JP3862473B2 - Liquid crystal element, liquid crystal functional material, and liquid crystal device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラットパネルディスプレイ、ペーパーディスプレイ、プロジクションディスプレイ、プリンター等に使用されるライトバルブとして使用し得る、液晶素子、該液晶素子を含む液晶装置ならびに該液晶素子を構成するに適した液晶性機能材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からもっとも広範に用いられてきているディスプレイとしては、ＣＲＴが知られている。テレビやＶＴＲなどの動画出力、あるいはパソコン等のモニターとして広く用いられている。しかしながらＣＲＴはその特性上、静止画像に対してはフリッカや解像度不足による走査縞等が視認性を低下させたり、焼き付きによる蛍光体の劣化が起こったりする。また、その消費電力もかなり多く省消費電力という点においても改善が求められている。そして、ＣＲＴはその構造上、画面後方に広く体積を有することが必須であることから、ＣＲＴを有する情報機器の利便性は制限され、オフィス、家庭の省スペース化には不向きである。
【０００３】
このようなＣＲＴの課題を解決するものとして液晶表示素子がある。例えばエム・シャット（Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ）とダブリュー・ヘルフリッヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）著アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第１８巻、第４号（１９７１年２月１５日発行）第１２７頁〜１２８頁において示されたツイステッドネマチック（ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を用いたものが知られている。近年、このタイプあるいはＶＡ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳ（ｉｎ ｐｌａｎｅ ｓｗｔｃｈｉｎｇ）モード等の液晶を用いてＴＦＴといわれる能動型素子を各画素に備えた液晶素子の開発、製品化が行われている。このタイプの液晶素子では一つ一つの画素に、トランジスタを作成するため、クロストークの問題が無く、また、近年の急速な生産技術の進歩によって１０−１３インチクラスのディスプレイが良い生産性で作られつつある。
【０００４】
しかしながら、これら液晶素子は通常バックライトを用い、液晶素子を透過する光を変調することでディスプレイとして用いている。このため、バックライトとして強い光を必要とし、液晶ディスプレイの消費電力も大半をバックライトで消費しており、リチウムイオン二次電池を使用してもモバイル等の継続稼動時間がせいぜい数時間程度である。また、より多くの液晶素子のバックライトの省略を実現できれば、より多くの情報機器、オフィス機器の低消費電力化がはかれることになり、地球温暖化の抑制ひいては地球環境の保全に貢献できることとなる。
【０００５】
このような状況の下、バックライトを用いない低消費電力タイプの反射型液晶素子の開発が行われているが、なおその特性には改善が求められているのが現状である。また、液晶素子を、投写型、いわゆるプロジェクターとして用いた製品が、大画面用のディスプレイとして各社より上市されているが、この分野においても輝度、コントラストといった面でさらなる改善が求められている。このような要請に対して、偏光板を必要としない高輝度の液晶素子を指向して、ポリマー分散型あるいはポリマーネットワーク型液晶素子と言われる光散乱型の液晶素子が提案、研究されている（例えば、９３ Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ ３９７頁）。しかしながらこれらの素子はなおその駆動特性、散乱能及びその他の特性の向上が望まれている。
【０００６】
従来、特開平０９−２４３９８４号公報に記載されているようなデンドリマーあるいはディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物の光散乱型液晶素子が提案されているが、ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物が相似た構造を有しているため、相分離状態が不十分で、相分離状態に大きく依存する光散乱性能が不十分だったり、棒状液晶化合物のスイッチング能力を阻害するといった問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、低消費電力、高輝度、高性能の液晶素子、光変調素子、表示素子を実現しようとするものである。また、そのための優れた液晶性機能材料を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の目的で検討を重ねた結果、本質的に異なる分子構造ならびにこれに伴い異なる屈折率異方性を有するディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物とを、互いに相分離した状態で共存させることにより、後述する表１で説明する両者間の層屈折率特性差を有効に利用した高い光散乱状態を与える液晶素子が得られることを知見した。ここでいう「相分離状態」とは、光学偏光顕微鏡観察下でそれぞれ相分離した液晶層のテクスチャーが観察できる状態をいい、例えばそれぞれの相のドメインサイズが光の波長レベル以上、典型的には１〜２μｍ以上であれば、この条件が満たされる。また、ある場合には、ＤＳＣ等の熱測定を行うことで、それぞれの液晶相の相転移を独立に観測することによっても相分離状態が確認できる。
【０００９】
すなわち、本発明の液晶素子は、一対の基板の間隙に液晶層を挟持してなる液晶素子であって、前記液晶層は、ディスコティック液晶と棒状液晶とが相分離状態で共存してなり、前記ディスコティック液晶の相と棒状液晶の相は、それぞれ屈折率異方性を有し、ダイレクターが同方向に配向したときにいずれの方向位においても屈折率の差を生じて、該屈折率の差による光散乱状態を生じることを特徴とする。
【００１０】
好ましい一態様によれば、上述した相分離状態の形成のために、ディスコティック液晶化合物として、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子ディスコティック液晶化合物を用いる。
【００１１】
他の好ましい態様によれば、高い光散乱状態を形成させるために、少なくとも一状態として、液晶層中のディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物のダイレクタを同一方向に配向させる。
【００１２】
他の好ましい態様によれば、棒状液晶化合物としてメモリー性あるいはネマチック相を有する液晶化合物を用いる。
【００１３】
更に他の好ましい態様によれば、棒状液晶化合物として高分子形態の液晶化合物を用いる。
【００１４】
別の観点によれば、本発明は、上述に好ましい形態の液晶層を形成する材料としての液晶組成物（あるいは混合物）を与える。その好ましい態様によれば、重合性ディスコティック液晶性化合物と棒状液晶化合物とを含有する液晶混合物が与えられる。
【００１５】
本発明の更に、別の観点によれば上記液晶素子を含む液晶装置が与えられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施態様）
本発明の好ましい一実施態様によれば、ディスコティック液晶化合物としてくり返し単位中にディスコティック液晶化合物性分子ユニットを用いた高分子マトリクス型（高分子分散型と高分子ネットワーク型の双方を包含する趣旨で用いる）の液晶素子が形成される。
【００１７】
このようにして形成される本発明の高分子マトリクス型液晶素子は、後述の実施例と比較例の対比で判るように、極めて良好な光散乱能を有することが特徴的である。従来の、高分子マトリクス型液晶素子におけるマトリクス高分子を、本発明に従い、ディスコティック液晶性高分子化合物に変えて棒状液晶組成物と組合せることにより、光散乱能の顕著な向上が得られるのは、含まれる成分の形状異方性に起因する屈折率異方性を高度に利用可能であることによると考えられている。すなわち、従来の高分子マトリクス型液晶素子においては、一軸異方性の棒状液晶と組合されるマトリクス高分子が等方性であって、本質的に得られる光散乱能が成分間の一方向のみの屈折率の差によって得られるのに対し、本発明においてはマトリクス高分子が、それ自身も一般的には負の屈折率異方性を有するものであり、棒状液晶との組合せであらゆる方向で屈折率の差を大きくとり得ることが、光散乱能の向上に寄与しているものと解される。このことをモデルをもって、以下に説明する。
【００１８】
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ棒状液晶およびディスコティック液晶高分子の屈折率棒円体を（後述する別の好ましい態様における両者間のダイレクター配置とともに）示すモデル図であり、他方、一般の高分子マトリクス型液晶素子に用いられるマトリクス高分子は等方性（屈折率ｎ１＝ｎ２＝ｎ３）である。これら各成分の典型的な各方向屈折率は下表１の通りとなる。
【００１９】
【表１】
光散乱能は、一般に入射光に対する媒質間の屈折率差の程度に大きく依存する。上表１に示すような典型的な各方向屈折率値に基づく場合、通常の高分子マトリクス型素子においては棒状液晶の一方向（ｎ３＝１．７）の屈折率のみがマトリクス高分子との屈折率差を生じ得る。これに対し、ディスコティック高分子を用いる本発明においては、ｎｄ１とｎ１、ｎｄ２とｎ２、ｎｄ３とｎ３という組み合わせで理想的に方向を合わせる配向を得たとすると全方向位に屈折率の差を生じることがわかり、また理想的に方向が合わない場合でも、各方向の屈折率の組み合わせが確率的に屈折率の差を複数方向で生じ易く、その光散乱能が強いことが強く示唆され、実験的にも確認されている。
【００２１】
好ましい一態様によれば、上述したような高分子マトリクス型液晶素子を構成する液晶混合物の原料として適した液晶性混合物が与えられる。これは、重合性ディスコティック液晶性化合物と棒状液晶化合物とを含有する。重合性ディスコティック液晶性化合物とは、ディスコティック液晶構造単位を有する化合物であって、いずれかの部位に重合性の基を有するものをいう。ここで、重合性の基とは、通常の付加重合に適した二重結合を含む基のみならず、縮重合を起し得る反応性基あるいは放射線重合を起し得る基であってもよく、特に重合のメカニズムを限定する趣旨ではない。ディスコティック液晶構造単位を有する化合物の例としては、例えば特開平８−２７８２４号公報ならびに特開平９−２１４４４号公報に記載されるものが挙げられる。具体的には、以下の式に示されるような骨格に、直鎖あるいは分岐鎖の、アルキル基、アルコキシ基、置換ベンゾイルオキシ基等がそれぞれ放射状に置換された構造が挙げられ、重合性ディスコティック液晶性化合物はこれらのディスコティック液晶構造単位を有する化合物の一部に重合性の基を与えることにより得られる。
【００２２】
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
また、上記した重合性ディスコティック液晶性化合物との混合により本発明の液晶性混合物を構成する棒状液晶化合物は、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、カイラルスメクチック液晶等の液晶相を与える化合物であり、混合物中には少なくとも一種の棒状液晶化合物が含有されるが、好ましくは液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するため、複数種の棒状液晶化合物の組合せによる、いわゆる液晶組成物として含まれる。
【００２８】
上記液晶性混合物に必要に応じて、重合開始剤等を添加した後重合性ディスコティック液晶性化合物を重合させることにより、高分子マトリクス型液晶素子を構成する好適な機能材料としての液晶混合物が得られる。
【００２９】
重合性ディスコティック液晶性化合物を含む重合前の液晶性混合物自体は、液晶相を有していても有していなくともよい。有している場合には、配向処理を施しておくことにより、液晶性に基づく何らかの配向性を付与することが可能であり、所望の秩序構造を作り込むことも可能である点で好ましい。また、この混合物は均一な組成物であっても良く、均一でない混合状態であっても良い。ただし、一定の条件下で、例えば加熱処理したりすることで均一になることが、後述する液晶素子を生産するときの、均一な素子を再現性よく生産するための生産性向上のために好ましい。液晶性混合物は、重合性ディスコティック液晶化合物の重合により高分子マトリクス型液晶素子の機能材料としての液晶混合物を与えるものであることが好ましく、そのため、液晶性混合物中の重合性ディスコティック液晶性化合物成分の成分比は、１重量％以上９９重量％以下であり、好ましくは５重量％以上９５重量％以下であり、さらに好ましくは１０重量％以上９０重量％以下である。一方棒状液晶化合物成分の成分比は、同様に１重量％以上９９重量％以下であり、好ましくは５重量％以上９５重量％以下、さらに好ましくは１０重量％以上９０重量％以下である。また、本発明の液晶性混合物中には、ディスコティック液晶性を持たない、重合性モノマーを含有していても良く、必要に応じて酸化防止剤、ラジカル捕捉剤、光反応開始剤、重合抑制剤あるいは促進剤、色素等の添加物を含有していても良い。
【００３０】
本実施態様の液晶素子を構成する好適な機能材料としての液晶混合物は、好ましくは上記液晶性中のディスコティック液晶化合物の重合により得られ、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物と棒状液晶組成物を含有するところの液晶混合物である。くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物と棒状液晶組成物は微少な領域で相分離状態であることが、高分子マトリクス型液晶素子に、好適な散乱を得るため好ましいが、わずかに相分離していない部分を含むこともある。この材料を構成する、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物は、先述したディスコティック液晶構造単位を有する化合物をくり返し単位の一つとして有する高分子化合物である。この高分子化合物は、液晶相を持っていても良く、持っていなくても良い。より好ましい散乱状態を形成する上では、この高分子化合物がディスコティック液晶相を持つことで負の屈折率異方性を持った方が好ましい。このため、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物には、ディスコテック液晶性分子ユニットが５０重量％以上含有されていることが好ましい。ディスコティック液晶は通常負の屈折率異方性を持つ。棒状液晶組成物は、少なくとも一種の棒状液晶化合物からなり液晶相を持つ。ネマチック相、コレステリック相、スメクチック相、あるいはカイラルスメクチック相を示す液晶が好ましく用いられる。本発明のこの機能材料の製造法としては、例えば、前述した液晶性混合物を紫外線を用いて重合性ディスコティック液晶性化合物を含む重合性化合物を重合し、くり返し単位中にディスコテック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物、すなわちディスコティック液晶性、混合物を形成し、結果として棒状液晶層が相分離し形成されるという方法があり、好ましく用いられる方法である。より好ましい散乱を得るために、重合前あるいは重合中の相を制御し液適径の制御をしたりすることは、通常の高分子マトリクス型（すなわち高分子分散型あるいは高分子ネットワーク型）の液晶素子と同様に行い得る。さらにディスコティック液晶性高分子化合物と、棒状液晶組成物を別途作成し、これらを混合することで本発明の機能材料を得ることも可能である。くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有するディスコティック液晶性高分子化合物は、たとえば、Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ．１８巻９３頁−９８頁 １９９７年、あるいはＥＫＩＳＨＯ １巻４５頁１９９７年に記載されているような化合物を用いるとよい。また、本発明のディスコティック液晶性高分子化合物と、棒状液晶組成物を含有するところの液晶混合物にとって、より好ましい配向状態を作り出す上で、以上のような工程を経た後、熱処理することも可能である。熱処理を加えることで、くり返し単位中にディスコテック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物または（あるいは及び）棒状液晶組成物が自己組織を図り、より好ましい配向状態を作り出す場合が有る。
【００３１】
ディスコティック液晶性高分子化合物と、棒状液晶組成物との混合比に関しては、散乱能力の点、そしてそれぞれの物理的性質が現れる必要性から、ディスコティック液晶性高分子化合物が１重量％以上９９重量％以下であり、好ましくは５重量％以上９５重量％以下であり、さらに好ましくは１０重量％以上９０重量％以下である。一方棒状液晶組成物の成分比は、同様に１重量％以上９９重量％以下であり、好ましくは５重量％以上９５重量％以下、さらに好ましくは１０重量％以上９０重量％以下である。また、本発明の混合物中には、必要に応じて酸化防止剤、ラジカル捕捉剤、光反応抑制剤、重合抑制剤、色素等の添加物を含有していても良い。
【００３２】
本発明は更に、好ましくは上記ディスコティック液晶性高分子化合物により高分子マトリクスを形成し、棒状液晶と組合せた、高分子マトリクス型液晶素子を与える。この液晶素子は、前述したようにマトリクスを構成する高分子がディスコティック液晶性高分子化合物であるため、棒状液晶との組合せにおいて、高散乱性能を示す。従って、その構成次第で高反射率、高輝度、高コントラストといった特徴へと応用していくことが可能である。また、例えば高反射率という点に関して見ると、反射率がセル厚と正の相関が有ることから、高反射率ゆえにそのセル厚を薄くすることが可能となる。これはとりもなおさず駆動電圧の低電圧化を図り得ることに直結し、ドライバーＩＣの低コスト化、駆動による消費電力の低減化を実現できることとなる。
【００３３】
図２に、本発明の液晶素子のセル構成の一例を挙げる。この液晶セルは、それぞれ、透明電極（ＩＴＯ）層２ａ、２ｂおよび配向制御層３ａ、３ｂを備えた一対の基板１ａ、１ｂの間にスペーサ４で厚みを定めた液晶層５を挾持させたものであり、液晶層５は、ネットワークを構成するディスコティック液晶高分子５ａと棒状液晶５ｂとからなる。液晶層５の厚さは、スペーサ４により、好ましくは１〜１００μｍの間に設定される。一対の基板１ａ、１ｂはガラス、プラスチック等からなり、少なくとも表面側の一方（１ａ）は透明材料により形成される。配向制御層３ａ、３ｂは省略することをもできる。図２に示す要素のほかにショート防止層、光吸収層、反射層、カラーフィルター層を設けることも可能である。また、散乱素子、反射素子として使用する場合、一対の基板のうち背面側の一方（１ｂ）が存在しなくてもよく、一対の基板が非対称でもよい。さらにインプレーンスイッチング素子、フリンジフィールドスイッチング素子のように、左右に電極を設けることも可能である。
【００３４】
本発明の高分子マトリクス型液晶素子は、以上のような構造を取り得るが、もちろんそれらに限定されるものではない。高分子マトリクス型（図では、ネットワーク型）の液晶層５は、例えば、上述した重合性ディスコティック液晶性化合物と棒状液晶化合物とを含有する本発明の液晶性混合物を、液晶セルに注入し、紫外線を照射することにより、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物と棒状液晶組成物を含有するところの液晶混合物とすることにより作成することが可能である。そして電界により棒状液晶５ｂの配向状態を変化させることにより、透過光あるいは反射光を変調させるために、棒状液晶５ｂはＰ型あるいはＮ型の液晶であることが好ましい。また、低電圧で駆動が可能であったり、セル作成プロセスが比較的平易であったり、セル構成が比較的簡便であったりするために、棒状液晶５ｂとしては、ネマチック液晶が好ましく用いられる。さらに好ましくはアクティブマトリクス素子に使用するに好ましいという点でフッ素系ネマチック液晶が用いられる。
【００３５】
配向制御の一方法としては、配向制御層（３ａまたは／および３ｂ）が一軸配向制御層として形成され、例えば基板（１ａまたは／および１ｂ）上に、溶液塗工または蒸着あるいはスパッタリング等により、一酸化珪素、２酸化珪素、酸化アルミニウム、ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化セリウム、フッ化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化物、ホウ素窒化物などの無機物やポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエステル、ポリアミド、ポリエステルイミド、ポリパラキシレン、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリビニルクロライド、ポリスチレン、ポリシロキサン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂などの有機物を用いて被膜形成したのち、表面をビロード、布あるいは紙等の繊維状のもので摺擦（ラビング）することにより得られる。また、ＳｉＯ等の酸化物あるいは窒化物などを基板の斜方から蒸着する、斜方蒸着法なども用いられ得る。
【００３６】
特に、より良好な一軸配向性を得るためにポリイミドラビング膜を一軸配向層として用いることが好ましい。また、通常ポリイミドは、縮合架橋剤の前駆体であるポリアミック酸の形で塗膜し、焼成することで得られる。ポリアミック酸は溶剤に易溶解性であるため生産性に優れる。最近では溶剤に可溶なポリイミドも生産されており、そういった技術の進歩の上からもポリイミドは、より良好な一軸配向性を得られ、高い生産性を有する点で好ましく用いられる。用いられ得るポリイミドの具体的くり返し単位構造の一例としては、以下のものが挙げられる。
【００３７】
【化６】
式中、
［Ａ；芳香環、芳香族多環、複素環、脂肪族環又は縮合多環構造の４価の基、
Ｂ；脂環基を含む脂肪族基、
または、−（Ｐｈ）a−（Ｏ）c−（ＣＨ2）x−（Ｄ）e−（ＣＨ2）y−（Ｏ）d−（Ｐｈ）b−（Ｐｈはフェニル基）
【００３９】
【化７】
ａ＝ｂ：０又は１
ｃ＝ｄ：ａ＝ｂ＝０のとき０、ａ＝ｂ＝１のとき０又は
１：０又は１
ｘ、ｙ：それぞれ独立に１以上の整数
ただし、ｘ＋ｙ＋ｅは２以上１０以下である。］
両基板１ａ、１ｂは、スペーサー４を介して対向している。かかるスペーサー４は、基板間の距離（セルギャップ）を決定するものであり、シリカビーズ、隔壁スペーサー、樹脂スペーサービーズ等が用いられる。ここで決定されるセルギャップについては、液晶材料の違いによって最適範囲及び上限値が異なるが、１．０〜１００μｍの範囲に設定することが好ましい。
【００４１】
図２のようにして作成した液晶素子について、電界を制御して、棒状液晶の配向状態を変化させることにより、透過光あるいは反射光を変調することが可能であり、その変調された光を表示信号として扱うと表示素子となる。また、中間電圧信号を用いることで容易にアナログ階調表現が可能である。
【００４２】
図２に例示された液晶表示のセル後方または下部電極と基板の間に、光吸収板、場合によってはより輝度を得るために反射板あるいは散乱板（例えばＩＤＲＣ‘９４ １８３頁に記載されている。）を設置することで、反射型の液晶表示素子とすることができる。図３に、光吸収板６を含む構造の例を示した。例えば後述するアクティブマトリクス素子を用いることで、大面積、高精細、高速かつ優れた駆動特性の液晶素子を実現することができる。本発明の高分子マトリクス中に高分子ディスコティック液晶性化合物を含有するところの、高分子マトリクス型液晶素子を用いることで強い散乱が得られるため、高光反射率の高輝度反射型液晶素子を実現することができる。この反射型の液晶素子は外光あるいは補助光源を利用した直視型の液晶表示素子として使用することもできる。また、前面から強い光を入射し、液晶素子により変調、反射した光を光路制御した上でスクリーン上に投写する、いわゆるプロジェクションタイプの液晶素子として使用することもできる。
