(57)【要約】【課題】  安定したミクロ相分離の状態を得ることができる液晶材料及びその製造方法を提供する。【解決手段】  ビフェニル誘導体オリゴマーの３量体（ｐ＝１、ｑ＝０、ｎ、ｍ、ｋ＝５、８、１０、１２）及び５〜３０重量％のポリエチレンオキシドを混合して２００℃まで加熱すると、これらは等方性液体となる。ポリエチレンオキシドの平均分子量（ＡＭＷ）は２万程度である。その後、この等方性液体を１６０℃まで冷却すると、ネマチック液晶からなる液晶相中に、他のネマチック液晶からなり、光学的異方性を具えた液晶相が斑点状に出現する。即ち、ミクロ相分離した液晶材料が得られる。このようなミクロ相分離した液晶材料は、ビフェニル誘導体オリゴマーの３量体に、５〜３０重量％のポリエチレンオキシドの代わりに、４０〜７０ｍｏｌ％の直鎖状ｎ−Ｃ30Ｈ62又はｎ−Ｃ24Ｈ50を添加して加熱及び冷却を行った場合にも得ることができる。【選択図】  図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビフェニル誘導体オリゴマーを含有する第１の液晶部と、
前記第１の液晶部中に分散した第２の液晶部と、
を有することを特徴とする液晶材料。
【請求項２】
前記ビフェニル誘導体オリゴマーは、化１で表されるものであることを特徴とする請求項１に記載の液晶材料。
【化１】
2006265403.tif 000004
【請求項３】
前記第２の液晶部は、脂肪族分子を含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶材料。
【請求項４】
前記第１の液晶部は、ネマチック液晶又はスメクチック液晶からなり、
前記第２の液晶部は、ネマチック液晶からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶材料。
【請求項５】
液晶性のビフェニル誘導体オリゴマー及び非液晶性の脂肪族分子の混合物を加熱して液体とする工程と、
前記混合物の液体を冷却することにより、前記混合物をミクロ相分離した液晶状態とする工程と、
を有することを特徴とする液晶材料の製造方法。
【請求項６】
前記ビフェニル誘導体オリゴマーとして、化２で表されるものを用いることを特徴とする請求項５に記載の液晶材料の製造方法。
【化２】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置等に好適な液晶材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶のミクロ相分離に関して、液晶物質中に液体又は固体の物質を分散させたもの、液体又は固体の物質中に液晶物質を分散させたもの等について研究がされている。また、高分子（ポリマー）分散型液晶では、高分子物質中に液晶物質を分散させている。この高分子分散型液晶に対しては、大画面の液晶表示装置等への応用の期待がある。図４は、高分子分散型液晶を用いた液晶表示装置の動作原理を示す図である。
【０００３】
また、２種類の液晶分子を混合して、一方の液晶中に他方の液晶を分散させようとする研究もされている。特に、高分子分散型液晶と関連して、液晶性高分子に低分子液晶を混合することで、液晶−液晶共存系とすることについても研究されている（非特許文献２〜４）。更に、相分離液晶とナノテクノロジーとを関連付けた研究もされている。
【０００４】
しかしながら、これまでのところ、一方の液晶中に他方の液晶を分散させた状態を安定して保持することは困難である。
【０００５】
【非特許文献１】J. Yamamoto et al., Nature, Vol. 409, p.321-325 (2001)
【非特許文献２】M.-C. Chang, H.-W. Chiu, X. Y. Wang, T. Kyu, N. Leroux, S. Campbell, and L.-C. Chien, Liq. Cryst., 25, 733-744 (1998)
【非特許文献３】F. Benmouna, B. Peng, J. Ruhe, and D. Johannsmann, Liq. Cryst., 26, 1655-1661 (1999)
