JP6724352B2 - Liquid crystal element, liquid crystal composition, screen and display using liquid crystal element - Google Patents
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Description
本発明は、液晶素子、液晶組成物、液晶素子を用いたスクリーン及びディスプレイに関する。更に詳しくは、偏光板を使用せず、光透過状態と光散乱状態の切り替えができる液晶素子、液晶素子を用いたスクリーン及びディスプレイに関する。 The present invention relates to a liquid crystal element, a liquid crystal composition, a screen and a display using the liquid crystal element. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal element that can switch between a light transmitting state and a light scattering state without using a polarizing plate, a screen and a display using the liquid crystal element.
近年、液晶素子の中でも、液晶と透明な高分子樹脂とを複合して、高分子と液晶又は液晶ドメイン間の屈折率差を利用した透過−散乱型液晶素子は、偏光板を必要としないため可視光の利用効率が高く、注目されている。
透過−散乱型液晶素子としては、高分子安定化液晶(PSLC:Polymer-Stabilized Liquid Crystals)及び高分子分散液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystals
)が広く知られている。前者は連続的に広がった液晶相中に、5重量%程度の微量のポリマーが網目状のネットワークとして連なっている。後者は高分子膜中に液晶相の液滴が分散した構造をしている(非特許文献1)。
In recent years, among liquid crystal elements, a transmission-scattering type liquid crystal element that utilizes a refractive index difference between a polymer and a liquid crystal or a liquid crystal domain by combining a liquid crystal and a transparent polymer resin does not require a polarizing plate. It has attracted attention because of its high utilization efficiency of visible light.
Examples of the transmission-scattering type liquid crystal device include polymer-stabilized liquid crystals (PSLC) and polymer dispersed liquid crystals (PDLC).
) Is widely known. In the former case, a trace amount of polymer of about 5% by weight is connected in a continuous network in a liquid crystal phase. The latter has a structure in which liquid crystal phase droplets are dispersed in a polymer film (Non-Patent Document 1).
これらの液晶素子は、電車、自動車等の車両、ビジネスビル、病院等の建物の窓、扉、間仕切り等において、意匠性やプライバシーの保護等を目的とした調光シャッターとして実用化されている。また、文字や図形を表示する表示装置としても用いられている。
このような装置においては、一般に透明状態での使用時間が圧倒的に長いため、省電力の観点から、電圧無印加時に透明で、電圧印加時に散乱状態となるよう動作するリバースモードの電気光学効果を有することが望まれる。
These liquid crystal elements have been put into practical use as light control shutters for the purpose of protecting design and privacy in windows, doors, partitions and the like of vehicles such as trains and automobiles, business buildings, hospitals and the like. It is also used as a display device for displaying characters and figures.
In such a device, since the use time in the transparent state is generally overwhelmingly long, from the viewpoint of power saving, the electro-optical effect in the reverse mode which is transparent when no voltage is applied and operates in a scattering state when a voltage is applied Is desired.
このリバースモードの透過−散乱型液晶素子を実現するためには、一般に、重合性モノマーを添加した液晶組成物を、ホモジニアス、プレナー、ホメオトロピック等の透明状態を保持したまま光硬化させて、液晶と高分子樹脂の複合体を形成する方法が知られている。このような液晶素子として、PSLCとしては誘電異方性が正のカイラルネマチック液晶の相変化による可視光の透過散乱を利用するPSCT(Polymer Stabilized Cholesteric Texture)と、PDLCとしては誘電異方性が負の液晶を使用する方法が知られている。後者は、光透過率の温度依存性が大きい、視野角依存性が大きい、又は液晶が高価である等の問題がある。一方、前者は、光透過率の温度依存性が小さく光透過率の視野角依存性も小さく、また素子の応答速度も速い利点を有しており、有望視されている。 In order to realize this reverse mode transmission-scattering type liquid crystal element, in general, a liquid crystal composition to which a polymerizable monomer is added is photocured while maintaining a transparent state such as homogeneous, planar, homeotropic, and liquid crystal. A method for forming a composite of a polymer resin with a polymer is known. As such a liquid crystal element, PSLC (Polymer Stabilized Cholesteric Texture) that utilizes transmission scattering of visible light due to phase change of chiral nematic liquid crystal having positive dielectric anisotropy as PSLC and negative dielectric anisotropy as PDLC are used. There is known a method of using the liquid crystal. The latter has a problem that the light transmittance is highly dependent on temperature, the viewing angle is highly dependent, or the liquid crystal is expensive. On the other hand, the former is promising because it has the advantages that the light transmittance is less dependent on temperature, the light transmittance is less dependent on the viewing angle, and the response speed of the device is fast.
特許文献1〜3には、特定の重合性モノマーを適用することで、電源OFF時の高透明性、電源ON時の高散乱性、高速応答を示す透過−散乱型液晶素子が開示されている。また一般に、PSLC、PDLCともに、液晶組成物を長期保存したり、液晶素子を製造する際に、固形分が析出する等の組成分離が生じると、液晶素子の外観・均一性を損なう不具合を生じるため、ホスト液晶への溶解性が高い重合性モノマーが選択される。 Patent Documents 1 to 3 disclose transmissive-scattering liquid crystal elements that exhibit high transparency when power is turned off, high scattering when power is turned on, and high-speed response by applying a specific polymerizable monomer. .. In general, in both PSLC and PDLC, when the liquid crystal composition is stored for a long period of time, or when composition separation such as precipitation of solids occurs during manufacturing of the liquid crystal element, a problem of impairing the appearance and uniformity of the liquid crystal element occurs. Therefore, a polymerizable monomer having high solubility in the host liquid crystal is selected.
PSLCと類似の技術として、高分子配向維持(PSA:Polymer Sustained Alignment)が知られている。PSA技術では、1重量%以下のごく微量の重合性モノマーを添加
した液晶組成物を、液晶素子中で光硬化させて高分子膜を配向膜面に生成し、液晶配向を安定化する。この技術を用いることで、液晶素子の高速応答及び高い電気信頼性が得られることが知られている。特許文献4には、特定の重合性モノマーを適用することで、高速応答を示す液晶素子が開示されている。また、特許文献5には、特定の重合性モノマーを適用することで、重合性モノマーの高いホスト液晶溶解性、高速応答及び高い電気信頼性を示す液晶素子が開示されている。
Polymer Sustained Alignment (PSA) is known as a technique similar to PSLC. In the PSA technique, a liquid crystal composition to which a trace amount of a polymerizable monomer of 1% by weight or less is added is photocured in a liquid crystal element to form a polymer film on the alignment film surface to stabilize liquid crystal alignment. It is known that high speed response and high electrical reliability of a liquid crystal element can be obtained by using this technique. Patent Document 4 discloses a liquid crystal element that exhibits a high-speed response by applying a specific polymerizable monomer. Further, Patent Document 5 discloses a liquid crystal element that exhibits high solubility of a host monomer in a polymerizable monomer, high-speed response, and high electrical reliability by applying a specific polymerizable monomer.
液晶組成物としては、重合性モノマーの高いホスト液晶溶解性が求められる。また、透過−散乱型液晶素子としては、直流電圧及び/又は交流電圧無印加時(電源OFF時と表すことがある。)の高透明性、直流電圧及び/又は交流電圧印加時(電源ON時と表すことがある。)の高散乱性、高速応答、高い電気信頼性等の特性が求められる。従来、これら特性を個々に改良する方法は示されていたが、これらをすべてバランスよく満たす方法は示されていなかった。
特許文献1〜3で用いられている透過−散乱型液晶素子は長時間に渡って通電を行うと、通電を停止した後も液晶配向が元に戻らず、液晶素子の透明性が損なわれるという電気信頼性の問題があった。
The liquid crystal composition is required to have high solubility of the host monomer in the polymerizable liquid crystal. Further, the transmission-scattering type liquid crystal element has high transparency when no DC voltage and/or AC voltage is applied (may be referred to as when power is OFF), and when DC voltage and/or AC voltage is applied (power is ON). The characteristics such as high scattering property, high-speed response, and high electrical reliability are required. Heretofore, methods for individually improving these properties have been shown, but methods for satisfying all of them in a balanced manner have not been shown.
When the transmission-scattering type liquid crystal element used in Patent Documents 1 to 3 is energized for a long time, the liquid crystal orientation is not restored even after the energization is stopped, and the transparency of the liquid crystal element is impaired. There was a problem of electrical reliability.
特許文献4及び特許文献5は、PSA技術に最適化されたものであり、散乱モードへのスイッチングはできず、ディスプレイとして使用するには偏光板等の部材を要するため、光利用効率が悪くなる問題があった。これらを透過−散乱型液晶素子へ適用しようとすると、重合性モノマーの高いホスト液晶溶解性、液晶素子の電源OFF時の高透明性、電源ON時の高散乱性、高速応答及び高い電気信頼性のいずれか、又はいずれも不十分であった。 Patent Documents 4 and 5 are optimized for PSA technology, cannot switch to a scattering mode, and require members such as a polarizing plate to be used as a display, resulting in poor light utilization efficiency. There was a problem. When these are applied to a transmission-scattering type liquid crystal device, high solubility of the polymerizable monomer in the host liquid crystal, high transparency when the liquid crystal device is turned off, high scattering property when the power is turned on, high speed response and high electrical reliability. Either or both were insufficient.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、重合性モノマーのホスト液晶への溶解性に優れた液晶組成物を提供することを目的とするものである。また、電気信頼性に優れ、同時に電源OFF時の高透明性、電源ON時の高散乱性及び高速応答に優れた液晶素子を提供することを目的とするものである。また、該液晶素子を有するスクリーン及びディスプレイを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal composition having excellent solubility of a polymerizable monomer in a host liquid crystal. Another object of the present invention is to provide a liquid crystal element which is excellent in electrical reliability and at the same time has high transparency when the power is turned off, high scattering when the power is turned on, and high-speed response. Moreover, it aims at providing the screen and display which have this liquid crystal element.
本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の液晶及び重合性モノマーを用いた液晶組成物、並びに液晶調光層中に特定の高分子樹脂を含有する液晶素子を用いることで解決できることを見出し、本発明に到達した。 即ち、本発明の要旨は、以下に存する。
[1] 少なくとも一方が透明な基板であり、対向して配置される一対の電極付き基板を有
し、前記基板間に、カイラルネマチック液晶相と高分子樹脂相を含む複合体を含む液晶調光層を有する液晶素子であって、前記高分子樹脂相が、下記一般式(1)で表される構造を含有し、前記カイラルネマチック液晶相の誘電率異方性が正である、液晶素子。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have used a liquid crystal composition using a specific liquid crystal and a polymerizable monomer, and a liquid crystal element containing a specific polymer resin in a liquid crystal light control layer. The inventors have found that the above can be solved and reached the present invention. That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A liquid crystal light control including at least one transparent substrate, a pair of substrates with electrodes arranged to face each other, and a composite containing a chiral nematic liquid crystal phase and a polymer resin phase between the substrates. A liquid crystal element having a layer, wherein the polymer resin phase contains a structure represented by the following general formula (1), and the dielectric anisotropy of the chiral nematic liquid crystal phase is positive.
[一般式(1)において、
R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1以上、6以下のアルキル基を表し、
X1及びX3は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の基を表し、
X2は、直接結合又は置換基を有していてもよい2価の基を表し、
A1及びA2は、それぞれ独立に、2価の、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していても良い芳香族複素環基又は置換基を有していても良い環状の脂肪族炭化水素基を表し、A1及びA2の少なくとも1方は、環状の脂肪族炭化水素基を含む基であり、
m1及びm3は、それぞれ独立に、0以上、6以下の整数を表し、
m2は、0以上、4以下の整数を表す。]
[2]前記対向して配置される一対の電極付き基板の基板間の距離dが、2μm以上、1
00μm以下であり、前記カイラルネマチック液晶のカイラルピッチ長pとdの関係が、
d/p≧1である、[1]に記載の液晶素子。
[3]前記液晶調光層が高分子安定化液晶である、[1]又は[2]に記載の液晶素子。
[4]透過−散乱型素子である、[1]乃至[3]のいずれか1に記載の液晶素子。
[5]液晶素子が、偏光板を用いないものである、[1]乃至[4]のいずれか1に記載の液晶素子。
[6]前記液晶素子において、直流電圧及び/又は交流電圧印加時の可視光透過率が、電圧無印加時の可視光透過率よりも低下する領域が存在する、[1]乃至[5]のいずれか1に記載の液晶素子。
[7]直流電圧及び/又は交流電圧印加時のヘイズが70%以上であり、電圧無印加時のヘイズが15%以下である、[1]乃至[6]のいずれか1に記載の液晶素子。
[8]−10℃以上の温度範囲で、液晶素子の直流電圧及び/又は交流電圧の無印加時の可視光透過率を100%、直流電圧及び/又は交流電圧の印加時の可視光透過率を0%と規格化したとき、直流電圧及び/又は交流電圧を印加した時から可視光透過率が10%となるまでの時間及び、直流電圧及び/又は交流電圧を無印加とした時から可視光透過率が90%となるまでの時間が、それぞれ8ms以下である、[1]乃至[7]のいずれか1に記載の液晶素子。
[9][1]乃至[8]のいずれか1に記載の液晶素子を用いたスクリーン。
[10][1]乃至[8]のいずれか1に記載の液晶素子を用いたディスプレイ。
[11] 誘電率異方性が正であるカイラルネマチック液晶及び下記一般式(3)で表される重合性モノマーを、0.5質量%以上、10質量%以下含有することを特徴とする液晶組成物。
[In the general formula (1),
R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 or more and 6 or less carbon atoms, which may have a substituent,
X 1 and X 3 each independently represent a divalent group which may have a substituent,
X 2 represents a divalent group which may have a direct bond or a substituent,
A 1 and A 2 each independently have a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, an aromatic heterocyclic group which may have a substituent, or a substituent. Represents a cyclic aliphatic hydrocarbon group which may be present, and at least one of A 1 and A 2 is a group containing a cyclic aliphatic hydrocarbon group,
m 1 and m 3 each independently represent an integer of 0 or more and 6 or less,
m 2 represents an integer of 0 or more and 4 or less. ]
[2] The distance d between the substrates of the pair of substrates with electrodes arranged opposite to each other is 2 μm or more, 1
And the relationship between the chiral pitch lengths p and d of the chiral nematic liquid crystal is
The liquid crystal element according to [1], wherein d/p≧1.
[3] The liquid crystal device according to [1] or [2], wherein the liquid crystal light control layer is a polymer-stabilized liquid crystal.
[4] The liquid crystal device according to any one of [1] to [3], which is a transmission-scattering device.
[5] The liquid crystal element according to any one of [1] to [4], wherein the liquid crystal element does not use a polarizing plate.
[6] In the liquid crystal element, there is a region where the visible light transmittance when a DC voltage and/or an AC voltage is applied is lower than the visible light transmittance when no voltage is applied. 1. The liquid crystal device according to any one of items.
[7] The liquid crystal element according to any one of [1] to [6], which has a haze of 70% or more when a DC voltage and/or an AC voltage is applied and a haze of 15% or less when no voltage is applied. ..
[8] In the temperature range of −10° C. or higher, the visible light transmittance of the liquid crystal element when a DC voltage and/or an AC voltage is not applied is 100%, and the visible light transmittance when a DC voltage and/or an AC voltage is applied. Is normalized to 0%, the time from when a DC voltage and/or AC voltage is applied to when the visible light transmittance reaches 10%, and when the DC voltage and/or AC voltage is not applied The liquid crystal element according to any one of [1] to [7], wherein the time until the light transmittance reaches 90% is 8 ms or less.
[9] A screen using the liquid crystal device according to any one of [1] to [8].
[10] A display using the liquid crystal device according to any one of [1] to [8].
[11] A liquid crystal containing a chiral nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy and a polymerizable monomer represented by the following general formula (3) in an amount of 0.5% by mass or more and 10% by mass or less. Composition.
[一般式(3)において、
R3及びR4は、それぞれ独立に、不飽和アシル基を表し、
X4及びX6は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の基を表し、
X5は、直接結合又は置換基を有していてもよい2価の基を表し、
A3及びA4は、それぞれ独立に、2価の、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していても良い芳香族複素環基又は置換基を有していても良い環状の脂肪族炭化水素基を表し、A3及びA4の少なくとも1方は、環状の脂肪族炭化水素基を含む基であり、
n1及びn3は、それぞれ独立に、0以上、6以下の整数を表し、
n2は、0以上、4以下の整数を表す。]
[12]前記カイラルネマチック液晶のカイラルピッチ長pが、0.3μm以上、3μm以下である、[11]に記載の液晶組成物。
[13]液晶組成物の液晶-等方相転移温度が40℃以上である、[11]又は[12]
に記載の液晶組成物。
[14][11]乃至[13]のいずれか1に記載の液晶組成物を用いて形成された、液晶素子。
[In general formula (3),
R 3 and R 4 each independently represent an unsaturated acyl group,
X 4 and X 6 each independently represent a divalent group which may have a substituent,
X 5 represents a divalent group which may have a direct bond or a substituent,
A 3 and A 4 each independently have a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, an aromatic heterocyclic group which may have a substituent, or a substituent. Represents a cyclic aliphatic hydrocarbon group which may be present, and at least one of A 3 and A 4 is a group containing a cyclic aliphatic hydrocarbon group,
n 1 and n 3 each independently represent an integer of 0 or more and 6 or less,
n 2 represents an integer of 0 or more and 4 or less. ]
[12] The liquid crystal composition according to [11], wherein the chiral nematic liquid crystal has a chiral pitch length p of 0.3 μm or more and 3 μm or less.
[13] The liquid crystal-isotropic phase transition temperature of the liquid crystal composition is 40° C. or higher, [11] or [12]
The liquid crystal composition according to item 1.
[14] A liquid crystal device formed by using the liquid crystal composition according to any one of [11] to [13].