【００４３】
一方、プロジェクションタイプの、いわゆる投写型の液晶素子に関しては、反射型ではなく、透過型液晶素子として使用することもできる。図４に典型的な透過型のプロジェクション液晶素子の例を示した。同図を参照して、光源ユニット３０１からの白色光は、ダイクロイックミラー３０２，３０２′，３０２″によりＲ，Ｇ，Ｂの３原色に分類される。分離された光は、シュリーレン光学系を構成するシュリーレンレンズ３０８，３０８′，３０８″によって液晶素子３０３，３０３′，３０３″を通して原色光毎に変調され、変調光はダイクロイックプリズム３０５によって合成され、投写レンズ３０６によりスクリーンへ投写される。各液晶素子は表示素子駆動装置３０７により電圧が印加され駆動される。各３原色に対応する液晶素子３０３、３０３′、３０３″として、後述するアクティブマトリクス素子のようにマトリクスパターンの液晶素子を用いることで、投写スクリーンにカラー画像を映し出すことが可能である。この場合、本発明の液晶素子は散乱状態で黒表示をすることになり、より強い散乱が得られる本発明の液晶素子においては、より高いコントラストを実現することが可能である。
【００４４】
さらに、本発明の液晶素子は、能動（アクティブ）素子を各画素に設けたマトリクス型の素子とすることでより高精細、高性能の液晶素子とすることができる。これについて以下に説明する。例えば先に図２を参照して説明した素子構成を一画素の構成として有する図５および６に示したアクティブマトリクス素子が例としてあげられる。一対の透明基板（例えばガラス基板）４１、４２のうち、下側基板４１には透明な画素電極４３と画素電極４３に接続されたアクティブ素子４４とがマトリクス状に形成されている。アクティブ素子４４は、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）から構成される。トランジスタは、アモルファスシリコンベース、ポリシリコンタイプ、あるいはμクリスタルベース、単結晶シリコン等の半導体により構成される。この例ではアクティブ素子４４はＴＦＴを表している。ＴＦＴ４４は、基板４１上に形成されたゲート電極とゲート電極を覆うゲート絶縁膜とゲート絶縁膜上に形成された半導体層と、半導体層の上に形成されたソース電極及びドレイン電極とから構成される。さらに下基板４１には、図６に示すような画素電極４３の行間にゲートライン（走査ライン）４５が配線され、また画素電極４３の列間には情報信号ライン４６が配線されている。各ＴＦＴ４４のゲート電極は対応するゲートライン４５に接続され、ソース電極は対応する情報信号ライン４６に接続されている。ゲートライン４５は端部４５ａを介して行ドライバ３１に接続され、情報信号ライン４６は端部４６ａを介して列ドライバ３２に接続される。行ドライバ３１は、ゲート信号を印加してゲートライン４５をスキャンする。列ドライバ３２は、表示データに対応する信号を印加する。ゲートライン４５は、端部４５ａを除いてＴＦＴ４４のゲート絶縁膜で覆われており、情報信号ライン４６は前記ゲート絶縁膜の上に形成されている。画素電極４３は、前記ゲート絶縁膜の上に形成されており、その一端部においてＴＦＴ４４のドレイン電極に接続されている。また、図５の上側の基板４２には下側の基板４１の各画素電極４３と対向する透明電極４７が形成されている。対向電極４７は表示領域全体にわたる面積の１枚の電極から構成され基準電圧が印加されている。情報信号電圧に応じて、透過率が変化し、階調表現を行うことができる。また、画素毎に補助容量となるコンデンサが配置されることが良く行われる。
【００４５】
また、以上に記したアクティブマトリクス型の液晶素子においては、ゲートオン状態時に電荷が画素である液晶セルに注入され、短時間でゲートはオフとなり、次の走査ライン上の画素に情報が書き込まれる。
【００４６】
本発明の液晶素子は、プリンター等のライトバルブとしても使用可能である。
【００４７】
本発明の液晶素子を備えた、種々の機能をもった液晶装置を構成することができる。例えば、モバイル、ＰＤＡ、デスクトップＰＣ、ラップトップＰＣ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ドキュメントビューワー、プリンター、複写機等々が挙げられる。
【００４８】
本発明の液晶装置は、媒体である液晶素子が前述したように良好なスイッチング特性を有するため、優れた駆動特性、信頼性を発揮し、高精細、高速、大面積の表示画像を実現することができる。
【００４９】
（第２の実施態様）
別の好ましい実施態様によれば、少なくとも一状態において、液晶層中のディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物のダイレクタを同一方向に配向させた液晶素子が与えられる。
【００５０】
すなわち、ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物が相分離状態で存在し、かつディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物のダイレクターが同方向に配向している状態を利用した液晶素子である。ここで用いるディスコティック液晶化合物とは、「液晶」基礎編（培風館）第７頁等に記載されている、いわゆる板状化合物からなる液晶相を示す液晶化合物である。液晶相としては、ネマチックディスコティック相、ディスコティックヘキサゴナル相、ディスコティックレクタンギュラー相等が挙げられる。具体的に、ディスコティック液晶化合物構造単位としての具体例としては、以下のような構造例が挙げられる。
【００５１】
【化８】
【化９】
【化１０】
【化１１】
【化１２】
【化１３】
【化１４】
また、棒状液晶化合物とより相分離しやすいという意味でディスコティック液晶化合物は高分子化合物、即ち高分子ディスコティック液晶化合物が好ましく用いられる。そのような化合物の例としては、例えば、特開平８−２７２８４号公報、“Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ．”１８巻、９３〜９８頁、１９９７年、あるいは“ＥＫＩＳＨＯ”ｌ巻、４５頁、１９９７年に記載されているようなものが挙げられる。具体的な例としては以下のものが挙げられる。
【００５９】
【化１５】
【化１６】
【化１７】
【化１８】
第１の実施態様におけると同様に、この実施態様で用いられる棒状液晶化合物はネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、カイラルスメクチック液晶等の液晶である。通常少なくとも一種の棒状液晶化合物が含有されるが、好ましくは液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するため、複数種の棒状液晶化合物を用いたいわゆる棒状液晶組成物が用いられる。
【００６４】
この実施態様の液晶素子は、ディスコティック液晶相５ａを構成するディスコティック液晶化合物が、必ずしも高分子である必要がない（但し、高分子であることが好ましい）ことを除いて、第１の実施態様と同様に図２に示す素子構成を取り得る。
【００６５】
この実施態様においては、棒状液晶化合物としてメモリー性を有する棒状液晶化合物を好ましく用いることが出来る。この液晶としては、コレステリック液晶、スメクチック液晶、カイラルスメクチック液晶、二周波駆動ネマチック液晶等があり、それらが好ましく用いられる。コレステリック液晶についてはプレーナー配向、フォーカルコニック配向といつた配向状態をメモリー状態として使用できる。スメクチック液晶については、ホモジニアス配向状態とホメオトロピック配向状態をメモリー状態として利用でき、熱的にメモリー状態を解除できる。カイラルスメクチック液晶は自発分極を有する双安定状態をメモリー状態として利用できる。二周波駆動ネマチック液晶についても、高分子分散液晶として、メモリー性を発現することが、信学技報 ＥＩＤ９８−１８９、ＯＭＥ９８−１４３（１９９９−０３）に記載されている。本発明のメモリー性を有する液晶組成物は少なくとも一種の棒状液晶化合物が含有されるが、好ましくは液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するため、複数種の棒状液晶化合物を用いたいわゆる液晶組成物が用いられる。
【００６６】
以上に説明したように本発明における液晶組成物である機能材料は大きな消費電力源であるバックライトを用いない、輝度に非常に優れた液晶素子を作成することが出来る。また、スイッチング液晶としてメモリー性を有する液晶を用いたとき、常時駆動する必要がなく、駆動における消費電力の低減にも大きく貢献し得るものであり、今日知られている省消費電力液晶と比べる場合、非常に優れた液晶素子を実現し得ると考えられる。
【００６７】
図２に例示された液晶表示素子のセル後方または下部電極と基板の間に、光吸収板、場合によってはより輝度を得るために反射板あるいは散乱板（例えば“ＩＤＲＣ”‘９４、１８３頁に記載されている。）を設置することで、反射型の液晶表示素子とすることができる。
【００６８】
たとえば、後述するアクティブマトリクス素子を用いることで、大面積、高精細、高速かつ優れた駆動特性の液晶素子を実現することができる。本発明の高分子ネットワーク中に高分子ディスコティック液晶性化合物を含有するところの、高分子分散型もしくは高分子ネットワーク型液晶を用いることで強い散乱がえられるため高光反射率の高輝度反射型液晶素子を実現することができる。この反射型の液晶素子は、外光あるいは補助光源を利用した直視型の液晶表示素子として使用することもできる。また、前面から強い光を入射し、液晶素子により変調、反射した光を光路制御した上でスクリーン上に投写する、いわゆるプロジェクションタイプの液晶素子として使用することもできる。
【００６９】
本発明の液晶装置は媒体である液晶素子が前述したように良好なスイッチング特性を有するため、優れた駆動特性、信頼性を発揮し、高精細、高速、大面積の表示画像を実現することができる。
【００７０】
（第３の実施態様）
この実施態様においては、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物とメモリー性を有する液晶化合物を含有するところの液晶組成物を用いて液晶素子を形成し、低消費電力、高輝度、高性能の液晶素子、光変調素子、表示素子、液晶装置の実現を図る。
【００７１】
上述したように、この実施態様の液晶組成物は、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物とメモリー性を有する液晶化合物を含有する。
【００７２】
高分子ディスコティック液晶化合物としては、上記第２の実施態様において示した式（Ｄ−１）〜（Ｄ−２０）の構造単位をくり返し構造単位として有するものが好適に用いられる。
【００７３】
また、本発明における高分子ディスコティック液晶化合物の、上記のディスコティック液晶構造単位以外のくり返し構造単位としては、例えばアクリレート、メタクリレート単位を含むことが可能である。
【００７４】
また、本発明のもう一つの構成要因であるメモリー性を有する液晶化合物は通常棒状液晶化合物が用いられる。メモリー性を有する液晶化合物の例としては、コレステリック液晶、スメクチック液晶、カイラルスメクチック液晶、二周波駆動ネマチック液晶等があり、それらが好ましく用いられる。コレステリック液晶についてはプレーナー配向、フォーカルコニック配向といつた配向状態をメモリー状態として使用できる。スメクチック液晶については、ホモジニアス配向状態とホメオトロピック配向状態をメモリー状態として利用でき、熱的にメモリー状態を解除できる。カイラルスメクチック液晶は自発分極を有する双安定状態をメモリー状態として利用できる。二周波駆動ネマチック液晶についても、高分子分散液晶として、メモリー性を発現することが、“信学技報”ＥＩＤ ９８〜１８９、“ＯＭＥ”９８〜１４３（１９９９年３月）に記載されている。本発明のメモリー性を有する液晶化合物は少なくとも一種の棒状液晶化合物が含有されるが、好ましくは液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するため、複数種の棒状液晶化合物を用いるのが好ましい。
【００７５】
くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物とメモリー性を有する液晶化合物は微少な領域で相分離状態形成するが、わずかに相分離していない部分を含むこともある。この材料を構成する、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物は、後述するようにより好ましい散乱状態を形成する上では、この高分子化合物がディスコティック液晶相を持つことで負の屈折率異方性を持つた方が好ましい。このため、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物には、ディスコティック液晶性分子ユニットが好ましくは５０ｗｔ％以上、特に好ましくは７０ｗｔ％以上含有されていることが望ましい。ディスコティック液晶は通常負の屈折率異方性を有している。
【００７６】
本発明の液晶組成物である機能材料の製造は、例えば、光重合性ディスコティック液晶性化合物とメモリー性を有する液晶化合物の液晶混合物を紫外線等の光線を照射することにより、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物を形成し、結果としてメモリー性を有する液晶層が相分離し形成されるという方法が挙げられる。より好ましい散乱を得るために、重合前あるいは重合中の相を制御し、液滴径の制御をしたりすることは、通常の高分子分散型あるいは高分子ネットワーク型の液晶と同様に行い得る。さらにくり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物とメモリー性を有する液晶化合物を別途作成し、これらを混合することで本発明の機能材料としての液晶組成物を得ることも可能である。また、本発明のくり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物とメモリー性を有する液晶化合物を含有するところの液晶組成物にとつて、より好ましい配向状態を作り出す上で、以上のような工程を経た後、熱処理することも可能である。熱処理を加えることで、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物または／及びメモリー性を有する液晶化合物が自己組織化を図り、より好ましい配向状態を作り出す場合がある。
【００７７】
この実施態様においても、図２に示す素子構成の液晶素子が用いられる。
【００７８】
図２のようにして作成した液晶素子について、電界を制御して、棒状液晶化合物の配向状態を変化させることにより、透過光あるいは反射光を変調することが可能であり、その変調された光を表示信号として扱うと表示素子となる。また、中間電圧信号を用いることで容易にアナログ階調表現が可能である。
【００７９】
図２に例示された液晶表示素子のセル後方または下部電極と基板の間に、光吸収板６、場合によってはより輝度を得るために反射板あるいは散乱板（例えば“ＩＤＲＣ”‘９４、１８３頁に記載されている。）を設置することで、反射型の液晶表示素子とすることができる。図３にはその構造の例を示した。
【００８０】
（第４の実施態様）
先ず、この実施態様においては、ディスコティック液晶化合物と棒状高分子液晶化合物とを含有する。ディスコティック液晶化合物とは、ディスク状のコアを有する液晶化合物であり、例えば、培風館社刊、「液晶・基礎編」第７〜９頁に記載されているような化合物を言う。本発明の液晶組成物に用いるディスコティック液晶化合物の液晶相は、ネマチックディスコティック相、ディスコティックヘキサゴナル相、ディスコティックレクタンギュラー相等であるが、特に限定されない。
【００８１】
この態様の液晶組成物は、少なくとも一種類のディスコティック液晶化合物を含有していればよいが、相転移温度や光学特性、その他の特性を制御するため、複数種のディスコティック液晶化合物を併用しても良い。ディスコティック液晶化合物としては、上記第２および第３の実施態様において、構造単位として示した（Ｄ１）〜（Ｄ−２０）の構造単位を有するものが用いられる。
【００８２】
この実施態様で用いられる棒状高分子液晶化合物は、例えば、棒状液晶のユニットが側鎖にリンキングしているもの、該ユニットが主鎖を形成するもの等があり、代表的にはそれらを使用することができる。また、該化合物は、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、カイラルスメクチック液晶等の液晶であり、本発明の液晶組成物中に少なくとも一種類含有されるが、好ましくは、液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するために、複数種の棒状高分子液晶化合物を併用する。このような棒状高分子液晶化合物の具体的な例としては、特開平７−８２１８３号公報に記載されているようなものが挙げられ、さらに具体的には以下の構造のものが挙げられる。
【００８３】
【化１９】
【化２０】
【化２１】
【化２２】
【化２３】
【化２４】
【化２５】
【化２６】
【化２７】
【化２８】
【化２９】
【化３０】
【化３１】
【化３２】
【化３３】
【化３４】
【化３５】
【化３６】
【化３７】
【化３８】
【化３９】
【化４０】
【化４１】
【化４２】
【化４３】
【化４４】
【化４５】
【化４６】
液晶組成物の調製方法としては特に限定されないが、例えば以下の方法が挙げられる。
【０１１２】
（１）ディスコティック液晶化合物と棒状高分子液晶化合物とをブレンドし、加熱することによって混合し、組成物とする。
【０１１３】
（２）ディスコティック液晶化合物と棒状高分子液晶化合物をブレンドし、共溶媒に溶解させてから該溶媒を留去することにより組成物とする。
【０１１４】
（３）ディスコティック液晶化合物と重合性棒状液晶化合物をブレンドし、混合物とした後に重合性棒状液晶化合物を重合させる。重合方法としては、ＵＶ光等による光重合が便利であり、この場合上下基板中に本発明の液晶組成物を狭持させる場合に適している。即ち、基板間に粘性の高い高分子状態で注入するのではなく、粘性の低い低分子の状態で注入し、その後ＵＶ照射して重合させ、高分子とすることができるからである。また、ディスコティック液晶化合物と重合性棒状液晶化合物をブレンドした低粘性の混合物では、配向制御を行い易いという利点も有している。このようなディスコティック液晶化合物と重合性棒状液晶化合物との混合物は、後述する本発明の液晶素子を作製する上で非常に有用である。
【０１１５】
本発明の液晶組成物中のディスコティック液晶化合物と棒状高分子液晶化合物の含有割合は、それぞれ１〜９９重量％であり、好ましくは５〜９５重量％、さらに好ましくは１０〜９０重量％である。また、本発明の液晶組成物中には、ディスコティック液晶性を持たない重合性モノマーを含有していても良く、必要に応じて酸化防止剤、ラジカル捕捉剤、光反応開始剤、重合抑制剤或いは促進剤、色素等の添加物を含有していても良い。
【０１１６】
本発明の液晶組成物は、膜形成性に優れ、図８に示すように一の基板上に液晶層を形成した液晶素子を得ることができる。また本発明の液晶組成物を用いて構成することから、高光散乱性能、即ち、高反射率の素子が得られる。この高反射率という特徴により、例えば、明るいペーパーディスプレイ素子を作製することが可能である。図８は、その一実施形態の断面模式図である。図中、１は本発明の液晶組成物からなる層で、ディスコティック液晶相１ａと棒状高分子液晶相１ｂとからなる。２は配向膜、３は基板である。本実施形態は、例えば、プラスチック基板上に一軸配向処理層であるポリイミドラビング膜を形成した後、光重合開始剤の入った重合性棒状液晶化合物とディスコティック液晶化合物の混合物をキャストコーティングし、ＵＶ光を照射することにより、相分離したディスコティック液晶化合物と棒状高分子液晶化合物からなる液晶組成物層を形成して得られる。
【０１１７】
液晶組成物層１の厚さは好ましくは１〜１００μｍである。基板３としては、ガラス等も用いることができるが、紙のように折り曲げたりすることができ、軽量ということからプラスチック基板が好ましく、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）等の基板が好ましく用いられる。また、もう１枚の基板を用意し、一対の基板間に液晶組成物層１を狭持する形態としても良い。
【０１１８】
本発明においては、図８に示した構成以外にも、光吸収層や反射層、カラーフィルタ層を設けることが可能である。
【０１１９】
基板３には、第１の実施態様における基板２ａ、２ｂ上に施した層４ａ、４ｂと同様な配向制御層を形成し得る。
【０１２０】
本発明においては、基板に一軸配向処理を施すことにより、液晶の配向を制御することができるため、屈折率差に起因する光散乱の視野角依存性を制御することも可能である。使用者にとって、自分が見る方向でより明るい画像を見ることができるという工夫ができるという点で、このような配向処理を行うことは有用である。
【０１２１】
図８に示したような本発明の液晶素子は、熱処理或いは光照射により画像表示を行うことができる。例えば、サーマルヘッドで熱書き込みを行うことで画像表示を行うことができる。これは特開平２−５７６号公報に記載されているメカニズムと似ている。即ち、熱書き込みされた部分は加熱され等方相状態となった後等方相状態から急冷され急速度でガラス転移温度を通過する。この時急冷プロセスのため液晶化が抑制され、熱書き込みされていない部分と大きく異なる液晶配向状態が固定化される。その結果、熱書き込みされた部分とそうでない部分の異なった配向状態によるコントラストが発現すると考えられる。この意味では、棒状高分子液晶化合物のガラス転移点は室温以上が好ましい。また、液晶組成物層に色素を含有させることにより、レーザー光による情報の書き込みを行うこともできる。また、上記したように、書き込みを行った後の状態は固定されているため、該熱処理や光照射等の外部場が非印加の静的状態で散乱状態を保持することができる。即ち、表示の書き換え時以外には熱処理や光照射が不要であり、低消費電力のペーパーディスプレイとしての応用が可能である。
【０１２２】
（第５の実施態様）
本実施態様においては、ディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶が相分離状態で存在し、かつディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶のダイレクターが同方向に配向している状態を利用した液晶素子により、低消費電力、高輝度、高性能の液晶素子、光変調素子、表示素子および液晶装置の実現を図る。さらには重合性ディスコティック液晶と、少なくとも一種の棒状ネマチック液晶を含む棒状液晶組成物とを含有する混合物が棒状ネマチック液晶またはディスコティック液晶が相分離している状態で重合性ディスコティック液晶を重合することにより、優れた高分子分散あるいは高分子ネットワーク型液晶素子を製造する。
【０１２３】
より詳しくは、本実施態様によりディスコティック液晶と棒状液晶が相分離状態で存在し、かつディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶のダイレクターが同方向に配向している状態を利用した液晶素子を得る。
【０１２４】
ディスコティック液晶としては、第２の実施態様で示したものを用いることができる。
【０１２５】
この実施態様において、もう一つの成分として用いる棒状液晶は、ネマチック液晶、コレステリック液晶等のネマチック液晶である。通常少なくとも一種の棒状液晶化合物が含有されるが、好ましくは液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するため、複数種の棒状液晶化合物を用いたいわゆる棒状液晶組成物が用いられる。ネマチック液晶は通常の液晶ディスプレイにもつともよく用いられ、通常使用環境下で安定した駆動特性を有する点で好ましい棒状液晶である。