【非特許文献４】H. Kihara, R. Kishi, T. Miura, T. Kato, and H. Ichijo, Polymer, 42, 1177-1182 (2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、安定したミクロ相分離の状態を得ることができる液晶材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【０００８】
本発明に係る液晶材料は、ビフェニル誘導体オリゴマーを含有する第１の液晶部と、前記第１の液晶部中に分散した第２の液晶部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る液晶材料の製造方法は、液晶性のビフェニル誘導体オリゴマー及び非液晶性の脂肪族分子の混合物を加熱して液体とする工程と、前記混合物の液体を冷却することにより、前記混合物をミクロ相分離した液晶状態とする工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ミクロ相分離により第１の液晶部中に第２の液晶部が分散した状態が安定して存在し得る。このため、２つの液晶部に対して、個別の制御を行うことも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。本実施形態では、化１で表される液晶状態のビフェニル誘導体オリゴマー（分子量：１０００〜３０００程度）に、非液晶性の脂肪族分子を添加することにより、第１の液晶相中に、第２の液晶相がミクロ相分離した液晶材料を製造する。
【００１２】
【化１】
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【００１３】
但し、ｐ＝１、２、３であり、ｑ＝０、１、２であり、ｎ、ｍ、ｋ＝３〜１２の整数である。
【００１４】
（第１の実施形態）
化１で表されるビフェニル誘導体オリゴマーの３量体（ｐ＝１、ｑ＝０、ｎ、ｍ、ｋ＝５、８、１０、１２）はネマチック液晶の性質を具えている。このビフェニル誘導体オリゴマーの３量体及び５〜３０重量％のポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）を混合して２００℃まで加熱すると、これらは等方性液体となる。ポリエチレンオキシドの平均分子量（ＡＭＷ）は２万程度である。その後、この等方性液体を１６０℃まで冷却すると、ネマチック液晶からなる液晶相中に、他のネマチック液晶からなり、光学的異方性を具えた液晶相が斑点状に出現する。即ち、ミクロ相分離した液晶材料が得られる。このようなミクロ相分離した液晶材料は、ビフェニル誘導体オリゴマーの３量体（ｐ＝１、ｑ＝０、ｎ、ｍ、ｋ＝５、８、１０、１２）に、５〜３０重量％のポリエチレンオキシドの代わりに、４０〜７０ｍｏｌ％の直鎖状ｎ−Ｃ30Ｈ62又は直鎖状ｎ−Ｃ24Ｈ50を添加して加熱及び冷却を行った場合にも得ることができる。
【００１５】
（第２の実施形態）
化１で表されるビフェニル誘導体オリゴマーの４量体（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝５、８）はネマチック液晶及びスメクチックＡ液晶の双方の性質を具えている。このビフェニル誘導体オリゴマーの４量体及び５〜３０重量％のポリエチレンオキシドを混合して２００℃まで加熱すると、これらは等方性液体となる。その後、この等方性液体を１６０℃まで冷却すると、第１の実施形態と同様に、ネマチック液晶からなる液晶相中に、他のネマチック液晶からなり、光学的異方性を具えた液晶相が斑点状に出現する。更に、このミクロ相分離した液晶材料を１４０℃まで冷却すると、スメクチックＡ液晶からなる液晶相中に、ネマチック液晶からなり、光学的異方性を具えた液晶相が斑点状に出現する。即ち、ミクロ相分離した液晶材料が得られる。このようなミクロ相分離した液晶材料は、ビフェニル誘導体オリゴマーの４量体（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝５、８）に、５〜３０重量％のポリエチレンオキシドの代わりに、４０〜７０ｍｏｌ％の直鎖状ｎ−Ｃ30Ｈ62を添加して加熱及び冷却を行った場合にも得ることができる。
【００１６】
（第３の実施形態）
