JPH02272089A - 強誘電性高分子液晶及びそれを使用した表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、表示・記録用材料として用いることができる
強誘電性高分子液晶及びそれを使用した表示素子に関す
る。

［従来の技術］ 近年１表示素子において、高分子液晶材料は高ａ歳性材
料として注目されている。その理由としては、高分子液
晶材料が、薄膜化が容易で、大面積化が可能であること
、延伸処理により配向制御か可能であること２ガラス転
移点以下の温度で、構造固定が可能であることなどの特
質を有していること等が挙げられる。

また、メソーゲン基を有する重合体の製造法としては１
例えば西ドイツ特許公開第２８３１９０９号明細書等に
記載されている。さらに、高分子液晶を電場によって駆
動する方法に関しては、米国特許環４２３９４：１５号
明細書等が知られている。

一方、色素を含有する高分子液晶が知られている６例え
ば、高分子液晶と色素等のゲスト分子とを相溶させた系
において、ゲスト分子を液晶の配列方向にそろえること
により、高分子液晶の高機能化をはかる手段か知られて
いる。

また、高分子液晶に含有される色素濃度を高くするため
に、重合可能な色素単量体と重合可能なメソーゲン単量
体を共重合する方法が特開昭５８−１７６２０５号公報
に開示されている。この方法により得られた色素を含有
する高分子液晶は、ゲスト−ホスト型表示等の電子光学
的用途に使用可能であるという記載がなされている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記の従来例における色素を含有する高
分子液晶においては、その電界応答は、誘電率異方性を
利用した方法によるものであり、具体的には誘電率異方
性の符号の正、負によって高分子液晶の配列状態を垂直
配向から水平配向に変化させるものと、または水平配向
から垂直方向に変化させるものがあるか、いずれに１ノ
°Ｃも応答速度が遅いという欠点を有している。

本発明は、この様な従来技術の欠点を改善するためにな
されたものであり、高速でスイッチングを行うことが可
能な二色性色素を側鎖に含有する強誘電性高分子液晶及
びそれを使用した表示素子を提供することを目的とする
ものである。

［課題を解決するための手段］および［作用コ本発明者
等は、上記の従来例の欠点を解決するために鋭意研究を
行った結果５強誘電性を有する高分子液晶中に５二色性
色素を共重合または置換反応により導入してなるゲスト
−ホスト用強誘電性高分子液晶を用いることにより１強
誘電性塵分子液晶の自発分極の反転を利用し、液晶分子
とともに二色性色素分子を高速でスイッチングさせるこ
とか可能となることを見出し本発明を完成した。

即ち、本発明は、二色性色素を重合可能な単量体構造と
した色素単量体と、！ｉ合可能なカイラルスメクティウ
ク相発現能を有するメソーゲン単量体との共重合体から
なることを特徴とする強誘電性高分子液晶、及び該強誘
電性高分子液晶を一軸配向させたものを、電極を有する
一対の基板間に挟持してなり、かつ振動軸が配向方向と
一致する検光子を備えていることを特徴とする表示素子
である。

また、本発明は、二色性色素とカイラルスメクティック
相発現能を有するメソーゲンを重合体化合物中に置換反
応により導入してなることを特徴とする強誘電性高分子
液晶、及び該強誘電性高分子液晶を一軸配向させたもの
を、電極を有する一対の基板間に挟持してなり、かつ振
動軸が配向方向と一致する検光子を備えていることを特
徴とする表示素子である。

さらに、本発明は、前記強誘電性高分子液晶から選ばれ
た少なくとも２種以上の互に含有されている二色性色素
の吸収帯が異なる強誘電性高分子液晶を一軸配向し、各
々を一対の電極間に挟持したものを絶縁層を介して配向
方向を一致させるように積層してなり、かつ振動軸が配
向方向と一致する検光子を備えていることを特徴とする
表示素子である。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明において、二色性色素を強誘電性高分子液晶中へ
導入する方法としては、二色性色素を重合可能な単量体
構造にし５重合可能な強誘電性発現能、すなわちカイラ
ルスメクティック相発現崗を有するメソーゲン単量体と
ともに、共重合して強誘電性を有する色素含有強誘電性
高分子液晶とする方法、あるいは二色性色素と強誘電性
発現能、すなわちカイラルスメクティック相発現能を有
するメソーゲンを重合体化合物中に置換反応により導入
する方法を挙げることができる。