【０１２６】
図１に示したディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶の配向ダイレクターが同方向とした状態、即ちそれぞれの液晶の各方向での屈折率の差がいずれの方向においても最大化した状態は非常に大きな光散乱状態を現出することが出来ると考えられる。本発明者は鋭意検討を行う中、ディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶が相分離状態に有り、かつそれら液晶の配向ダイレクターが同方向に有る状態を形成することに成功し、その状態での強い光散乱の現出を確認することが出来た。
【０１２７】
このような強い光散乱状態を使用し、棒状ネマチック液晶の配向状態をスイッチングにより変化させて表示信号とするような液晶素子が本発明の素子の好ましい形態としてあげられる。この意味でディスコティック液晶に高分子を用いた、いわゆる高分子分散型もしくは高分子ネットワーク型液晶素子は本発明における液晶素子の好ましい形態の代表例である。このケースで、以上述べてきた本発明の配向状態を得る方法としては、まずマトリクス高分子であるディスコティック液晶の配向を制御する必要がある。ディスコティック液晶の配向を制御するためには、重合前もしくは重合初期の段階でディスコティック液晶相を発現させることが好ましく、出現したディスコティック液晶が配向処理により配向制御される。ディスコティック液晶をｓｉｄｅ−ｏｎ配向（基板に対してディスクを平行に配向）させる方法としては、低プレチルト配向膜を使用したり、セル厚を薄くしたり、あるいはそれらの組み合わせといつた方法がある。セル厚を薄くする場合、５０μｍ以下程度が好ましい。次に棒状ネマチック液晶をこれに対してダイレクターをそろえる場合、ホメオトロピック配向を形成することになるが、正の誘電異方性を有する棒状ネマチック液晶を利用すれば電界を印加してホメオトロピック配向を得ることが出来、所望の（ディスコティック液晶と棒状液晶の）配向状態を得ることが出来る。
【０１２８】
このディスコティック液晶高分子と棒状ネマチック液晶とによる本発明の液晶素子は、図２に示すような素子構成を採ることができる。
【０１２９】
前述の液晶素子の製造方法は、例えば、光重合性ディスコティック液晶と一種又は二種以上の棒状ネマチック液晶（棒状液晶組成物）の液晶混合物（液晶組成物）を紫外線等の光線を照射することにより、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子ディスコティック液晶を形成し、棒状液晶層の相分離が促進され、最終的に相分離したディスコティック液晶相と棒状液晶相が形成される。より好ましい散乱を得るために、重合前あるいは重合中の相を制御し液滴径の制御をしたりすることは、通常の高分子分散型あるいは高分子ネットワーク型の液晶と同様に行い得る。さらにくり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子ディスコティック液晶化合物と棒状液晶組成物を別途作成し、これらを混合することで本発明の機能材料を得ることも可能である。また、高分子ディスコティック液晶化合物と棒状液晶組成物を含有するところの液晶混合物にとってより好ましい配向状態を作り出す上で、以上のような工程を経た後、熱処理することも可能である。熱処理を加えることで、高分子ディスコティック液晶化合物または（あるいは及び）メモリー性を有する液晶組成物が自己組織化を図り、より好ましい配向状態を作り出す場合が有る。
【０１３０】
高分子ディスコティック液晶化合物と棒状液晶との混合比に関しては、散乱能力の点、そしてそれぞれの物理的性質が現れる必要性から、高分子ディスコティック液晶化合物が１ｗｔ％以上９９ｗｔ％以下であり、好ましくは５ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下であり、さらに好ましくは１０ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下である。一方、棒状液晶の成分比は、同様に１ｗｔ％以上９９ｗｔ％以下であり、好ましくは５ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下、さらに好ましくは１０ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下である。また、本発明の液晶組成物中には、必要に応じて酸化防止剤、ラジカル捕捉剤、光反応抑制剤、重合抑制剤、色素等の添加物を含有していても良い。
【０１３１】
より好ましい散乱、配向を得るために、重合性ディスコティック液晶化合物と棒状液晶組成物を含有する混合物が棒状ネマチック液晶またはディスコティック液晶が相分離している状態で重合性ディスコティック液晶を重合する工程を経ることが有効である。前述したようなディスコティック液晶の配向制御を行いやすいといった点や、ディスコティック液晶と棒状液晶の相分離をより促進し、より強い散乱を得ることが出来る。充分に相分離しない場合、ディスコティック液晶と棒状液晶による等方相領域が残存することがあり、散乱能力を抑制してしまうことがある。
【０１３２】
また、ディスコティック液晶または棒状ネマチック液晶あるいは両方に配向性を付与するため、基板界面に配向処理を施すことも有効である。配向処理の一方法である一軸配向制御層の形成方法としては、たとえば基板上に溶液塗工または蒸着あるいはスパッタリング等により、一酸化珪素、二酸化珪素、酸化アルミニウム、ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化セリウム、フッ化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化物、ホウ素窒化物などの無機物や、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエステル、ポリアミド、ポリエステルイミド、ポリパラキシレン、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリビニルクロライド、ポリスチレン、ポリシロキサン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂などの有機物を用いて被膜形成したのち、表面をビロード、布あるいは紙等の繊維状のもので摺擦（ラビング）することにより得られる。また、ＳｉＯ等の酸化物あるいは窒化物などを基板の斜方から蒸着する、斜方蒸着法なども用いられ得る。
【０１３３】
特に、より良好な一軸配向性を得るためにポリイミドラビング膜を一軸配向層として用いることが好ましい。また、通常ポリイミドはポリアミック酸の形で塗膜し、焼成することで得られる。ポリアミック酸は溶剤に易溶解性であるため生産性に優れる。最近では溶剤に可溶なポリイミドも生産されており、そういった技術の進歩の上からもポリイミドは、より良好な一軸配向性を得られ、高い生産性を有する点で好ましく用いられる。
【０１３４】
また、本発明においては、ネマチック液晶としてメモリー性を有する例えば二周波駆動ネマチック液晶等を用いることができる。二周波駆動ネマチック液晶については、高分子分散液晶として、メモリー性を発現することが、信学技報 ＥＩＤ９８−１８９、ＯＭＥ９８−１４３（１９９９−０３）に記載されている。本発明のメモリー性を有する液晶組成物は少なくとも一種の棒状ネマチック液晶が用いられるが、好ましくは液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するため、複数種の棒状液晶を用いたいわゆる液晶組成物が用いられる。
【０１３５】
以上に説明したように本発明における液晶組成物である機能材料は大きな消費電力源であるバックライトを用いない、輝度に非常に優れた液晶素子を作成することが出来る。また、スイッチング液晶としてメモリー性を有する液晶を用いたとき、常時駆動する必要がなく、駆動における消費電力の低減にも大きく貢献し得るものであり、今日知られている省消費電力液晶と比べる場合、非常に優れた液晶素子を実現し得ると考えられる。
【０１３６】
【実施例】
次に実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
【０１３７】
（第１の実施態様）
実施例１
＜使用した重合性ディスコティック液晶性化合物＞
重合性ディスコティック液晶性化合物としては下記の化合物Ａを用いた。
【０１３８】
【化４７】
Ａの相転移は
Ｃｒｙｓｔ−（４４℃）−Ｉｓｏ（昇温過程）、Ｃｒｙｓｔ−（−１５℃）−Ｉｓｏ（降温過程）であった。
【０１４０】
＜使用した棒状液晶材料＞
棒状液晶としては、下記のＰ型液晶性化合物Ｂ、あるいはＰ型フッ素系ネマチック液晶組成物Ｃ（チッ素社製「ＫＮ−５０３０」）を用いた。
【０１４１】
【化４８】
液晶性化合物Ｂの相転移温度は、昇温過程で
Ｃｒｙｓｔ−（５３．５℃）−Ｎｅｍａｔｉｃ−（７５℃）−Ｉｓｏであった。
【０１４３】
（液晶組成物Ｃ）
液晶組成物Ｃ（「ＫＮ−５０３０」）の相転移温度は、昇温過程で
Ｃｒｙｓｔ−（−３０℃以下）−Ｎｅｍａｔｉｃ−（８０℃）−Ｉｓｏ
であった。Δεはプラス１０であった。
【０１４４】
＜液晶性混合物の作成＞
これらを用いて、重合性ディスコティック液晶性化合物Ａと棒状液晶性化合物ＢとをＡ／Ｂ＝５０／５０の重量比で混合して混合物▲１▼を、またディスコティック液晶性化合物Ａとネマチック液晶組成物ＣとをＡ／Ｃ＝５０／５０の重量比で混合して、混合物▲２▼を作成した。各成分はいずれも等方相状態で溶解して混合した。混合物▲２▼は室温で等方相を示した。
【０１４５】
＜空セルの作成＞
（セルＡの作成）
厚さ１．１ｍｍのガラス基板２枚のそれぞれに、透明電極として約７０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を形成した。
【０１４６】
一枚の基板の表面に、平均粒径６μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を、１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のビーズスペーサを散布した。この基板上に、熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られたものに別のＩＴＯ膜付きガラス基板を対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化し、セルＡを得た。
【０１４７】
（セルＡ＊の作成）
スペーサービーズとして平均粒径１０μｍのものを用いる以外はセルＡと同様にしてセルＡ＊を作成した。
【０１４８】
（セルＢの作成）
両基板（厚さ１．１ｍのガラス板）に対して、下記のくり返し単位を有するポリイミドの前駆体のポリアミック酸２．１重量％溶液を、１回目は５００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで３０秒間、の条件で回転塗布した。
【０１４９】
【化４９】
その後、８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２２０℃で１時間加熱焼成を施した。両基板上の配向膜に対して、一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理を施した。
【０１５１】
片方の基板の表面に、平均粒径６μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を、１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のビーズスペーサを散布した。この基板に熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られた２枚の基板をラビング軸を合わせて（すなわち平行且つ同一方向とし）対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化し、セルＢを得た。
【０１５２】
（液晶セルの作成）
混合物▲１▼と▲２▼のそれぞれに、２，６−ジターシャルブチル−４−メチルフェノールを２００ｐｐｍ添加し、さらに光重合開始剤（チバガイギー社製「イルガキュア１８４」）を２重量％添加したのち、各混合物を、６０℃でセルＡ、Ａ＊、Ｂに常圧下で注入した。得られた計６のセルを、約１２ｍＷ／ｃｍ2、中心波長３６５ｎｍの紫外線で３分間露光して、液晶セルを作成した。いずれのセルも、高分子マトリクスから棒状液晶が良く相分離し、メトラー社製ホットステージで加熱しながら、偏光顕微鏡下で行った観察によると、棒状液晶のネマチックから等方相への相転移が、混合前の相転移温度とほぼ同じ温度で観測された。このことから、重合性ディスコティック液晶性化合物は、ほぼ全てが重合し、くり返し単位としてディスコティック液晶性成分を有する高分子化合物となっていることが確認された。液晶セルＢではいずれの材料の場合も棒状液晶が良く一軸配向していることが、偏光顕微鏡下で観察された。
【０１５３】
この状態から、各液晶セルを２２０℃に加熱し、０．５℃／分で室温まで降温したところ、いずれのセルにおいても、良く散乱するセルが目視で観察できた。液晶セルＢではいずれの材料の場合も一軸配向性が保持されていた。
【０１５４】
比較例１
ヘキシレンジアクリレートを、重合性ディスコティック液晶性化合物Ａの代りに用い、棒状液晶Ｃと重量比＝５０／５０で混合して、比較混合物を作成した。該比較混合物を、前述と同様にセルＡ＊に注入し、前述と同様にＵＶ露光し、高分子マトリクス型液晶素子を作成した。
【０１５５】
以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、室内光下で散乱光、反射光を目視で観察した。比較例１で作成した液晶セルに比較し、実施例１中で作成した液晶セルはいずれのセルも目視下、明らかな違いとしてわかる程に強い散乱を有していることがわかった。
【０１５６】
特に、以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、自動変更光度計（株式会社村上色彩技術研究所製「ＧＰ−２００」）で反射光強度を測定した場合、液晶混合物▲２▼を充填した系について、入射角３０度で出射角３７度の方向の光強度を、比較例の液晶セルと実施例の液晶セルで比較したところ、実施例の液晶セルＢは比較例の液晶セルに比べ、３．０倍の強度の光を反射していた。また、液晶セルＡは比較例の液晶セルの２．８倍、液晶セルＡ＊は４．５倍であった。また、実施例の液晶セルＢに１０Ｖ、６０Ｈｚの電界を印加したところ、電界印加状態では非印加状態に比べ、２８％反射光が増大し、散乱光が変調されることがわかった。
【０１５７】
実施例２
図４に示した投写光学系において、実施例１で作成した、混合物▲２▼を充填した液晶セルＢを液晶素子３０３として用い、スクリーンに投写した。５Ｖ、６０Ｈｚの電界を印加した状態と、しない状態とで、スクリーン上の輝度の変化が確認された。
【０１５８】
実施例３
図７に等価回路で示すような、単結晶シリコントランジスタ（オン抵抗５０Ω）４４、先の実施例１で使用した液晶▲２▼を充填したセルＢ型の液晶テストセル７０（画素面積０．９ｃｍ2）及び２ｎＦのセラミックコンデンサ７１を用いて、アクティブ液晶素子（単一画素）を作成した。そのゲイト信号ライン４５に選択期間が３０μ秒となるようなゲイト信号を与え、情報信号ライン４６からは６Ｖ、−６Ｖ、６Ｖ、−６Ｖ、０Ｖ、０Ｖ、０Ｖ、０Ｖという順番に波形を与えた。フレーム周波数１０Ｈｚとなるよう、液晶セルに電圧信号を与えたところ、顕微鏡下変調された光が観測された。
【０１５９】
上述したように、本発明によれば、偏光板を必要としない、明るくかつ従来の高分子マトリクス型液晶素子に比べて、高輝度且つ低消費電力駆動の可能な高分子マトリクス型の液晶素子、ならびにこれを構成するに適した機能材料としての液晶混合物、更にはその適切な原料としての液晶性混合物が与えられる。
【０１６０】
（第２の実施態様）
実施例４
＜使用した重合性ディスコティック液晶化合物Ａ＞
重合性ディスコティック液晶化合物としては下記の構造式で示される化合物Ａを用いた。
【０１６１】
【化５０】
Ａは、Ｒ1／Ｒ2のモル比が、５／１と４／２と３／３のものが、２２対５９対１６の混合物である。
【０１６３】
Ａの相転移は
ディスコティックレクタンギュラー相−（１３１℃）−ネマチックディスコティック相−（２００℃）−Ｉｓｏ（昇温過程）である。
【０１６４】
＜棒状液晶化合物Ｂ＞
棒状液晶化合物Ｂとしては下記の構造式で示される化合物Ｂを用いた。
【０１６５】
【化５１】
Ｂはスメクチック液晶である。
【０１６７】
Ｂの相転移は
Ｃｒｙｓｔ−（４℃）−Ｓｃ相−（４９℃）−ＳＡ相−（６９℃）−Ｉｓｏ（昇温過程）であった。
【０１６８】
これらを用いて、化合物ＡとＢを重量混合比Ａ／Ｂ＝５０／５０（混合物▲１▼）、２５／７５（混合物▲２▼）で混合し、重合性ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物の混合物を作成した。混合物は等方相状態で溶解した。
【０１６９】
＜セルの作成＞
・セルα、α＊
厚さ１．１ｍｍの２枚のガラス基板を用意し、透明電極として約７０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を形成した。
【０１７０】
両基板に対して下記繰り返し単位を有するポリイミドの前駆体のポリアミック酸２．１ｗｔ％溶液を１回目は５００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで３０秒間の条件で回転塗布した。
【０１７１】
【化５２】
その後、８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２２０℃で１時間加熱焼成を施した。この両基板にラビング処理を施したものと、施さないものを両方作成した。
【０１７３】
片方の基板の表面に平均粒径６μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のピーズスベーサを散布した。この基板に熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られた２枚の基板をラビング軸を合わせて対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化しセルを得た。
【０１７４】
ラビング処理したものをセルα、ラビング処理してないものをセルα＊とした。セルα、セルα＊は各３個用意した。
【０１７５】
上記の重合性ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物の混合物にそれぞれ２，６−ジターシャルブチル−４−メチルフェノールを２００ｐｐｍ添加し、さらにチバガイギー社製、光重合開始剤イルガキュア１８４を２ｗｔ％添加したのち、等方相でセルαとセルα＊にそれぞれ常圧下で注入した。セルαとセルα＊の各３個のセルについて室温、４０℃、５０℃で、それぞれ約１２ｍＷ／ｃｍ2、中心波長３６５ｎｍの紫外線でｌ０分間露光して、計６個の液晶セルを作成した。いずれのセルも棒状液晶化合物が良く相分離し、メトラー社製ホットステージ中偏光顕微鏡下の観察によると、棒状液晶化合物のＳＡ相から等方相への相転移が混合前の相転移温度とほぼ同じ温度で観測された。また、ディスコティック液晶相によるわずかな偏光が棒状液晶化合物ＢがＩｓｏ相になる温度より高温でも観察され、ディスコティック高分子が液晶を示していることもわかつた。偏光強度は棒状液晶化合物が液晶相を取っているときに比べ激減した。このディスコティック液晶化合物によるわずかな偏光は２００℃でも維持されていた。このことから、重合性ディスコティック液晶化合物はほぼすべてが重合し、くり返し単位としてディスコティック液晶性成分を有する高分子ディスコティック液晶化合物となっていることが確認された。
【０１７６】
これらのセルは、いずれのセルにおいても、良く散乱するセルが目視で観察できた。棒状液晶化合物はホモジニアスでランダムな配向に見えたが、フォトマルチプライアーによる光量測定によれば、わずかなコントラストを持っていたことからわずかな一軸配向性を付与できたものと思われる。
【０１７７】
比較例２
実施例４の重合性ディスコティック液晶化合物Ａをヘキシレンジアクリレートに変えて、棒状液晶化合物Ｂをチッソ社製ネマチック液晶ＫＮ５０３０に変えて、それらを重量比＝５０／５０で混合して、混合物を調整した。これを前述の実施例４と同様にセルα＊に注入し、前述の実施例４と同様にＵＶ露光し、高分子分散型液晶素子を作成した。
【０１７８】
以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、室内光下で散乱光、反射光を目視で観察した。比較例２で作成したセルに比較し、実施例４中で作成したセルはいずれのセルも目視下、明らかな違いとしてわかるほどに強い散乱を有していることがわかった。
【０１７９】
以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、株式会社村上色彩技術研究所製、自動偏光光度計ＧＰ−２００で反射光強度を測定した。入射角３０度で出射角０度方向の光強度を比較例２のセルと実施例４の室温で重合したセルで比較したところ、実施例４のセルαは比較例１のセルα＊に比べ、３．６倍の強度の光を反射していた。また、実施例４のセルα＊は比較例２のセルα＊の３．５倍であった。
【０１８０】
また、実施例４のセルαを６５℃で４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加し棒状液晶化合物をホメオトロピック配向した。偏光顕微鏡下、棒状液晶部分は暗視野となったことが確認された。これを室温まで冷却したが配向状態は保持されていた。この状態では電界非印加状態に比べ、２３％反射光が増大し、散乱光が変調されることがわかった。また、４０℃で重合したセルα、５０℃で重合したセルαもともに前記電界処理をしたところ、同様の観察結果が得られ、電界処理前に対し処理後は反射光がそれぞれ１７％、１８％増大した。
【０１８１】
ディスコティック液晶化合物のテクスチャーが偏光テクスチャーを有しつつ偏光強度をわずかにしか有さない状態であったことは、基板に板状のディスコティック液晶化合物がほぼ平行に配向していることを示唆していることと、棒状液晶化合物が殆どランダムにホモジニアス配向している状態とホメオトロピックに配向している状態とで光反射強度がいずれの条件でも２０％程度ホメオトロピック状態の方が強いことが確認された事実から、高分子ディスコティック液晶化合物は基板にほぼ平行に配向していることが確実であることがわかった。後者の反射光強度についてさらに付け加えれば、反射光強度が屈折率の各方向の差に強く依存することを考えると、ディスコティック液晶化合物が基板に対して一様でなくランダムに配向していた場合、棒状液晶化合物のホモジニアスとホメオトロピックで反射強度に差が出ないはずである。一方、ディスコティック液晶化合物が基板に対して垂直に配向していた場合、棒状液晶化合物のホモジニアスとホメオトロピックで反射強度が今回の結果とは逆になるはずである。このように考えると本実施例の結果をもって高分子ディスコティック液晶化合物は基板にほぼ平行に配向していることが確実であることがいえる。棒状液晶化合物がホメオトロピックであるとき、本発明における特徴的配向状態である、ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物が相分離状態で存在し、かつディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物のダイレクターが同方向に配向している状態をとっていることになる。
【０１８２】
実施例５
実施例４で用いた実施例液晶のセルα＊を６５℃で４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加し、電界をきった。この状態で、電界印加時の光散乱状態を維持していた。また、偏光顕微鏡下、配向の維持も確認され、メモリー性がはっきりと確認された。また、室温でもその配向状態は殆ど変化がなかった。これをさらに８０℃にした後、室温に戻したところ、電界印加前の状態に戻り、リバーシブルに変化させることが可能なことがわかった。