化１で表されるビフェニル誘導体オリゴマーの４量体（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝１０、１２）、５量体（ｐ＝２、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝１０、１２）及び６量体（ｐ＝ｑ＝２、ｎ、ｍ、ｋ＝１０、１２）はスメクチックＡ液晶の性質を具えている。このビフェニル誘導体オリゴマーの４量体、５量体又は６量体及び５〜３０重量％のポリエチレンオキシドを混合して２００℃まで加熱すると、これらは等方性液体となる。その後、この等方性液体を１６０℃まで冷却すると、スメクチックＡ液晶からなる液晶相中に、ネマチック液晶からなり、光学的異方性を具えた液晶相が太い棒状に出現する。即ち、ミクロ相分離した液晶材料が得られる。このようなミクロ相分離した液晶材料は、ビフェニル誘導体オリゴマーの４量体（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝１０、１２）、５量体（ｐ＝２、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝１０、１２）又は６量体（ｐ＝ｑ＝２、ｎ、ｍ、ｋ＝１０、１２）に、５〜３０重量％のポリエチレンオキシドの代わりに、４０〜７０ｍｏｌ％の直鎖状ｎ−Ｃ30Ｈ62又は２５〜５５重量％のポリテトラメチレンオキシド（平均分子量：２０００程度）を添加して加熱及び冷却を行った場合にも得ることができる。
【００１７】
これらの実施形態によれば、ビフェニル誘導体オリゴマーと脂肪族分子との相溶性と非相溶性との関係で、２種類の液晶相が速やかに出現し、出現後も安定して存在し得る。即ち、ミクロ相分離した安定状態の液晶材料を得ることができる。また、分散して存在する液晶相中では、脂肪族分子（脂肪族高分子又は脂肪族炭化水素）が方向的秩序を有している。即ち、ビフェニル誘導体オリゴマーにより脂肪族分子のコンフォメーションが制御されている。そして、このようなミクロ相分離した液晶材料においては、２つの液晶相の間で光学的性質が相違するため、変形可能な表示装置として応用できる。また、この性質を利用したナノ・ミクロスケールの液晶レンズや光学的モジュレータ等に応用することができる。
【００１８】
次に、上述の実施形態に沿って実際に製造した液晶材料の偏光顕微鏡写真について説明する。図１Ａ乃至図１Ｆは、液晶材料を撮影した偏光顕微鏡写真である。
【００１９】
図１Ａは、化１で表されるビフェニル誘導体オリゴマーの３量体（ｐ＝１、ｑ＝０、ｎ、ｍ、ｋ＝１０）と直鎖状ｎ−Ｃ30Ｈ62とをｍｏｌ比４：６で混合し、この混合物を加熱した後、１５０℃まで冷却したときに得られた偏光顕微鏡写真である。
【００２０】
図１Ｂは、化１で表されるビフェニル誘導体オリゴマーの４量体（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝８）とポリエチレンオキシド（平均分子量：20000）とをｍｏｌ比９：１で混合し、この混合物を加熱した後、１６０℃まで冷却したときに得られた偏光顕微鏡写真である。
【００２１】
化１で表されるビフェニル誘導体オリゴマーの４量体（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝８）とポリエチレンオキシド（平均分子量：20000）とをｍｏｌ比９：１で混合し、この混合物を加熱した後、１６０℃まで冷却すると、図１Ｂに示すような状態が出現する。そして、更に１４０℃まで冷却すると、図１Ｃに示すような偏光顕微鏡写真が得られる。
【００２２】
図１Ｄは、化１で表されるビフェニル誘導体オリゴマーの４量体（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝８）と直鎖状ｎ−Ｃ30Ｈ62とをｍｏｌ比３：７で混合し、この混合物を加熱した後、１４０℃まで冷却したときに得られた偏光顕微鏡写真である。
【００２３】
図１Ｅは、化１で表されるビフェニル誘導体オリゴマーの４量体（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝１２）とポリエチレンオキシド（平均分子量：20000）とをｍｏｌ比８：２で混合し、この混合物を加熱した後、１５０℃まで冷却したときに得られた偏光顕微鏡写真である。
【００２４】
図１Ｆは、化１で表されるビフェニル誘導体オリゴマーの４量体（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝１２）と直鎖状ｎ−Ｃ30Ｈ62とをｍｏｌ比４：６で混合し、この混合物を加熱した後、１４０℃まで冷却したときに得られた偏光顕微鏡写真である。