本発明の液晶組成物は、含まれる重合性モノマーの溶解性が高いため、液晶組成物の保存性に優れ、液晶素子製造時の重合性モノマー等の固形分の析出が抑制され、高い製造性が得られる。
本発明の液晶素子は、少なくとも一方が透明な基板であり、対向して配置される一対の電極付き基板と、該基板間に液晶相と高分子樹脂相の複合体からなる液晶調光層を挟持する。前記高分子樹脂相が特定の構造を有することで、液晶素子は、電気信頼性に優れ、同時に電源OFF時の高透明性、電源ON時の高散乱性及び高速応答に優れるものである。本発明の液晶素子は、上記の特性から、スクリーン、ディスプレイ等に用いることが有用である。例えば、建物の窓、パーテーション等に視野遮断素子として用いることができる。また、公告板、ショーウインドウ、コンピューター端末、プロジェクション等のディスプレイとして利用することができる。
Since the liquid crystal composition of the present invention has high solubility of the polymerizable monomer contained therein, it is excellent in storage stability of the liquid crystal composition and is prevented from precipitating solid components such as the polymerizable monomer at the time of manufacturing a liquid crystal device, and has high productivity. Is obtained.
The liquid crystal device of the present invention has at least one of transparent substrates, a pair of substrates with electrodes arranged facing each other, and a liquid crystal dimming layer composed of a composite of a liquid crystal phase and a polymer resin phase between the substrates. Hold it. Since the polymer resin phase has a specific structure, the liquid crystal element has excellent electrical reliability, and at the same time, has high transparency when the power is turned off, high scattering when the power is turned on, and high-speed response. The liquid crystal device of the present invention is useful for screens, displays and the like because of the above characteristics. For example, it can be used as a visual field blocking element for a window of a building, a partition, or the like. Further, it can be used as a display for notice boards, show windows, computer terminals, projections and the like.
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、これらの内容に特定されない。
[液晶素子]
本発明の液晶素子は、光透過状態と光散乱状態とで切り替えが可能(透過―散乱型)である。光透過状態と光散乱状態の切り替えは、液晶素子に含まれる少なくとも一方が透明な基板であり、対向して配置される一対の電極付き基板を有し、前記基板間に、液晶相と高分子樹脂相を含む複合体を含む液晶調光層を電気駆動することで実現できる。液晶調光層としては、光透過状態と光散乱状態を電気駆動により切り替えることのできる透過−散乱型の液晶相と高分子樹脂相の複合体を使用することができる。
The description of the constituent requirements described below is an example (representative example) of the embodiment of the present invention, and is not specified by these contents.
[Liquid crystal element]
The liquid crystal element of the present invention can be switched between a light transmitting state and a light scattering state (transmission-scattering type). At least one of the liquid crystal element included in the liquid crystal element is a transparent substrate for switching between the light transmitting state and the light scattering state, and has a pair of substrates with electrodes arranged to face each other, and a liquid crystal phase and a polymer are provided between the substrates. It can be realized by electrically driving a liquid crystal light control layer containing a composite containing a resin phase. As the liquid crystal light control layer, a composite of a transmission-scattering liquid crystal phase and a polymer resin phase, which can switch between a light transmission state and a light scattering state by electric driving, can be used.
一般に、液晶性物質を複数混合させた混合物は、紫外光を吸収することで一部の分子が光反応を起こし、イオン性不純物を発生させることが知られている。また、重合性化合物においても、紫外光を吸収した場合に、すべての分子が重合反応に寄与するわけではなく、一部の分子は副反応としてイオン性不純物を発生させる。そのため、液晶及び重合性化合物を含む液晶組成物を2枚の電極基板間に挟持し、紫外光の露光により重合性化合物を重合させる露光工程は、上記イオン性不純物を発生させ、液晶素子の電気信頼性を低下させる原因になる。 It is generally known that a mixture of a plurality of liquid crystalline substances absorbs ultraviolet light to cause a photoreaction of some molecules to generate ionic impurities. Further, also in the polymerizable compound, not all molecules contribute to the polymerization reaction when absorbing ultraviolet light, and some molecules generate ionic impurities as a side reaction. Therefore, in the exposure step of sandwiching the liquid crystal composition containing the liquid crystal and the polymerizable compound between the two electrode substrates and polymerizing the polymerizable compound by exposure to ultraviolet light, the ionic impurities are generated and the electrical conductivity of the liquid crystal element It causes a decrease in reliability.
本発明の液晶素子は、液晶組成物が、特定の構造を持つ重合性化合物を有することによ
り、紫外光の露光工程により液晶相に発生するイオン性不純物を低減することができ、液晶素子の電気信頼性を向上できることを見出したものである。
本発明の液晶素子が、液晶相に発生するイオン性不純物を低減でき、液晶素子の電気信頼性に優れる理由は、液晶の混合物や重合性化合物が紫外光を吸収して発生させる活性ラジカルを、特定の構造を持つ重合性化合物が、効率よくトラップし、且つ、効率よく重合反応へと転化させているためであると推測される。また、重合性化合物の分子構造において、π電子共役を縮小または分断する位置に脂肪族炭化水素基の環状構造を組みこむことで、重合性化合物の紫外光吸収を抑制し、イオン性不純物等の分解物の発生が低減されたためと推測される。
In the liquid crystal device of the present invention, since the liquid crystal composition has a polymerizable compound having a specific structure, it is possible to reduce ionic impurities generated in the liquid crystal phase due to the exposure process of ultraviolet light, and to reduce the electrical conductivity of the liquid crystal device. It was found that the reliability can be improved.
The liquid crystal element of the present invention can reduce ionic impurities generated in the liquid crystal phase, and the reason why the liquid crystal element is excellent in electrical reliability is that a mixture of liquid crystals or a polymerizable compound generates an active radical by absorbing ultraviolet light, It is presumed that this is because the polymerizable compound having a specific structure efficiently traps and efficiently converts it into a polymerization reaction. Further, in the molecular structure of the polymerizable compound, by incorporating a cyclic structure of an aliphatic hydrocarbon group at a position that reduces or divides the π-electron conjugation, ultraviolet absorption of the polymerizable compound is suppressed, and ionic impurities such as It is speculated that the generation of decomposition products was reduced.
液晶相内のイオン性不純物は、液晶素子に対する繰り返しの電源ON/OFFスイッチングや長時間の連続駆動によって、閾値異常をきたす「焼き付き」現象を生じさせる一因となる。透過−散乱型の液晶素子で焼き付きが起きると、電源OFF時のヘイズが上昇し、透明性が悪化する。本発明の液晶素子は、液晶相に発生するイオン性不純物を低減できることから、焼き付きを抑制することができ、電源OFF時の透明性が高くなる。 The ionic impurities in the liquid crystal phase are one of the causes of causing a “burn-in” phenomenon that causes a threshold abnormality due to repeated power ON/OFF switching for the liquid crystal element and continuous driving for a long time. When image sticking occurs in a transmission-scattering type liquid crystal element, the haze at the time of turning off the power increases and the transparency deteriorates. Since the liquid crystal element of the present invention can reduce ionic impurities generated in the liquid crystal phase, burn-in can be suppressed, and the transparency when the power is turned off becomes high.
また、本発明の液晶素子では、液晶相のイオン性不純物が低減できることから、液晶素子の電気駆動にも有利であり、液晶素子の電源ON時の高散乱性及び高速応答にも優れる。
また、本発明の液晶素子は、光学変調を光散乱のスイッチングで行うため、偏光板を用いずに表示を行うことができる。従って、本発明の液晶素子は透過率が50%を上回ることができ、光の利用効率が高いものである。
Further, in the liquid crystal element of the present invention, ionic impurities in the liquid crystal phase can be reduced, which is advantageous for electric driving of the liquid crystal element and excellent in high scattering property and high-speed response when the liquid crystal element is powered on.
Further, since the liquid crystal element of the present invention performs optical modulation by switching of light scattering, it is possible to perform display without using a polarizing plate. Therefore, the liquid crystal device of the present invention can have a transmittance of more than 50% and a high light utilization efficiency.
本発明の液晶素子は、少なくとも一方が透明な基板であり、対向配置される一対の電極付き基板と、該基板間にカイラルネマチック液晶相及び高分子樹脂相を含む複合体を含む液晶調光層を挟持するものである。高分子樹脂相は、一般式(1)で表される構造を高分子体に含有し、前記カイラルネマチック液晶相の誘電率異方性が正であれば特に限定されないが、以下に代表的な構成を説明する。 The liquid crystal device of the present invention is a liquid crystal light control layer in which at least one of the substrates is a transparent substrate, and a pair of substrates with electrodes arranged oppositely to each other, and a composite containing a chiral nematic liquid crystal phase and a polymer resin phase between the substrates. Is sandwiched between. The polymer resin phase contains the structure represented by the general formula (1) in the polymer and is not particularly limited as long as the dielectric anisotropy of the chiral nematic liquid crystal phase is positive. The configuration will be described.
<基板>
基板の材質としては、例えば、ガラスや石英等の無機透明物質、金属、金属酸化物、半導体、セラミック、プラスチック板、プラスチックフィルム等の無色透明或いは着色透明、又は不透明のものが挙げられ、電極は、その基板の上に、例えば、金属酸化物、金属、半導体、有機導電物質等の薄膜を基板全面或いは部分的に既知の塗布法や印刷法やスパッタ等の蒸着法等により形成されたものである。又、導電性の薄膜形成後に部分的にエッチングしたものでもよい。特に大面積の液晶素子を得るためには、生産性及び加工性の面からPET等の透明高分子フィルム上にITO(酸化インジウムと酸化スズの混合物)電極をスパッタ等の蒸着法や印刷法等を用いて形成した電極基板を用いることが望ましい。尚、基板上に電極間或いは電極と外部を結ぶための配線が設けられていてもよい。例えば、セグメント駆動用電極基板やマトリックス駆動用電極基板、アクティブマトリックス駆動用電極基板等であってもよい。
<Substrate>
Examples of the material of the substrate include inorganic transparent substances such as glass and quartz, colorless transparent or colored transparent or opaque substances such as metals, metal oxides, semiconductors, ceramics, plastic plates and plastic films. On the substrate, for example, a thin film of a metal oxide, a metal, a semiconductor, an organic conductive material, or the like is formed on the entire surface or a part of the substrate by a known coating method, printing method, vapor deposition method such as sputtering, or the like. is there. Alternatively, the conductive thin film formed may be partially etched. In particular, in order to obtain a large-area liquid crystal device, an ITO (mixture of indium oxide and tin oxide) electrode is formed on a transparent polymer film such as PET by a vapor deposition method such as sputtering or a printing method in view of productivity and processability. It is desirable to use an electrode substrate formed by using. Wiring for connecting the electrodes or connecting the electrodes to the outside may be provided on the substrate. For example, it may be a segment driving electrode substrate, a matrix driving electrode substrate, an active matrix driving electrode substrate, or the like.
更に、基板上に設けられた電極面上が、ポリイミドやポリアミド、シリコン、シアン化合物等の有機化合物、SiO2、TiO2、ZrO2等の無機化合物、又はこれらの混合物よりなる保護膜や配向膜で全面或いは一部が覆われていてもよい。尚、基板は、液晶を基板面に対して配向させるよう配向処理されていても良く、配向処理されている場合、接触する液晶組成物がプレナー構造をとるならば、いずれの配向処理を用いても構わない。例えば、2枚の基板ともホモジニアス配向であっても良いし、一方がホモジニアス配向で、もう一方がホメオトロピック配向である、いわゆるハイブリッドであっても構わない。これらの配向処理には、電極表面を直接ラビングしてもよく、TN液晶、STN液晶等に
用いられるポリイミド等の通常の配向膜を使用してもよい。
Further, the electrode surface provided on the substrate is a protective film or alignment film made of an organic compound such as polyimide, polyamide, silicon, or a cyan compound, an inorganic compound such as SiO 2 , TiO 2 , or ZrO 2 , or a mixture thereof. May be entirely or partially covered with. It should be noted that the substrate may be subjected to an alignment treatment so as to align the liquid crystal with respect to the substrate surface, and if the liquid crystal composition in contact has a planar structure, any alignment treatment may be used. I don't mind. For example, both substrates may have a homogeneous orientation, or one may have a homogeneous orientation and the other may have a homeotropic orientation, that is, a so-called hybrid. For these alignment treatments, the electrode surface may be directly rubbed, or a normal alignment film such as polyimide used for TN liquid crystal, STN liquid crystal or the like may be used.
また、配向膜の製造法に、基板上の有機薄膜に直線偏光等の異方性を有する光を照射して膜に異方性を与える、いわゆる光配向法を用いても構わない。なお、液晶素子の製造時に、未重合の液晶組成物の配向を基板面に対して制御できれば必ずしも基板の配向処理は必要としない。すなわち、本発明の液晶組成物は光重合させる前に、液晶組成物を流動させたり、せん断応力をかけたりする等の方法により、液晶組成物が配向してプレナー構造をとらせることができる。 Further, a so-called photo-alignment method may be used in the method for producing the alignment film, in which the organic thin film on the substrate is irradiated with light having anisotropy such as linearly polarized light to give the film anisotropy. When the liquid crystal element is manufactured, the alignment treatment of the substrate is not always necessary if the alignment of the unpolymerized liquid crystal composition can be controlled with respect to the substrate surface. That is, the liquid crystal composition of the present invention can be oriented and have a planar structure by a method such as flowing the liquid crystal composition or applying shear stress before photopolymerization.
対向する基板は周辺部に適宜、基板を接着支持する樹脂体を含む接着層を有してもよい。尚、本発明における液晶素子の端面あるいは液晶組成物の注入口を、粘着テープ、熱圧着テープ、熱硬化性テープ等のテープ類、又は/及び、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、湿気硬化型樹脂、室温硬化型接着剤、嫌気性接着剤、エポキシ系接着剤、シリコ−ン系接着剤、弗素樹脂系接着剤、ポリエステル系接着剤、塩化ビニル系接着剤等の硬化性樹脂類や熱可塑性樹脂類等で封止することで、内部の液晶等の染み出しを防ぐことができる。また、この封止は同時に液晶素子の劣化を防ぎ働きがあってもよい。その際の端面の保護法としては、端面を全体に覆ってもよいし、端面から液晶素子内部に硬化性樹脂類や熱可塑性樹脂類を流し込み固化させることによりなしてもよく、更にこの上をテープ類で覆ってもよい。 The opposing substrate may appropriately have an adhesive layer including a resin body that adheres and supports the substrate in the peripheral portion. In addition, the end face of the liquid crystal element or the injection port of the liquid crystal composition in the present invention may be a tape such as an adhesive tape, a thermocompression bonding tape, a thermosetting tape, or/and a thermosetting resin, a photocurable resin, a moisture curing Resin, room temperature curing adhesive, anaerobic adhesive, epoxy adhesive, silicone adhesive, fluororesin adhesive, polyester adhesive, vinyl chloride adhesive, etc. By sealing with a plastic resin or the like, it is possible to prevent the internal liquid crystal or the like from seeping out. Further, this sealing may have a function of preventing deterioration of the liquid crystal element at the same time. As a method of protecting the end face at that time, the end face may be entirely covered, or may be made by pouring a curable resin or a thermoplastic resin into the liquid crystal element from the end face to solidify it. You may cover with tapes.
対向配置される基板間には、球状または筒状のガラス、プラスチック、セラミック、あるいはプラスチックフィルム等のスペーサーを存在させてもよい。スペーサーは、本発明の液晶組成物の成分として含有させることで、基板間の液晶調光層中に存在させてもよく、液晶素子組み立ての際に基板上に散布したり、接着剤と混合して接着層の中に存在させたりしてもよい。 Spacers such as spherical or cylindrical glass, plastic, ceramic, or plastic film may be present between the substrates arranged to face each other. The spacer may be contained in the liquid crystal light control layer between the substrates by being contained as a component of the liquid crystal composition of the present invention, and the spacer may be dispersed on the substrate during assembly of the liquid crystal element or mixed with an adhesive. It may be present in the adhesive layer.
<液晶調光層>
本発明の液晶素子に含まれる液晶調光層は、カイラルネマチック液晶相及び高分子樹脂相を含む複合体を含む。本発明に用いる液晶調光層は、閾値以上の実効値を持つ、直流電圧、交流電圧、パルス電圧またはそれらの組み合わせによって光透過状態と光散乱状態の切り替えができる。液晶調光層としては、電圧無印加時に光透過状態で電圧印加状態に光散乱状態になるリバースモードの駆動をするものでも良いし、電圧無印加時に光散乱状態で電圧印加状態に光透過状態になるノーマルモードの駆動をするものでも良い。また、光透過状態と光散乱状態の切り替え時のみ電圧印加を行うメモリモードの駆動をするものでも良い。
<Liquid crystal light control layer>
The liquid crystal light control layer included in the liquid crystal device of the present invention includes a composite including a chiral nematic liquid crystal phase and a polymer resin phase. The liquid crystal light control layer used in the present invention can be switched between a light transmission state and a light scattering state by a DC voltage, an AC voltage, a pulse voltage or a combination thereof having an effective value equal to or higher than a threshold value. The liquid crystal light control layer may be one that drives in a reverse mode in which a light is transmitted when no voltage is applied and a light is scattered when a voltage is applied. It may be a normal mode drive. Further, the memory mode may be driven in which the voltage is applied only when the light transmission state and the light scattering state are switched.
本発明の液晶組成物を用いてリバースモードの液晶素子を製造する方法は、例えば特表平06−507505号等に開示されている。本発明の液晶組成物を用いてノーマルモードの液晶素子を製造する方法は、例えば特表平06−507505号や特開平07−043690号等に開示されている。本発明の液晶組成物を用いてメモリモードの液晶素子を製造する方法は、例えば、特表平7−507083号等に開示されている。 A method for producing a reverse mode liquid crystal element using the liquid crystal composition of the present invention is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 06-507505. A method for producing a normal mode liquid crystal element using the liquid crystal composition of the present invention is disclosed in, for example, JP-A-06-507505 and JP-A-07-043690. A method for producing a memory mode liquid crystal device using the liquid crystal composition of the present invention is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 7-507083.