ここで強誘電性発現能、すなわちカイラルスメクティッ
ク相発現能を有するメソーゲン単量体とは、単独で重合
した時に強誘電性、すなわちカイラルスメクティック相
を発現するメソーゲンを有する単量体を意味する。具体
的には、光学活性炭素を有する下記の構造式（１）〜（
６）で表わされる化合物が挙げられるが２これらに限定
されるものではない。

また２高分子主鎖の種類もアクリル系とともにシロキサ
ン系のものも用いることが可能である。

Ｃ１１、−ＣＩＩ ＣＨｔ　−Ｃ１１ 麦 ＣＨ，−（：Ｈ Ｊ＝１〜２．に＝１〜２゜ｎ＝４〜１８゜ｊ＝０または
１ ＣＨ□−Ｃ）１ １’＝１〜２．に＝１〜２．ｎ＝４〜１８゜ｊ＝ｏまた
は１ Ｃ１ｌ□−ＣＨ これらのメソーゲン単量体と重合可能な色素単量体は、
通常用いられているホスト−ゲスト用二色性色素と適当
な長さのアルキルスペーサーを結合させ重合可能な単量
体構造としたものであり、具体的には下記の構造式（７
）〜（１３）で表わされる化合物を挙げることができる
が、これらに限定されるものではない。

ｆ＝１〜２．に＝１〜２゜ ｊ＝ｏまたは１ Ｃ１１，−ＣＩ＋ ｎ＝４〜１８゜ ＣＨ，−ＣＨ ４≦ｎ≦１８゜ ｌ≦ｍ≦１０ ｆｆｉ＝１〜２．　　ｋ＝１〜２．　　ｎ＝４〜１８゜
ｊ＝０またはｌ Ｃ）１ｍ−Ｃ１ ４≦ｍ≦１８ Ｃ１！２淵ＣＨ Ｒ３寓−■または−Ｃ１１゜ ２≦ｍ≦１８ ４≦ｍｆｋ１８ ４≦ｍ≦１８ ８．０ Ｒ２ Ｒ，＝−１または−Ｃ１１゜ Ｒ，＝炭素原子数３〜１８のアルキル基２≦ｍ≦１８ Ｒ。

ｌｌ２−Ｃ Ｒ，＝−ＩＩまたは−ＣＨ４ ４≦ｍ≦１８ ＼ ＣＨ。

上記の二色性色素を重合可能な単量体構造とした色素単
量体と５重合可能なカイラルスメクティウク相発現能を
有するメソーゲン単量体との共重合を行う場合、色素単
量体のモル分率として０．０１〜０．５０、好ましくは
０．０５へ０．３０＠囲にあることが望しい４モル分率
か０．０１未満ては色素の濃度が低いために充分な光学
濃度が得られずゲスト−ホスト系の表示素子の用途に実
質的に使用することができない。また２モル分率が０．
５０をこえると色素濃度が高すぎるために強誘電性液晶
相あるいは液晶相が形成されなくなることがある。

また、色素単量体とメソーゲン単量体との共重合反応は
ラジカル重合、カチオン重合。アニオン重合、連鎖移動
重合等により行うことができる。

また、共重合体は、数平均分子量が１．０００〜５０ｏ
、ｏｏｏ　、好ましくは５，０００〜１００．口００の
範囲にあるものが望ましい。

次に、他の本発明の強誘電性高分子液晶は、二色性色素
と、カイラルスメクティック相発現能を有するメソーゲ
ンとを重合体化合物中に置換反応により導入したものか
らなる。

強誘電性高分子液晶のメソーゲンと二色性色素を置換反
応によって重合体化合物中に導入する方法は、「ジャー
ナル　オブ　ポリマー　サイエンス、ポリマー　ケミス
トリー　エデイジョン（Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｐ
ｏｌｙｍｅｒ　　５ｃｉｅｎｃｅ、　　Ｐｏｌｙｍｅｒ
　　Ｃｈｅｍｉｓｔｒ−ｙ　Ｅｄ、）　Ｊ第１９巻、　
１４２７頁（１９８１年）に記載されている方法を用い
ることかできる。すなわち、下記の式（Ｉ）で表わされ
る重合体において、−←Ｃ１ｌ□−Ｃ（Ｒ，）　＋−（
Ｉ　）ｎ ／＼ ｘ （式中、Ｒ１は）１またはＣ）１１、Ｘは０１１．−Ｏ
Ｒ，、Ｒ２は炭素原子数ｌ〜１８のアルキル基を示す）
既知の手段によりエステル化、エステル交換などを行い
、二色性色素および強誘電性高分子液晶のカイラルスメ
クティック相発現能を有するメソーゲンを適当なスペー
サーを介して導入することかできる。