【０１８３】
実施例６
実施例４の混合物▲２▼とセルα＊を用いて実施例４と同様に室温で重合したところ、ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物が相分離された状態で実施例１と同様の配向状態が観察された。これを実施例４と同様に６５℃で４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加し、室温まで冷却した。電界印加前に比べ、反射強度は２２％増大した。この場合も実施例１と同様に、ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物が相分離状態で存在し、かつディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物のダイレクターが同方向に配向している状態を実現できた。
【０１８４】
実施例７
図４に示した投写光学系の液晶素子の部分に実施例４で作成した、実施例４のセルαを液晶素子３０３、３０３′、３０３″として用い、スクリーンに投写した。４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加する前の状態としたあとの状態でスクリーン上の輝度が変化した。
【０１８５】
（第３の実施態様）
実施例８
＜使用した重合性ディスコティック液晶性化合物＞
重合性ディスコティック液晶性化合物Ａとしては下記の化合物Ａを用いた。
【０１８６】
【化５３】
化合物Ａは、Ｒ１／Ｒ２のモル比が、５／１と４／２と３／３のものが、２２：５９：１６の混合物である。
【０１８８】
化合物Ａの相転移は
ディスコティックレクタンギュラー相−（１３１℃）−ネマチックディスコティック相−（２００℃）−Ｉｓｏ．（昇温過程）である。
【０１８９】
＜使用したメモリー性を有する棒状液晶化合物Ｂ＞
棒状液晶化合物Ｂとして下記の化合物Ｂを用いた。
【０１９０】
【化５４】
棒状液晶化合物Ｂはスメクチック液晶である。棒状液晶化合物Ｂの相転移は
Ｃｒｙｓｔ−（４℃）−Ｓｃ相−（４９℃）−ＳＡ相−（６９℃）−Ｉｓｏ．（昇温過程）である。
【０１９２】
これらを用いて、化合物ＡとＢを重量混合比Ａ／Ｂ＝５０／５０で混合し、重合性ディスコティック液晶性化合物と棒状液晶化合物の混合物からなる液晶組成物を作成した。混合物は等方相状態で溶解した。
【０１９３】
＜セルの作成＞
・セルＡ、Ａ＊
２枚の厚さ１．１ｍｍのガラス基板の一枚の基板に、透明電極として約７０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を形成した。
【０１９４】
他方の一枚の基板の表面に平均粒径６μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のビーズスペーサを散布した。この基板上の外縁の部分に、熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られたガラス基板に先のＩＴＯ膜付きガラス基板を対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化し、セルＡを得た。
【０１９５】
セルＡ＊は、セルＡと同様であるがスペーサのみ平均粒径１０μｍのものを使用して作成した。
【０１９６】
・セルＢ
セルＡと同様の両基板に対して下記の式（３）で示される繰り返し単位を有するポリイミドの前駆体のポリアミック酸２．１ｗｔ％溶液を１回目は５００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで３０秒間の条件で回転塗布した。
【０１９７】
【化５５】
その後、８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２２０℃で１時間加熱焼成を施した。両基板上の配向膜に対して、一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理を施した。
【０１９９】
片方の基板の表面に平均粒径６μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のビーズスペーサを散布した。この基板上の外縁の部分に、熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られた２枚の基板をラビング軸を合わせて対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化し、セルＢを得た。
【０２００】
上記の化合物Ａ，Ｂの５０／５０混合物からなる液晶組成物に２，６−ジターシャルブチル−４−メチルフェノールを２００ｐｐｍ添加し、さらにチバガイギー社製、光重合開始剤イルガキュア１８４を２ｗｔ％添加したのち、等方相でセルＡ、Ａ＊、Ｂに常圧下で注入した。これら計３個のセルを約１２ｍＷ／ｃｍ2、中心波長３６５ｎｍの紫外線で１０分間露光して、３個の液晶セルを作成した。
【０２０１】
いずれのセルも棒状液晶化合物が良く相分離し、メトラー社製、ホットステージ中偏光顕微鏡下の観察によると、棒状液晶化合物のＳＡ相から等方相への相転移が混合前の相転移温度とほぼ同じ温度で観測された。また、ディスコティック液晶相による偏光が棒状液晶化合物ＢがＩｓｏ相になる温度より高温でも観察され、ディスコティック高分子が液晶を示していることもわかった。このディスコティック液晶による偏光は２００℃でも維持されていた。このことから、重合性ディスコティック液晶性化合物はほぼすべてが重合し、くり返し単位としてディスコティック液晶性成分を有する高分子化合物となっていることが確認された。
【０２０２】
これらのセルは、いずれのセルにおいても、良く散乱するセルが目視で観察できた。
【０２０３】
比較例３
ヘキシレンジアクリレートを重合性ディスコティック液晶性化合物Ａに変えて、棒状液晶化合物Ｂをチッソ社製、ネマチック液晶ＫＮ５０３０に変えて、それらを重量比＝５０／５０で混合物を調整した。これを前述と同様にセルＡ＊に注入し、前述と同様にＵＶ露光し、高分子分散型液晶素子を作成した。
【０２０４】
以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、室内光下で散乱光、反射光を目視で観察した。比較例３で作成したセルに比較し、実施例８中で作成したセルはいずれのセルも目視下、明らかな違いとしてわかるほどに強い散乱を有していることがわかった。
【０２０５】
以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、株式会社村上色彩技術研究所製、自動偏光光度計ＧＰ−２００で反射光強度を測定した。入射角３０度で出射角３７度方向の光強度を比較例３のセルと実施例８のセルで比較したところ、実施例８のセルＢは比較例３のセルに比べ、１．７倍の強度の光を反射していた。また、セルＡは比較例３のセルの２．１倍、セルＡ＊は２．２倍であつた。また、反射率の測定を出射角０度においても同様の結果を得た。
【０２０６】
また、実施例４のセルＢを６５℃で４０Ｖ、２ｋＨｚの電界印加状態で非印加状態に比べ、２３％反射光が増大し、散乱光が変調されることがわかった。また、実施例８中で作成したセルはいずれも４０Ｖ、２ｋＨｚの電界印加状態で散乱光が変調されることがわかった。
【０２０７】
実施例９
実施例８で用いた実施例液晶のセルＢを６５℃で４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加し、電界をきつた。この状態で、電界印加時の光散乱状態を維持していた。また、偏光顕微鏡下、配向の維持も確認され、メモリー性がはつきりと確認された。また、室温でもその配向状態は殆ど変化がなかった。これをさらに８０℃にした後、室温に戻したところ、電界印加前の状態に戻り、リバーシブルに変化させることが可能なことがわかつた。
【０２０８】
実施例１０
図４に示した投写光学系の液晶素子の部分に実施例８で作成した、実施例８のセルＢを液晶素子３０３として用い、スクリーンに投写した。４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加する前の状態と、印加したあとの状態でスクリーン上の輝度が変化した。
【０２０９】
（第４の実施態様）
実施例１１
棒状高分子液晶化合物として下記液晶化合物Ａ１を、ディスコティック液晶化合物としては下記液晶化合物Ｂ１をそれぞれ用いた。
【０２１０】
【化５６】
【化５７】
上記Ａ１とＢ１とを１：１の重量比で混合し、ＴＨＦに溶解した後、該ＴＨＦを留去し、液晶組成物Ｃ１を得た。ＤＳＣ測定を行ったところ、上記Ａ１とＢ１の相転移がそれぞれ観測された。
【０２１３】
〔素子ａ〕
厚さ１．１ｍｍのガラス基板上に上記液晶組成物Ｃ１の１０重量％ＴＨＦ溶液をキャスティング塗布し、１３０℃のオーブンで加熱乾燥し、厚さ５μｍの液晶組成物層を得た。
【０２１４】
〔素子ｂ〕
厚さ約２００μｍのポリエーテルスルホン基板上に、素子ａと同様にして厚さ５μｍの液晶組成物層を形成した。
【０２１５】
〔素子ｃ〕
厚さ１．１ｍｍのガラス基板上に下記繰り返し単位を有するポリイミド前駆体のポリアミック酸２．１重量％溶液を、１回目は５００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで３０秒間の条件で回転塗布した。
【０２１６】
【化５８】
その後、８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２２０℃で１時間の加熱焼成を施した。得られたポリイミド膜に一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理を施した。
【０２１８】
この基板上に、素子ａと同様にして厚さ５μｍの液晶組成物層を形成した。
【０２１９】
〔素子ｄ〕
へキシレンジアクリレートとネマチック液晶（チッソ社製「ＫＮ５０３０」）の５０／５０（重量比）混合物を、光重合開始剤（チバガイギー社製「イルガキュア１８４」）２重量％と共に、上下ガラス基板を５μｍのセルギャップで対向配置させたセルに注入し、ＵＶ露光することにより従来の高分子分散型液晶素子を得た。
【０２２０】
上記素子ａ〜ｄの反射光強度を、自動偏光光度計（村上色彩技術研究所社製「ＧＰ−２００」）で測定した。測定は、入射角３０°で出射角１０°方向の光強度を素子ｄに対して素子ａ〜ｃで比較した。素子ｃは光の入射方向に対してラビング軸を垂直方向に合わせて測定した。その結果、素子ａ，ｂ，ｃは素子ｄに対して、それぞれ７４％、６８％、７０％光散乱強度が強かった。
【０２２１】
実施例１２
棒状高分子液晶化合物としては下記液晶化合物Ａ２を、ディスコティック液晶化合物としては下記液晶化合物Ｂ２をそれぞれ用いた。
【０２２２】
【化５９】
【化６０】
上記液晶化合物Ａ２とＢ２を１：１の重量比で混合し、ＴＨＦに溶解した後、該ＴＨＦを留去し、液晶組成物Ｃ２を得た。ＤＳＣにて測定したところ、上記Ａ２とＢ２の相転移がそれぞれ観測された。
【０２２５】
得られた液晶組成物Ｃ２を用いる以外は、実施例１１の素子ｃと同様にして液晶組成物層を形成して素子ｅを得、光強度を実施例１１の素子ｄと比較した。素子ｅは素子ｄに比べて９８％光散乱強度が強かった。また、ラビング軸をこの測定とは垂直、即ち光の入射方向とは平行にして測定したところ、素子ｄに比べて１１０％光散乱強度が強く、光の散乱に角度依存性があることがわかった。
【０２２６】
実施例１３
実施例１１の素子ｂについて、サーマルヘッドを用いて画像の書き込みを行ったところ、書き込んだ領域がそれ以外の領域に比べて透明化し、表示媒体として有効なことがわかった。これは書き込んだ領域が加熱急冷されたことにより、液晶化が抑制されたためと考えられる。
【０２２７】
実施例１４
〔素子ｆ〕
重合性棒状液晶化合物として下記液晶化合物Ｄ１を用い、ディスコティック液晶化合物としては、実施例１２で用いた液晶化合物Ｂ２を用いた。
【０２２８】
【化６１】
上記液晶化合物Ｄ１とＢ２と１：１の重量比で混合し、光重合開始剤（チバガイギー社製「イルガキュア１８４」）２重量％と共に、上下ガラス基板を５μｍのセルギャップで対向配置させたセルに注入し、ＵＶ露光することにより棒状高分子液晶化合物とディスコティック液晶化合物からなる液晶組成物層を形成し、素子ｆを得た。
【０２３０】
上記素子ｆの光強度を実施例１と同様に、実施例１の素子ｄと比較した。その結果、素子ｆは素子ｄに比べて１０２％も光散乱強度が強かった。
【０２３１】
以上説明したように、本発明の液晶組成物は光散乱能力に優れ、熱処理或いは光照射により書き込みが可能で且つ光散乱状態を外部場が非印加の静的状態で保持し得るため、各種表示媒体に用いることができ、本発明の液晶素子によれば、書き換え時にのみ電力が必要な低消費電力で且つ高コントラストなディスプレイが提供される。
【０２３２】
（第５の実施態様）
実施例１５
＜使用した重合性ディスコティック液晶化合物Ａ＞
重合性ディスコティック液晶化合物としては下記の構造式で示される化合物Ａを用いた。
【０２３３】
【化６２】
Ａは、Ｒ1／Ｒ2のモル比が、５／１と４／２と３／３のものが、２２対５９対１６の混合物である。
【０２３５】
Ａの相転移は
ディスコティックレクタンギュラー相−（１３１℃）−ネマチックディスコティック相−（２００℃）−Ｉｓｏ（昇温過程）である。
【０２３６】
＜棒状ネマチック液晶Ｂ＞
チッソ社製、ネマチック液晶「ＫＮ５０３０」を用いた。
【０２３７】
Δｎは０．１３であった。誘電異方性は正で１０であった。
【０２３８】
Ｂの相転移は
Ｃｒｙｓｔ．−（＜−３０℃）−Ｎ相−（８０℃）−Ｉｓｏ（昇温過程）であった。
【０２３９】
これらを用いて、ＡとＢを重量混合比Ａ／Ｂ＝５０／５０（混合物▲１▼）、５５／４５（混合物▲２▼）で混合し、重合性ディスコティック液晶性化合物と棒状ネマチック液晶の混合物を作成した。混合物は等方相状態で溶解した。
【０２４０】
＜セルの作成＞
・セルα、α＊
厚さ１．１ｍｍの２枚のガラス基板を用意し、透明電極として約７０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を形成した。
【０２４１】
両基板に対して下記繰り返し単位を有するポリイミドの前駆体のポリアミック酸２．ｌｗｔ％溶液を１回目は５００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで３０秒間の条件で回転塗布した。
【０２４２】
【化６３】
その後、８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２２０℃で１時間加熱焼成を施した。
【０２４４】
この両基板にラビング処理を施したセル（α）を作成した。また、両基板にラビング処理を施さないセル（α＊）を作成した。
【０２４５】
片方の基板の表面に平均粒径１０μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のピーズスペーサを散布した。この基板に熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られた２枚の基板をラビングしたものはラビング軸を合わせて対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化し、セルを得た。
【０２４６】
上記の混合物▲１▼、▲２▼にそれぞれ２，６−ジターシャルブチル−４−メチルフェノールを２００ｐｐｍ添加し、さらにチバガイギー社製光重合開始剤イルガキュア１８４を２ｗｔ％添加したのち、等方相でセル（α）、（α＊）に常圧下で注入した。▲１▼のセルを冷却したところ、１９℃でネマチック液晶が相分離してくることが観察された。−４０℃まで冷却した後、約１２ｍＷ／ｃｍ2、中心波長３６５ｎｍの紫外線で１０分間露光して、液晶セルを作成した。▲２▼も同様に液晶セルを作成した。
【０２４７】
いずれのセルも棒状ネマチック液晶が良く相分離し、メトラー社製ホットステージ中偏光顕微鏡下の観察によると、棒状液晶のＮ相から等方相への相転移が混合前の相転移温度とほぼ同じ温度で観測された。また、ディスコティック液晶相によるわずかな偏光が液晶ＢがＩｓｏ相になる温度より高温でも観察され、ディスコティック高分子が液晶を示していることもわかつた。偏光強度は棒状液晶が液晶相を取っているときに比べ激減した。このディスコティック液晶によるわずかな偏光は２００℃でも維持されていた。このことから、重合性ディスコティック液晶性化合物はほぼすべてが重合し、くり返し単位としてディスコティック液晶性成分を有する高分子ディスコティック液晶化合物となっていることが確認された。
【０２４８】
これらのセルは、いずれのセルにおいても、良く散乱するセルが目視で観察できた。ラビングしたセルについては、棒状液晶は、フォトマルチプライアーによる光量測定によれば、ラビング方向に軸性を有する配向を有していることがわかった。
【０２４９】
また、実施例の混合物▲１▼のセルα＊に３０Ｖ、１ｋＨｚの交流電界を印加し、棒状液晶をホメオトロピック配向としたところ、明らかに電界印加する前と比べ光散乱度合いが増加した。電界をオフしたところ光散乱度合いが元に戻った。電界のオンオフを繰り返したところ、この光変調を再現よく繰り返した。混合物ののセルも全く同様の挙動を示した。また、混合物▲１▼、▲２▼ともセルαにおいても全く同様な挙動が観測された。
【０２５０】
ディスコティック液晶のテクスチャーが偏光テクスチャーを有しつつ偏光強度をわずかにしか有さない状態であったことは、基板に板状のディスコティック液晶がほぼ平行に配向していることを示唆していることと、棒状液晶が殆どランダムにホモジニアス配向している状態とホメオトロピックに配向している状態とで光反射強度がいずれの条件でも２０％程度ホメオトロピック状態の方が強いことが確認された事実から、高分子ディスコティック液晶は基板にほば平行に配向していることが確実であることがわかった。後者の反射光強度についてさらに付け加えれば、反射光強度が屈折率の各方向の差に強く依存することを考えると、ディスコティック液晶が基板に対して一様でなくランダムに配向していた場合、棒状液晶のホモジニアスとホメオトロピックで反射強度に差が出ないはずである。
【０２５１】
一方、ディスコティック液晶が基板に対して垂直に配向していた場合、棒状液晶のホモジニアスとホメオトロピックで反射強度が今回の結果とは逆になるか、もしくは等しいはずである。このように考えると本実施例の結果をもって高分子ディスコティック液晶は基板にほば平行に配向していることが確実であることがいえる。棒状ネマチック液晶がホメオトロピックであるとき、本発明における特徴的配向状態である、ディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶が相分離状態で存在し、かつディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶のダイレクターが同方向に配向している状態をとっていることなる。
【０２５２】
比較例４
ヘキシレンジアクリレートを重合性ディスコティック液晶Ａに変えて、チッソ社製ネマチック液晶「ＫＮ５０３０」を用いて、それらを重量比＝５０／５０で混合物を調整した。これを前述と同様にセルαに注入し、前述と同様にＵＶ露光し、高分子分散型液晶素子を作成した。
【０２５３】
以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、株式会社村上色彩技術研究所製、自動偏光光度計ＧＰ−２００で反射光強度を測定した。入射角３０度で出射角０度方向の光強度を比較例のセルと実施例セルで比較した。実施例のセルはいずれも３０Ｖ、１ｋＨｚの電界を印加した状態で比較した。
【０２５４】
比較例のセルに比べ、混合物▲１▼、▲２▼のセルαはそれぞれ３．１倍、３．３倍の強度の光を反射していた。
【０２５５】
実施例１６
図３に示した投写光学系の液晶素子の部分に実施例１５で作成した、実施例１５の混合物▲１▼のセルαを液晶素子３０３、３０３′、３０３″として用いスクリーンに投写した。４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加する前の状態と、印加したあとの状態でスクリーン上の輝度が変化した。
【０２５６】
以上説明した様に、本発明の液晶素子によれば、従来の高分子分散型あるいは高分子ネットワーク型の液晶素子に比べ高輝度、高性能の液晶素子、光変調素子、表示素子を実現することができる。
【０２５７】
また、本発明は、高輝度、高性能の液晶素子を用いた液晶装置を実現することができる。
【０２５８】
比較例５
下記の構造式で示される低分子のディスコティック液晶化合物Ｃと、下記の構造式で示される低分子の棒状ネマチック液晶化合物Ｂとの混合物を調整した。混合物中の重量比は、Ｃ／Ｂ＝５０／５０である。これを下記で示されるセルＡに注入し、液晶セルを作成したが、冷却過程でネマチック相もディスコティック相も確認されなかった。
【０２５９】
また室温において、低分子のディスコティック液晶化合物Ｃと低分子の棒状ネマチック液晶化合物Ｂとは、相分離していなかった。すなわち、この液晶混合物は室温で等方均一相状態を呈して透明であり、光散乱媒体を与えなかった。
【０２６０】
【化６４】
＜棒状液晶化合物Ｂ＞
棒状液晶化合物Ｂとしてはチッソ社製ネマチック液晶ＫＮ５０３０を用いた。
【０２６２】
その化合物Ｂの相転移は
Ｃｒｙｓｔ．−（＜−３０℃）−Ｎ相−（１００℃）−Ｉｓｏ（昇温過程）であった。Δｎは０．１３であった。
【０２６３】
＜セルの作成＞
・セルＡ
２枚の厚さ１．１ｍｍのガラス基板の一枚の基板に、透明電極として約７０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。
【０２６４】
他方の一枚の基板の表面に平均粒径６μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のビーズスペーサを散布した。この基板上の外縁の部分に、熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られたガラス基板に先のＩＴＯ膜付きガラス基板を対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化し、セルＡを得た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶素子を構成する棒状液晶（ａ）およびディスコティック高分子（ｂ）の屈折率楕円体と好ましいダイレクター配置の説明図。
【図２】本発明の液晶素子の一実施例厚さ方向模式断面図。
【図３】本発明の液晶素子の他の実施例の厚さ方向模式断面図。
【図４】本発明の液晶素子を含む投写光学系の説明図。
【図５】アクティブ素子を含む本発明の液晶素子の模式断面図。
【図６】上記液晶素子を含むアクティブマトリクス液晶装置の回路図。
【図７】実験的に動作させたアクティブ素子駆動液晶素子の等価回路図。
【図８】本発明の第４の実施態様による液晶素子の厚さ方向模式断面図。
【符号の説明】
ｎ１、ｎ２、ｎ３：棒状液晶の三方向屈折率
ｎｄ１、ｎｄ２、ｎｄ３：ディスコティック高分子の三方向屈折率
１ａ、１ｂ、４１、４２：（透明）基板
２ａ、２ｂ：透明電極（ＩＴＯ）
３ａ、３ｂ、１８、１９：配向層
４、２２：スペーサ
５、２１：液晶層
５ａ：ディスコティック液晶混合物
５ｂ：棒状液晶
２０：シール材
４３：画素電極
４７：対向電極
４４：ＴＦＴ
９０：液晶セル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal element, a liquid crystal device including the liquid crystal element, and a liquid crystal property suitable for constituting the liquid crystal element, which can be used as a light valve used in flat panel displays, paper displays, projection displays, printers, and the like. It relates to functional materials.