次に、液晶調光層として、PSCTを用い、リバースモードで使用する場合を説明する。液晶素子への電圧が無印加の時、液晶らせん軸がほぼ全て基板に対して垂直方向を向くプレナー相となり、光透過状態を取る。液晶調光層の電極基板間に電圧を印加することで、誘電異方性が正である液晶らせん軸が、ランダムな方向を向くフォーカルコニック相へと相転移し、光散乱状態となる。この2つの相をスイッチングすることで、液晶素子のヘイズを制御することができる。 Next, the case of using PSCT as the liquid crystal light control layer and using it in the reverse mode will be described. When no voltage is applied to the liquid crystal element, almost all of the liquid crystal spiral axis is in a planar phase in which it is oriented in a direction perpendicular to the substrate, and a light transmission state is obtained. By applying a voltage between the electrode substrates of the liquid crystal light control layer, the liquid crystal helical axis having a positive dielectric anisotropy undergoes a phase transition to a focal conic phase that is oriented randomly, and becomes a light scattering state. By switching between these two phases, the haze of the liquid crystal element can be controlled.
一方、液晶調光層として、PDLCを用い、ノーマルモードで使用する場合を説明する
。液晶素子への電圧が無印加の場合、高分子樹脂相に分散された液晶相の液晶らせん軸は、高分子樹脂相による強い束縛によりランダムな方向を向くフォーカルコニック相となり、光散乱状態となる。一方で、液晶調光層の電極基板間に電圧を印加することで、誘電異方性が負である液晶分子長軸が、基板と垂直な方向を向くホメオトロピック相となり、光透過状態となる。
On the other hand, a case where PDLC is used as the liquid crystal light control layer and is used in the normal mode will be described. When no voltage is applied to the liquid crystal element, the liquid crystal helical axis of the liquid crystal phase dispersed in the polymer resin phase becomes a focal conic phase that is oriented randomly due to strong binding by the polymer resin phase, and becomes a light scattering state. .. On the other hand, when a voltage is applied between the electrode substrates of the liquid crystal light control layer, the long axis of the liquid crystal molecule, which has a negative dielectric anisotropy, becomes a homeotropic phase that is oriented in the direction perpendicular to the substrate, and becomes a light transmitting state. ..
本発明の液晶調光層は、カイラルネマチック液晶相と特定の分子構造を持つ高分子樹脂相を含むものであれば、PSLC及びPDLC等の素子方式に制限は無く、これらを用いることで、高い電気信頼性、並びに電源OFF時の高透明性、電源ON時の高散乱性、高速応答等を得ることができる。
本発明の液晶調光層は、PSLCであることがより好ましい。PSLCの特徴としては、高分子樹脂相が網目状のポリマーネットワーク構造をしており、また、液晶相に対する高分子樹脂相の割合が10質量%以下であり、液晶調光層中で液晶相が連続的に繋がった構造であることが挙げられる。PSLCは液晶相と高分子樹脂相との界面での弾性相互作用が大きく、液晶素子の立ち下がりの応答速度が他方式に比べて速い利点がある。また液晶素子への電圧無印加時の透明性と電圧印加時の散乱強度を十分に高めることができる。
The liquid crystal light control layer of the present invention is not limited in the device system such as PSLC and PDLC as long as it contains a chiral nematic liquid crystal phase and a polymer resin phase having a specific molecular structure, and it is possible to obtain high liquid crystal light by using these. It is possible to obtain electrical reliability, high transparency when the power is off, high scattering when the power is on, and high-speed response.
The liquid crystal light control layer of the present invention is more preferably PSLC. The characteristics of PSLC are that the polymer resin phase has a network-like polymer network structure, the ratio of the polymer resin phase to the liquid crystal phase is 10% by mass or less, and the liquid crystal phase in the liquid crystal light control layer is It can be mentioned that the structure is continuously connected. PSLC has a large elastic interaction at the interface between the liquid crystal phase and the polymer resin phase, and has the advantage that the response speed of the falling of the liquid crystal element is faster than other methods. Further, the transparency when no voltage is applied to the liquid crystal element and the scattering intensity when a voltage is applied can be sufficiently increased.
液晶調光層中の液晶相と高分子樹脂相の割合は、本発明の効果を損なわない範囲であれば特に限定されない。高分子樹脂相が液晶相に対し、10質量%以下であることが好ましく、7質量%以下であることが更に好ましい。また、0.1質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることが更に好ましい。高分子樹脂相の割合が0.1質量%以上であることで、高分子樹脂相が機械的に強靭となり、液晶素子の繰り返し耐久性に優れる傾向となる。また、液晶分子が十分な界面相互作用を受けられるため、液晶素子の透過散乱のコントラスト及び応答速度が向上する場合がある。一方で、高分子樹脂相の割合が10質量%以下であることで、駆動電圧の上昇が抑えられ、液晶素子の透明性が高くなる傾向にある。 The ratio of the liquid crystal phase and the polymer resin phase in the liquid crystal light control layer is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired. The content of the polymer resin phase in the liquid crystal phase is preferably 10% by mass or less, more preferably 7% by mass or less. Further, it is preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 1% by mass or more. When the proportion of the polymer resin phase is 0.1% by mass or more, the polymer resin phase becomes mechanically tough, and the liquid crystal element tends to have excellent repeated durability. Further, since the liquid crystal molecules can undergo sufficient interfacial interaction, the contrast of transmission and scattering of the liquid crystal element and the response speed may be improved. On the other hand, when the proportion of the polymer resin phase is 10% by mass or less, an increase in drive voltage is suppressed and the transparency of the liquid crystal element tends to increase.
本発明の液晶調光層は、液晶相と高分子樹脂相以外にも他の成分を含んでもよい。例えば色素を含んでいても良い。具体的には、液晶に2色性の色素を添加し溶解させた状態で用いることができる。
液晶に色素を添加した場合、色素の分子配向に基づく固有の吸収波長、すなわち、2色比に応じた特定波長の光の吸収、透過及び散乱の各特性を液晶分子の動きに応じて電気的に制御できる調光・光学素子部材として用いることが可能となる。具体的には、色素を有することで、特定波長の成分だけを強く吸収したり、散乱を強めたりすることが可能となることで、波長異方性を補完することができる。これにより、素子の応用先に応じて目的の演色効果を設計することが可能となる。
The liquid crystal light control layer of the present invention may contain other components in addition to the liquid crystal phase and the polymer resin phase. For example, it may contain a pigment. Specifically, it can be used in a state where a dichroic dye is added to and dissolved in the liquid crystal.
When a dye is added to the liquid crystal, the characteristic absorption wavelength based on the molecular orientation of the dye, that is, the absorption, transmission, and scattering characteristics of light of a specific wavelength according to the dichroic ratio, is electrically measured according to the movement of the liquid crystal molecule. It can be used as a dimming/optical element member that can be controlled as desired. Specifically, the presence of the dye makes it possible to strongly absorb only the component of the specific wavelength or to enhance the scattering, and thus the wavelength anisotropy can be complemented. This makes it possible to design the desired color rendering effect according to the application destination of the device.
<高分子樹脂相>
本発明の高分子樹脂相は、下記一般式(1)で表される構造を含有する。
<Polymer resin phase>
The polymer resin phase of the present invention contains a structure represented by the following general formula (1).
[一般式(1)において、
R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1以上、
6以下のアルキル基を表し、
X1及びX3は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の基を表し、X2は、直接結合又は置換基を有していてもよい2価の基を表し、
A1及びA2は、それぞれ独立に、2価の、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していても良い芳香族複素環基又は置換基を有していても良い環状の脂肪族炭化水素基を表し、A1及びA2の少なくとも1方は、環状の脂肪族炭化水素基を含む基であり、
m1及びm3は、それぞれ独立に、0以上、6以下の整数を表し、
m2は、0以上、4以下の整数を表す。]
[In the general formula (1),
R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a carbon atom which may have a substituent, 1 or more;
Represents an alkyl group of 6 or less,
X 1 and X 3 each independently represent a divalent group which may have a substituent, X 2 represents a direct bond or a divalent group which may have a substituent,
A 1 and A 2 each independently have a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, an aromatic heterocyclic group which may have a substituent or a substituent. Represents a cyclic aliphatic hydrocarbon group which may be present, and at least one of A 1 and A 2 is a group containing a cyclic aliphatic hydrocarbon group,
m 1 and m 3 each independently represent an integer of 0 or more and 6 or less,
m 2 represents an integer of 0 or more and 4 or less. ]
(X1、X2及びX3)
X1及びX3は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の基を表し、X2は、直接結合又は置換基を有していてもよい2価の基を表す。
X2の2価の基としては、特に限定はないが、例えば、エーテル結合、エステル結合、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基等が挙げられる。これらの中でも、液晶への高溶解性の観点から、脂肪族炭化水素基又はエーテル結合が好ましい。
また、X1及びX3の2価の基としては、特に限定はないが、例えば、脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基等が挙げられる。これらの中でも、液晶への高溶解性の観点から、脂肪族炭化水素基が好ましい。
(X 1 , X 2 and X 3 )
X 1 and X 3 each independently represent a divalent group which may have a substituent, and X 2 represents a direct bond or a divalent group which may have a substituent.
The divalent group for X 2 is not particularly limited, and examples thereof include an ether bond, an ester bond, an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group, and an aromatic heterocyclic group. Among these, an aliphatic hydrocarbon group or an ether bond is preferable from the viewpoint of high solubility in liquid crystals.
Further, the divalent group of X 1 and X 3 is not particularly limited, and examples thereof include an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group, and an aromatic heterocyclic group. Of these, an aliphatic hydrocarbon group is preferable from the viewpoint of high solubility in liquid crystals.
X1、X2及びX3の組合せは特に限定されず、同一でも、一部又は全て異なっていてもよいが、製造方法の容易さから、同一であることが好ましい。
有していてもよい置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アルキルカルボキシル基等が挙げられる。これらの中でもアルキル基及びアルコキシ基が、液晶への溶解性の観点から好ましい。
The combination of X 1 , X 2 and X 3 is not particularly limited and may be the same or partly or completely different, but from the viewpoint of the ease of the production method, the same is preferable.
Examples of the substituent which may have include an alkyl group, an alkoxy group, an alkylcarboxyl group and the like. Among these, an alkyl group and an alkoxy group are preferable from the viewpoint of solubility in liquid crystal.
(2価の脂肪族炭化水素基)
脂肪族炭化水素基としては、直鎖、分岐及び環状である2価の脂肪族炭化水素基が挙げられる。例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、1,2−シクロブタンジイル
基、1,3−シクロブタンジイル基、1,2−シクロペンタンジイル基、1,3−シクロペ
ンタンジイル基、1,4−シクロペンタンジイル基、1,1−シクロヘキサンジイル基、
1,2−シクロヘキサンジイル基、1,3−シクロヘキサンジイル基、1,4−シクロヘキ
サンジイル基、1,1−シクロヘプタンジイル基、1,2−シクロヘプタンジイル基、1,3−シクロヘプタンジイル基、1,4−シクロヘプタンジイル基等が挙げられ、好ましくはメチレン基、エチレン基、プロピレン基、1,3−シクロブタンジイル基、1,3−シクロペンタンジイル基、1,4−シクロペンタンジイル基、1,4−シクロヘキサンジイ
ル基、1,3−シクロヘキサンジイル基、1,3−シクロヘプタンジイル基、1,4−シクロヘプタンジイル基である。
また、炭素数は、4以上が好ましく、5以上が更に好ましい、また、8以下が好ましく、7以下が更に好ましい。これらの範囲であることで、液晶との配向を阻害しない傾向にある。
(Divalent aliphatic hydrocarbon group)
Examples of the aliphatic hydrocarbon group include linear, branched and cyclic divalent aliphatic hydrocarbon groups. For example, methylene group, ethylene group, propylene group, 1,2-cyclobutanediyl group, 1,3-cyclobutanediyl group, 1,2-cyclopentanediyl group, 1,3-cyclopentanediyl group, 1,4-cyclo Pentanediyl group, 1,1-cyclohexanediyl group,
1,2-cyclohexanediyl group, 1,3-cyclohexanediyl group, 1,4-cyclohexanediyl group, 1,1-cycloheptanediyl group, 1,2-cycloheptanediyl group, 1,3-cycloheptanediyl group , 1,4-cycloheptanediyl group and the like, preferably methylene group, ethylene group, propylene group, 1,3-cyclobutanediyl group, 1,3-cyclopentanediyl group, 1,4-cyclopentanediyl group 1,4-cyclohexanediyl group, 1,3-cyclohexanediyl group, 1,3-cycloheptanediyl group, and 1,4-cycloheptanediyl group.
Further, the carbon number is preferably 4 or more, more preferably 5 or more, and preferably 8 or less, more preferably 7 or less. Within this range, the orientation with the liquid crystal tends not to be disturbed.
(2価の芳香族炭化水素基)
芳香族炭化水素基としては、本発明の効果を損なわないものであれば特に限定されない。単環、あるいはこれが2〜4個縮合してなる縮合環から、水素原子を2個除いて得られる2価の基である。
(Divalent aromatic hydrocarbon group)
The aromatic hydrocarbon group is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention. It is a divalent group obtained by removing two hydrogen atoms from a monocycle or a condensed ring formed by condensing 2 to 4 of these.
芳香族炭化水素基の炭素数は、6以上であることが好ましく、一方、炭素数は30以下であることが好ましく26以下が更に好ましく、18以下であることが好ましい。これらの範囲であることで、重合時の反応性が向上する傾向にある。
芳香族炭化水素基の具体例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、アセナフテン環、フルオランテン環、フルオレン環等の基が挙げられる。これらの中でも、液晶への溶解性向上の点から、ベンゼン環又はナフタレン環であることが好ましい。
The aromatic hydrocarbon group preferably has 6 or more carbon atoms, while the carbon number is preferably 30 or less, more preferably 26 or less, and further preferably 18 or less. Within this range, the reactivity during polymerization tends to improve.
Specific examples of the aromatic hydrocarbon group include benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, perylene ring, tetracene ring, pyrene ring, benzpyrene ring, chrysene ring, triphenylene ring, acenaphthene ring, fluoranthene ring, fluorene ring and the like. Groups. Among these, a benzene ring or a naphthalene ring is preferable from the viewpoint of improving the solubility in liquid crystal.
(2価の芳香族複素環基)
芳香族複素環基としては、本発明の効果を損なわないものであれば特に限定はされない。単環、あるいはこれが2〜4個縮合してなる縮合環から、水素原子を2個除いて得られる2価の基である。
芳香族複素環基の炭素数は、6以上であることが好ましい。一方、炭素数は30以下であることが好ましく、26以下が更に好ましく、18以下であることが特に好ましい。これらの範囲であることで、重合時の反応性が向上する傾向にある。
(Divalent aromatic heterocyclic group)
The aromatic heterocyclic group is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention. It is a divalent group obtained by removing two hydrogen atoms from a monocycle or a condensed ring formed by condensing 2 to 4 of these.
The aromatic heterocyclic group preferably has 6 or more carbon atoms. On the other hand, the carbon number is preferably 30 or less, more preferably 26 or less, and particularly preferably 18 or less. Within this range, the reactivity during polymerization tends to improve.
芳香族複素環基の具体例としては、フラン環、ベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、インドール環、カルバゾール環、ピロロイミダゾール環、ピロロピラゾール環、ピロロピロール環、チエノピロール環、チエノチオフェン環、フロピロール環、フロフラン環、チエノフラン環、ベンゾイソオキサゾール環、ベンゾイソチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、トリアジン環、キノリン環、イソキノリン環、シノリン環、キノキサリン環、フェナントリジン環、ベンゾイミダゾール環、ペリミジン環、キナゾリン環、キナゾリノン環、アズレン環等の基が挙げられる。ここれらの中でも、液晶への溶解度の点から、フラン環、ベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ピロール環又はオキサジアゾール環が好ましい。 Specific examples of the aromatic heterocyclic group include a furan ring, a benzofuran ring, a thiophene ring, a benzothiophene ring, a pyrrole ring, a pyrazole ring, an imidazole ring, an oxadiazole ring, an indole ring, a carbazole ring, a pyrroloimidazole ring, and pyrrolopyrazole. Ring, pyrrolopyrrole ring, thienopyrrole ring, thienothiophene ring, furopyrrole ring, furofuran ring, thienofuran ring, benzisoxazole ring, benzisothiazole ring, benzimidazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyridazine ring, pyrimidine ring, triazine ring Groups such as a quinoline ring, an isoquinoline ring, a shinoline ring, a quinoxaline ring, a phenanthridine ring, a benzimidazole ring, a perimidine ring, a quinazoline ring, a quinazolinone ring, and an azulene ring. Among these, a furan ring, a benzofuran ring, a thiophene ring, a benzothiophene ring, a pyrrole ring or an oxadiazole ring is preferable from the viewpoint of solubility in liquid crystal.
(A1及びA2)
A1及びA2はそれぞれ独立に、2価の、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していても良い芳香族複素環基又は置換基を有していても良い環状の脂肪族炭化水素基を表す。
また、A1及びA2の少なくとも1方は、環状の脂肪族炭化水素基を含む。A1及びA2の少なくとも1方は、環状の脂肪族炭化水素基を含むことで、重合性化合物の紫外光吸収を抑制し、分解物の発生が低減され、液晶素子の電気信頼性が向上する。なお、環状の脂肪族炭化水素基を含むとは、それ自身が脂肪族炭化水素基であっても良いし、脂肪族炭化水素基と他の基が単結合により連結されていても良く、脂肪族炭化水素基と他の環構造が縮環した構造であっても良い。
(A 1 and A 2 )
A 1 and A 2 each independently have a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, an aromatic heterocyclic group which may have a substituent, or a substituent. It may represent a cyclic aliphatic hydrocarbon group.