【００２５】
いずれの偏光顕微鏡写真にも、液晶相中に他の液晶相が分散している様子が現れている。特に、図１Ｃ及び図１Ｄでは、スメクチック分散型ネマチック液晶となっている。スメクチック液晶は、ネマチック液晶ほどの高い流動性は具えていないが、自由に変形することができる。このため、変形可能な種々の液晶表示装置に応用することができる。なお、従来の高分子分散型ネマチック液晶では、高分子（ポリマー）がガラス状態で自由に変形できない。
【００２６】
図２は、これらの偏光顕微鏡写真の内容を模式的に表した図である。液晶部１は、主にビフェニル誘導体オリゴマーから構成され、液晶部２は、主にポリエチレンオキシド又は直鎖状ｎ−Ｃ30Ｈ62から構成されている。図２では、液晶部２を球体としているが、実際には、図１Ａ乃至図１Ｆに示すように、種々の形状が現れる。
【００２７】
次に、ビフェニル誘導体オリゴマーと脂肪族分子との混合系の相図について説明する。図３Ａは、３量体（トリマー）（ｐ＝１、ｑ＝０、ｎ、ｍ、ｋ＝１０）と直鎖状ｎ−Ｃ30Ｈ62との混合系の相図である。図３Ｂは、４量体（テトラマー）（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝８）とポリエチレンオキシドとの混合系の相図である。図３Ｃは、４量体（テトラマー）（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝１０）とポリエチレンオキシドとの混合系の相図である。図３Ｄは、４量体（テトラマー）（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝８）とポリテトラメチレンオキシドとの混合系の相図である。これらの相図は、示唆走査熱量計（ＤＳＣ）を用いた示唆熱分析及び偏光顕微鏡写真の内容から取得したものである。
【００２８】
また、これらの図において、「Ｉ」は等方性液体を、「Ｎ」はネマチック液晶を、「ＳA」はスメクチックＡ液晶を、「Ｎ（Ｎ）」はネマチック液晶中に他のネマチック液晶が出現したミクロ相分離状態であることを、「ＳA（Ｎ）」はスメクチックＡ液晶中にネマチック液晶が出現したミクロ相分離状態であることを、「Ｉ＋Ｉ」は等方性液体と等方性液体とが相分離した状態であることを、「Ｎ＋Ｉ」はネマチック液晶と等方性液体とが相分離した状態であることを、「ＳA＋Ｉ」はスメクチックＡ液晶と等方性液体とが相分離していることを、夫々表している。
【００２９】
即ち、ミクロ相分離した安定状態の液晶材料を得るためには、各相図において、「Ｎ（Ｎ）」又は「ＳA（Ｎ）」が付されている条件が満たされればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】液晶材料を撮影した偏光顕微鏡写真である。
【図１Ｂ】同じく、液晶材料を撮影した偏光顕微鏡写真である。
【図１Ｃ】同じく、液晶材料を撮影した偏光顕微鏡写真である。
【図１Ｄ】同じく、液晶材料を撮影した偏光顕微鏡写真である。
【図１Ｅ】同じく、液晶材料を撮影した偏光顕微鏡写真である。
【図１Ｆ】同じく、液晶材料を撮影した偏光顕微鏡写真である。
【図２】偏光顕微鏡写真の内容を模式的に表した図である。
【図３Ａ】３量体（ｐ＝１、ｑ＝０、ｎ、ｍ、ｋ＝１０）とＣ30Ｈ62との混合系の相図である。
【図３Ｂ】４量体（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝８）とポリエチレンオキシドとの混合系の相図である。
【図３Ｃ】４量体（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝１０）とポリエチレンオキシドとの混合系の相図である。
【図３Ｄ】４量体（ｐ＝１、ｑ＝１、ｎ、ｍ、ｋ＝８）とポリテトラメチレンオキシドとの混合系の相図である。
【図４】高分子分散型液晶を用いた液晶表示装置の動作原理を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１、２：液晶部
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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