[0002]
[Prior art]
A CRT is known as a display that has been used most widely. It is widely used as a video output for TVs and VTRs, or a monitor for personal computers. However, due to the characteristics of CRT, flicker, scanning fringes due to insufficient resolution, etc., deteriorate the visibility of a still image, or the phosphor may deteriorate due to burn-in. In addition, the power consumption is considerably large, and there is a demand for improvement in terms of power saving. Since the CRT is required to have a large volume at the rear of the screen due to its structure, the convenience of the information device having the CRT is limited, and is not suitable for saving space in offices and homes.
[0003]
There is a liquid crystal display element as a solution to such a problem of CRT. For example, Applied Physics Letters,
[0004]
However, these liquid crystal elements are usually used as a display by using a backlight and modulating light transmitted through the liquid crystal element. For this reason, strong light is required as the backlight, and most of the power consumption of the liquid crystal display is consumed by the backlight. Even if lithium ion secondary batteries are used, the continuous operation time of mobile devices is only a few hours. is there. Moreover, if the omission of backlights for more liquid crystal elements can be realized, more information equipment and office equipment will be able to reduce power consumption, which will contribute to the prevention of global warming and the preservation of the global environment. .
[0005]
Under such circumstances, a low power consumption type reflective liquid crystal element that does not use a backlight has been developed. However, there is a demand for improvement in the characteristics. In addition, products using a liquid crystal element as a projection type, a so-called projector, have been marketed by various companies as displays for large screens, and further improvements in terms of brightness and contrast are also demanded in this field. In response to such a demand, a light scattering type liquid crystal element called a polymer dispersion type or polymer network type liquid crystal element has been proposed and studied aiming at a high brightness liquid crystal element which does not require a polarizing plate ( For example, 93 Eurodisplay page 397). However, these elements are still desired to have improved driving characteristics, scattering power and other characteristics.
[0006]
Conventionally, a light scattering type liquid crystal element of a dendrimer or a discotic liquid crystal compound and a rod-like liquid crystal compound as described in JP-A-09-243984 has been proposed, but the discotic liquid crystal compound and the rod-like liquid crystal compound are similar. Due to the structure, there are problems that the phase separation state is insufficient, the light scattering performance largely depending on the phase separation state is insufficient, and the switching ability of the rod-like liquid crystal compound is hindered.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described prior art, and an object thereof is to realize a low power consumption, high luminance, high performance liquid crystal element, light modulation element, and display element. . Further, the present invention intends to provide an excellent liquid crystal functional material for that purpose.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of repeated studies for the above-mentioned purpose, the present inventors have obtained a state in which a discotic liquid crystal compound and a rod-like liquid crystal compound having essentially different molecular structures and different refractive index anisotropies are phase-separated from each other. It was found that a liquid crystal element that gives a high light scattering state that effectively utilizes the difference in the layer refractive index characteristics described in Table 1 described later can be obtained. The term “phase separation state” as used herein refers to a state in which the texture of each phase-separated liquid crystal layer can be observed under the observation with an optical polarization microscope. For example, the domain size of each phase is greater than the wavelength level of light, typically If it is 1 to 2 μm or more, this condition is satisfied. In some cases, the phase separation state can also be confirmed by observing the phase transition of each liquid crystal phase independently by performing thermal measurement such as DSC.
[0009]
That is, the liquid crystal element of the present invention is a liquid crystal element in which a liquid crystal layer is sandwiched between a pair of substrates, and the liquid crystal layer includes a discotic liquid crystal and a rod-shaped liquid crystal in a phase separated state, The discotic liquid crystal phase and the rod-shaped liquid crystal phase each have a refractive index anisotropy, and the refractive index in any direction when the directors are aligned in the same direction. A light scattering state due to the difference in refractive index. It is characterized by that.
[0010]
According to a preferred embodiment, a polymer discotic liquid crystal compound having a discotic liquid crystal molecular unit in repeated units is used as the discotic liquid crystal compound for the formation of the above-described phase separation state.
[0011]
According to another preferred embodiment, in order to form a high light scattering state, the director of the discotic liquid crystal compound and the rod-like liquid crystal compound in the liquid crystal layer are aligned in the same direction as at least one state.
[0012]
According to another preferred embodiment, a liquid crystal compound having a memory property or a nematic phase is used as the rod-like liquid crystal compound.
[0013]
According to still another preferred embodiment, a polymer liquid crystal compound is used as the rod-like liquid crystal compound.
[0014]
According to another aspect, the present invention provides a liquid crystal composition (or mixture) as a material for forming a liquid crystal layer in a preferred form as described above. According to the preferred embodiment, a liquid crystal mixture containing a polymerizable discotic liquid crystal compound and a rod-like liquid crystal compound is provided.
[0015]
According to still another aspect of the present invention, a liquid crystal device including the liquid crystal element is provided.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
According to one preferred embodiment of the present invention, a polymer matrix type (including both a polymer dispersion type and a polymer network type) using a discotic liquid crystal compound molecular unit in a repeating unit as a discotic liquid crystal compound. Used) is formed.
[0017]
The polymer matrix type liquid crystal element of the present invention formed as described above is characterized by having a very good light scattering ability as can be seen from a comparison between Examples and Comparative Examples described later. By changing the matrix polymer in the conventional polymer matrix type liquid crystal device into a discotic liquid crystalline polymer compound in combination with a rod-like liquid crystal composition according to the present invention, a remarkable improvement in light scattering ability can be obtained. Is considered to be due to the high availability of refractive index anisotropy resulting from the shape anisotropy of the contained components. That is, in the conventional polymer matrix type liquid crystal element, the matrix polymer combined with the uniaxially anisotropic rod-like liquid crystal is isotropic, and the light scattering ability essentially obtained is only in one direction between the components. In contrast, in the present invention, the matrix polymer itself generally has a negative refractive index anisotropy in all directions in combination with a rod-like liquid crystal. It can be understood that a large difference in refractive index contributes to an improvement in light scattering ability. This will be described below using a model.
[0018]
1 (a) and 1 (b) are model diagrams showing rod-like liquid crystal and discotic liquid crystal polymer refractive index rods (with a director arrangement between them in another preferred embodiment described later), respectively. The matrix polymer used in a general polymer matrix type liquid crystal element is isotropic (refractive index n1 = n2 = n3). Typical refractive indexes in the respective directions of these components are as shown in Table 1 below.
[0019]
[Table 1]
In general, the light scattering ability largely depends on the degree of refractive index difference between the medium with respect to incident light. Based on the typical refractive index values in the respective directions as shown in Table 1 above, in a normal polymer matrix type element, only the refractive index in one direction (n3 = 1.7) of the rod-like liquid crystal is different from that of the matrix polymer. A difference in refractive index can occur. On the other hand, in the present invention using a discotic polymer, if an orientation that is ideally aligned is obtained by a combination of nd1 and n1, nd2 and n2, and nd3 and n3, a difference in refractive index occurs in all directions. It is strongly suggested that even if the directions are not ideally matched, it is strongly suggested that the combination of refractive indexes in each direction is likely to cause a difference in refractive index in multiple directions, and its light scattering ability is strong. It has been confirmed.
[0021]
According to a preferred embodiment, a liquid crystalline mixture suitable as a raw material for the liquid crystal mixture constituting the polymer matrix type liquid crystal element as described above is provided. This contains a polymerizable discotic liquid crystal compound and a rod-like liquid crystal compound. The polymerizable discotic liquid crystalline compound is a compound having a discotic liquid crystal structural unit and having a polymerizable group at any site. Here, the polymerizable group may be not only a group containing a double bond suitable for ordinary addition polymerization, but also a reactive group capable of causing condensation polymerization or a group capable of causing radiation polymerization. It is not intended to limit the polymerization mechanism. Examples of the compound having a discotic liquid crystal structural unit include those described in JP-A-8-27824 and JP-A-9-21444. Specifically, a structure in which a linear or branched alkyl group, alkoxy group, substituted benzoyloxy group or the like is radially substituted on the skeleton as shown in the following formula can be exemplified. The liquid crystal compound can be obtained by giving a polymerizable group to a part of the compound having these discotic liquid crystal structural units.
[0022]
[Chemical 1]
[Chemical 2]
[Chemical 3]
[Formula 4]
[Chemical formula 5]
The rod-like liquid crystal compound constituting the liquid crystalline mixture of the present invention by mixing with the above-described polymerizable discotic liquid crystalline compound is a compound that gives a liquid crystal phase such as nematic liquid crystal, cholesteric liquid crystal, smectic liquid crystal, chiral smectic liquid crystal and the like. The mixture contains at least one kind of rod-like liquid crystal compound, but it is preferably contained as a so-called liquid crystal composition by combining a plurality of kinds of rod-like liquid crystal compounds in order to widen the liquid crystal temperature range and optimize various properties. It is.
[0028]
A liquid crystal mixture as a suitable functional material constituting a polymer matrix type liquid crystal element is obtained by polymerizing a polymerizable discotic liquid crystalline compound after adding a polymerization initiator or the like, if necessary, to the liquid crystalline mixture. It is done.
[0029]
The pre-polymerization liquid crystal mixture itself containing a polymerizable discotic liquid crystal compound may or may not have a liquid crystal phase. If it has, it is preferable in that it is possible to impart some orientation based on liquid crystallinity and to form a desired ordered structure by performing an orientation treatment. The mixture may be a uniform composition or a non-uniform mixed state. However, it is preferable to improve the productivity for producing a uniform element with good reproducibility when producing a liquid crystal element to be described later, for example, by uniform heat treatment under certain conditions. . The liquid crystalline mixture is preferably one that gives a liquid crystal mixture as a functional material of a polymer matrix type liquid crystal element by polymerization of a polymerizable discotic liquid crystal compound. Therefore, the polymerizable discotic liquid crystalline compound in the liquid crystalline mixture The component ratio of the components is 1 to 99% by weight, preferably 5 to 95% by weight, and more preferably 10 to 90% by weight. On the other hand, the component ratio of the rod-like liquid crystal compound component is similarly 1 to 99% by weight, preferably 5 to 95% by weight, more preferably 10 to 90% by weight. Further, the liquid crystalline mixture of the present invention may contain a polymerizable monomer having no discotic liquid crystallinity, and if necessary, an antioxidant, a radical scavenger, a photoreaction initiator, a polymerization inhibitor. It may contain additives such as an agent, an accelerator, and a pigment.
[0030]
The liquid crystal mixture as a suitable functional material constituting the liquid crystal element of this embodiment is preferably a polymer having a discotic liquid crystal molecular unit in repeated units, obtained by polymerization of the discotic liquid crystal compound having the above liquid crystallinity. A liquid crystal mixture containing a compound and a rod-like liquid crystal composition. The polymer compound having a discotic liquid crystalline molecular unit in the repeating unit and the rod-like liquid crystal composition are preferably in a phase-separated state in a minute region, in order to obtain suitable scattering in the polymer matrix type liquid crystal element, It may contain a portion that is not slightly phase-separated. The polymer compound having the discotic liquid crystal molecular unit in the repeating unit constituting the material is a polymer compound having the compound having the discotic liquid crystal structural unit described above as one of the repeating units. This polymer compound may or may not have a liquid crystal phase. In order to form a more preferable scattering state, it is preferable that the polymer compound has a discotic liquid crystal phase and thus has a negative refractive index anisotropy. For this reason, it is preferable that the discotic liquid crystalline molecular unit is contained in the polymer compound having the discotic liquid crystalline molecular unit in the repeating unit in an amount of 50% by weight or more. Discotic liquid crystals usually have negative refractive index anisotropy. The rod-like liquid crystal composition is composed of at least one rod-like liquid crystal compound and has a liquid crystal phase. A liquid crystal exhibiting a nematic phase, a cholesteric phase, a smectic phase, or a chiral smectic phase is preferably used. As a method for producing this functional material of the present invention, for example, the above-described liquid crystalline mixture is polymerized with a polymerizable compound containing a polymerizable discotic liquid crystalline compound using ultraviolet rays, and a discotec liquid crystalline molecular unit is contained in repeated units. There is a method in which a high molecular compound having a molecular weight, i.e., discotic liquid crystallinity and a mixture is formed, and as a result, a rod-like liquid crystal layer is formed by phase separation, and this method is preferably used. In order to obtain more favorable scattering, it is possible to control the phase of the liquid before polymerization or during polymerization to control the appropriate size of the liquid by using a normal polymer matrix type (ie polymer dispersion type or polymer network type) liquid crystal. It can be done in the same way as the device. Furthermore, it is also possible to obtain a functional material of the present invention by separately preparing a discotic liquid crystalline polymer compound and a rod-like liquid crystal composition and mixing them. A discotic liquid crystalline polymer compound having a discotic liquid crystalline molecular unit in a repeating unit is described in, for example, Macromol. Rapid Commun. 18-93-98 1997, or EKIHO Vol. 1 45-1997 may be used. In addition, for the liquid crystal mixture containing the discotic liquid crystalline polymer compound of the present invention and the rod-shaped liquid crystal composition, it is possible to heat-treat after undergoing the above steps in order to create a more preferable alignment state. It is. By applying a heat treatment, a polymer compound or / and a rod-like liquid crystal composition having a discotic liquid crystalline molecular unit in repeated units may self-organize and create a more preferable alignment state.
[0031]
Regarding the mixing ratio between the discotic liquid crystalline polymer compound and the rod-like liquid crystal composition, the discotic liquid crystalline polymer compound is contained in an amount of 1% by weight or more and 99% from the viewpoint of the scattering ability and the necessity of exhibiting the respective physical properties. % By weight or less, preferably 5% by weight or more and 95% by weight or less, more preferably 10% by weight or more and 90% by weight or less. On the other hand, the component ratio of the rod-like liquid crystal composition is similarly 1% by weight to 99% by weight, preferably 5% by weight to 95% by weight, and more preferably 10% by weight to 90% by weight. Moreover, in the mixture of this invention, you may contain additives, such as antioxidant, a radical scavenger, a photoreaction inhibitor, a polymerization inhibitor, and a pigment | dye, as needed.
[0032]
The present invention further provides a polymer matrix type liquid crystal element preferably formed by forming a polymer matrix from the discotic liquid crystalline polymer compound and combining it with a rod-like liquid crystal. This liquid crystal element exhibits high scattering performance in combination with a rod-like liquid crystal since the polymer constituting the matrix is a discotic liquid crystalline polymer compound as described above. Therefore, it can be applied to features such as high reflectivity, high brightness, and high contrast depending on the configuration. Further, for example, in terms of the high reflectance, since the reflectance has a positive correlation with the cell thickness, the cell thickness can be reduced because of the high reflectance. This is of course directly connected to the fact that the drive voltage can be lowered, and the cost of the driver IC can be reduced and the power consumption by driving can be reduced.
[0033]
FIG. 2 shows an example of the cell configuration of the liquid crystal element of the present invention. In this liquid crystal cell, a liquid crystal layer 5 having a thickness determined by a
[0034]
The polymer matrix type liquid crystal element of the present invention can have the above-described structure, but is not limited to these. The liquid crystal layer 5 of the polymer matrix type (in the figure, network type), for example, injects the liquid crystalline mixture of the present invention containing the above-described polymerizable discotic liquid crystalline compound and rod-shaped liquid crystal compound into a liquid crystal cell, By irradiating with ultraviolet rays, it is possible to prepare a liquid crystal mixture containing a polymer compound having a discotic liquid crystalline molecular unit in a repeating unit and a rod-like liquid crystal composition. The rod-like
[0035]
As one method of orientation control, an orientation control layer (3a or / and 3b) is formed as a uniaxial orientation control layer. For example, the orientation control layer (3a or / and 3b) is formed on the substrate (1a or / and 1b) by solution coating or vapor deposition or sputtering. Silicon oxide, silicon oxide, aluminum oxide, zirconia, magnesium fluoride, cerium oxide, cerium fluoride, silicon nitride, silicon carbide, boron nitride and other inorganic materials, polyvinyl alcohol, polyimide, polyimide amide, polyester, polyamide, polyester After forming a film using organic substances such as imide, polyparaxylene, polycarbonate, polyvinyl acetal, polyvinyl chloride, polystyrene, polysiloxane, cellulose resin, melamine resin, urea resin, acrylic resin, the surface is velvet, cloth Rui is obtained by rubbing with those of fibrous such as paper (rubbing). Further, an oblique deposition method in which an oxide or nitride such as SiO is deposited from the oblique direction of the substrate can be used.
[0036]
In particular, it is preferable to use a polyimide rubbing film as the uniaxial orientation layer in order to obtain better uniaxial orientation. Moreover, a polyimide is normally obtained by coating and baking in the form of polyamic acid which is a precursor of a condensation crosslinking agent. Since polyamic acid is easily soluble in a solvent, it is excellent in productivity. Recently, a polyimide soluble in a solvent has also been produced, and polyimide is preferably used from the viewpoint of high productivity because it can obtain better uniaxial orientation. The following are mentioned as an example of the specific repeating unit structure of the polyimide which can be used.
[0037]
[Chemical 6]
Where
[A: a tetravalent group of an aromatic ring, an aromatic polycyclic ring, a heterocyclic ring, an aliphatic ring or a condensed polycyclic structure,
B: an aliphatic group containing an alicyclic group,
Or-(Ph) a -(O) c -(CH 2 ) x -(D) e -(CH 2 ) y -(O) d -(Ph) b -(Ph is a phenyl group)
[0039]
[Chemical 7]
a = b: 0 or 1
c = d: 0 when a = b = 0, 0 when a = b = 1, or
1: 0 or 1
x, y: each independently an integer of 1 or more
However, x + y + e is 2 or more and 10 or less. ]
Both the
[0041]
With respect to the liquid crystal element produced as shown in FIG. 2, it is possible to modulate transmitted light or reflected light by controlling the electric field and changing the alignment state of the rod-like liquid crystal, and display the modulated light. When treated as a signal, it becomes a display element. Also, analog gradation expression can be easily performed by using an intermediate voltage signal.