Further, at least one of A 1 and A 2 contains a cyclic aliphatic hydrocarbon group. At least one of A 1 and A 2 contains a cyclic aliphatic hydrocarbon group, thereby suppressing ultraviolet light absorption of the polymerizable compound, reducing decomposition products, and improving electric reliability of the liquid crystal element. To do. The term "containing a cyclic aliphatic hydrocarbon group" may be an aliphatic hydrocarbon group itself, or the aliphatic hydrocarbon group and another group may be linked by a single bond. It may be a structure in which a group hydrocarbon group and another ring structure are condensed.
A1及びA2の少なくとも1方が、環状の脂肪族炭化水素基を含めばよく、両方が有していてもよい。製造容易性の点からは、A1及びA2の1方が有していることが好ましい。
置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していても良い芳香族複素環基としては、X1、X2及びX3で示したものが挙げられる。
At least one of A 1 and A 2 may include a cyclic aliphatic hydrocarbon group, and both may have. From the viewpoint of ease of production, one of A 1 and A 2 preferably has one.
Examples of the aromatic hydrocarbon group which may have a substituent and the aromatic heterocyclic group which may have a substituent include those represented by X 1 , X 2 and X 3 .
(2価の環状の脂肪族炭化水素基)
環状の脂肪族炭化水素基としては、本発明の効果を損なわないものであれば特に限定されない。例えば、1,2−シクロブタンジイル基、1,3−シクロブタンジイル基、1,2
−シクロペンタンジイル基、1,3−シクロペンタンジイル基、1,4−シクロペンタン
ジイル基、1,1−シクロヘキサンジイル基、1,2−シクロヘキサンジイル基、1,3−
シクロヘキサンジイル基、1,4−シクロヘキサンジイル基、1,1−シクロヘプタンジ
イル基、1,2−シクロヘプタンジイル基、1,3−シクロヘプタンジイル基、1,4−シクロヘプタンジイル基等が挙げられ、好ましくはメチレン基、エチレン基、プロピレン
基、1,3−シクロブタンジイル基、1,3−シクロペンタンジイル基、1,4−シクロペンタンジイル基、1,4−シクロヘキサンジイル基、1,3−シクロヘキサンジイル基、
1,3−シクロヘプタンジイル基、1,4−シクロヘプタンジイル基である。
(Divalent cyclic aliphatic hydrocarbon group)
The cyclic aliphatic hydrocarbon group is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention. For example, 1,2-cyclobutanediyl group, 1,3-cyclobutanediyl group, 1,2
-Cyclopentanediyl group, 1,3-cyclopentanediyl group, 1,4-cyclopentanediyl group, 1,1-cyclohexanediyl group, 1,2-cyclohexanediyl group, 1,3-
Examples include cyclohexanediyl group, 1,4-cyclohexanediyl group, 1,1-cycloheptanediyl group, 1,2-cycloheptanediyl group, 1,3-cycloheptanediyl group, and 1,4-cycloheptanediyl group. Preferably, methylene group, ethylene group, propylene group, 1,3-cyclobutanediyl group, 1,3-cyclopentanediyl group, 1,4-cyclopentanediyl group, 1,4-cyclohexanediyl group, 1,3 -Cyclohexanediyl group,
A 1,3-cycloheptanediyl group and a 1,4-cycloheptanediyl group.
(2価の、脂肪族炭化水素基と他の基が単結合により連結されている基)
脂肪族炭化水素基と他の基が単結合により連結されている基としては、本発明の効果を損なわないものであれば特に限定されないが、以下の基が挙げられる。
(A divalent group in which an aliphatic hydrocarbon group and another group are linked by a single bond)
The group in which the aliphatic hydrocarbon group and the other group are linked by a single bond is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, and includes the following groups.
上記の中でも、以下の基が好ましい。 Among the above, the following groups are preferable.
(2価の、脂肪族炭化水素基と他の環構造が縮環した基)
脂肪族炭化水素基と他の環構造が縮環した基としては、本発明の効果を損なわないものであれば特に限定されないが、以下の基が挙げられる。
(Divalent group in which an aliphatic hydrocarbon group and another ring structure are condensed)
The group in which an aliphatic hydrocarbon group and another ring structure are condensed is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, and includes the following groups.
上記の中でも、以下の基が好ましい。 Among the above, the following groups are preferable.
また、炭素数は、4以上が好ましく、5以上が更に好ましい、また、8以下が好ましく、7以下が更に好ましい。これらの範囲であることで、液晶素子形成時の重合時の反応性が向上し、液晶素子の電気信頼性が向上する傾向にある。
A1及びA2は置換基を有していても良い。例えば、アルキル基、アルコキシ基、アルキルカルボキシル基等が挙げられる。これらの中でも、アルキル基又はアルコキシ基が、液晶への溶解性の観点から好ましい。
Further, the carbon number is preferably 4 or more, more preferably 5 or more, and preferably 8 or less, more preferably 7 or less. Within this range, the reactivity during polymerization during the formation of the liquid crystal element tends to improve, and the electrical reliability of the liquid crystal element tends to improve.
A 1 and A 2 may have a substituent. For example, an alkyl group, an alkoxy group, an alkylcarboxyl group and the like can be mentioned. Among these, an alkyl group or an alkoxy group is preferable from the viewpoint of solubility in liquid crystal.
(R3及びR4)
R3及びR4はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1以上
、6以下のアルキル基を表す。炭素数1以上、6以下のアルキル基は、直鎖又は分岐して
いてもよい。これらの中でも、重合時の反応性向上の点から、水素原子又は炭素数1以上、4以下のアルキル基が好ましく、水素原子又は炭素数1又は2のアルキル基が更に好ましい。
(R 3 and R 4 )
R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a substituent. The alkyl group having 1 to 6 carbon atoms may be linear or branched. Among these, a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is preferable, and a hydrogen atom or an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms is more preferable, from the viewpoint of improving reactivity during polymerization.
炭素数1以上、6以下のアルキル基が有していてもよい置換基は、特に限定されないが
、エーテル結合、エステル結合、ハロゲン原子、シアノ基等が挙げられる。これらの中でも、液晶への溶解性の観点から、エーテル結合、ハロゲン原子又はシアノ基が好ましい。
The substituent which the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms may have is not particularly limited, and examples thereof include an ether bond, an ester bond, a halogen atom and a cyano group. Among these, an ether bond, a halogen atom or a cyano group is preferable from the viewpoint of solubility in liquid crystal.
(m1及びm3)
m1及びm3は、それぞれ独立に、0以上、6以下の整数を表す。これらの中でも、液晶への溶解性向上の点から、0、1又は2が好ましい。
(M 1 and m 3 )
m 1 and m 3 each independently represent an integer of 0 or more and 6 or less. Among these, 0, 1 or 2 is preferable from the viewpoint of improving the solubility in liquid crystal.
(m2)
m2は、0以上、4以下の整数を表す。これらの中でも、液晶への溶解性向上の点から、0、1又は2が好ましい。
一般式(1)の中でも、下記一般式(2)で表される構造であることが、重合時の反応性が向上する傾向となるため、特に好ましい。
(M 2 )
m 2 represents an integer of 0 or more and 4 or less. Among these, 0, 1 or 2 is preferable from the viewpoint of improving the solubility in liquid crystal.
Among the general formula (1), the structure represented by the following general formula (2) is particularly preferable because the reactivity during polymerization tends to be improved.
一般式(2)中のR1、R2、X2、A1、A2及びm2は、一般式(1)中のR1、R2、X2、A1、A2及びm2とそれぞれ同義であり、有していてもよい置換基、好ましい範囲も同義である。
一般式(1)で表される構造の具体例を以下に挙げるが、本発明はその要旨を超えない限りこれらに限定されるものではない。
R 1, R 2, X 2 , A 1, A 2 and m 2 in general formula (2) is, R 1 in the formula (1), R 2, X 2, A 1, A 2 and m 2 And the substituents which may have, and the preferred range are also synonymous.
Specific examples of the structure represented by the general formula (1) are shown below, but the present invention is not limited to these as long as the gist thereof is not exceeded.
<他の成分>
本発明の高分子樹脂相は、後述する重合性モノマーを重合させた高分子樹脂を含むものである。一般式(1)で表される構造以外にも本発明の効果を損なわない範囲であれば、他の成分及び構造を含んでもよい。
本発明の液晶素子が有する一般式(1)で表される構造と他の構造の比率は、本発明の効果を損なわない範囲であれば特に限定されないが、一般式(1)で表される構造が30質量%以上であるのが好ましく、更に好ましくは50質量%以上、最も好ましくは80質量%以上である。
<Other ingredients>
The polymer resin phase of the present invention contains a polymer resin obtained by polymerizing a polymerizable monomer described below. Other than the structure represented by the general formula (1), other components and structures may be included as long as the effects of the present invention are not impaired.
The ratio of the structure represented by the general formula (1) and the other structure included in the liquid crystal device of the present invention is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired, but is represented by the general formula (1). The structure is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and most preferably 80% by mass or more.
上記式(1)で表される構造の割合が適当な範囲であることで、短時間での液晶素子製
造、高いコントラスト、短い応答時間等が十分に得られる傾向にある。また、上記式(1)で表される構造の上限は、100質量%である。
他の構造の具体例としては、例えば、以下が挙げられる。
When the ratio of the structure represented by the above formula (1) is in an appropriate range, liquid crystal element production in a short time, high contrast, short response time, etc. tend to be sufficiently obtained. Further, the upper limit of the structure represented by the above formula (1) is 100% by mass.
Specific examples of other structures include the following, for example.
また本発明の高分子樹脂相が有する高分子樹脂が共重合体である場合、交互共重合体、ブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体のいずれでも良い。 When the polymer resin contained in the polymer resin phase of the present invention is a copolymer, it may be any of an alternating copolymer, a block copolymer, a random copolymer and a graft copolymer.
<カイラルネマチック液晶相>
本発明のカイラルネマチック液晶相に用いる液晶はカイラルネマチック液晶相の誘電率異方性が正であれば特に限定されず、求める液晶素子の特性に応じて選択することができる。
<Chiral nematic liquid crystal phase>
The liquid crystal used for the chiral nematic liquid crystal phase of the present invention is not particularly limited as long as the dielectric anisotropy of the chiral nematic liquid crystal phase is positive, and can be selected according to the desired characteristics of the liquid crystal element.
<カイラルネマチック液晶>
本発明の液晶相及び下記に説明する液晶組成物に用いるカイラルネマチック液晶は特に限定されないが、誘電率異方性が正である。また、本発明のカイラルネマチック液晶の該誘電率異方性が正であることで、リバースモード、ノーマルモード及びメモリモードの透過−散乱型素子として使用することができる。
<Chiral nematic liquid crystal>
The chiral nematic liquid crystal used in the liquid crystal phase of the present invention and the liquid crystal composition described below is not particularly limited, but has a positive dielectric anisotropy. Further, since the chiral nematic liquid crystal of the present invention has a positive dielectric anisotropy, it can be used as a transmissive-scattering element in reverse mode, normal mode and memory mode.
カイラルネマチック液晶の誘電率異方性値(Δε)は正であれば特に限定されないが、
5以上であることが好ましく、8以上であることが、液晶素子の駆動電圧低減のために好ましい。また、重合開始剤を使用する場合、カイラルネマチック液晶を構成する個々の分子が開始剤の吸収波長に重なる波長の吸収を持たないことが、重合性モノマーの重合時間を短くする点で好ましい。
The dielectric anisotropy value (Δε) of the chiral nematic liquid crystal is not particularly limited as long as it is positive,
It is preferably 5 or more, and more preferably 8 or more in order to reduce the driving voltage of the liquid crystal element. Further, when a polymerization initiator is used, it is preferable that individual molecules constituting the chiral nematic liquid crystal do not have absorption at a wavelength overlapping with the absorption wavelength of the initiator in order to shorten the polymerization time of the polymerizable monomer.
カイラルネマチック液晶としては、液晶自身がコレステリック相を示す液晶性化合物の集合でもよく、ネマチック液晶にカイラル剤を添加することでカイラルネマチック液晶としたものでもよい。液晶組成物設計の観点では、目的に応じてネマチック液晶にカイラル剤を添加し、カイラルピッチ長(p)及び液晶−等方相転移温度(Tni)を制御することが好ましい。 The chiral nematic liquid crystal may be a set of liquid crystal compounds in which the liquid crystal itself exhibits a cholesteric phase, or may be a chiral nematic liquid crystal obtained by adding a chiral agent to the nematic liquid crystal. From the viewpoint of designing the liquid crystal composition, it is preferable to add a chiral agent to the nematic liquid crystal depending on the purpose to control the chiral pitch length (p) and the liquid crystal-isotropic phase transition temperature (Tni).
例として、リバースモードのPSCT素子として使用する場合を説明する。
立ち上がりの応答時間τ1を短くするためには、液晶調光層の電極基板間へなるべく高い電圧を印加した方が有利である。ところが印加電圧が高すぎると、ホメオトロピック相へと相転移してしまい、十分な光散乱が得られなくなるというジレンマがある。この課題を解決するためには、カイラルネマチック液晶のカイラルピッチ長pと、対向して配置される一対の電極付き基板の基板間の距離dの関係d/pが1以上であることが好ましい。更に好ましくは、2以上、特に好ましくは4以上である。また、20以下であることが好ましく、12以下であることが特に好ましい。
As an example, a case of using as a PSCT element in the reverse mode will be described.
In order to shorten the rise response time τ 1 , it is advantageous to apply a voltage as high as possible between the electrode substrates of the liquid crystal light control layer. However, if the applied voltage is too high, there is a dilemma that the phase transitions to the homeotropic phase and sufficient light scattering cannot be obtained. In order to solve this problem, it is preferable that the relationship d/p between the chiral pitch length p of the chiral nematic liquid crystal and the distance d between the substrates with a pair of electrodes provided facing each other is 1 or more. It is more preferably 2 or more, and particularly preferably 4 or more. Further, it is preferably 20 or less, and particularly preferably 12 or less.
d/pが大きいほど、駆動時の散乱が大きくなり、遮光特性が向上する。またd/pが大きいほど、フォーカルコニック相からホメオトロピック相への閾値電圧が高くなり、高電圧を印加しても光透過状態へ相転移せず、光散乱状態を維持することができる。そのため立ち上がりの応答時間τ1を短くすることができる。一方で液晶素子の駆動電圧(プレナー相からフォーカルコニック相への閾値電圧)も同時に増加するため、遮光特性と省エネや安全性の両立の観点から、上記の範囲内に収めることが好適である。 The larger d/p, the larger the scattering at the time of driving, and the better the light blocking characteristic. Further, as d/p is larger, the threshold voltage from the focal conic phase to the homeotropic phase is higher, and even if a high voltage is applied, the phase transition does not change to the light transmitting state, and the light scattering state can be maintained. Therefore, the rising response time τ 1 can be shortened. On the other hand, since the drive voltage of the liquid crystal element (threshold voltage from the planar phase to the focal conic phase) also increases at the same time, it is preferable to keep it within the above range from the viewpoint of achieving both the light-shielding property and energy saving and safety.
カイラルネマチック液晶のpは、0.3μm以上が好ましく、0.8μm以上が更に好ましい。一方、3μm以下が好ましく、更に2μm以下が更に好ましい。
pが小さ過ぎないことで、液晶素子の駆動電圧が低く抑えられる傾向があり、大き過ぎないことで、コントラスが高くなる傾向となる。
一般にpはカイラル剤の濃度に反比例するので、必要なpの値から逆算してカイラル剤の濃度を決定すれば良い。なお、p×n(nはカイラルネマチック液晶の屈折率)が可視光波長(380nm〜800nm)の範囲内にある場合、最終的に得られる液晶素子は電圧無印加時に有色となり、可視光範囲外にある場合は電圧無印加時に無色透明になるので、目的に応じてpを選択すれば良い。
本発明の液晶素子の対向して配置される一対の電極付き基板の基板間の距離dは、使用するカイラルネマチック液晶のp以上である必要があり、2μm以上が好ましく、3μm以上が更に好ましく、5μm以上が特に好ましい。また、100μm以下が好ましく、20μm以下が更に好ましい。
The p of the chiral nematic liquid crystal is preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.8 μm or more. On the other hand, it is preferably 3 μm or less, more preferably 2 μm or less.
When p is not too small, the driving voltage of the liquid crystal element tends to be suppressed low, and when it is not too large, the contrast tends to be high.
In general, p is inversely proportional to the concentration of the chiral agent, so the concentration of the chiral agent may be determined by back-calculating from the required value of p. When p×n (n is the refractive index of the chiral nematic liquid crystal) is within the visible light wavelength range (380 nm to 800 nm), the finally obtained liquid crystal element becomes colored when no voltage is applied and is outside the visible light range. In the case of, since it becomes colorless and transparent when no voltage is applied, p may be selected according to the purpose.
The distance d between the substrates with a pair of electrodes arranged facing each other of the liquid crystal element of the present invention needs to be p or more of the chiral nematic liquid crystal to be used, preferably 2 μm or more, more preferably 3 μm or more, 5 μm or more is particularly preferable. Further, it is preferably 100 μm or less, more preferably 20 μm or less.
電圧を印加していない状態での液晶素子の光透過率は、dの増加に対して減少し、また、表示素子の応答時間も長くなる場合がある。一方で、dが小さすぎることで、駆動時の遮光特性が低減し、また大面積の液晶素子の場合、液晶素子が短絡してしまう場合がある。上記範囲であることで、これらの要求をバランスよく満足することができる。
カイラルネマチック液晶のTniは、液晶素子の動作可能な温度上限がカイラルネマチック液晶のTniにより決定されることから50℃以上が好ましく、70℃以上が更に好ましい。一方、Tniが高くなると粘度が高くなる傾向があるので、200℃以下が好ましく、150℃以下が更に好ましい。
The light transmittance of the liquid crystal element in the state where no voltage is applied may decrease as d increases, and the response time of the display element may increase. On the other hand, when d is too small, the light-shielding characteristics during driving are reduced, and in the case of a large-area liquid crystal element, the liquid crystal element may be short-circuited. Within the above range, these requirements can be satisfied in a well-balanced manner.