カイラルスメクティック相発現能を有するメソーゲン基
および二色性色素として用いられるもは、具体的には前
記の構造式（１）〜（６）及び構造式（７）〜（１３）
で表わされるもののうち、スペーサーと色素残基、スペ
ーサーとメソーゲン残基の部分に相当するものを挙げる
ことができる。

二色性色素とカイラルスメクティック相発現箋を有する
メソーゲンを重合体化合物に導入する場合、二色性色素
のモル分率としては０．Ｏ１〜０，５、好ましくは０．
０５〜０．３０の範囲にあることが望しい。モル分率か
０．０１未満では色素の濃度が低いために充分な光学濃
度が得られずゲスト−ホスト系の表示素子の用途に実質
的に使用することかできず、モル分率か０．５をこえる
と色素濃度か高すぎるために強誘電性液晶相あるいは液
晶相が形成されなくなることかある。

また、得られた重合体は、数平均分子量が１．０００〜
５００２口００．好ましくは５．０００〜ｌ口ｏ、ｏｏ
。

の範囲にあるものが望ましい。

以上説明した様にして得られた本発明の強誘電性高分子
液晶の強誘電性相の温度範囲を広げる目的で低分子強誘
電性液晶や高分子強誘電性液晶を適当量ブレンドして用
いても良い、また、低分子強誘電性液晶をブレンドした
場合には、応答速度の減少という効果も得られる。たた
し、低分子強誘電性液晶の添加量は高分子液晶の特質で
ある成膜性か良好に保たれる範囲内でなければならない
。

また、本発明の強誘電性高分子液晶は、フィルム形成が
容易であり、延伸処理を施すことにより一軸配向状態が
得られる。また、このような延伸処理を施す他に、通常
の低分子液晶で用いられているように、基板に配向処理
を施した後、強誘電性高分子液晶を塗布し、液晶を等実
画状態から徐冷する方法によっても容易に一軸配向状態
を得ることができる。

次に２上記の本発明の強誘電性高分子液晶を一軸配向さ
せたものを２電極を有する一対の基板間に挟持し、かつ
振動軸が前記−軸配向方向と一致する検光子を設けて表
示素子を形成することかできる。

また２強誘電性を有する高分子液晶中に、二色性色素を
共重合または置換反応により導入した強誘電性高分子液
晶から選ばれた少なくとも２種以上の互に含有されてい
る二色性色素の吸収帯が異なる強誘電性高分子液晶を一
軸配向処理し、配向処理した各々の強誘電性高分子液晶
を一対の電極間に挟持したものを絶縁層を介して配向方
向を一致させるように積層し、かつ振動軸が前記−軸配
向方向と一致する検光子を設けて表示素子を形成するこ
とができる。

［実施例］ 以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。

実施例１ 下記の構造式（１４）で表わされる液晶性単量体０．８
ｇと、下記の構造式（１５）で表わされる二色性色素を
有する単量体０．１５ｇをベンゼン２５烏！に溶解させ
、アゾビスイソブチロニトリル（＾１ＢＮ）を開始剤と
して加え５ガラスアンプル中に入れた。

次に、液体窒素で反応溶液を凍結させ、減圧脱気後、ア
ンプル上部を溶融刃止し、６０°Ｃで４８時間熱重合し
た。得られた反応物をメタノールにて再沈し、アクリル
主鎖の共重合体［Ａ］を得た。

Ｃ）１ｍ−ＣＨ 共重合体［Ａ］ ＣＩｌ、−ＣＨ （ＣＤＣ１’３に溶解し、７〜９ｐｐ−の芳香環プロト
ンと１〜１．：ｌ　Ｉ）ｐｌｍのメチルプロトンの強度
比より、（＋４）式の七ツマーユニット８８肛２％、　
（１５）式のモノマーユニ・シト１２會ＯＰ％を求めた
。）また、この共重合体の相転移点は、Ｉ）Ｓ（：　Ｍ
定の結果、次の通りであった。

この様にして得られた共重合体を厚さ５勝重のフィルム
状に形成し、透明電極な被着した上に配向膜としてラビ
ング処理したポリイミドを設けた２枚のガラス基板間に
、厚さ３ｔＡ−のポリエチレンテレフタレートのフィル
ムからなるスペーサーと共に挟持して、　９０℃に温度
を保った状態で圧着した。その後、室温まで徐冷するこ
とにより一軸配向セルを得た。

