%未満であり、且つ前記配向規制材の構成成分が液晶性硬化性化合物由来より非液晶性硬化性化合物由来の割合が多い液晶光学素子。
[8]: 電圧無印加時に透明状態を示し、電圧印加時に入射光を散乱する状態を示す[7]に記載の液晶光学素子。
なお、「液晶性硬化性化合物」とは、単独の化合物として液晶性を示す化合物をいい、「非液晶性硬化性化合物」とは、単独の化合物として液晶性を示さない化合物をいう。液晶化合物は、液晶性を示し、非硬化性化合物からなる。
式(1)のメソゲン構造部(Z)は、1、4−フェニレン基が2個以上連結した2価のポリフェニレンが好ましい。なお、このポリフェニレン基中の一部の1,4−フェニレン基が1,4−シクロヘキシレン基で置換された2価の有機基であってもよい。
液晶性硬化性化合物の好適な例として、以下の式(12)〜(28)の化合物を例示できる。
他の成分としては、例えば、硬化触媒が挙げられる。
本組成物の硬化方法が熱硬化である場合、硬化触媒としては、パーオキサイド系、チオール系、アミン系、酸無水物系などが挙げられる。また、硬化方法が熱硬化である場合、本組成物には、必要に応じてアミン類などの硬化助剤が含まれる。
第1実施形態においては、誘電率異方性が負の液晶化合物を含む液晶組成物を使用し、縦電界の電界印加手段を有する液晶光学素子の一例について説明する。
図1は、第1実施形態に係る液晶光学素子の一例を示す要部の模式的説明図である。同図は、電圧無印加時の状態を示している。第1実施形態に係る液晶光学素子100は、一対の平板状の第1基板10と第2基板20が所定の間隙を持って対向配置されている。
また、耐衝撃性を向上させる観点から、柱状樹脂の集合体が連接するようにし、液晶のドメイン領域を形成させることが好ましい。ここで、液晶ドメイン領域とは、液晶分子が占有している空間をいう。なお、柱状樹脂は、配向膜等で形成される基板表面と化学的又は物理的に接着していてもよいし、接着していなくてもよい。
その後、本組成物に外部刺激を加え、一対の基板間に電気光学機能層1を形成する。外部刺激としては、可視光線、紫外線、電子線等の光線照射や、熱等を挙げることができる。中でも、重合時の温度を容易に制御することができる観点から、外部刺激は光線照射が好ましい。光線照射のうちでも、取り扱い性、製造容易性等の観点から、紫外線を用いることがより好ましい。紫外線の光源として高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ケミカルランプ、LEDランプ等を使用することができる。
以下、第1実施形態とは異なる実施形態の一例について説明する。なお、第1実施形態と同一要素・同一部材は同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
図3に、第2実施形態に係る液晶光学素子の模式的断面図を示す。液晶光学素子100aは、第1基板10の主面のうち電気光学機能層1が配される側の面上に、電界印加手段30が形成されている。電界印加手段30は、図4の模式的平面図に示すように、櫛歯形状の第1電極31aおよび第2電極32aを有する。
以下、上記実施形態とは異なる変形例について説明するが、本発明は上記実施形態および変形例に限定されるものではなく種々の変形が可能である。
一対の対向基板として、平面基板を2枚用いる例に代えて、平面基板と曲面基板とから一対の基板を形成してもよい。また、曲面部分と平面部分を有する基板を2枚組み合わせて一対の基板としてもよく、曲面基板を2枚組み合わせて一対の基板を形成してもよい。また、多面基板を用いてもよい。
以下に実施例を用いて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
液晶性化合物として、負の誘電異方性を有するネマティック液晶(Tc=98℃、Δε=−5.6、Δn=0.220)を使用した。硬化性化合物として、式(a)の非液晶性硬化性化合物(ST03776、Synthon Chemicals社製)および/又は式(b)の液晶性硬化性化合物(LC242, BASF社製 :Cr 65 N 118 I)を使用した。各例における液晶性化合物と、非液晶性硬化性化合物および液晶性硬化性化合物の質量割合を表1に示す。他の成分として、重合開始剤(BiPE(TCI社))を使用した。