The Tni of the chiral nematic liquid crystal is preferably 50° C. or higher, more preferably 70° C. or higher since the upper limit of the temperature at which the liquid crystal element can operate is determined by the Tni of the chiral nematic liquid crystal. On the other hand, since the viscosity tends to increase as Tni increases, the temperature is preferably 200°C or lower, more preferably 150°C or lower.
ネマチック液晶としては、公知のいずれでもよく、構成分子の分子骨格、置換基、分子量に制限は特になく、合成品でも市販品でもよい。ネマチック液晶の誘電率異方性は正で大きいことが、液晶素子のカイラルネマチック液晶相及び液晶組成物のカイラルネマチック液晶の誘電率異方性を正とするために好ましい。また、重合開始剤を用いる場合、構成分子が構成する個々の分子が開始剤の吸収波長に重なる波長の吸収を持たないことが、重合性モノマーの重合時間を短くする点で好ましい。また、2色性色素や液晶素子の光学・電気特性を妨害しない範囲で種々の添加物を含んでいてもよい。 The nematic liquid crystal may be any known one, and there is no particular limitation on the molecular skeleton of the constituent molecule, the substituent, and the molecular weight, and a synthetic product or a commercially available product may be used. It is preferable that the dielectric anisotropy of the nematic liquid crystal is positive and large in order to make the dielectric anisotropy of the chiral nematic liquid crystal phase of the liquid crystal element and the chiral nematic liquid crystal of the liquid crystal composition positive. Further, when the polymerization initiator is used, it is preferable that the individual molecules formed by the constituent molecules do not have absorption at a wavelength overlapping with the absorption wavelength of the initiator in order to shorten the polymerization time of the polymerizable monomer. Further, various additives may be contained within a range that does not interfere with the dichroic dye and the optical/electrical characteristics of the liquid crystal element.
公知の液晶性物質を用いる場合、具体的には日本学術振興会第142委員会編;「液晶デバイスハンドブック」日本工業新聞社(1989年)、第152頁〜第192頁及び液晶便覧編集委員会編;「液晶便覧」丸善株式会社(2000年)、第260頁〜第330頁に記載されているようなビフェニル系、フェニルシクロヘキサン系、シクロヘキシルシクロヘキサン系、ハロゲン化アルキル系、トラン系等の各種低分子系の化合物または混合物を使用することができる。また、液晶便覧編集委員会編;「液晶便覧」丸善株式会社(2000年)、第365頁〜第415頁に記載されているような高分子系化合物または混合物を使用することもできる。ネマチック液晶を構成する化合物としては例えば、以下の化合物等が挙げられる。 In the case of using a known liquid crystalline substance, specifically, the Japan Society for the Promotion of Science, Committee 142, “Liquid Crystal Device Handbook”, Nihon Kogyo Shimbun (1989), pages 152 to 192, and the Liquid Crystal Handbook Editorial Committee Volume: "Liquid Crystal Handbook" Maruzen Co., Ltd. (2000), various low levels such as biphenyl-based, phenylcyclohexane-based, cyclohexylcyclohexane-based, alkyl halide-based, and tolan-based as described on pages 260 to 330. Compounds or mixtures of molecular systems can be used. Further, a polymer compound or a mixture as described in “Liquid Crystal Handbook” edited by “Liquid Crystal Handbook”, Maruzen Co., Ltd. (2000), pages 365 to 415, can be used. Examples of the compound constituting the nematic liquid crystal include the following compounds.
コレステリック液晶及びネマチック液晶としては粘度が低く、誘電率異方性の高いものが、液晶素子の高速応答性や製造性の点で好ましい。
カイラル剤としては、ホスト液晶へ相溶するカイラル化合物であればいずれでもよく、合成品でも市販品でよく、自身が液晶性を示すものでもよいし、重合性の官能基を有していても良い。また、右旋性でも左旋性でもよく、右旋性のカイラル剤と左旋性のカイラル剤を併用してもよい。また、カイラル剤としては、それ自身の誘電異方性が正に大きく、
粘度の低いものが液晶素子の駆動電圧低減及び応答速度の観点から好ましく、カイラル剤が液晶をねじる力の指標とされるHelical Twisting Powerが大きいほうが好ましい。重合開始剤を用いる場合には、開始剤の吸収波長に重なる波長の吸収を持たないことが好ましい。
As the cholesteric liquid crystal and the nematic liquid crystal, those having a low viscosity and a high dielectric anisotropy are preferable in terms of high-speed response and manufacturability of the liquid crystal element.
The chiral agent may be any chiral compound that is compatible with the host liquid crystal, may be a synthetic product or a commercially available product, and may have liquid crystallinity by itself, or may have a polymerizable functional group. good. Further, it may be dextrorotatory or levorotatory, and a dextrorotatory chiral agent and a levorotatory chiral agent may be used in combination. Further, as a chiral agent, its own dielectric anisotropy is positively large,
It is preferable that the viscosity is low, from the viewpoint of reduction of the driving voltage of the liquid crystal element and the response speed, and it is preferable that the helical twisting power, which is an index of the twisting power of the chiral agent, is large. When a polymerization initiator is used, it preferably has no absorption at a wavelength overlapping the absorption wavelength of the initiator.
カイラル剤としては、例えばCB15(商品名 メルク社製)、C15(商品名 メルク社製)、S−811(商品名 メルク社製)、R−811(商品名 メルク社製)、S−1011(商品名 メルク社製)、R−1011(商品名 メルク社製)等が挙げられる。
[液晶素子の製造方法]
本発明の液晶素子の液晶調光層は、例えば、スペーサーを介して対向配置される一対の電極付き基板周辺部を光硬化性接着剤等で接着層を形成して封止セルとし、あらかじめ1つ以上設けた接着層の切り欠きに常圧または真空中で本発明の液晶組成物に浸して注入するか、或いは、一方の基板上にコーターを使用して液晶組成物を塗布し、その上に他方の基板を重ねる等の公知の方法で挟持させた後、紫外光、可視光、電子線等の放射線によって重合・硬化することで形成される。プラスチックフィルム基板の場合、連続で供給される電極付き基板を2本のゴムロール等で挟み、その間に、スペーサーを含有分散させた液晶と未硬化の硬化性化合物との混合物を供給し、挟み込み、その後連続で光硬化させることができるので生産性が高い。いずれの方法においても、基板に配向処理が施されていない場合は、未硬化の液晶組成物を光硬化させる前に液晶組成物を流動させたり、せん断応力をかけたりする等の方法により、液晶組成物が配向してプレナー構造をとらせる必要がある。具体的には、配向処理されていない封止セル中に本発明の液晶組成物を注入することで、液晶組成物にプレナー構造をとらせることができる。
Examples of the chiral agent include CB15 (trade name, manufactured by Merck), C15 (trade name, manufactured by Merck), S-811 (trade name, manufactured by Merck), R-811 (trade name, manufactured by Merck), S-1011 ( Examples include trade name Merck Ltd., R-1011 (trade name Merck).
[Method of manufacturing liquid crystal element]
The liquid crystal light control layer of the liquid crystal element of the present invention is, for example, a sealed cell in which an adhesive layer is formed with a photocurable adhesive or the like at the periphery of a pair of electrodes-equipped substrates that are opposed to each other with a spacer interposed therebetween. The liquid crystal composition of the present invention is dipped and injected into the notch of the adhesive layer provided at one or more under normal pressure or vacuum, or the liquid crystal composition is applied onto one of the substrates by using a coater, and then applied. It is formed by sandwiching the other substrate by a known method such as overlapping, and then polymerizing and curing by radiation such as ultraviolet light, visible light, and electron beam. In the case of a plastic film substrate, the substrate with electrodes that is continuously supplied is sandwiched by two rubber rolls and the like, and a mixture of a spacer-containing dispersed liquid crystal and an uncured curable compound is supplied and sandwiched between them. Since it can be photocured continuously, it has high productivity. In any of the methods, when the substrate is not subjected to the alignment treatment, the liquid crystal composition is caused to flow before the photocuring of the uncured liquid crystal composition, or a method such as applying shear stress is applied to the liquid crystal. It is necessary that the composition be oriented to have a planar structure. Specifically, the liquid crystal composition can be made to have a planar structure by injecting the liquid crystal composition of the present invention into a sealed cell that is not subjected to alignment treatment.
本発明において液晶組成物を重合する方法は光重合が好ましい。この中でも、紫外線による重合が特に好ましい。又、光重合の光源としては、用いるラジカル光重合開始剤の吸収波長にスペクトルを有するものならいずれでもよく、典型的には220nm以上450nm以下の波長の光を照射可能な光源ならばいずれでもよい。例としては高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、UV−LED、青色LED、白色LED等が挙げられる。そのほか、熱線カットフィルタ、紫外線カットフィルタ、可視光カットフィルタ等を併用してもよい。光は液晶素子の透明基板上から少なとも一面に照射すればよく、液晶組成物を挟持する基板が両面とも透明である場合には、両面とも光照射してもよい。光照射は一度に行ってもよいし、数回に分割して行ってもよい。光の放射照度を液晶素子の厚み方向に分布を持たせ、高分子樹脂相の密度を連続的に変化させた、いわゆるPSCOF(Phase Separated Composite Organic Film)(V. Vorflusevand S. Kumar, Science 283, 1903 (1999))としても良い。 In the present invention, the method for polymerizing the liquid crystal composition is preferably photopolymerization. Among these, polymerization by ultraviolet rays is particularly preferable. The light source for photopolymerization may be any light source having a spectrum at the absorption wavelength of the radical photopolymerization initiator used, and typically any light source capable of irradiating light having a wavelength of 220 nm or more and 450 nm or less. .. Examples include high pressure mercury lamps, ultra high pressure mercury lamps, halogen lamps, metal halide lamps, UV-LEDs, blue LEDs, white LEDs and the like. In addition, a heat ray cut filter, an ultraviolet ray cut filter, a visible light cut filter, etc. may be used in combination. The light may be irradiated onto at least one surface of the transparent substrate of the liquid crystal element, and when the substrates sandwiching the liquid crystal composition are both transparent, both surfaces may be irradiated with light. The light irradiation may be performed at once or may be performed several times. The so-called PSCOF (Phase Separated Composite Organic Film) (V. Vorflusevand S. Kumar, Science 283, Science 283, in which the irradiance of light is distributed in the thickness direction of the liquid crystal element and the density of the polymer resin phase is continuously changed. 1903 (1999)).
光重合の場合に、液晶素子に照射される光の放射照度は、通常0.01mW/cm2以
上、好ましくは1mW/cm2以上、さらに好ましくは10mW/cm2以上、特に好ましくは30mW/cm2以上である。放射照度が小さすぎると重合が十分進行しない傾向と
なる。又、液晶組成物の光重合には、通常、2J/cm2以上、好ましくは3J/cm2以上の積算照射量を与えれば良い。
In the case of photopolymerization, irradiance of light irradiated to the liquid crystal element is generally 0.01 mW / cm 2 or more, preferably 1 mW / cm 2 or more, more preferably 10 mW / cm 2 or more, particularly preferably 30 mW / cm It is 2 or more. If the irradiance is too low, the polymerization will not proceed sufficiently. Further, the photopolymerizable liquid crystal composition, usually, 2J / cm 2 or more, preferably may be applied to 3J / cm 2 or more integrated irradiation dose.
光照射時間は光源の放射強度に応じて決定すれば良いが、生産性を高める観点から通常200秒以内、好ましくは60秒以内に光照射を完了するのがよく、一方、10秒以上光照射するのが好ましい。光照射時間が短すぎると液晶素子の繰り返し耐久性が劣る場合がある。プラスチックフィルム基板を用いて大面積のシート状液晶素子を製造する場合は、光源またはシートを移動させながら連続で光照射する方法をとることもでき、光源の放射照度に応じてその移動速度を調節すればよい。 The light irradiation time may be determined according to the radiant intensity of the light source, but from the viewpoint of improving productivity, the light irradiation is usually completed within 200 seconds, preferably within 60 seconds, while the light irradiation time is 10 seconds or longer. Preferably. If the light irradiation time is too short, the repeated durability of the liquid crystal element may be poor. When manufacturing a large-area sheet-shaped liquid crystal element using a plastic film substrate, it is possible to irradiate light continuously while moving the light source or sheet, and adjust the moving speed according to the irradiance of the light source. do it.
上記のようにして得られた液晶調光層は、薄膜状の透明高分子中にカイラルネマチック液晶が粒子状に分散または連続層を形成しているが、最も良好なコントラストを示すのは連続層を形成している場合である。
本発明において液晶組成物を重合する際の温度は、通常0℃以上、40℃以下であることが好ましい。温度が適当な範囲にあることで、重合反応が進みやすくなる傾向にある。また、重合反応に伴い蓄積した熱が素子の温度上昇を抑制することができ、液晶の相転移温度以下で重合することができる。従って、液晶配向に局所的に乱れを生じさせず、液晶素子の光学特性や駆動耐久性等に影響を与えにくくなる。
In the liquid crystal light control layer obtained as described above, the chiral nematic liquid crystal is dispersed in the form of particles in a thin film-like transparent polymer or forms a continuous layer, and the continuous layer shows the best contrast. Is formed.
In the present invention, the temperature at which the liquid crystal composition is polymerized is usually preferably 0°C or higher and 40°C or lower. When the temperature is within the appropriate range, the polymerization reaction tends to proceed easily. Further, the heat accumulated due to the polymerization reaction can suppress the temperature rise of the device, and the polymerization can be carried out at the phase transition temperature of the liquid crystal or lower. Therefore, the liquid crystal alignment is not locally disturbed, and the optical characteristics and driving durability of the liquid crystal element are less likely to be affected.
本発明の液晶素子は、無色であり、透明性に優れる。これは、公知の液晶素子に用いられる高分子樹脂と比較し、本発明の高分子樹脂相に含まれる一般式(1)で表される構造は、π電子共役を縮小または分断する位置に脂肪族の環状構造を組みこむことで、可視光波長での光吸収を抑制しているためと推定される。また本発明の重合性化合物は、液晶素子の露光工程における液晶組成物の副反応による不純物発生を抑制させる傾向にあり、着色原因物質を低減させると推測される。 The liquid crystal element of the present invention is colorless and has excellent transparency. This is compared with a polymer resin used for a known liquid crystal element, and the structure represented by the general formula (1) contained in the polymer resin phase of the present invention has a fat at a position where π electron conjugation is reduced or divided. It is presumed that the absorption of light in the visible light wavelength is suppressed by incorporating the cyclic structure of the group. In addition, the polymerizable compound of the present invention tends to suppress the generation of impurities due to side reactions of the liquid crystal composition in the exposure step of the liquid crystal element, and is presumed to reduce the coloring-causing substance.
[液晶素子の駆動]
本発明の液晶素子は、電圧を印加するか、又は、電圧印加状態から電圧無印加状態に戻すことで、透明状態から散乱状態(不透明状態)へスイッチングすることができる。本発明の液晶素子は、リバースモードで使用可能な液晶素子であるため、電圧印加時の可視光透過率が電圧無印加時の可視光透過率よりも低下する領域が存在する。なお、ここでの電圧は、交流及び/又は直流の電圧を指す。
[Drive of liquid crystal element]
The liquid crystal element of the present invention can switch from a transparent state to a scattering state (opaque state) by applying a voltage or returning from a voltage applied state to a voltage non-applied state. Since the liquid crystal element of the present invention is a liquid crystal element that can be used in the reverse mode, there is a region where the visible light transmittance when a voltage is applied is lower than the visible light transmittance when no voltage is applied. In addition, the voltage here refers to an alternating current and/or a direct current voltage.
本発明の実施形態の1つとして、透明体として光透過状態と光散乱状態を切り替え可能な液晶素子を用いたスクリーンを使用し、スクリーンが光散乱状態の時にプロジェクター等で投影した映像を結像させ、視認可能にするシースルー表示をすることが挙げられる。具体的には、スクリーンが光散乱状態である時又は光透過状態から光散乱状態となる間に、プロジェクター等が液スクリーンの一部または全体に対して画像を投影し、前記スクリーン子が光透過状態の時に、プロジェクター等による画像の投影を行わないように、スクリーンと画像投影機の同期を行なうものである。 As one of the embodiments of the present invention, a screen using a liquid crystal element capable of switching a light transmission state and a light scattering state as a transparent body is used, and an image projected by a projector or the like is formed when the screen is in the light scattering state. The see-through display is made to be visible. Specifically, when the screen is in the light-scattering state or while the light-transmitting state is changed to the light-scattering state, the projector or the like projects an image on a part or the whole of the liquid screen, and the screen element transmits the light. In the state, the screen and the image projector are synchronized so that the image is not projected by the projector or the like.
この同期切り替えを、人間の目では追随できない速度で繰り返すことによって、スクリーンに画像が投影された時に、画像が浮き出て見えるのである。これらの用途において、液晶素子には高応答性、高コントラスト、特定のヘイズ値が求められ、本発明の液晶素子は好適に用いることができる。
本発明のリバースモードの液晶素子を透明状態から散乱状態へスイッチングするには、カイラルネマチック液晶相がプレナー状態からフォーカルコニック状態へ相転移するだけの電圧を電極間に印加すればよい。印加波形は直流、交流、パルス、あるいはそれらの合成波等、特に制限はない。直流電圧の場合、好ましくは0.5msec以上、交流電圧の場合、正弦波、矩形波、三角波、またはそれらの合成波のいずれでも良く、好ましくは100kHz以下の周波数で0.5msec以上、パルス波の場合、好ましくはパルス幅0.5msec以上を印加することでスイッチングできる。
By repeating this synchronous switching at a speed that cannot be followed by the human eye, when the image is projected on the screen, the image appears to stand out. In these applications, the liquid crystal element is required to have high responsiveness, high contrast and a specific haze value, and the liquid crystal element of the present invention can be preferably used.