[0042]
A light absorption plate, or a reflection plate or a scattering plate (for example, described on page 183 of IDRC '94) in order to obtain higher luminance between the back of the cell of the liquid crystal display illustrated in FIG. 2 or between the lower electrode and the substrate. .) Is provided, a reflective liquid crystal display element can be obtained. FIG. 3 shows an example of a structure including the
[0043]
On the other hand, a so-called projection type liquid crystal element of the projection type can be used as a transmission type liquid crystal element instead of a reflection type. FIG. 4 shows an example of a typical transmissive projection liquid crystal element. Referring to the figure, white light from light source unit 301 is classified into three primary colors R, G, and B by
[0044]
Furthermore, the liquid crystal element of the present invention can be a high-definition and high-performance liquid crystal element by using a matrix type element in which an active element is provided in each pixel. This will be described below. For example, the active matrix element shown in FIGS. 5 and 6 having the element configuration described above with reference to FIG. Of the pair of transparent substrates (for example, glass substrates) 41 and 42, the
[0045]
In the active matrix liquid crystal element described above, charges are injected into a liquid crystal cell as a pixel in a gate-on state, the gate is turned off in a short time, and information is written to the pixel on the next scan line.
[0046]
The liquid crystal element of the present invention can also be used as a light valve for a printer or the like.
[0047]
A liquid crystal device having various functions and including the liquid crystal element of the present invention can be configured. For example, mobiles, PDAs, desktop PCs, laptop PCs, video cameras, digital cameras, document viewers, printers, copiers, and the like can be cited.
[0048]
In the liquid crystal device of the present invention, since the liquid crystal element as a medium has good switching characteristics as described above, it exhibits excellent driving characteristics and reliability, and realizes a high-definition, high-speed, large-area display image. Can do.
[0049]
(Second Embodiment)
According to another preferred embodiment, there is provided a liquid crystal device in which the director of the discotic liquid crystal compound and the rod-shaped liquid crystal compound in the liquid crystal layer are aligned in the same direction in at least one state.
[0050]
That is, the liquid crystal element utilizes a state in which the discotic liquid crystal compound and the rod-like liquid crystal compound are present in a phase-separated state and the directors of the discotic liquid crystal compound and the rod-like liquid crystal compound are aligned in the same direction. The discotic liquid crystal compound used herein is a liquid crystal compound exhibiting a liquid crystal phase composed of a so-called plate-like compound described in “Liquid Crystal” basic edition (Baifukan), page 7 and the like. Examples of the liquid crystal phase include a nematic discotic phase, a discotic hexagonal phase, a discotic rectangular phase, and the like. Specifically, specific examples of the discotic liquid crystal compound structural unit include the following structural examples.
[0051]
[Chemical 8]
[Chemical 9]
[Chemical Formula 10]
Embedded image
Embedded image
Embedded image
Embedded image
In addition, as the discotic liquid crystal compound, a polymer compound, that is, a polymer discotic liquid crystal compound is preferably used in the sense that it is more easily phase-separated from the rod-like liquid crystal compound. Examples of such compounds include, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-27284, “Macromol. Rapid Commun.”, Vol. 18, pages 93-98, 1997, or “EKISHO”, Vol. 45, 1997. Those described are mentioned. Specific examples include the following.
[0059]
Embedded image
Embedded image
Embedded image
Embedded image
As in the first embodiment, the rod-like liquid crystal compound used in this embodiment is a liquid crystal such as a nematic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, a smectic liquid crystal, or a chiral smectic liquid crystal. Usually, at least one kind of rod-like liquid crystal compound is contained, but preferably a so-called rod-like liquid crystal composition using a plurality of kinds of rod-like liquid crystal compounds is used in order to widen the liquid crystal temperature range and optimize various properties.
[0064]
In the liquid crystal element of this embodiment, the discotic liquid crystal compound constituting the discotic
[0065]
In this embodiment, a rod-like liquid crystal compound having a memory property can be preferably used as the rod-like liquid crystal compound. Examples of the liquid crystal include cholesteric liquid crystal, smectic liquid crystal, chiral smectic liquid crystal, and dual-frequency drive nematic liquid crystal, which are preferably used. For the cholesteric liquid crystal, planar alignment, focal conic alignment and any alignment state can be used as the memory state. For the smectic liquid crystal, the homogeneous alignment state and the homeotropic alignment state can be used as the memory state, and the memory state can be released thermally. A chiral smectic liquid crystal can use a bistable state having spontaneous polarization as a memory state. It is described in the IEICE Technical Report EID98-189 and OME98-143 (1999-03) that the dual frequency drive nematic liquid crystal also exhibits a memory property as a polymer dispersed liquid crystal. The liquid crystal composition having a memory property of the present invention contains at least one kind of rod-like liquid crystal compound. Preferably, a so-called liquid crystal composition using a plurality of kinds of rod-like liquid crystal compounds is used in order to widen the liquid crystal temperature range or optimize various physical properties. A liquid crystal composition is used.
[0066]
As described above, the functional material which is a liquid crystal composition according to the present invention can produce a liquid crystal element with extremely high luminance without using a backlight which is a large power consumption source. In addition, when a liquid crystal with memory characteristics is used as the switching liquid crystal, it does not need to be driven at all times and can greatly contribute to the reduction of power consumption in driving, compared with the power-saving liquid crystal known today. It is considered that a very excellent liquid crystal element can be realized.
[0067]
In the liquid crystal display element illustrated in FIG. 2, a light absorbing plate, or a reflecting plate or a scattering plate (for example, “IDRC” '94, p. It is possible to obtain a reflective liquid crystal display element.
[0068]
For example, by using an active matrix element described later, a liquid crystal element having a large area, high definition, high speed, and excellent driving characteristics can be realized. A high-brightness reflective liquid crystal with a high light reflectance because strong scattering can be obtained by using a polymer-dispersed or polymer network-type liquid crystal, which contains a polymer discotic liquid crystalline compound in the polymer network of the present invention. An element can be realized. This reflective liquid crystal element can also be used as a direct-view liquid crystal display element using external light or an auxiliary light source. Further, it can be used as a so-called projection type liquid crystal element in which strong light is incident from the front surface, and light modulated and reflected by the liquid crystal element is projected on a screen after optical path control.
[0069]
In the liquid crystal device of the present invention, since the liquid crystal element as a medium has good switching characteristics as described above, it exhibits excellent driving characteristics and reliability, and can realize a display image of high definition, high speed, and large area. it can.
[0070]
(Third embodiment)
In this embodiment, a liquid crystal element is formed using a liquid crystal composition containing a polymer compound having a discotic liquid crystal molecular unit in a repeating unit and a liquid crystal compound having a memory property, and has low power consumption and high power. Realization of luminance, high-performance liquid crystal elements, light modulation elements, display elements, and liquid crystal devices.
[0071]
As described above, the liquid crystal composition of this embodiment contains a polymer compound having a discotic liquid crystal molecular unit in a repeating unit and a liquid crystal compound having a memory property.
[0072]
As the polymer discotic liquid crystal compound, those having the structural units of the formulas (D-1) to (D-20) shown in the second embodiment as repeated structural units are preferably used.
[0073]
Moreover, as a repeating structural unit other than the above-described discotic liquid crystal structural unit of the polymer discotic liquid crystal compound in the present invention, for example, an acrylate or methacrylate unit can be included.
[0074]
Further, a rod-like liquid crystal compound is usually used as the liquid crystal compound having a memory property which is another constituent factor of the present invention. Examples of the liquid crystal compound having a memory property include a cholesteric liquid crystal, a smectic liquid crystal, a chiral smectic liquid crystal, and a two-frequency drive nematic liquid crystal, which are preferably used. For the cholesteric liquid crystal, planar alignment, focal conic alignment and any alignment state can be used as the memory state. For the smectic liquid crystal, the homogeneous alignment state and the homeotropic alignment state can be used as the memory state, and the memory state can be released thermally. A chiral smectic liquid crystal can use a bistable state having spontaneous polarization as a memory state. It is described in “Science Technical Bulletin” EID 98-189 and “OME” 98-143 (March 1999) that the dual frequency drive nematic liquid crystal also exhibits a memory property as a polymer dispersed liquid crystal. . The liquid crystal compound having a memory property of the present invention contains at least one kind of rod-like liquid crystal compound. Preferably, a plurality of kinds of rod-like liquid crystal compounds are used in order to widen the liquid crystal temperature range and optimize various physical properties. .
[0075]
A polymer compound having a discotic liquid crystal molecular unit in a repeating unit and a liquid crystal compound having a memory property form a phase-separated state in a very small region, but may include a portion that is not slightly phase-separated. The polymer compound having a discotic liquid crystalline molecular unit in the repeating unit constituting this material is negative because the polymer compound has a discotic liquid crystal phase in forming a more preferable scattering state as described later. It is preferable to have a refractive index anisotropy of For this reason, it is desirable that the high molecular compound having a discotic liquid crystalline molecular unit in repeated units preferably contains 50 wt% or more, particularly preferably 70 wt% or more of the discotic liquid crystalline molecular unit. Discotic liquid crystals usually have negative refractive index anisotropy.
[0076]
The functional material that is the liquid crystal composition of the present invention can be produced, for example, by irradiating a liquid crystal mixture of a photopolymerizable discotic liquid crystal compound and a liquid crystal compound having a memory property with light rays such as ultraviolet rays, so that Examples thereof include a method in which a polymer compound having a tick liquid crystal molecular unit is formed, and as a result, a liquid crystal layer having a memory property is formed by phase separation. In order to obtain more preferable scattering, the phase before polymerization or during polymerization can be controlled and the droplet diameter can be controlled in the same manner as in a normal polymer dispersion type or polymer network type liquid crystal. Furthermore, it is possible to obtain a liquid crystal composition as a functional material of the present invention by separately preparing a polymer compound having a discotic liquid crystal molecular unit in a repeating unit and a liquid crystal compound having a memory property and mixing them. is there. In order to produce a more preferable alignment state for the liquid crystal composition containing the polymer compound having a discotic liquid crystalline molecular unit and the liquid crystal compound having a memory property in the repeating unit of the present invention, It is also possible to heat-treat after going through such steps. By applying heat treatment, a polymer compound having a discotic liquid crystal molecular unit in repeating units and / or a liquid crystal compound having a memory property may be self-organized to create a more preferable alignment state.
[0077]
Also in this embodiment, the liquid crystal element having the element configuration shown in FIG. 2 is used.
[0078]
With respect to the liquid crystal element produced as shown in FIG. 2, it is possible to modulate transmitted light or reflected light by controlling the electric field and changing the alignment state of the rod-like liquid crystal compound. When handled as a display signal, it becomes a display element. Also, analog gradation expression can be easily performed by using an intermediate voltage signal.
[0079]
In the liquid crystal display device illustrated in FIG. 2, the
[0080]
(Fourth embodiment)
First, in this embodiment, a discotic liquid crystal compound and a rod-like polymer liquid crystal compound are contained. The discotic liquid crystal compound is a liquid crystal compound having a disk-shaped core, and refers to, for example, a compound described in pages 7 to 9 of “Liquid Crystal / Fundamentals” published by Baifukan Co., Ltd. The liquid crystal phase of the discotic liquid crystal compound used in the liquid crystal composition of the present invention is a nematic discotic phase, a discotic hexagonal phase, a discotic rectangular phase, or the like, but is not particularly limited.
[0081]
The liquid crystal composition of this embodiment may contain at least one kind of discotic liquid crystal compound, but in order to control the phase transition temperature, optical characteristics, and other characteristics, a plurality of kinds of discotic liquid crystal compounds are used in combination. May be. As the discotic liquid crystal compound, those having the structural units (D1) to (D-20) shown as structural units in the second and third embodiments are used.
[0082]
The rod-like polymer liquid crystal compound used in this embodiment includes, for example, a rod-like liquid crystal unit that is linked to a side chain, a unit that forms a main chain, and the like, which are typically used. be able to. The compound is a liquid crystal such as a nematic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, a smectic liquid crystal, or a chiral smectic liquid crystal, and is contained in the liquid crystal composition of the present invention, preferably, the liquid crystal temperature range is widened, In order to optimize various physical properties, a plurality of types of rod-like polymer liquid crystal compounds are used in combination. Specific examples of such rod-like polymer liquid crystal compounds include those described in JP-A-7-82183, and more specifically, those having the following structure.
[0083]
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Although it does not specifically limit as a preparation method of a liquid-crystal composition, For example, the following method is mentioned.
[0112]
(1) A discotic liquid crystal compound and a rod-like polymer liquid crystal compound are blended and mixed by heating to obtain a composition.
[0113]
(2) A discotic liquid crystal compound and a rod-like polymer liquid crystal compound are blended and dissolved in a co-solvent, and then the solvent is distilled off to obtain a composition.
[0114]
(3) A discotic liquid crystal compound and a polymerizable rod-like liquid crystal compound are blended to form a mixture, and then the polymerizable rod-like liquid crystal compound is polymerized. As the polymerization method, photopolymerization with UV light or the like is convenient, and in this case, it is suitable for sandwiching the liquid crystal composition of the present invention between the upper and lower substrates. That is, it is not injected between the substrates in a high-viscosity polymer state, but is injected in a low-molecular state with low viscosity, and then polymerized by UV irradiation to form a polymer. In addition, a low-viscosity mixture obtained by blending a discotic liquid crystal compound and a polymerizable rod-like liquid crystal compound has an advantage that alignment control can be easily performed. Such a mixture of a discotic liquid crystal compound and a polymerizable rod-like liquid crystal compound is very useful for producing the liquid crystal element of the present invention described later.
[0115]
The content ratio of the discotic liquid crystal compound and the rod-like polymer liquid crystal compound in the liquid crystal composition of the present invention is 1 to 99% by weight, preferably 5 to 95% by weight, more preferably 10 to 90% by weight. . Further, the liquid crystal composition of the present invention may contain a polymerizable monomer having no discotic liquid crystallinity, and if necessary, an antioxidant, a radical scavenger, a photoreaction initiator, a polymerization inhibitor. Or you may contain additives, such as an accelerator and a pigment | dye.
[0116]
The liquid crystal composition of the present invention is excellent in film formability, and a liquid crystal element in which a liquid crystal layer is formed on one substrate as shown in FIG. 8 can be obtained. In addition, since the liquid crystal composition of the present invention is used, an element having high light scattering performance, that is, high reflectance can be obtained. For example, a bright paper display element can be produced due to the feature of high reflectivity. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of one embodiment thereof. In the figure, reference numeral 1 denotes a layer made of the liquid crystal composition of the present invention, which comprises a discotic liquid crystal phase 1a and a rod-like polymer liquid crystal phase 1b. 2 is an alignment film and 3 is a substrate. In the present embodiment, for example, after forming a polyimide rubbing film as a uniaxial alignment treatment layer on a plastic substrate, a mixture of a polymerizable rod-like liquid crystal compound containing a photopolymerization initiator and a discotic liquid crystal compound is cast-coated, and UV is applied. By irradiating with light, it is obtained by forming a liquid crystal composition layer comprising a phase-separated discotic liquid crystal compound and a rod-like polymer liquid crystal compound.
[0117]
The thickness of the liquid crystal composition layer 1 is preferably 1 to 100 μm. As the substrate 3, glass or the like can be used, but it can be bent like paper and is preferably a plastic substrate because of its light weight. A substrate such as polyethylene terephthalate (PET) or polyethersulfone (PES) is preferable. Preferably used. Alternatively, another substrate may be prepared and the liquid crystal composition layer 1 may be sandwiched between a pair of substrates.
[0118]
In the present invention, in addition to the configuration shown in FIG. 8, a light absorption layer, a reflection layer, and a color filter layer can be provided.
[0119]
On the substrate 3, an orientation control layer similar to the layers 4a and 4b applied on the
[0120]
In the present invention, since the alignment of the liquid crystal can be controlled by subjecting the substrate to uniaxial alignment treatment, it is also possible to control the viewing angle dependency of light scattering caused by the difference in refractive index. It is useful for the user to perform such an orientation process in that the user can devise a brighter image in the viewing direction.
[0121]
The liquid crystal element of the present invention as shown in FIG. 8 can display an image by heat treatment or light irradiation. For example, image display can be performed by performing thermal writing with a thermal head. This is similar to the mechanism described in JP-A-2-576. That is, the heat-written portion is heated to be in an isotropic phase state, then rapidly cooled from the isotropic phase state, and passes through the glass transition temperature at a rapid speed. At this time, liquid crystal formation is suppressed due to the rapid cooling process, and a liquid crystal alignment state greatly different from a portion not thermally written is fixed. As a result, it is considered that a contrast due to different orientation states of the thermally written portion and the non-heated portion appears. In this sense, the glass transition point of the rod-like polymer liquid crystal compound is preferably room temperature or higher. In addition, information can be written by laser light by including a dye in the liquid crystal composition layer. Further, as described above, since the state after writing is fixed, the scattering state can be maintained in a static state in which an external field such as heat treatment or light irradiation is not applied. That is, heat treatment or light irradiation is not required except when rewriting the display, and application as a paper display with low power consumption is possible.
[0122]
(Fifth embodiment)
In this embodiment, the liquid crystal element using the state in which the discotic liquid crystal and the rod-like nematic liquid crystal exist in a phase-separated state and the directors of the discotic liquid crystal and the rod-like nematic liquid crystal are aligned in the same direction reduces the consumption. Achieving power, high brightness, high performance liquid crystal elements, light modulation elements, display elements, and liquid crystal devices. Further, the polymerizable discotic liquid crystal is polymerized in a state in which the mixture containing the polymerizable discotic liquid crystal and the rod-shaped liquid crystal composition containing at least one rod-shaped nematic liquid crystal is phase-separated from the rod-shaped nematic liquid crystal or the discotic liquid crystal. As a result, an excellent polymer dispersed or polymer network type liquid crystal element is manufactured.
[0123]
More specifically, according to this embodiment, a liquid crystal element using a state in which the discotic liquid crystal and the rod-like liquid crystal exist in a phase-separated state and the directors of the discotic liquid crystal and the rod-like nematic liquid crystal are aligned in the same direction is obtained.
[0124]
As the discotic liquid crystal, the one shown in the second embodiment can be used.
[0125]
In this embodiment, the rod-like liquid crystal used as another component is a nematic liquid crystal such as a nematic liquid crystal or a cholesteric liquid crystal. Usually, at least one kind of rod-like liquid crystal compound is contained, but preferably a so-called rod-like liquid crystal composition using a plurality of kinds of rod-like liquid crystal compounds is used in order to widen the liquid crystal temperature range and optimize various properties. Nematic liquid crystals are often used in ordinary liquid crystal displays and are preferable rod-like liquid crystals in that they have stable driving characteristics under normal use environments.
[0126]
The state in which the orientation directors of the discotic liquid crystal and the rod-like nematic liquid crystal shown in FIG. 1 are in the same direction, that is, the state in which the difference in the refractive index in each direction of each liquid crystal is maximized in any direction is very large. It is thought that the light scattering state can be revealed. While the present inventor has intensively studied, he succeeded in forming a state in which the discotic liquid crystal and the rod-like nematic liquid crystal are in a phase-separated state and the alignment directors of the liquid crystals are in the same direction, and the strong in that state The appearance of light scattering could be confirmed.
[0127]
A liquid crystal element that uses such a strong light scattering state and changes the alignment state of the rod-like nematic liquid crystal by switching to obtain a display signal is a preferred embodiment of the element of the present invention. In this sense, a so-called polymer dispersion type or polymer network type liquid crystal element using a polymer for a discotic liquid crystal is a representative example of a preferred form of the liquid crystal element in the present invention. In this case, as a method for obtaining the alignment state of the present invention described above, it is first necessary to control the alignment of the discotic liquid crystal which is a matrix polymer. In order to control the orientation of the discotic liquid crystal, it is preferable to develop a discotic liquid crystal phase before polymerization or at an early stage of polymerization, and the resulting discotic liquid crystal is controlled in alignment by an alignment treatment. As a method for aligning the discotic liquid crystal in side-on orientation (orienting the disk in parallel with the substrate), there are methods using a low pretilt alignment film, reducing the cell thickness, or a combination thereof. . When the cell thickness is reduced, it is preferably about 50 μm or less. Next, when aligning the rod-shaped nematic liquid crystal to this, a homeotropic alignment will be formed, but if a rod-shaped nematic liquid crystal having positive dielectric anisotropy is used, an electric field is applied to apply the homeotropic alignment. And a desired alignment state (a discotic liquid crystal and a rod-like liquid crystal) can be obtained.
[0128]
The liquid crystal element of the present invention using this discotic liquid crystal polymer and rod-like nematic liquid crystal can take an element configuration as shown in FIG.