硬化性化合物が均一に溶解した状態の上記液晶組成物を室温25℃の環境にて1時間静置した。静置後の液晶組成物をスライドガラスとプレパラートの間に挟持し、硬化性化合物の析出有無を評価した。析出が見られないものをA(Good)、析出が見られたものをB(Bad)として評価した。
一対のガラス基板上に透明電極としてITO薄膜(インジウム錫酸化物)を形成し、電極パターンを得た。次いで、絶縁膜としてSiO2−TiO2系の金属酸化膜を全面に約50μm厚に形成した。更に、この上にプレチルト角が約90°となるポリイミド薄膜からなる配向膜を形成した。前記一対のガラス基板に直径6μmの樹脂ビーズからなるスペーサを介して対向させ、液晶組成物を注入するための孔以外をエポキシ樹脂により封止して液晶セルを作製した。この液晶セルに、室温にて調製した液晶組成物を真空注入法により充填した後、注入孔を紫外線硬化性の封着材にて封止した。この液晶セルを30℃に保持した状態で、主波長が365nmのケミカルランプにより、上下から2mW/cm2の紫外線を15分間照射し、硬化性化合物を硬化せしめて液晶光学素子を製造した。
集光角5°のシュリ−レン系光学系にて本液晶光学素子の透過率を測定し、電圧非印加状態における透明状態の透過率値を分子とし、100Hz、40Vの電圧印加状態における散乱状態の透過率を分母として算出した値を素子コントラストとした。素子コントラストは、視覚的効果から10以上が好ましい。また、100Hz、40Vの電圧印加状態における散乱状態にしたときに、素子の背面側に光源を設置し、反対側に抜けてくる前方散乱光の色づきについても評価した。これらの結果を表2に示す。例1−4においては、散乱が弱く、散乱特性を確認できなかった。また、例1−5、例2−4および例2−5は、表2に示すように赤または赤緑の色づきが認められた。これに対し、例1−2、例1−3、例2−2、例2−3においては、色づきが観測されず無色であることを確認した。
硬化性化合物として、式(a)の非液晶性硬化性化合物および/又は式(c)の液晶性硬化性化合物(ST00975、Synthon Chemicals社製、Cr 86 N 116 I)を用いて、表3に示す質量割合で混合した以外は、上述した例1−1等と同様の方法により液晶組成物を得た。
硬化性化合物として、式(a)の非液晶性硬化性化合物、式(d)の非液晶性硬化性化合物、および式(c)の液晶性硬化性化合物の少なくともいずれかを用い、表5に示す質量割合で混合した以外は、上述した例1−1等と同様の方法により液晶組成物を得た。
室温保管安定性評価において析出が見られた例5−1においては、液晶光学素子を作製できなかったが、それ以外の液晶組成物においては液晶光学素子を作製できた。得られた液晶光学素子は透明状態を呈しており、一対のITO電極間に100Hz、40Vの矩形波電圧を印加したところ、液晶光学素子は散乱状態を呈した。即ち、電圧非印加時に透過状態、電圧印加時に散乱状態を示す液晶光学素子が得られた。上記透過状態におけるヘイズ値は、液晶光学素子を作製できたいずれのサンプルも2%以下であり、良好な透明性が得られた。
次に、上記と同様の方法にて前方散乱光の色づきについても評価した。これらの結果、例5−4および例5−5のサンプルは、赤みの色づきが認められた。これに対し、例4−2、例4−3のサンプルは、色づきが観測されず無色であることを確認した。
硬化性化合物として、式(a)の非液晶性硬化性化合物、および式(c)の液晶性硬化性化合物の少なくともいずれかと、配向規制材の柔軟性を向上させる式(e )の非液晶性硬化性化合物(A-PTMG65、新中村化学社製)を用い、表7に示す質量割合で混合した以外は、上述した例1−1等と同様の方法により液晶組成物を得た。