In order to switch the liquid crystal element in the reverse mode of the present invention from the transparent state to the scattering state, a voltage sufficient for the chiral nematic liquid crystal phase to transition from the planar state to the focal conic state may be applied between the electrodes. There are no particular restrictions on the applied waveform such as direct current, alternating current, pulse, or a composite wave thereof. In the case of a DC voltage, it is preferably 0.5 msec or more, and in the case of an AC voltage, any of a sine wave, a rectangular wave, a triangular wave, or a composite wave thereof may be used. In this case, it is possible to switch by applying a pulse width of 0.5 msec or more.
尚、液晶素子の駆動電圧は、直流電圧では通常、60V以下、好ましくは30V以下であり、交流電圧では通常、120Vp−p以下、好ましくは90Vp−p以下、パルス電圧では最大値が60V以下、好ましくは最大値が30V以下である。
又、本発明の液晶素子のヘイズは、直流電圧及び/又は交流電圧無印加時(電源OFF
時)に15%以下であるのが好ましく、直流電圧及び/又は交流電圧印加時(電源ON時
)に70%以上であることが好ましい。特に電源OFF時10%以下で電源ON時90%以上であるのが特に好ましい。室内、蛍光灯のもとでは、ヘイズが15%を超えると曇り
が目立ち、70%未満だと液晶素子向こうのシルエットが見えてくる傾向がある。
The driving voltage of the liquid crystal element is usually 60 V or less, preferably 30 V or less for DC voltage, usually 120 Vp-p or less for AC voltage, preferably 90 Vp-p or less, and maximum value for pulse voltage is 60 V or less, The maximum value is preferably 30 V or less.
Further, the haze of the liquid crystal element of the present invention is when no DC voltage and/or AC voltage is applied (power OFF
15% or less at the time of application), and preferably 70% or more when a DC voltage and/or an AC voltage is applied (when the power is ON). Particularly, it is particularly preferable that the power is OFF at 10% or less and the power is ON at 90% or more. In a room or under a fluorescent lamp, when haze exceeds 15%, cloudiness is conspicuous, and when it is less than 70%, a silhouette over the liquid crystal element tends to be visible.
又、本発明の液晶素子の平行光線透過率は、好ましくは電源OFF時75%以上、電源ON時15%以下が好ましく、電源OFF時80%以上、電源ON時10%以下が特に好ましい。室内、蛍光灯のもとでは75%未満では薄暗く、15%を越えると正面にある物体が見えてしまう傾向がある。
尚、本発明において、液晶素子のヘイズの測定及び平行光線透過率の測定は、JIS K7136(2000年)に従って測定される。
The parallel light transmittance of the liquid crystal device of the present invention is preferably 75% or more when the power is off and 15% or less when the power is on, particularly preferably 80% or more when the power is off and 10% or less when the power is on. If it is less than 75% in a room or under a fluorescent lamp, it is dim, and if it exceeds 15%, an object in front tends to be seen.
In addition, in the present invention, the haze and the parallel light transmittance of the liquid crystal element are measured according to JIS K7136 (2000).
<液晶素子の応答時間>
本明細書中に記載の応答時間とは、液晶素子が電圧無印加時の可視光(380〜800nm)透過率を100%、電圧印加により減少し飽和した時の可視光透過率を0%と規格化したとき、試験波形(本実施例中では100Hzの矩形波)を印加したときに可視光透過率が10%となるまでの時間(立ち上がり応答時間)、試験波形を無印加としたときに可視光透過率が90%となるまでの時間(立ち下がりの応答時間)と定義する。応答時間の測定方法は、実施例に記載の方法により測定される。
<Response time of liquid crystal element>
The response time described in this specification means that the liquid crystal element has a visible light (380 to 800 nm) transmittance of 100% when no voltage is applied, and a visible light transmittance of 0% when the liquid crystal element is reduced and saturated by voltage application. When standardized, the time until the visible light transmittance becomes 10% when the test waveform (rectangular wave of 100 Hz in this embodiment) is applied (rise response time), and when the test waveform is not applied It is defined as the time until the visible light transmittance reaches 90% (falling response time). The response time is measured by the method described in Examples.
本発明の液晶素子の応答時間は、−10℃以上の温度において、立ち上がりの応答時間と立ち下がりの応答時間ともにそれぞれ8msec以下であることが好ましく、5msec以下であるとさらに好ましく、3msec以下であると特に好ましい。また液晶素子として使用するには、立ち上がりの応答時間と立ち下がりの応答時間が同じである方が好ましい。 The response time of the liquid crystal element of the present invention is preferably 8 msec or less for both the rising response time and the falling response time, more preferably 5 msec or less, and further preferably 3 msec or less at a temperature of −10° C. or higher. Is particularly preferable. For use as a liquid crystal element, it is preferable that the rising response time and the falling response time are the same.
本発明の液晶素子の動作温度上限はカイラルネマチック液晶相のTniであるが、低温では応答時間が長くなる傾向があるため、動作温度範囲としては、好ましくは−10℃以上、更に好ましくは0℃以上である。また、好ましくは60℃以下であり、更に好ましくは40℃以下である。 The upper limit of the operating temperature of the liquid crystal element of the present invention is Tni of the chiral nematic liquid crystal phase, but since the response time tends to be long at low temperature, the operating temperature range is preferably −10° C. or higher, more preferably 0° C. That is all. The temperature is preferably 60°C or lower, more preferably 40°C or lower.
[液晶素子の用途]
本発明の液晶組成物及び液晶素子は、液晶素子及びディスプレイ等に用いることができる。例えば、建物の窓、パーテーション及びショーウインドウ等の視野遮断のための液晶素子や、高速応答性を以って電気的に表示を切り替えることによって、公告板等のディスプレイやプロジェクションのパネルとして利用することができる。
[Applications of liquid crystal elements]
The liquid crystal composition and liquid crystal element of the present invention can be used for a liquid crystal element, a display and the like. For example, it can be used as a display such as a notice board or a projection panel by electrically switching the display with a high-speed response, and a liquid crystal element for blocking the field of view such as a window of a building, a partition and a show window. You can
プロジェクションのシステムは、フロントプロジェクション、リアプロジェクション等が挙げられ、特に限定されない。例えば、日本国特開平6−82748号公報又は国際公開第2009/150579号で示されているリアプロジェクションシステムや、日本国特開2010−217291号公報で示されているコヒーレント光を光源とするプロジェクションシステムを挙げることができる。 The projection system includes front projection and rear projection, and is not particularly limited. For example, a rear projection system shown in Japanese Patent Laid-Open No. 6-82748 or International Publication No. 2009/150579, or a projection using coherent light as a light source shown in Japanese Patent Laid-Open No. 2010-217291. The system can be mentioned.
[液晶組成物]
本発明の液晶組成物は、誘電率異方性が正であるカイラルネマチック液晶及び下記一般式(3)で表される重合性モノマーを、0.5質量%以上、10質量%以下含有するものである。
[Liquid crystal composition]
The liquid crystal composition of the present invention contains a chiral nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy and a polymerizable monomer represented by the following general formula (3) in an amount of 0.5% by mass or more and 10% by mass or less. Is.
[一般式(3)において、
R3及びR4は、それぞれ独立に、不飽和アシル基を表し、
X4及びX6は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の基を表し、
X5は、直接結合又は置換基を有していてもよい2価の基を表し、
A3及びA4は、それぞれ独立に、2価の、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していても良い芳香族複素環基又は置換基を有していても良い環状の脂肪族炭化水素基を表し、A3及びA4の少なくとも1方は、環状の脂肪族炭化水素基を含む基であり、
n1及びn3は、それぞれ独立に、0以上、6以下の整数を表し、
n2は、0以上、4以下の整数を表す。]
[In general formula (3),
R 3 and R 4 each independently represent an unsaturated acyl group,
X 4 and X 6 each independently represent a divalent group which may have a substituent,
X 5 represents a divalent group which may have a direct bond or a substituent,
A 3 and A 4 each independently have a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, an aromatic heterocyclic group which may have a substituent, or a substituent. Represents a cyclic aliphatic hydrocarbon group which may be present, and at least one of A 3 and A 4 is a group containing a cyclic aliphatic hydrocarbon group,
n 1 and n 3 each independently represent an integer of 0 or more and 6 or less,
n 2 represents an integer of 0 or more and 4 or less. ]
一般に、液晶と高分子樹脂の複合体では、液晶調光層での液晶相と高分子樹脂相との界面における弾性相互作用を、分子間のπ―π相互作用によって強化する設計がなされている。これらには、分子全体にπ電子系が分布する分子構造の重合性モノマーが使用されていた。しかし、このような重合性モノマーは、液晶組成物中で重合性モノマー同士がπ―π相互作用によりスタッキングし、液晶への溶解度が下がる不具合があった。 In general, a composite of liquid crystal and polymer resin is designed to enhance the elastic interaction at the interface between the liquid crystal phase and the polymer resin phase in the liquid crystal light control layer by π-π interaction between molecules. .. For these, a polymerizable monomer having a molecular structure in which a π-electron system is distributed throughout the molecule was used. However, such a polymerizable monomer has a problem that the polymerizable monomers stack in the liquid crystal composition due to the π-π interaction and the solubility in the liquid crystal decreases.
本発明の液晶組成物では、重合性モノマー同志のπ―πスタッキングの面積を減少させる位置に芳香族炭化水素環を導入した重合性モノマーを使用することで、液晶への溶解度を向上させている。また驚くべきことに、π―πスタッキングの面積を減少させる位置に芳香族炭化水素環を導入した重合性モノマーを使用しても、電源OFF時の高透明性、電源ON時の高散乱性及び高速応答に優れた液晶素子が得られることを見出したものである。 In the liquid crystal composition of the present invention, the solubility in the liquid crystal is improved by using the polymerizable monomer in which the aromatic hydrocarbon ring is introduced at the position where the area of the π-π stacking of the polymerizable monomers is reduced. .. Surprisingly, even when a polymerizable monomer having an aromatic hydrocarbon ring introduced at a position that reduces the area of π-π stacking is used, high transparency at power OFF, high scattering at power ON, and It has been found that a liquid crystal element excellent in high-speed response can be obtained.
一般式(3)で表される重合性モノマーは、液晶組成物として一般的に用いられている重合性モノマーが有する、フェニル基又はナフチル基等の複数のベンゼン環を有する基のうち、1つのベンゼン環を、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基としている。これにより、重合性モノマー同志のπ―πスタッキングの面積を減少させることで、重合性モノマー同志の凝集を抑制することで、液晶への溶解性の向上に寄与し、液晶組成物の保存や、液晶素子加工時の固形分析出がなく、高い製造性が得られるものである。 The polymerizable monomer represented by the general formula (3) is one of groups having a plurality of benzene rings such as a phenyl group or a naphthyl group, which a polymerizable monomer generally used as a liquid crystal composition has. The benzene ring is a cycloalkyl group such as a cyclohexyl group. Thereby, by reducing the area of π-π stacking of the polymerizable monomers, by suppressing the aggregation of the polymerizable monomers, contributes to the improvement of the solubility in the liquid crystal, storage of the liquid crystal composition, High productivity can be obtained without solid analysis during liquid crystal element processing.
(R3及びR4)
R3及びR4は、それぞれ独立に、不飽和アシル基を表す。不飽和アシル基が有する不飽和結合の種類数は特に限定されない。また、炭素数も特に限定されないが、3以上が好ましく、また、10以下が好ましく、5以下が更に好ましい。これらの範囲であることで、重合時の反応性が向上する傾向にある。
(R 3 and R 4 )
R 3 and R 4 each independently represent an unsaturated acyl group. The number of types of unsaturated bonds that the unsaturated acyl group has is not particularly limited. The carbon number is not particularly limited, but is preferably 3 or more, more preferably 10 or less, and further preferably 5 or less. Within this range, the reactivity during polymerization tends to improve.
具体的には、アクリロイル基、プロピオロイル基、メタクリロイル基、クロトノイル基、シンナモイル基等が挙げられる。
これらの中でも、重合時の反応性が向上する点から、アクリロイル基又はメタクリロイル基であることが好ましい。
Specific examples include an acryloyl group, a propioloyl group, a methacryloyl group, a crotonoyl group, and a cinnamoyl group.
Among these, an acryloyl group or a methacryloyl group is preferable from the viewpoint of improving reactivity during polymerization.
(X4、X5及びX6)
X4及びX6は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の基を表し、X5は、直接結合又は置換基を有していてもよい2価の基を表す。2価の基としては、特に限定はないが、上記の一般式(1)のX1、X2及びX3で挙げた2価の基と同じものが挙げ
られる。
(X 4 , X 5 and X 6 )
X 4 and X 6 each independently represent a divalent group which may have a substituent, and X 5 represents a direct bond or a divalent group which may have a substituent. The divalent group is not particularly limited, and examples thereof include the same divalent groups as those described above for X 1 , X 2 and X 3 in the general formula (1).
これらの中でも、液晶への溶解性向上の点から、エーテル結合又はアルキレン基が好ま
しい。
X4、X5及びX6が有していてもよい置換基は、上記の一般式(1)のX1、X2及びX3の2価の基が有していてもよい置換基と同じものが挙げられ、好ましい置換基も同
義である。
X4、X5及びX6の組合せは特に限定されず、同一でも、一部又は全て異なっていてもよいが、製造方法の容易さから、同一であることが好ましい。
Among these, an ether bond or an alkylene group is preferable from the viewpoint of improving the solubility in liquid crystal.
The substituent which X 4 , X 5 and X 6 may have is a substituent which the divalent group of X 1 , X 2 and X 3 in the above general formula (1) may have. The same thing is mentioned and a preferable substituent is synonymous.
The combination of X 4 , X 5 and X 6 is not particularly limited and may be the same or partly or totally different, but it is preferable that they are the same from the viewpoint of easy production method.
(A3及びA4)
A3及びA4は、一般式(1)のA1及びA2とそれぞれ同義であり、有していてもよい置換基、好ましい範囲等も同義である。
(A 3 and A 4 )
A 3 and A 4 have the same meanings as A 1 and A 2 in the general formula (1), respectively, and the substituents that they may have, preferred ranges and the like are also the same.
(n1、n2及びn3)
n1、n2及びn3は、一般式(1)のm1、m2及びm3とそれぞれ同義であり、有していてもよい置換基、好ましい範囲等も同義である。
一般式(3)で表される重合性モノマーのなかでも、さらに一般式(4)で表される重合性モノマーであることが、液晶との配向規則性が優れる傾向となり、好ましい。
(N 1 , n 2 and n 3 )
n 1, n 2 and n 3 have the general formula (1) m 1, and m 2 and m 3 of have the same meanings have optionally may substituents, preferred ranges etc. are also the same.
Among the polymerizable monomers represented by the general formula (3), the polymerizable monomer represented by the general formula (4) is preferable because the alignment regularity with the liquid crystal tends to be excellent.
[一般式(4)において、
R3及びR4はそれぞれ独立に、不飽和アシル基を表し、
X5は、直接結合又は置換基を有していてもよい2価の基を表し、
A3及びA4はそれぞれ独立に、2価の、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していても良い芳香族複素環基又は置換基を有していても良い環状の脂肪族炭化水素基を表し、A1及びA2の少なくとも1方は、環状の脂肪族炭化水素基―を含む基であり、
n2は、0以上、2以下の整数を表す。]
[In the general formula (4),
R 3 and R 4 each independently represents an unsaturated acyl group,
X 5 represents a divalent group which may have a direct bond or a substituent,
A 3 and A 4 each independently have a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, an aromatic heterocyclic group which may have a substituent, or a substituent. May represent a cyclic aliphatic hydrocarbon group, at least one of A 1 and A 2 is a group containing a cyclic aliphatic hydrocarbon group,
n 2 represents an integer of 0 or more and 2 or less. ]
一般式(4)中のR3、R4、X5、A3、A4及びn2は、一般式(3)中のR3、R4、X5、A3、A4及びn2とそれぞれ同義であり、有していてもよい置換基、好ましい範囲も同義である。
一般式(3)で表される重合性モノマーの具体例を以下に例示する。本発明はその要旨を超えない限りこれらに限定されるものではない。
Formula (4) in R 3, R 4, X 5 , A 3, A 4 and n 2, R 3 in the general formula (3) in, R 4, X 5, A 3, A 4 and n 2 And the substituents which may have, and the preferred range are also synonymous.
Specific examples of the polymerizable monomer represented by the general formula (3) are shown below. The present invention is not limited to these as long as the gist thereof is not exceeded.
本発明の液晶組成物に用いる重合性モノマーは、上記一般式(3)で表される重合性モノマー1種類だけを用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。具体的には、(メタ)アクリル系又はビニル系等の、1つ又は2つ以上のエチレン性不飽和二重結合を有する他の重合性モノマー、及び、1つのエチレン性不飽和二重結合を有する重合性のオリゴマー等を含み、重合反応により上記式(3)で表される重合性モノマーと共重合させてもよい
。
As the polymerizable monomer used in the liquid crystal composition of the present invention, only one type of the polymerizable monomer represented by the general formula (3) may be used, or two or more types may be used in combination. Specifically, another polymerizable monomer having one or more ethylenically unsaturated double bonds such as a (meth)acrylic or vinyl type and one ethylenically unsaturated double bond You may copolymerize with the polymerizable monomer represented by the said Formula (3) by including a polymerizable oligomer which has.