このようにして得た一軸配向セルの背面から光をあて、
振動軸は配向方向と一致する検光子１枚を通して３０Ｖ
　、　５Ｈｚの交流電界の印加時の光学応答をＨ察した
ところ、無色と青色の良好なコントラストの変化か応答
速度１５０　ｍ５ｅｃ・で認められた。

実施例２ 下記の構造式（１６）式で表わされるアクリル酸エステ
ル共重合体０．８５ｇをトリエチルアミンと共に乾燥ベ
ンゼン５０ｍｊ）中に溶解させ、その中に下記の構造式
（１７）で表わされる二色性色素０．１．５ｇを乾燥ベ
ンゼン１０ｍｊ）に溶解した溶液を攪拌下にて室温で滴
下し、６時間反応させた。

得られた反応物をメタノールにて再沈し、共重合体［Ｂ
］を得た。

Ｃ）（。

この共重合体［Ｂ］の相転移点は、ＤＳＣＩ定の結果、
次の通りであった。

この共重合体を、実施例１と同様に、２枚のガラス基板
間に、３疹１のポリエチレンテレフタレートフィルムを
スペーサーとして挟持し、９０℃に保持したまま圧着し
た。その後、室温まで徐冷し一軸配向セルを得た。

実施例１と同様の方法で、：ｌＯＶ　、　５　ｆｉｚの
交流電界の印加時の光学応答を！Ｉ察したところ、無色
と数色の良好なスイッチングかＬＱＱ　ｍ５ｅｃの応答
速度で観察された。

実施例３ 実施例１および実施例２で得られた強誘電性高分子液晶
を溶融状態からフィルム形成を行なった後、ＳｍＡ相を
示す温度範囲にて、−軸延伸を行ない、厚さ５−一の一
軸配向フイルムを得た。この２枚のフィルムを、それぞ
れ透明電極が被着しである一対のポリエチレンフィルム
に挟持し、配向方向か一致するように重ねた。２層の層
ｌ。２は各々実施例１．２で得た高分子液晶層である。

このａ層型セルを、ホットステージ付き偏光顕微鏡を用
い、振動方向な配向方向にそろえた検光子１枚で、配向
状態を観察した０層１．２に各々電界をかけ、初期状態
とは別の双安定状態のひとつにスイッチングを行うと、
観測される色は無色であった。つぎに１層ｌにだけに逆
電界を印加すると青色表示か得られ、層２だけに逆電界
を印加すると黄色表示が得られた０以上のように積層型
セルにおいて、多色表示か可能であることか確認された
。

［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明の強誘電性高分子液晶によれ
ば、二色性色素分子を強誘電性液晶相をくずさずに高分
子液晶中に導入することかできた。

また、本発明の強誘電性高分子液晶を使用した表示素子
においては、色素分子か高分子液晶の分極反転と回じ速
さでスイッチングしていることか明らかとなり、高分子
液晶を用いた高速のスイッチングか可能となった。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）二色性色素を重合可能な単量体構造とした色素単
   量体と、重合可能なカイラルスメクティック相発現能を
   有するメソーゲン単量体との共重合体からなることを特
   徴とする強誘電性高分子液晶。
2. （２）請求項１記載の強誘電性高分子液晶を一軸配向さ
   せたものを、電極を有する一対の基板間に挟持してなり
   、かつ振動軸が配向方向と一致する検光子を備えている
   ことを特徴とする表示素子。
3. （３）前記強誘電性高分子液晶の一軸配向が延伸により
   施されている請求項２記載の表示素子。
4. （４）二色性色素とカイラルスメクティック相発現能を
   有するメソーゲンを重合体化合物中に置換反応により導
   入してなることを特徴とする強誘電性高分子液晶。
5. （５）請求項４記載の強誘電性高分子液晶を一軸配向さ
   せたものを、電極を有する一対の基板間に挟持してなり
   、かつ振動軸が配向方向と一致する検光子を備えている
   ことを特徴とする表示素子。
6. （６）前記強誘電性高分子液晶の一軸配向が延伸により
   施されている請求項５記載の表示素子。
7. （７）請求項１及び４記載の強誘電性高分子液晶から選
   ばれた少なくとも２種以上の互に含有され、ている二色
   性色素の吸収帯が異なる強誘電性高分子液晶を一軸配向
   し、各々を一対の電極間に挟持したものを絶縁層を介し
   て配向方向を一致させるように積層してなり、かつ振動
   軸が配向方向と一致する検光子を備えていることを特徴
   とする表示素子。