室温保管安定性評価において析出が見られた例6−1においては、液晶光学素子を作製できなかったが、それ以外の液晶組成物においては液晶光学素子を作製できた。得られた液晶光学素子は透明状態を呈しており、一対のITO電極間に100Hz、40Vの矩形波電圧を印加したところ、液晶光学素子は散乱状態を呈した。即ち、電圧非印加時に透過状態、電圧印加時に散乱状態を示す液晶光学素子が得られた。上記透過状態におけるヘイズ値は、液晶光学素子を作製できたいずれのサンプルも2%以下であり、良好な透明性が得られた。
次に、上記と同様の方法にて前方散乱光の色づきについても評価した。これらの結果、例6−4においては、散乱が弱く、散乱特性を確認できなかった。また、例6−5のサンプルは、赤みの色づきが認められた。これに対し、例6−2、例6−3のサンプルは、色づきが観測されず無色であった。
2 液晶化合物
3 配向規制材
10 第1基板
11 第1配向機能層
20 第2基板
21 第2配向機能層
30 電界印加手段
31 第1電極
32 第2電極
33、37 連結部
34、38 櫛歯部
100 液晶光学素子
Claims (6)
- 液晶性を示し、且つ非硬化性化合物である液晶化合物と、
重合性官能基を有する液晶性硬化性化合物と、
重合性官能基を有する非液晶性硬化性化合物とを含有する液晶組成物であって、
前記液晶性硬化性化合物の含有量よりも前記非液晶性硬化性化合物の含有量が多く、且つ
前記液晶性硬化性化合物および前記非液晶性硬化性化合物の合量が、全体の8質量%以上、20質量%未満であり、
少なくとも一方が透明である一対の基板と、
前記一対の基板に挟持され、前記液晶化合物と、前記液晶組成物の硬化処理により得られ、前記液晶化合物の配向を規制する配向規制材とを含み、前記液晶化合物は、連続した相を形成しつつ、前記配向規制材により液晶ドメインに分割されている、液晶/高分子複合体層からなる電気光学機能層と、
前記電気光学機能層内に電界を生じさせる電界印加手段と、を具備し、前記電界印加手段の印加電圧のオン・オフにより、偏光板を用いることなく透過と散乱が制御され、ブルー相を示さない液晶光学素子の前記電気光学機能層を形成するために用いられ、
前記非液晶性硬化性化合物が式(1)で表される化合物を含有する液晶組成物。
R 1 ,R 2 :其々独立に炭素数2〜6のアルキレン基である。
Z:2価のメソゲン構造部である。
n、m:其々独立に1〜10の整数である。 - 前記液晶性硬化性化合物の含有量が、全体の10質量%未満である請求項1または2に記載の液晶組成物。
- 前記液晶性硬化性化合物が、二官能硬化性化合物である請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶組成物。
- 少なくとも一方が透明である一対の基板と、
前記一対の基板に挟持された電気光学機能層と、
前記電気光学機能層内に電界を生じさせる電界印加手段と、を備え、
前記電気光学機能層は、液晶化合物と、前記液晶化合物の配向を規制する配向規制材とを含み、前記液晶化合物が連続した相を形成しつつ、前記配向規制材により液晶ドメインに分割されている、液晶/高分子複合体層からなり、
前記配向規制材は前記電気光学機能層全体に対して8質量%以上、20質量%未満であり、且つ前記配向規制材は、前記液晶化合物と、重合性官能基を有する液晶性硬化性化合物と、重合性官能基を有する非液晶性硬化性化合物とを含有する液晶組成物の硬化処理により得られ、当該配向規制材の構成成分は、前記液晶性硬化性化合物由来より前記非液晶性硬化性化合物由来の割合が多く、
前記非液晶性硬化性化合物が式(1)で表される化合物を含有し、
前記電界印加手段の印加電圧のオン・オフにより、偏光板を用いることなく透過と散乱が制御され、ブルー相を示さない液晶光学素子。
R 1 ,R 2 :其々独立に炭素数2〜6のアルキレン基である。
Z:2価のメソゲン構造部である。
n、m:其々独立に1〜10の整数である。 - 電圧無印加時に透明状態を示し、電圧印加時に入射光を散乱する状態を示す請求項5に記載の液晶光学素子。
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