例えば、日本国特開平9−90328号公報に記載の1官能(メタ)アクリルモノマー、2官能(メタ)アクリルモノマー、3官能以上の多官能(メタ)アクリルモノマー等の重合性モノマー、(メタ)アクリルオリゴマー等の重合性のオリゴマー等が使用できる。
ビニルモノマーとしては、スチレン、クロロスチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン等が挙げられる。
For example, a polymerizable monomer such as a monofunctional (meth)acrylic monomer, a bifunctional (meth)acrylic monomer, and a trifunctional or higher polyfunctional (meth)acrylic monomer described in JP-A-9-90328 (meth). A polymerizable oligomer such as an acrylic oligomer can be used.
Examples of the vinyl monomer include styrene, chlorostyrene, α-methylstyrene, divinylbenzene and the like.
高分子樹脂相形成に用いる重合性モノマーにおいて、1分子中に重合反応性基を複数有する重合性モノマーの割合は上記の通りであり、また、一般式(3)で表される重合性モノマーと他の重合性モノマーの比率は、本発明の効果を損なわない範囲であれば特に限定されない。この中でも、一般式(3)で表される重合性モノマーが30質量%以上であるのが好ましく、更に好ましくは50質量%以上、最も好ましくは80質量%以上である。 In the polymerizable monomer used for forming the polymer resin phase, the ratio of the polymerizable monomer having a plurality of polymerization reactive groups in one molecule is as described above, and the polymerizable monomer represented by the general formula (3) The ratio of other polymerizable monomers is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention. Among these, the content of the polymerizable monomer represented by the general formula (3) is preferably 30% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and most preferably 80% by mass or more.
上記一般式(3)で表される重合性モノマーの割合が適当な範囲であることで、短時間での液晶素子の製造が可能となり、高応答性、高透明性、高散乱性、低着色、高耐久性、及び耐経時劣化に優れた液晶素子が得られる傾向にある。また、上記一般式(3)で表される重合性モノマーの上限は、100質量%である。
また本発明の高分子樹脂相が有する高分子樹脂が共重合体である場合、交互共重合体、ブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体のいずれでも良い。
When the proportion of the polymerizable monomer represented by the general formula (3) is within the appropriate range, it becomes possible to manufacture a liquid crystal element in a short time, and high response, high transparency, high scattering property, and low coloring are obtained. , A liquid crystal element excellent in high durability and deterioration over time tends to be obtained. Further, the upper limit of the polymerizable monomer represented by the general formula (3) is 100% by mass.
When the polymer resin contained in the polymer resin phase of the present invention is a copolymer, it may be any of an alternating copolymer, a block copolymer, a random copolymer and a graft copolymer.
<カイラルネマチック液晶>
本発明の液晶組成物に含まれるカイラルネマチック液晶は、液晶素子のカイラルネマチック液晶相で記載したカイラルネマチック液晶と同義であり、具体例、好ましい範囲等も同義である。
<Chiral nematic liquid crystal>
The chiral nematic liquid crystal contained in the liquid crystal composition of the present invention has the same meaning as the chiral nematic liquid crystal described in the chiral nematic liquid crystal phase of the liquid crystal element, and specific examples, preferable ranges and the like.
<配合比>
本発明の液晶組成物は室温(25℃)でコレステリック相を示すように設計され、その液晶-等方相転移温度(Tni)は40℃以上が好ましく、更に60℃以上が好ましい。
本発明の液晶組成物のTniが上記の範囲外では、重合時の光源や反応熱に由来する温度上昇で、液晶構造が破壊される場合があることが懸念される。
<Mixing ratio>
The liquid crystal composition of the present invention is designed to exhibit a cholesteric phase at room temperature (25° C.), and its liquid crystal-isotropic phase transition temperature (Tni) is preferably 40° C. or higher, more preferably 60° C. or higher.
When the Tni of the liquid crystal composition of the present invention is out of the above range, there is a concern that the liquid crystal structure may be destroyed due to a temperature rise caused by a light source during polymerization or reaction heat.
液晶組成物中の重合性モノマーの割合は、0.5質量%以上、10質量%以下である。
好ましくは7質量%以下であり、特に好ましくは6.5質量%以下である。また、好ましくは0.1質量%以上、特に好ましくは1質量%以上である。
また、複数の重合性モノマー及び/又は非重合性モノマーを併用する場合、液晶組成物に対する重合性モノマー及び非重合性モノマーの合計の割合は、通常、0.2質量%以上、好ましくは1.2質量%以上であり、一方、通常、10質量%以下、好ましくは7質量%以下である。この割合が適当な範囲であることで、液晶素子の繰り返し耐久性が低下しない傾向にあり、また、透明時のヘイズが大きくなりすぎず、不透明時のヘイズが低下しない場合がある。
The ratio of the polymerizable monomer in the liquid crystal composition is 0.5% by mass or more and 10% by mass or less.
It is preferably 7% by mass or less, and particularly preferably 6.5% by mass or less. Further, it is preferably 0.1% by mass or more, and particularly preferably 1% by mass or more.
When a plurality of polymerizable monomers and/or non-polymerizable monomers are used in combination, the total ratio of the polymerizable monomers and the non-polymerizable monomers to the liquid crystal composition is usually 0.2% by mass or more, preferably 1. It is 2% by mass or more, while it is usually 10% by mass or less, preferably 7% by mass or less. When this ratio is in an appropriate range, the repeating durability of the liquid crystal element tends not to decrease, and the haze when transparent may not be too large, and the haze when opaque may not decrease.
<重合開始剤>
本発明の重合性モノマーを重合させる際には、重合開始剤を用いることが好ましい。重合開始剤は特に限定されないが、重合性モノマーとの重合反応性、化学構造、分子量、開始剤効率等を選択、調整することで、前記高分子樹脂相のピーク面積比を特定の範囲とし、本発明の効果を得ることができる。
重合開始剤には光や熱等の種々の物理的な要因で分子内開裂したり、他分子から水素を引き抜いてラジカルを発生したりするラジカル重合開始剤があるが、中でも熱をかけることなく液晶の相転移温度以下で重合させることができるラジカル系光重合開始剤が、液晶
に対する熱影響が小さい点で好ましい。
<Polymerization initiator>
When polymerizing the polymerizable monomer of the present invention, it is preferable to use a polymerization initiator. The polymerization initiator is not particularly limited, the polymerization reactivity with the polymerizable monomer, the chemical structure, the molecular weight, by selecting and adjusting the initiator efficiency, the peak area ratio of the polymer resin phase in a specific range, The effect of the present invention can be obtained.
Polymerization initiators include radical polymerization initiators that undergo intramolecular cleavage due to various physical factors such as light and heat, or that generate hydrogen radicals by drawing hydrogen from other molecules. A radical photopolymerization initiator that can be polymerized at a temperature below the phase transition temperature of the liquid crystal is preferable because it has a small thermal effect on the liquid crystal.
(ラジカル系光重合開始剤)
ラジカル系光重合開始剤としては、分子構造には特に制限はないが、ホスト液晶であるカイラルネマチック液晶への溶解可能な化合物を選択するのが好ましい。また、本発明の液晶組成物を構成する分子は典型的に波長350nm以下の紫外光吸収を持つため、ラジカル重合開始剤自身は波長350nm以上の光でラジカル化するものを選択するのが好ましい。
(Radical photopolymerization initiator)
The molecular structure of the radical photopolymerization initiator is not particularly limited, but it is preferable to select a compound that is soluble in the chiral nematic liquid crystal that is the host liquid crystal. Further, since the molecules constituting the liquid crystal composition of the present invention typically have an ultraviolet light absorption at a wavelength of 350 nm or less, it is preferable that the radical polymerization initiator itself is selected to be radicalized by light having a wavelength of 350 nm or more.
ラジカル重合開始剤として、アシルホスフィンオキサイド系、アルキルフェノン系、チタノセン系、多ハロゲン化合物、シアニン色素のアルキルホウ素塩、トリアリールビイミダゾール等が挙げられ、中でも、アシルホスフィンオキサイド系、アルキルフェノン系のラジカル重合開始剤が好ましく、中でもアシルホスフィンオキサイド系のラジカル重合開始剤が重合効率の点から特に好ましい。 Examples of radical polymerization initiators include acylphosphine oxide-based, alkylphenone-based, titanocene-based, polyhalogenated compounds, alkylboron salts of cyanine dyes, triarylbiimidazole, and the like. Among them, acylphosphine oxide-based and alkylphenone-based radicals Polymerization initiators are preferable, and acylphosphine oxide-based radical polymerization initiators are particularly preferable from the viewpoint of polymerization efficiency.
アシルホスフィンオキサイド系のラジカル重合開始剤としては、例えば、公知のモノアシルフォスフィンオキサイド誘導体、ビスアシルフォスフィンオキサイド誘導体、トリスアシルフォスフィンオキサイド誘導体等を用いることができる。市販品としては、Lucirin TPO(商品名、BASF社製)、IRGACURE 819(商品名、BASF社製)等のモノアシルフォスフィン誘導体が挙げられる。 As the acylphosphine oxide-based radical polymerization initiator, for example, known monoacylphosphine oxide derivatives, bisacylphosphine oxide derivatives, trisacylphosphine oxide derivatives and the like can be used. Examples of commercially available products include monoacylphosphine derivatives such as Lucirin TPO (trade name, manufactured by BASF) and IRGACURE 819 (trade name, manufactured by BASF).
液晶組成物中の重合開始剤の含有割合は、液晶組成物中、通常、0.01質量%以上、好ましくは0.05質量%以上であり、一方、通常、5質量%以下、好ましくは、1質量%以下である。この範囲であることで、重合が十分し、液晶組成物から得られる液晶素子の繰り返し耐久性及び透明時のヘイズが向上する傾向がある。
液晶組成物中の液晶の含有割合は、液晶組成物中、通常、90質量%以上、好ましくは91質量%以上であり、一方、通常、99質量%以下、好ましくは、98質量%以下である。この範囲であることで、液晶素子の透明性や光学応答特性のバランスが得られる傾向にある。
The content ratio of the polymerization initiator in the liquid crystal composition is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.05% by mass or more, and usually 5% by mass or less, preferably, in the liquid crystal composition. It is 1 mass% or less. Within this range, the polymerization tends to be sufficient, and the repeating durability of the liquid crystal element obtained from the liquid crystal composition and the haze during transparency tend to be improved.
The content ratio of the liquid crystal in the liquid crystal composition is usually 90% by mass or more, preferably 91% by mass or more, and usually 99% by mass or less, preferably 98% by mass or less in the liquid crystal composition. .. Within this range, the balance of transparency and optical response characteristics of the liquid crystal element tends to be obtained.
<その他成分>
本発明の液晶組成物は、光安定剤、抗酸化剤、増粘剤、重合禁止剤、光増感剤、接着剤、消泡剤、界面活性剤等を含有していても良い。又、スペーサーを含むことで、後述の方法で光硬化して形成される液晶相の基板間ギャップを形成することもできる。
<Other ingredients>
The liquid crystal composition of the present invention may contain a light stabilizer, an antioxidant, a thickener, a polymerization inhibitor, a photosensitizer, an adhesive, a defoaming agent, a surfactant and the like. Further, by including a spacer, a gap between substrates of a liquid crystal phase formed by photo-curing by a method described later can be formed.
<液晶組成物の製造方法>
本発明の液晶組成物の製造方法は特に限定はないが、公知の攪拌機や振盪機等で成分化合物を混合させることで製造することができる。混合の際に、加熱しても良い。加熱する場合は、成分化合物が熱反応を起こさない温度であれば、特に制限はない。
<Method for producing liquid crystal composition>
The method for producing the liquid crystal composition of the present invention is not particularly limited, but it can be produced by mixing the component compounds with a known stirrer, shaker or the like. You may heat at the time of mixing. When heating, the temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which the component compounds do not cause a thermal reaction.
<液晶組成物の使用>
本発明の液晶組成物は、その硬化物を含む層を、後述の液晶材料の対向配置された一対の基板間に存在されることで、液晶材料として使用される。
<Use of liquid crystal composition>
The liquid crystal composition of the present invention is used as a liquid crystal material by including a layer containing the cured product thereof between a pair of substrates of a liquid crystal material, which will be described later, which are arranged to face each other.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples unless the gist thereof is exceeded.
<カイラルネマチック液晶及び液晶組成物の液晶-等方相転移温度(Tni)の測定方
法>
カイラルネマチック液晶(液晶単独、又はこれとカイラル剤の混合物)または液晶組成物を一旦相溶させ、温度上昇による相転移または相分離を、偏光顕微鏡によって観察することにより得た。
<Method for measuring liquid crystal-isotropic phase transition temperature (Tni) of chiral nematic liquid crystal and liquid crystal composition>
A chiral nematic liquid crystal (liquid crystal alone or a mixture of chiral agent and the same) or a liquid crystal composition was once made compatible with each other, and phase transition or phase separation due to temperature rise was obtained by observing with a polarizing microscope.
<モノマー溶解度の測定方法>
カイラルネマチック液晶へ重合性モノマーを添加、撹拌し、4℃で12時間静置して析出するかを確認した。析出しない最大濃度をその重合性モノマーの溶解度とした。
<Measurement method of monomer solubility>
The polymerizable monomer was added to the chiral nematic liquid crystal, and the mixture was stirred and allowed to stand at 4° C. for 12 hours to confirm whether or not precipitation occurred. The maximum concentration at which precipitation did not occur was taken as the solubility of the polymerizable monomer.
<液晶の誘電率異方性(Δε)の測定方法>
液晶の誘電率異方性(Δε)は、Δε=ε1−ε2で求めた。ε1は、液晶分子の長軸方向の誘電率であり、ε2は、液晶分子の単軸方向の誘電率である。
<Method of measuring dielectric anisotropy (Δε) of liquid crystal>
The dielectric anisotropy (Δε) of the liquid crystal was calculated by Δε=ε1-ε2. ε1 is the dielectric constant in the long axis direction of the liquid crystal molecules, and ε2 is the dielectric constant in the uniaxial direction of the liquid crystal molecules.
誘電率ε(ε1及びε2)は、ε=Cd/S(Cは液晶の静電容量を表す。dは液晶相の厚さを表す。Sは2枚の電極基板の電極の重なり部分の面積を表す。)により求めた。
<カイラルネマチック液晶及び液晶組成物のピッチ長(p)の測定方法>
カイラルネマチック液晶または液晶組成物をホモジニアス配向処理された電極層付き透明ガラス基板から成るギャップ10μmの空セルに注入し、分光光度計で測定される選択反射波長λから p=λ/n( ただし、nはカイラルネマチック液晶または液晶組成物
の屈折率)により求めた。
The permittivity ε (ε1 and ε2) is ε=Cd/S (C represents the capacitance of the liquid crystal, d represents the thickness of the liquid crystal phase, and S represents the area of the overlapping portion of the electrodes of the two electrode substrates. It represents.
<Method for measuring pitch length (p) of chiral nematic liquid crystal and liquid crystal composition>
A chiral nematic liquid crystal or a liquid crystal composition was injected into an empty cell having a gap of 10 μm and made of a transparent glass substrate with an electrode layer subjected to a homogeneous alignment treatment, and p=λ/n (however, from the selective reflection wavelength λ measured by a spectrophotometer n was determined by the chiral nematic liquid crystal or the refractive index of the liquid crystal composition).
<電圧保持率(VHR)の測定方法>
VHR測定は液晶物性評価装置6254型(東陽テクニカ社製)で行った。VHR評価素子に、電圧を5Vで、60Hz、フレーム時間1667msの条件で印加し、測定を行った。
<Measurement method of voltage holding ratio (VHR)>
The VHR measurement was carried out with a liquid crystal physical property evaluation apparatus Model 6254 (manufactured by Toyo Technica). The voltage was applied to the VHR evaluation element at a voltage of 5 V under the conditions of 60 Hz and a frame time of 1667 ms, and measurement was performed.
<液晶素子のヘイズの測定方法>
本発明の液晶素子のヘイズ、平行光線透過率及び応答速度は、室温25℃において、測定を行った。また、液晶の駆動は100Hzの矩形波を印加し、測定電圧は100Vp−pを用いて測定を行った。
ヘイズは、ヘイズメータ NDH5000SP (日本電色社製)により測定した。
<Method of measuring haze of liquid crystal element>
The haze, parallel light transmittance, and response speed of the liquid crystal device of the present invention were measured at room temperature of 25°C. The liquid crystal was driven by applying a rectangular wave of 100 Hz, and the measurement voltage was 100 Vp-p.
The haze was measured with a haze meter NDH5000SP (manufactured by Nippon Denshoku Co., Ltd.).
<液晶素子の応答時間の測定方法>
発明の液晶素子の応答速度は、室温25℃において測定を行った。また、液晶の駆動は100Hzの矩形波を印加し、測定電圧は100Vp−pを用いて測定を行った。
光源にハロゲンランプを用い、検出器にフォトダイオードを用いた。液晶素子に光を垂直に入射しながら試験波形を印加したときの立ち上がり応答時間と、立ち下がり応答時間を測定した。
<Method of measuring response time of liquid crystal element>
The response speed of the liquid crystal device of the invention was measured at room temperature of 25°C. The liquid crystal was driven by applying a rectangular wave of 100 Hz, and the measurement voltage was 100 Vp-p.
A halogen lamp was used as the light source and a photodiode was used as the detector. The rising response time and the falling response time when the test waveform was applied while the light was vertically incident on the liquid crystal element were measured.
[実施例1]
<VHR評価>
Tni=98℃、Δε=11.8であるシアノ系ネマチック液晶(PDLC−005、Hebei Luquan New Type Electronic Materials Co. Ltd社製)95.0wt%に、下記構造式で表される重合性モノマー(I)を5.0wt%添加し、撹拌、ろ過を行ってVHR評価液を調整した。
[Example 1]
<VHR evaluation>
In 95.0 wt% of cyano nematic liquid crystal (PDLC-005, manufactured by Hebei Luquan New Type Electronic Materials Co. Ltd) having Tni=98° C. and Δε=11.8, a polymerizable monomer represented by the following structural formula ( 5.0 wt% of I) was added, and the VHR evaluation liquid was adjusted by stirring and filtering.