[0129]
The above-described method for producing a liquid crystal element is, for example, irradiating a liquid crystal mixture (liquid crystal composition) of a photopolymerizable discotic liquid crystal and one or more kinds of rod-like nematic liquid crystals (rod-like liquid crystal composition) with light rays such as ultraviolet rays. To form a polymer discotic liquid crystal having a discotic liquid crystalline molecular unit in repeated units, promoting phase separation of the rod-like liquid crystal layer, and finally forming a phase-separated discotic liquid crystal phase and rod-like liquid crystal phase. The In order to obtain more preferable scattering, the phase before polymerization or during the polymerization can be controlled to control the droplet diameter as in the case of a normal polymer dispersion type or polymer network type liquid crystal. Furthermore, the functional material of the present invention can be obtained by separately preparing a polymer discotic liquid crystal compound having a discotic liquid crystal molecular unit in a repeating unit and a rod-like liquid crystal composition and mixing them. Further, in order to create a more preferable alignment state for the liquid crystal mixture containing the polymer discotic liquid crystal compound and the rod-like liquid crystal composition, it is possible to perform a heat treatment after the above-described steps. By applying heat treatment, the polymer discotic liquid crystal compound or / and the liquid crystal composition having a memory property may be self-assembled to create a more preferable alignment state.
[0130]
Regarding the mixing ratio of the polymer discotic liquid crystal compound and the rod-like liquid crystal, the polymer discotic liquid crystal compound is preferably 1 wt% or more and 99 wt% or less from the viewpoint of the scattering ability and the necessity of the appearance of each physical property. Is 5 wt% or more and 95 wt% or less, more preferably 10 wt% or more and 90 wt% or less. On the other hand, the component ratio of the rod-like liquid crystal is similarly 1 wt% or more and 99 wt% or less, preferably 5 wt% or more and 95 wt% or less, more preferably 10 wt% or more and 90 wt% or less. Further, the liquid crystal composition of the present invention may contain additives such as an antioxidant, a radical scavenger, a photoreaction inhibitor, a polymerization inhibitor, and a dye as necessary.
[0131]
In order to obtain more preferable scattering and alignment, a step of polymerizing the polymerizable discotic liquid crystal in a state where the mixture containing the polymerizable discotic liquid crystal compound and the rod-shaped liquid crystal composition is phase-separated from the rod-shaped nematic liquid crystal or the discotic liquid crystal. It is effective to go through. As described above, it is easy to control the orientation of the discotic liquid crystal, and the phase separation between the discotic liquid crystal and the rod-like liquid crystal is further promoted, and stronger scattering can be obtained. If the phase is not sufficiently separated, an isotropic phase region due to the discotic liquid crystal and the rod-shaped liquid crystal may remain, and the scattering ability may be suppressed.
[0132]
It is also effective to perform an alignment treatment on the substrate interface in order to impart orientation to the discotic liquid crystal and / or rod-like nematic liquid crystal. As a method for forming a uniaxial alignment control layer, which is one method of alignment treatment, for example, silicon monoxide, silicon dioxide, aluminum oxide, zirconia, magnesium fluoride, cerium oxide, Inorganic substances such as cerium fluoride, silicon nitride, silicon carbide, boron nitride, polyvinyl alcohol, polyimide, polyimide amide, polyester, polyamide, polyester imide, polyparaxylene, polycarbonate, polyvinyl acetal, polyvinyl chloride, polystyrene, polysiloxane It is obtained by rubbing the surface with a fibrous material such as velvet, cloth or paper after forming a film using an organic substance such as cellulose resin, melamine resin, urea resin, acrylic resin, etc. That. Further, an oblique deposition method in which an oxide or nitride such as SiO is deposited from the oblique direction of the substrate can be used.
[0133]
In particular, it is preferable to use a polyimide rubbing film as the uniaxial orientation layer in order to obtain better uniaxial orientation. Moreover, a polyimide is normally obtained by coating and baking in the form of a polyamic acid. Since polyamic acid is easily soluble in a solvent, it is excellent in productivity. Recently, a polyimide soluble in a solvent has also been produced, and polyimide is preferably used from the viewpoint of high productivity because it can obtain better uniaxial orientation.
[0134]
In the present invention, for example, a two-frequency drive nematic liquid crystal having a memory property can be used as the nematic liquid crystal. As for the two-frequency drive nematic liquid crystal, it is described in the IEICE Technical Report EID98-189 and OME98-143 (1999-03) that the polymer dispersed liquid crystal exhibits a memory property. The liquid crystal composition having a memory property of the present invention is at least one kind of rod-like nematic liquid crystal. Preferably, a so-called liquid crystal composition using a plurality of kinds of rod-like liquid crystals is used in order to widen the liquid crystal temperature range and optimize various properties. Things are used.
[0135]
As described above, the functional material which is a liquid crystal composition according to the present invention can produce a liquid crystal element with extremely high luminance without using a backlight which is a large power consumption source. In addition, when a liquid crystal with memory characteristics is used as the switching liquid crystal, it does not need to be driven at all times and can greatly contribute to the reduction of power consumption in driving, compared with the power-saving liquid crystal known today. It is considered that a very excellent liquid crystal element can be realized.
[0136]
【Example】
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
[0137]
(First embodiment)
Example 1
<Polymerized discotic liquid crystalline compound used>
The following compound A was used as the polymerizable discotic liquid crystalline compound.
[0138]
Embedded image
The phase transition of A is
Cryst- (44 ° C.)-Iso (temperature rising process) and Cryst-(-15 ° C.)-Iso (temperature decreasing process).
[0140]
<Used rod-shaped liquid crystal material>
As the rod-like liquid crystal, the following P-type liquid crystal compound B or P-type fluorine-based nematic liquid crystal composition C (“KN-5030” manufactured by Nitrogen Corporation) was used.
[0141]
Embedded image
The phase transition temperature of liquid crystalline compound B is
Cryst- (53.5 ° C.)-Nematic- (75 ° C.)-Iso.
[0143]
(Liquid crystal composition C)
The phase transition temperature of liquid crystal composition C (“KN-5030”)
Cryst-(-30 ° C. or lower) -Nematic- (80 ° C.)-Iso
Met. Δε was plus 10.
[0144]
<Creation of liquid crystalline mixture>
Using these, the polymerizable discotic liquid crystalline compound A and the rod-shaped liquid crystalline compound B are mixed in a weight ratio of A / B = 50/50 to obtain a mixture (1), and the discotic liquid crystalline compound A and nematic Liquid crystal composition C was mixed at a weight ratio of A / C = 50/50 to prepare a mixture (2). Each component was dissolved and mixed in an isotropic phase. The mixture (2) showed an isotropic phase at room temperature.
[0145]
<Create empty cell>
(Creation of cell A)
An ITO film having a thickness of about 70 nm was formed as a transparent electrode on each of two glass substrates having a thickness of 1.1 mm.
[0146]
An IPA solution in which resin beads having an average particle diameter of 6 μm are dispersed at 0.01% by weight is spin-coated on the surface of a single substrate under the conditions of 1500 rpm and 10 seconds, and the dispersion density is 100 / mm. 2 A degree of bead spacer was sprayed. A thermosetting liquid adhesive was applied on the substrate by a printing method. Another glass substrate with an ITO film was bonded to the obtained product, and heat cured in an oven at 150 ° C. for 90 minutes to obtain cell A.
[0147]
(Create cell A *)
Cell A * was prepared in the same manner as Cell A except that spacer beads having an average particle diameter of 10 μm were used.
[0148]
(Creation of cell B)
For both substrates (thickness 1.1 m glass plates), a 2.1 wt% polyamic acid solution of a polyimide precursor having the following repeating units is applied at 500 rpm for 5 seconds at the first time and at 1500 rpm at the second time. The coating was spin-coated for 30 seconds.
[0149]
Embedded image
Then, after pre-drying for 5 minutes at 80 ° C., baking was performed at 220 ° C. for 1 hour. The alignment films on both substrates were rubbed with a nylon cloth as a uniaxial alignment process.
[0151]
An IPA solution in which resin beads having an average particle diameter of 6 μm are dispersed at 0.01% by weight is spin-coated on the surface of one substrate under conditions of 1500 rpm and 10 seconds, and the dispersion density is 100 / mm. 2 A degree of bead spacer was sprayed. A thermosetting liquid adhesive was applied to the substrate by a printing method. The two obtained substrates were bonded to each other with the rubbing axes aligned (that is, parallel and in the same direction) and cured by heating in an oven at 150 ° C. for 90 minutes to obtain cell B.
[0152]
(Creation of liquid crystal cell)
After adding 200 ppm of 2,6-ditertiarybutyl-4-methylphenol to each of the mixture (1) and (2), and further adding 2% by weight of a photopolymerization initiator (“Irgacure 184” manufactured by Ciba Geigy) Each mixture was injected into cells A, A *, B at 60 ° C. under normal pressure. A total of 6 cells were obtained, about 12 mW / cm. 2 Then, exposure was performed for 3 minutes with ultraviolet light having a central wavelength of 365 nm to prepare a liquid crystal cell. In both cells, the rod-shaped liquid crystal phase separated well from the polymer matrix, and the phase transition from the nematic to the isotropic phase of the rod-shaped liquid crystal was found by observation under a polarizing microscope while heating on a METTLER hot stage. It was observed at the same temperature as the phase transition temperature before mixing. From this, it was confirmed that almost all of the polymerizable discotic liquid crystalline compound was polymerized to be a polymer compound having a discotic liquid crystalline component as a repeating unit. In the liquid crystal cell B, it was observed under a polarizing microscope that the rod-like liquid crystal was well uniaxially oriented in any material.
[0153]
From this state, each liquid crystal cell was heated to 220 ° C. and cooled to room temperature at 0.5 ° C./min. As a result, a well-scattered cell could be visually observed in any cell. In the liquid crystal cell B, the uniaxial orientation was maintained in any material.
[0154]
Comparative Example 1
Hexylene diacrylate was used in place of the polymerizable discotic liquid crystalline compound A and mixed with the rod-shaped liquid crystal C at a weight ratio = 50/50 to prepare a comparative mixture. The comparative mixture was injected into the cell A * in the same manner as described above, and UV exposure was performed in the same manner as described above to prepare a polymer matrix type liquid crystal device.
[0155]
A black light absorbing plate was placed on the back of the cell created above, and the scattered light and reflected light were visually observed under room light. Compared with the liquid crystal cell prepared in Comparative Example 1, it was found that the liquid crystal cell prepared in Example 1 had such a strong scattering that all the cells could be seen as a clear difference under visual observation.
[0156]
In particular, when a black light absorbing plate is placed on the back of the cell created above and the reflected light intensity is measured with an automatic change photometer (“GP-200” manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.), the liquid crystal mixture ▲ For the system filled with 2 ▼, the light intensity in the direction of the incident angle of 30 degrees and the exit angle of 37 degrees was compared between the liquid crystal cell of the comparative example and the liquid crystal cell of the example. Compared with the liquid crystal cell, the light reflected 3.0 times the intensity. The liquid crystal cell A was 2.8 times the liquid crystal cell of the comparative example, and the liquid crystal cell A * was 4.5 times. Further, when an electric field of 10 V and 60 Hz was applied to the liquid crystal cell B of the example, it was found that the reflected light increased by 28% in the electric field applied state compared to the non-applied state, and the scattered light was modulated.
[0157]
Example 2
In the projection optical system shown in FIG. 4, the liquid crystal cell B filled with the mixture (2) prepared in Example 1 was used as the
[0158]
Example 3
A cell B type liquid crystal test cell 70 (pixel area 0.9 cm) filled with a single crystal silicon transistor (ON resistance 50Ω) 44 and the liquid crystal (2) used in the first embodiment as shown in FIG. 2 ) And 2 nF ceramic capacitor 71, an active liquid crystal element (single pixel) was formed. A gate signal is given to the
[0159]
As described above, according to the present invention, a polymer matrix type liquid crystal element that does not require a polarizing plate and is brighter and can be driven with higher luminance and lower power consumption than a conventional polymer matrix type liquid crystal element, In addition, a liquid crystal mixture as a functional material suitable for constituting this, and a liquid crystalline mixture as an appropriate raw material thereof are provided.
[0160]
(Second Embodiment)
Example 4
<Polymerized discotic liquid crystal compound A used>
As the polymerizable discotic liquid crystal compound, Compound A represented by the following structural formula was used.
[0161]
Embedded image
A is R 1 / R 2 The molar ratio of 5/1, 4/2 and 3/3 is a 22:59:16 mixture.
[0163]
The phase transition of A is
Discotic rectangular phase- (131 ° C.)-Nematic discotic phase- (200 ° C.)-Iso (temperature rising process).
[0164]
<Bar-shaped liquid crystal compound B>
As the rod-like liquid crystal compound B, a compound B represented by the following structural formula was used.
[0165]
Embedded image
B is a smectic liquid crystal.
[0167]
The phase transition of B
Cryst- (4 ° C.)-Sc phase- (49 ° C.)-SA phase- (69 ° C.)-Iso (temperature rising process).
[0168]
Using these, compounds A and B are mixed at a weight mixing ratio A / B = 50/50 (mixture (1)), 25/75 (mixture (2)), and a polymerizable discotic liquid crystal compound and a rod-shaped liquid crystal compound are mixed. A mixture of was made. The mixture dissolved in the isotropic phase.
[0169]
<Creating a cell>
・ Cells α, α *
Two glass substrates having a thickness of 1.1 mm were prepared, and an ITO film having a thickness of about 70 nm was formed as a transparent electrode.
[0170]
A 2.1 wt% polyamic acid solution of a polyimide precursor having the following repeating units was spin-coated on both substrates for 5 seconds at 500 rpm for the second time and for 30 seconds at 1500 rpm for the second time.
[0171]
Embedded image
Then, after pre-drying for 5 minutes at 80 ° C., baking was performed at 220 ° C. for 1 hour. Both these substrates were rubbed and not.
[0173]
An IPA solution in which resin beads having an average particle diameter of 6 μm are dispersed at 0.01% by weight on the surface of one substrate is spin-coated at 1500 rpm for 10 seconds, and the dispersion density is 100 / mm. 2 Sprinkled with a degree of peas base. A thermosetting liquid adhesive was applied to the substrate by a printing method. The two obtained substrates were bonded to each other with the rubbing axes aligned, and heat cured in an oven at 150 ° C. for 90 minutes to obtain a cell.
[0174]
A cell that was rubbed was designated as cell α, and a cell that was not rubbed was designated as cell α *. Three cells α and αα * were prepared.
[0175]
After adding 200 ppm of 2,6-ditertiarybutyl-4-methylphenol to the mixture of the polymerizable discotic liquid crystal compound and the rod-like liquid crystal compound, and further adding 2 wt% of photopolymerization initiator Irgacure 184 manufactured by Ciba Geigy. In the isotropic phase, cells α and α * were respectively injected under normal pressure. For each of the three cells, cell α and cell α *, approximately 12 mW / cm at room temperature, 40 ° C. and 50 ° C. 2 Then, exposure was performed for 10 minutes with ultraviolet light having a central wavelength of 365 nm, and a total of six liquid crystal cells were produced. In each cell, the rod-like liquid crystal compound is well phase-separated, and the phase transition from the SA phase to the isotropic phase of the rod-like liquid crystal compound is almost the same as the phase transition temperature before mixing. Observed at the same temperature. It was also found that slight polarization due to the discotic liquid crystal phase was observed even at a temperature higher than the temperature at which the rod-like liquid crystal compound B becomes the Iso phase, indicating that the discotic polymer shows liquid crystal. The polarization intensity was drastically reduced as compared with the case where the rod-like liquid crystal compound had a liquid crystal phase. The slight polarization due to this discotic liquid crystal compound was maintained even at 200 ° C. From this, it was confirmed that almost all of the polymerizable discotic liquid crystal compound was polymerized to be a polymer discotic liquid crystal compound having a discotic liquid crystal component as a repeating unit.
[0176]
In any of these cells, a well-scattering cell could be visually observed. The rod-like liquid crystal compound appeared homogeneous and randomly oriented. However, according to the measurement of the amount of light by the photomultiplier, it was considered that a slight uniaxial orientation could be imparted because it had a slight contrast.
[0177]
Comparative Example 2
The polymerizable discotic liquid crystal compound A of Example 4 was changed to hexylene diacrylate, the rod-like liquid crystal compound B was changed to nematic liquid crystal KN5030 manufactured by Chisso Corporation, and they were mixed at a weight ratio = 50/50. It was adjusted. This was injected into the cell α * in the same manner as in Example 4 described above, and UV exposure was performed in the same manner as in Example 4 above to produce a polymer dispersed liquid crystal element.
[0178]
A black light absorbing plate was placed on the back of the cell created above, and the scattered light and reflected light were visually observed under room light. As compared with the cell prepared in Comparative Example 2, it was found that the cells prepared in Example 4 had strong scattering enough to be recognized as an obvious difference under visual observation.
[0179]
A black light absorbing plate was placed on the back of the cell created above, and the reflected light intensity was measured with an automatic polarization photometer GP-200 manufactured by Murakami Color Research Laboratory. When the light intensity in the direction of the incident angle of 30 degrees and the exit angle of 0 degrees was compared between the cell of Comparative Example 2 and the cell polymerized at room temperature of Example 4, the cell α of Example 4 was compared with the cell α * of Comparative Example 1. It reflected 3.6 times the intensity of light. The cell α * of Example 4 was 3.5 times the cell α * of Comparative Example 2.
[0180]
Further, the cell α of Example 4 was applied with an electric field of 40 V and 2 kHz at 65 ° C., and the rod-like liquid crystal compound was homeotropically aligned. Under the polarizing microscope, it was confirmed that the rod-like liquid crystal part became a dark field. Although this was cooled to room temperature, the orientation state was maintained. In this state, it was found that the reflected light increased by 23% and the scattered light was modulated compared to the state where no electric field was applied. In addition, when the cell α polymerized at 40 ° C. and the cell α polymerized at 50 ° C. were both subjected to the electric field treatment, the same observation results were obtained, and the reflected light after the treatment was 17% and 18%, respectively. % Increase.
[0181]
The texture of the discotic liquid crystal compound had a polarization texture and a slight polarization intensity, suggesting that the plate-like discotic liquid crystal compound is aligned almost in parallel on the substrate. It is confirmed that the light-reflective intensity is about 20% stronger in both the state where the rod-like liquid crystal compound is homogeneously oriented almost randomly and the state where it is homeotropically oriented. From these facts, it was found that the polymer discotic liquid crystal compound is surely aligned substantially parallel to the substrate. In addition to the latter reflected light intensity, considering that the reflected light intensity is strongly dependent on the difference in each direction of the refractive index, the discotic liquid crystal compound is not uniform with respect to the substrate but randomly oriented There should be no difference in the reflection intensity between the homogeneous and homeotropic rod-like liquid crystal compounds. On the other hand, when the discotic liquid crystal compound is aligned perpendicularly to the substrate, the reflection intensity should be opposite to the current result due to the homogeneous and homeotropic of the rod-like liquid crystal compound. Considering this, it can be said that the polymer discotic liquid crystal compound is surely aligned substantially parallel to the substrate with the result of this example. When the rod-like liquid crystal compound is homeotropic, the discotic liquid crystal compound and the rod-like liquid crystal compound, which are characteristic alignment states in the present invention, exist in a phase-separated state, and the directors of the discotic liquid crystal compound and the rod-like liquid crystal compound are the same. It is in a state of being oriented in the direction.
[0182]
Example 5
An electric field of 40 V and 2 kHz was applied to the cell α * of the liquid crystal of Example used in Example 4 at 65 ° C. to cut off the electric field. In this state, the light scattering state at the time of electric field application was maintained. In addition, the maintenance of orientation was confirmed under a polarizing microscope, and the memory property was clearly confirmed. In addition, the alignment state hardly changed even at room temperature. When this was further raised to 80 ° C. and then returned to room temperature, it was found that it was possible to return to the state before application of the electric field and to change it reversibly.
[0183]
Example 6
When polymerization was performed at room temperature in the same manner as in Example 4 using the mixture (2) in Example 4 and the cell α *, the same orientation state as in Example 1 was obtained with the discotic liquid crystal compound and the rod-shaped liquid crystal compound being phase-separated. Was observed. As in Example 4, an electric field of 40 V and 2 kHz was applied at 65 ° C. and cooled to room temperature. The reflection intensity increased by 22% compared to before application of the electric field. Also in this case, as in Example 1, it is possible to realize a state in which the discotic liquid crystal compound and the rod-like liquid crystal compound exist in a phase-separated state and the directors of the discotic liquid crystal compound and the rod-like liquid crystal compound are aligned in the same direction. It was.
[0184]
Example 7
The cell α of Example 4 created in Example 4 was used as the
[0185]
(Third embodiment)
Example 8
<Polymerized discotic liquid crystalline compound used>
As the polymerizable discotic liquid crystalline compound A, the following compound A was used.
[0186]
Embedded image
Compound A has a molar ratio of R1 / R2 of 5/1, 4/2 and 3/3 and is a mixture of 22:59:16.