このVHR評価液を、2枚のホモジニアス配向処理された電極層付き透明ガラス基板から成るギャップ12.0μm に注入法で挟み込み、接着剤で封口した。25℃で12時間静置した後、30℃で、365nmのUV露光を2400mJ/cm2行い、VHR評価素子(A―I)とした。
参照用として、重合性モノマーを添加していない上記シアノ系ネマチック液晶でも、同
様の方法で素子を作製し、VHR評価素子(A)とした。
This VHR evaluation liquid was sandwiched by a pouring method into a gap of 12.0 μm consisting of two transparent glass substrates with an electrode layer subjected to a homogeneous alignment treatment, and was sealed with an adhesive. After standing still at 25° C. for 12 hours, UV exposure at 365 nm was performed at 2400 mJ/cm 2 at 30° C. to obtain a VHR evaluation element (AI).
As a reference, an element was prepared by the same method using the cyano nematic liquid crystal to which the polymerizable monomer was not added, and the element was used as a VHR evaluation element (A).
VHR評価素子(A)のVHRは39%であったのに対し、(A−I)のVHRは45%と高かった。重合性モノマー(I)を添加することで、シアノ系ネマチック液晶の光劣化を抑制したと考えられる。
[実施例2]
重合性モノマーを下記構造式(II)に変更した以外は、実施例1と同様の方法でVHR評価素子(A―II)を作製した。
The VHR of the VHR evaluation element (A) was 39%, while the VHR of (AI) was as high as 45%. It is considered that the photo-deterioration of the cyano nematic liquid crystal was suppressed by adding the polymerizable monomer (I).
[Example 2]
A VHR evaluation element (A-II) was produced in the same manner as in Example 1 except that the polymerizable monomer was changed to the following structural formula (II).
VHR評価素子(A―II)のVHRは56%であった。重合性モノマー(II)を添加することで、シアノ系ネマチック液晶の光劣化を抑制したと考えられる。
[実施例3]
重合性モノマーを下記構造式(III)に変更した以外は、実施例1と同様の方法でVHR評価素子(A―III)を作製した。
The VHR of the VHR evaluation element (A-II) was 56%. It is considered that the photo-deterioration of the cyano nematic liquid crystal was suppressed by adding the polymerizable monomer (II).
[Example 3]
A VHR evaluation element (A-III) was produced in the same manner as in Example 1 except that the polymerizable monomer was changed to the following structural formula (III).
VHR評価素子(A―III)のVHRは45%であった。重合性モノマー(III)を添加することで、シアノ系ネマチック液晶の光劣化を抑制したと考えられる。
[実施例4]
Tni=70℃、Δε=15.6であるシアノ系ネマチック液晶(E−8、メルク社製)95.0wt%に、下記構造式で表される重合性モノマー(IV)を5.0wt%添加し、撹拌、ろ過を行ってVHR評価液を調整した。
このVHR評価液を用い、実施例1と同様の方法でVHR評価素子(B−IV)を作成した。
参照用として、重合性モノマーを添加していない上記シアノ系ネマチック液晶でも、同様の方法で素子を作製し、VHR評価素子(B)とした。
The VHR of the VHR evaluation element (A-III) was 45%. It is considered that the photo-deterioration of the cyano nematic liquid crystal was suppressed by adding the polymerizable monomer (III).
[Example 4]
5.0 wt% of a polymerizable monomer (IV) represented by the following structural formula was added to 95.0 wt% of a cyano nematic liquid crystal (E-8, manufactured by Merck) having Tni=70° C. and Δε=15.6. Then, the VHR evaluation liquid was adjusted by stirring and filtering.
Using this VHR evaluation liquid, a VHR evaluation element (B-IV) was prepared in the same manner as in Example 1.
As a reference, an element was prepared by the same method using the above-mentioned cyano nematic liquid crystal to which no polymerizable monomer was added, and a VHR evaluation element (B) was obtained.
VHR評価素子(B)のVHRは34%であったのに対し、(B−IV)のVHRは52%と高かった。重合性モノマー(IV)を添加することで、シアノ系ネマチック液晶の光劣化を抑制したと考えられる。
[実施例5]
重合性モノマーを下記構造式(V)に変更した以外は、実施例4と同様の方法でVHR評価素子(B―V)を作製した。
The VHR of the VHR evaluation element (B) was 34%, while the VHR of (B-IV) was as high as 52%. It is considered that the photo-deterioration of the cyano nematic liquid crystal was suppressed by adding the polymerizable monomer (IV).
[Example 5]
A VHR evaluation element (BV) was produced in the same manner as in Example 4 except that the polymerizable monomer was changed to the following structural formula (V).
VHR評価素子(B―V)のVHRは56%であった。重合性モノマー(V)を添加することで、シアノ系ネマチック液晶の光劣化を抑制したと考えられる。
[比較例1]
重合性モノマーを下記構造式(VI)に変更した以外は、実施例1と同様の方法でVHR評価素子(A―VI)を作製した。
The VHR of the VHR evaluation element (B-V) was 56%. It is considered that the photo-deterioration of the cyano nematic liquid crystal was suppressed by adding the polymerizable monomer (V).
[Comparative Example 1]
A VHR evaluation element (A-VI) was produced in the same manner as in Example 1 except that the polymerizable monomer was changed to the following structural formula (VI).
VHR評価素子(A―VI)のVHRは31%であった。
[比較例2]
重合性モノマーを下記構造式(VII)に変更した以外は、実施例1と同様の方法でVHR評価素子(A―VII)を作製した。
The VHR of the VHR evaluation element (A-VI) was 31%.
[Comparative Example 2]
A VHR evaluation element (A-VII) was produced in the same manner as in Example 1 except that the polymerizable monomer was changed to the following structural formula (VII).
VHR評価素子(A―VII)のVHRは20%であった。
[比較例3]
重合性モノマーを下記構造式(VIII)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で
VHR評価素子(A―VIII)を作製した。
The VHR of the VHR evaluation element (A-VII) was 20%.
[Comparative Example 3]
A VHR evaluation element (A-VIII) was produced in the same manner as in Example 1 except that the polymerizable monomer was changed to the following structural formula (VIII).
VHR評価素子(A―VIII)のVHRは6%であった。
[比較例4]
重合性モノマーを前記構造式(VII)に変更した以外は、実施例4と同様の方法でVHR評価素子(B―VII)を作製した。
VHR評価素子(B―VII)のVHRは26%であった。
The VHR of the VHR evaluation element (A-VIII) was 6%.
[Comparative Example 4]
A VHR evaluation element (B-VII) was produced in the same manner as in Example 4 except that the polymerizable monomer was changed to the structural formula (VII).
The VHR of the VHR evaluation element (B-VII) was 26%.
<カイラルネマチック液晶の調整>
Tni=98℃、Δε=11.8であるシアノ系ネマチック液晶(PDLC−005、Hebei Luquan New Type Electronic Materials Co. Ltd社製)88.0wt%に、下記構造式(IX)で表されるカイラル剤(CB−15、メルクジャパン製)を12.0wt%混合し、Tni=93.7℃のカイラルネマチック液晶(CN1)を調製した。このカイラルネマチック液晶(CN1)は、ピッチ長p=1.2±0.1μmであった。
<Adjustment of chiral nematic liquid crystal>
A chiral compound represented by the following structural formula (IX) in 88.0 wt% of a cyano nematic liquid crystal (PDLC-005, manufactured by Hebei Luquan New Type Electronic Materials Co. Ltd) having Tni=98° C. and Δε=11.8. 12.0 wt% of the agent (CB-15, manufactured by Merck Japan) was mixed to prepare a chiral nematic liquid crystal (CN1) having Tni=93.7°C. The pitch length p of this chiral nematic liquid crystal (CN1) was p=1.2±0.1 μm.
Tni=70℃、Δε=15.6であるシアノ系ネマチック液晶(E−8、メルク社製)88.0wt%に、下記構造式(X)で表されるカイラル剤(CB−15、メルクジャパン製)を12.0wt%混合し、Tni=68.1℃のカイラルネマチック液晶(CN2)を調製した。このカイラルネマチック液晶(CN2)は、ピッチ長p=1.1±0.1μmであった。 A chiral agent represented by the following structural formula (X) (CB-15, Merck Japan) was added to 88.0 wt% of a cyano nematic liquid crystal (E-8, manufactured by Merck & Co.) having Tni = 70°C and Δε = 15.6. 12.0 wt% was mixed to prepare a chiral nematic liquid crystal (CN2) having Tni=68.1° C. The pitch length p of this chiral nematic liquid crystal (CN2) was p=1.1±0.1 μm.
[比較例5〜7]
上記カイラルネマチック液晶(CN1)に対し、上記重合性モノマー(VI)〜(VIII)の溶解度はそれぞれ表1のようになった。
[実施例6〜8]
上記カイラルネマチック液晶(CN1)に対し、上記重合性モノマー(I)〜(III)の溶解度はそれぞれ表1のようになった。上記重合性モノマー(I)〜(III)いずれも、上記重合性モノマー(VI)〜(VIII)より高溶解性を示した。
[Comparative Examples 5 to 7]
The solubilities of the polymerizable monomers (VI) to (VIII) in the chiral nematic liquid crystal (CN1) are shown in Table 1.
[Examples 6 to 8]
The solubilities of the polymerizable monomers (I) to (III) in the chiral nematic liquid crystal (CN1) are shown in Table 1. All of the polymerizable monomers (I) to (III) showed higher solubility than the polymerizable monomers (VI) to (VIII).
[比較例8〜9]
上記カイラルネマチック液晶(CN2)に対し、上記重合性モノマー(VII)〜(VIII)の溶解度はそれぞれ表2のようになった。
[実施例9〜10]
上記カイラルネマチック液晶(CN2)に対し、上記重合性モノマー(IV)〜(V)の溶解度はそれぞれ表2のようになった。上記重合性モノマー(IV)〜(V)いずれも、上記重合性モノマー(VII)〜(VIII)より高溶解性を示した。
[Comparative Examples 8 to 9]
The solubilities of the polymerizable monomers (VII) to (VIII) in the chiral nematic liquid crystal (CN2) are shown in Table 2.
[Examples 9 to 10]
The solubilities of the polymerizable monomers (IV) to (V) in the chiral nematic liquid crystal (CN2) are shown in Table 2. All of the polymerizable monomers (IV) to (V) showed higher solubility than the polymerizable monomers (VII) to (VIII).
[実施例11]
上記カイラルネマチック液晶(CN1)95.0重量部に、前記構造式(I)で表される重合性モノマーを5.0重量部、下記構造式(X)で表される重合開始剤(Irgacure 819,BASF JAPAN 製)0.03重量部を添加し、撹拌、ろ過を行ってTni=92.4℃の液晶組成物(LC−I)を調整した。
[Example 11]
5.0 parts by weight of the polymerizable monomer represented by the structural formula (I) was added to 95.0 parts by weight of the chiral nematic liquid crystal (CN1), and a polymerization initiator (Irgacure 819) represented by the structural formula (X) below was used. , BASF JAPAN) 0.03 parts by weight was added, and the mixture was stirred and filtered to prepare a liquid crystal composition (LC-I) having Tni=92.4° C.
上記液晶組成物(LC−I)を、2枚のホモジニアス配向処理された電極層付き透明ガラス基板から成るギャップ12.0μm に注入法で挟み込み、接着剤で封口した後、30℃で、365nmのUV露光を2600mJ/cm2行い、液晶素子(C−I)を作製し
た。
液晶素子(C−I)は電源OFF時のヘイズが3.3%、電源ON時のヘイズが96.1%、立ち上がりの応答時間が1.8ms、立ち下がりの応答時間が2.1msであった
。
The above liquid crystal composition (LC-I) was sandwiched by a pouring method into a gap of 12.0 μm composed of two transparent glass substrates with electrode layers subjected to homogeneous alignment treatment by an injection method and sealed with an adhesive. UV exposure was performed at 2600 mJ/cm 2 to prepare a liquid crystal element (C-I).
The liquid crystal element (C-I) had a haze of 3.3% when the power was off, a haze of 96.1% when the power was on, a rising response time of 1.8 ms, and a falling response time of 2.1 ms. It was
[実施例12]
重合性モノマーを(II)に変更した以外は、実施例11と同様の方法で、Tni=83.0℃の液晶組成物(LC−II)を調整した。この液晶組成物(LC−II)を用いた以外は、実施例11と同様な方法で液晶素子(C−II)を作製した。
液晶素子(C−II)は電源OFF時のヘイズが3.9%、電源ON時のヘイズが89.9%、立ち上がりの応答時間が1.6ms、立ち下がりの応答時間が1.7msであった。
[Example 12]
A liquid crystal composition (LC-II) having Tni=83.0° C. was prepared in the same manner as in Example 11 except that the polymerizable monomer was changed to (II). A liquid crystal element (C-II) was produced in the same manner as in Example 11 except that this liquid crystal composition (LC-II) was used.
The liquid crystal element (C-II) had a power-off haze of 3.9%, a power-on haze of 89.9%, a rising response time of 1.6 ms, and a falling response time of 1.7 ms. It was
[実施例13]
上記カイラルネマチック液晶(CN2)95.0重量部に、前記構造式(V)で表される重合性モノマーを5.0重量部、下記構造式(XI)で表される重合開始剤(Irgacure 184,BASF JAPAN 製)0.45重量部を添加し、撹拌、ろ過を行ってTni=64.8℃の液晶組成物(LC−III)を調整した。
[Example 13]
5.0 parts by weight of the polymerizable monomer represented by the structural formula (V) was added to 95.0 parts by weight of the chiral nematic liquid crystal (CN2), and a polymerization initiator (Irgacure 184) represented by the structural formula (XI) below was used. , BASF JAPAN) 0.45 parts by weight was added, and the mixture was stirred and filtered to prepare a liquid crystal composition (LC-III) having Tni=64.8° C.
上記液晶組成物(LC−III)を用い、実施例11と同様の方法で液晶素子(C−III)を作製した。
液晶素子(C−III)は電源OFF時のヘイズが5.3%、電源ON時のヘイズが79.4%、立ち上がりの応答時間が1.8ms、立ち下がりの応答時間が2.3msであった。
A liquid crystal element (C-III) was produced in the same manner as in Example 11 using the above liquid crystal composition (LC-III).
The liquid crystal element (C-III) had a power-off haze of 5.3%, a power-on haze of 79.4%, a rising response time of 1.8 ms, and a falling response time of 2.3 ms. It was
実施例11〜13より、本発明の液晶素子は、例えば、国際公開WO2012/133445、国際公開WO2014/051002に記載の公知の液晶素子と比較して、電源OFF時のヘイズ、電源ON時のヘイズ、立ち上がりの応答時間、立ち下がりの応答時間に優れていることが示された。 From Examples 11 to 13, the liquid crystal element of the present invention is compared with the known liquid crystal elements described in International Publication WO2012/133445 and International Publication WO2014/051002, for example, when the power is turned off and when the power is turned on. , The response time of rising and the response time of falling are excellent.
Claims (14)
R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1以上、
6以下のアルキル基を表し、
X1及びX3は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の基を表し、
X2は、直接結合又は置換基を有していてもよい2価の基を表し、
A1及びA2は、それぞれ独立に、2価の、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していても良い芳香族複素環基又は置換基を有していても良い環状の脂肪族炭化水素基を表し、A1及びA2の少なくとも1方は、以下に示す基であり、
m1及びm3は、それぞれ独立に、0以上、6以下の整数を表し、
m2は、0以上、4以下の整数を表す。ただし、A 1 が以下に示す基でない場合は、m 2 は、1以上、4以下の整数を表す。]
R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or an optionally substituted carbon atom having 1 or more carbon atoms,
Represents an alkyl group of 6 or less,
X 1 and X 3 each independently represent a divalent group which may have a substituent,
X 2 represents a direct bond or a divalent group which may have a substituent,
A 1 and A 2 each independently have a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, an aromatic heterocyclic group which may have a substituent or a substituent. Represents a cyclic aliphatic hydrocarbon group which may be present, and at least one of A 1 and A 2 is a group shown below,
m 1 and m 3 each independently represent an integer of 0 or more and 6 or less,
m 2 represents an integer of 0 or more and 4 or less. However, when A 1 is not a group shown below, m 2 represents an integer of 1 or more and 4 or less. ]
R3及びR4は、それぞれ独立に、不飽和アシル基を表し、
X4及びX6は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の基を表し、
X5は、直接結合又は置換基を有していてもよい2価の基を表し、
A3及びA4は、それぞれ独立に、2価の、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していても良い芳香族複素環基又は置換基を有していても良い環状の脂肪族炭化水素基を表し、
A3及びA4の少なくとも1方は、以下に示す基であり、
n1及びn3は、それぞれ独立に、0以上、6以下の整数を表し、
n2は、0以上、4以下の整数を表す。ただし、A 3 が以下に示す基でない場合は、n 2 は、1以上、4以下の整数を表す。]
R 3 and R 4 each independently represent an unsaturated acyl group,
X 4 and X 6 each independently represent a divalent group which may have a substituent,
X 5 represents a divalent group which may have a direct bond or a substituent,
A 3 and A 4 each independently have a divalent aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, an aromatic heterocyclic group which may have a substituent, or a substituent. Represents a cyclic aliphatic hydrocarbon group which may be present,
At least one of A 3 and A 4 is a group shown below,
n 1 and n 3 each independently represent an integer of 0 or more and 6 or less,
n 2 represents an integer of 0 or more and 4 or less. However, when A 3 is not a group shown below, n 2 represents an integer of 1 or more and 4 or less. ]
液晶組成物。 The liquid crystal composition according to claim 11 or 12, wherein the liquid crystal-isotropic phase transition temperature of the liquid crystal composition is 40°C or higher.
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