[0188]
The phase transition of Compound A is
Discotic Rectangular Phase-(131 ° C)-Nematic Discotic Phase-(200 ° C)-Iso. (Heating process).
[0189]
<Used memory-like liquid crystal compound B>
The following compound B was used as the rod-like liquid crystal compound B.
[0190]
Embedded image
The rod-like liquid crystal compound B is a smectic liquid crystal. The phase transition of rod-like liquid crystal compound B is
Cryst- (4 ° C.)-Sc phase- (49 ° C.)-SA phase- (69 ° C.)-Iso. (Heating process).
[0192]
Using these, compounds A and B were mixed at a weight mixing ratio A / B = 50/50 to prepare a liquid crystal composition comprising a mixture of a polymerizable discotic liquid crystal compound and a rod-like liquid crystal compound. The mixture dissolved in the isotropic phase.
[0193]
<Creating a cell>
・ Cell A, A *
An ITO film having a thickness of about 70 nm was formed as a transparent electrode on one substrate of two glass substrates having a thickness of 1.1 mm.
[0194]
An IPA solution in which resin beads having an average particle diameter of 6 μm are dispersed at 0.01% by weight is spin-coated on the surface of the other substrate at 1500 rpm for 10 seconds, and the dispersion density is 100 / mm. 2 A degree of bead spacer was sprayed. A thermosetting liquid adhesive was applied to the outer edge portion of the substrate by a printing method. The above glass substrate with an ITO film was bonded to the obtained glass substrate so as to face each other and cured by heating in an oven at 150 ° C. for 90 minutes to obtain a cell A.
[0195]
Cell A * was the same as cell A, but only spacers having an average particle size of 10 μm were used.
[0196]
・ Cell B
A 2.1 wt% polyamic acid solution of a polyimide precursor having a repeating unit represented by the following formula (3) is applied to both substrates similar to the cell A for 5 seconds at 500 rpm for the first time and 30 times at 1500 rpm for the second time. Spin coating was performed under the condition of seconds.
[0197]
Embedded image
Then, after pre-drying for 5 minutes at 80 ° C., baking was performed at 220 ° C. for 1 hour. The alignment films on both substrates were rubbed with a nylon cloth as a uniaxial alignment process.
[0199]
An IPA solution in which resin beads having an average particle diameter of 6 μm are dispersed at 0.01% by weight on the surface of one substrate is spin-coated at 1500 rpm for 10 seconds, and the dispersion density is 100 / mm. 2 A degree of bead spacer was sprayed. A thermosetting liquid adhesive was applied to the outer edge portion of the substrate by a printing method. The two obtained substrates were bonded to each other with the rubbing axes aligned and heat cured in an oven at 150 ° C. for 90 minutes to obtain cell B.
[0200]
200 ppm of 2,6-ditertiarybutyl-4-methylphenol was added to a liquid crystal composition comprising a 50/50 mixture of the compounds A and B, and 2 wt% of a photopolymerization initiator Irgacure 184 manufactured by Ciba Geigy Co. was added. Thereafter, it was injected into cells A, A *, and B under normal pressure in an isotropic phase. These three cells are about 12mW / cm 2 Then, exposure was performed for 10 minutes with ultraviolet light having a central wavelength of 365 nm to produce three liquid crystal cells.
[0201]
In each cell, the rod-like liquid crystal compound is well phase-separated, and the phase transition from the SA phase to the isotropic phase of the rod-like liquid crystal compound is the same as the phase transition temperature before mixing. Observed at about the same temperature. Further, polarized light due to the discotic liquid crystal phase was observed even at a temperature higher than the temperature at which the rod-like liquid crystal compound B became the Iso phase, and it was also found that the discotic polymer showed liquid crystal. Polarization by the discotic liquid crystal was maintained even at 200 ° C. From this, it was confirmed that almost all of the polymerizable discotic liquid crystalline compound was polymerized to be a polymer compound having a discotic liquid crystalline component as a repeating unit.
[0202]
In any of these cells, a well-scattering cell could be visually observed.
[0203]
Comparative Example 3
Hexylene diacrylate was changed to polymerizable discotic liquid crystalline compound A, rod-like liquid crystal compound B was changed to nematic liquid crystal KN5030 manufactured by Chisso Corporation, and the mixture was adjusted at a weight ratio = 50/50. This was injected into the cell A * in the same manner as described above, and UV exposure was performed in the same manner as described above to prepare a polymer dispersed liquid crystal element.
[0204]
A black light absorbing plate was placed on the back of the cell created above, and the scattered light and reflected light were visually observed under room light. As compared with the cell prepared in Comparative Example 3, it was found that the cells prepared in Example 8 had such a strong scattering that any cell could be seen as an obvious difference under visual observation.
[0205]
A black light absorbing plate was placed on the back of the cell created above, and the reflected light intensity was measured with an automatic polarization photometer GP-200 manufactured by Murakami Color Research Laboratory. When the light intensity in the direction of the incidence angle of 30 degrees and the emission angle of 37 degrees was compared between the cell of Comparative Example 3 and the cell of Example 8, Cell B of Example 8 was 1.7 times as large as the cell of Comparative Example 3. Intense light was reflected. Cell A was 2.1 times that of Comparative Example 3, and cell A * was 2.2 times. Similar results were obtained when the reflectance was measured at an exit angle of 0 degree.
[0206]
In addition, it was found that the reflected light increased by 23% and the scattered light was modulated in the cell B of Example 4 at 65 ° C. in a 40 V, 2 kHz electric field application state compared to a non-application state. Further, it was found that the scattered light was modulated in the cells prepared in Example 8 in a state where an electric field of 40 V and 2 kHz was applied.
[0207]
Example 9
The liquid crystal cell B used in Example 8 was applied with an electric field of 40 V and 2 kHz at 65 ° C., and the electric field was tight. In this state, the light scattering state at the time of electric field application was maintained. In addition, the maintenance of orientation was confirmed under a polarizing microscope, and the memory property was confirmed. In addition, the alignment state hardly changed even at room temperature. When the temperature was further raised to 80 ° C. and then returned to room temperature, it was found that it was possible to return to the state before application of the electric field and change it reversibly.
[0208]
Example 10
The cell B of Example 8 prepared in Example 8 was used as the
[0209]
(Fourth embodiment)
Example 11
The following liquid crystal compound A1 was used as the rod-like polymer liquid crystal compound, and the following liquid crystal compound B1 was used as the discotic liquid crystal compound.
[0210]
Embedded image
Embedded image
The above A1 and B1 were mixed at a weight ratio of 1: 1 and dissolved in THF, and then the THF was distilled off to obtain a liquid crystal composition C1. When the DSC measurement was performed, the phase transitions of A1 and B1 were observed.
[0213]
[Element a]
A 10% by weight THF solution of the above liquid crystal composition C1 was cast on a glass substrate having a thickness of 1.1 mm and dried in an oven at 130 ° C. to obtain a liquid crystal composition layer having a thickness of 5 μm.
[0214]
[Element b]
A liquid crystal composition layer having a thickness of 5 μm was formed on a polyethersulfone substrate having a thickness of about 200 μm in the same manner as in the device a.
[0215]
[Element c]
A polyamic acid 2.1 wt% solution of a polyimide precursor having the following repeating units on a glass substrate having a thickness of 1.1 mm was spin-coated for 5 seconds at 500 rpm for the first time and 30 seconds at 1500 rpm for the second time. .
[0216]
Embedded image
Thereafter, pre-drying was performed at 80 ° C. for 5 minutes, followed by heating and baking at 220 ° C. for 1 hour. The obtained polyimide film was rubbed with a nylon cloth as a uniaxial orientation treatment.
[0218]
On this substrate, a liquid crystal composition layer having a thickness of 5 μm was formed in the same manner as the element a.
[0219]
[Element d]
A 50/50 (weight ratio) mixture of hexylene diacrylate and nematic liquid crystal (“KN5030” manufactured by Chisso) together with 2% by weight of a photopolymerization initiator (“Irgacure 184” manufactured by Ciba Geigy Co., Ltd.) A conventional polymer-dispersed liquid crystal device was obtained by injecting into a cell arranged opposite to the cell gap and exposing to UV.
[0220]
The reflected light intensity of the elements a to d was measured with an automatic polarization photometer (“GP-200” manufactured by Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd.). In the measurement, the light intensity in the direction of the incident angle of 30 ° and the emission angle of 10 ° was compared with the element d by the elements a to c. The element c was measured by aligning the rubbing axis with the direction perpendicular to the incident direction of light. As a result, the light scattering intensity of the elements a, b, and c was 74%, 68%, and 70% stronger than the element d, respectively.
[0221]
Example 12
The following liquid crystal compound A2 was used as the rod-like polymer liquid crystal compound, and the following liquid crystal compound B2 was used as the discotic liquid crystal compound.
[0222]
Embedded image
Embedded image
The liquid crystal compounds A2 and B2 were mixed at a weight ratio of 1: 1 and dissolved in THF, and then the THF was distilled off to obtain a liquid crystal composition C2. When measured by DSC, the phase transitions A2 and B2 were observed.
[0225]
A device e was obtained by forming a liquid crystal composition layer in the same manner as the device c in Example 11 except that the obtained liquid crystal composition C2 was used, and the light intensity was compared with the device d in Example 11. The element e was 98% stronger in light scattering intensity than the element d. Further, when the rubbing axis was measured perpendicular to this measurement, that is, parallel to the incident direction of light, it was found that the light scattering intensity was 110% stronger than that of the element d, and the light scattering was angularly dependent. It was.
[0226]
Example 13
Regarding the element b of Example 11, when an image was written using a thermal head, it was found that the written area became transparent as compared with other areas, and was effective as a display medium. This is presumably because liquid crystal formation was suppressed by heating and quenching the written region.
[0227]
Example 14
[Element f]
The following liquid crystal compound D1 was used as the polymerizable rod-like liquid crystal compound, and the liquid crystal compound B2 used in Example 12 was used as the discotic liquid crystal compound.
[0228]
Embedded image
In a cell in which the above liquid crystal compounds D1 and B2 were mixed at a weight ratio of 1: 1, and the photopolymerization initiator (“Irgacure 184” manufactured by Ciba Geigy) was 2% by weight, and the upper and lower glass substrates were opposed to each other with a cell gap of 5 μm. By injecting and UV exposure, a liquid crystal composition layer composed of a rod-like polymer liquid crystal compound and a discotic liquid crystal compound was formed, and an element f was obtained.
[0230]
The light intensity of the element f was compared with the element d of Example 1 in the same manner as in Example 1. As a result, the light scattering intensity of the element f was 102% stronger than that of the element d.
[0231]
As described above, the liquid crystal composition of the present invention has excellent light scattering ability, can be written by heat treatment or light irradiation, and can maintain the light scattering state in a static state in which no external field is applied. The liquid crystal element of the present invention that can be used as a medium provides a low-power consumption and high-contrast display that requires power only during rewriting.
[0232]
(Fifth embodiment)
Example 15
<Polymerized discotic liquid crystal compound A used>
As the polymerizable discotic liquid crystal compound, Compound A represented by the following structural formula was used.
[0233]
Embedded image
A is R 1 / R 2 The molar ratio of 5/1, 4/2 and 3/3 is a 22:59:16 mixture.
[0235]
The phase transition of A is
Discotic rectangular phase- (131 ° C.)-Nematic discotic phase- (200 ° C.)-Iso (temperature rising process).
[0236]
<Bar-shaped nematic liquid crystal B>
A nematic liquid crystal “KN5030” manufactured by Chisso Corporation was used.
[0237]
Δn was 0.13. The dielectric anisotropy was 10 positive.
[0238]
The phase transition of B
Cryst. It was-(<-30 degreeC) -N phase- (80 degreeC) -Iso (temperature rising process).
[0239]
Using these, A and B are mixed at a weight mixing ratio A / B = 50/50 (mixture (1)), 55/45 (mixture (2)), and a polymerizable discotic liquid crystalline compound and rod-shaped nematic liquid crystal are mixed. A mixture of was made. The mixture dissolved in the isotropic phase.
[0240]
<Creating a cell>
・ Cells α, α *
Two glass substrates having a thickness of 1.1 mm were prepared, and an ITO film having a thickness of about 70 nm was formed as a transparent electrode.
[0241]
1. Polyamic acid as a polyimide precursor having the following repeating units for both substrates. The 1 wt% solution was spin-coated for 5 seconds at 500 rpm for the first time and for 30 seconds at 1500 rpm for the second time.
[0242]
Embedded image
Then, after pre-drying for 5 minutes at 80 ° C., baking was performed at 220 ° C. for 1 hour.
[0244]
A cell (α) in which both the substrates were rubbed was prepared. In addition, a cell (α *) in which both substrates were not rubbed was prepared.
[0245]
An IPA solution in which resin beads having an average particle diameter of 10 μm are dispersed at 0.01% by weight on the surface of one substrate is spin-coated at 1500 rpm for 10 seconds, and the dispersion density is 100 / mm. 2 About peas spacers were sprayed. A thermosetting liquid adhesive was applied to the substrate by a printing method. The obtained two substrates were rubbed together with the rubbing axes aligned to face each other and cured by heating in an oven at 150 ° C. for 90 minutes to obtain a cell.
[0246]
200 ppm of 2,6-ditertiarybutyl-4-methylphenol was added to each of the above mixtures (1) and (2), and 2 wt% of photopolymerization initiator Irgacure 184 manufactured by Ciba Geigy Co. was added. The cells (α) and (α *) were injected under normal pressure. When the cell (1) was cooled, it was observed that the nematic liquid crystal phase-separated at 19 ° C. After cooling to −40 ° C., about 12 mW / cm 2 A liquid crystal cell was prepared by exposing to ultraviolet light having a central wavelength of 365 nm for 10 minutes. Similarly, in (2), a liquid crystal cell was prepared.
[0247]
In each cell, the rod-like nematic liquid crystal is well phase-separated, and the phase transition from the N phase to the isotropic phase of the rod-like liquid crystal is almost the same as the phase transition temperature before mixing, according to observation under a polarizing microscope in the hot stage manufactured by METTLER Observed at temperature. It was also found that slight polarization due to the discotic liquid crystal phase was observed even at a temperature higher than the temperature at which the liquid crystal B becomes the Iso phase, indicating that the discotic polymer represents liquid crystal. The polarization intensity was drastically reduced compared to when the rod-like liquid crystal had a liquid crystal phase. The slight polarization by the discotic liquid crystal was maintained even at 200 ° C. From this, it was confirmed that almost all of the polymerizable discotic liquid crystalline compound was polymerized to be a polymer discotic liquid crystal compound having a discotic liquid crystalline component as a repeating unit.
[0248]
In any of these cells, a well-scattering cell could be visually observed. As for the rubbed cell, it was found that the rod-like liquid crystal had an orientation having axiality in the rubbing direction according to the light quantity measurement by the photomultiplier.
[0249]
In addition, when an AC electric field of 30 V and 1 kHz was applied to the cell α * of the mixture (1) of the example and the rod-like liquid crystal was in a homeotropic orientation, the degree of light scattering clearly increased compared to before application of the electric field. When the electric field was turned off, the degree of light scattering was restored. When the electric field was repeatedly turned on and off, this light modulation was repeated with good reproducibility. The cell of the mixture showed exactly the same behavior. Also, the same behavior was observed in the cell α for both the mixtures (1) and (2).
[0250]
The texture of the discotic liquid crystal has a polarization texture and a slight polarization intensity, suggesting that the plate-like discotic liquid crystal is aligned almost parallel to the substrate. And the fact that it is confirmed that the homeotropic state is stronger by about 20% in any condition in which the rod-like liquid crystal is almost randomly homogeneously oriented and homeotropically oriented. From the above, it was found that the polymer discotic liquid crystal is surely aligned almost parallel to the substrate. In addition to the latter reflected light intensity, considering that the reflected light intensity strongly depends on the difference in the refractive index in each direction, if the discotic liquid crystal was randomly aligned with respect to the substrate, There should be no difference in the reflection intensity between the homogeneous and homeotropic rod-like liquid crystal.
[0251]
On the other hand, when the discotic liquid crystal is aligned perpendicularly to the substrate, the reflection intensity should be opposite or equal to the current result due to the homogeneous and homeotropic properties of the rod-like liquid crystal. Considering this, it can be said that the polymer discotic liquid crystal is surely aligned almost parallel to the substrate with the result of this example. When the rod-like nematic liquid crystal is homeotropic, the discotic liquid crystal and the rod-like nematic liquid crystal, which are characteristic alignment states in the present invention, exist in a phase-separated state, and the directors of the discotic liquid crystal and the rod-like nematic liquid crystal are in the same direction. It is in an oriented state.
[0252]
Comparative Example 4
Hexylene diacrylate was changed to polymerizable discotic liquid crystal A, and nematic liquid crystal “KN5030” manufactured by Chisso Corporation was used to prepare a mixture at a weight ratio of 50/50. This was injected into the cell α in the same manner as described above, and UV exposure was performed in the same manner as described above to prepare a polymer dispersed liquid crystal element.
[0253]
A black light absorbing plate was placed on the back of the cell created above, and the reflected light intensity was measured with an automatic polarization photometer GP-200 manufactured by Murakami Color Research Laboratory. The light intensity in the direction of the incident angle of 30 degrees and the exit angle of 0 degrees was compared between the cell of the comparative example and the example cell. All the cells of the examples were compared in a state where an electric field of 30 V and 1 kHz was applied.
[0254]
Compared with the cell of the comparative example, the cells α of the mixtures {circle around (1)} and {circle around (2)} reflected light having an intensity of 3.1 times and 3.3 times, respectively.
[0255]
Example 16
The cell α of the mixture {circle around (1)} of Example 15 prepared in Example 15 was projected on the screen using the
[0256]
As described above, according to the liquid crystal element of the present invention, it is possible to realize a liquid crystal element, a light modulation element, and a display element with higher brightness and higher performance than conventional liquid crystal dispersion type or polymer network type liquid crystal elements. Can do.
[0257]
In addition, the present invention can realize a liquid crystal device using a high-luminance and high-performance liquid crystal element.
[0258]
Comparative Example 5
A mixture of a low molecular discotic liquid crystal compound C represented by the following structural formula and a low molecular rod-shaped nematic liquid crystal compound B represented by the following structural formula was prepared. The weight ratio in the mixture is C / B = 50/50. This was injected into a cell A shown below to prepare a liquid crystal cell, but neither a nematic phase nor a discotic phase was confirmed during the cooling process.
[0259]
Further, at room temperature, the low molecular discotic liquid crystal compound C and the low molecular rod-like nematic liquid crystal compound B were not phase-separated. That is, this liquid crystal mixture exhibited an isotropic homogeneous phase at room temperature and was transparent, and did not give a light scattering medium.
[0260]
Embedded image
<Bar-shaped liquid crystal compound B>
As the rod-like liquid crystal compound B, nematic liquid crystal KN5030 manufactured by Chisso Corporation was used.
[0262]
The phase transition of compound B is
Cryst. It was-(<-30 degreeC) -N phase- (100 degreeC) -Iso (temperature rising process). Δn was 0.13.
[0263]
<Creating a cell>
・ Cell A
An ITO film of about 70 nm was formed as a transparent electrode on one substrate of two glass substrates having a thickness of 1.1 mm.
[0264]
An IPA solution in which resin beads having an average particle diameter of 6 μm are dispersed at 0.01% by weight is spin-coated on the surface of the other substrate at 1500 rpm for 10 seconds, and the dispersion density is 100 / mm. 2 A degree of bead spacer was sprayed. A thermosetting liquid adhesive was applied to the outer edge portion of the substrate by a printing method. The above glass substrate with an ITO film was bonded to the obtained glass substrate so as to face each other and cured by heating in an oven at 150 ° C. for 90 minutes to obtain a cell A.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a refractive index ellipsoid of a rod-like liquid crystal (a) and a discotic polymer (b) constituting a liquid crystal element of the present invention and a preferred director arrangement.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in the thickness direction of one embodiment of the liquid crystal element of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in the thickness direction of another embodiment of the liquid crystal element of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a projection optical system including the liquid crystal element of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal element of the present invention including an active element.
FIG. 6 is a circuit diagram of an active matrix liquid crystal device including the liquid crystal element.
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of an active element driving liquid crystal element operated experimentally.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view in the thickness direction of a liquid crystal element according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
n1, n2, n3: Tri-directional refractive index of rod-like liquid crystal
nd1, nd2, nd3: three-way refractive index of discotic polymer
1a, 1b, 41, 42: (transparent) substrate
2a, 2b: Transparent electrode (ITO)
3a, 3b, 18, 19: orientation layer
4, 22: Spacer
5, 21: Liquid crystal layer
5a: Discotic liquid crystal mixture
5b: Bar-shaped liquid crystal
20: Sealing material
43: Pixel electrode
47: Counter electrode
44: TFT
90: Liquid crystal cell
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