(57)【要約】【課題】高速応答特性、広視野角性や、選択反射波長におけるブラッグ反射等の有用な光学的性質を示し、駆動温度範囲が広く、低駆動電圧化および低ヒステリシス化が図られた液晶素子を、簡易な方法によって提供可能とする。【解決手段】液晶性を示す液晶分子と、光学活性を実質的に有さず外部刺激によって重合する重合性モノマーと、光学活性を有し外部刺激によってラセミ化するキラル化合物と、を含む液晶組成物を用いて、高分子／液晶複合材料を調製する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶性を示す液晶分子と、
光学活性を実質的に有さず、外部刺激によって重合する重合性モノマーと、
光学活性を有し、外部刺激によってラセミ化するキラル化合物と、を含む液晶組成物。
【請求項２】
前記キラル化合物が、光ラセミ化ビナフチル誘導体である請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項３】
前記キラル化合物が、下記式（１）で表される光ラセミ化ビナフチル化合物である請求項２に記載の液晶組成物。
【化１】
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（上記式（１）中、Ｗは、１〜４個のＣ原子を有する二価のアルキレン基を示し、それは、Ｘで置換されてもよく、Ｘ、Ｙ１、およびＹ２は、それぞれ互いに独立して、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＣＮ、ＳＣＮ、ＳＦ５、１〜２５個のＣ原子を有する直鎖状または分枝状アルキル、または２０個までのＣ原子を有するシクロアルキルもしくはアリール、或いは、メソゲンＭを示し、ｙ１およびｙ２は、それぞれ互いに独立して、０、１、２、３または４を示す。
前記１〜２５個のＣ原子を有する直鎖状または分岐状アルキルは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＣＮで、単置換または多置換されてもよく、およびここで、加えて、１つまたは２つ以上の非隣接ＣＨ２基は、Ｏおよび／またはＳ原子が、それぞれ直接的に結合しないように、それぞれ互いに独立して、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、ＮＲ０−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、もしくは−Ｃ≡Ｃ−で置換されてよく、Ｒ０は、Ｈまたは１〜４個のＣ原子を有するアルキルを示す。
前記２０個までのＣ原子を有するシクロアルキルもしくはアリールは、任意にハロゲン、好ましくはＦ、または重合性基で単置換または多置換されてもよい。
前記メソゲンＭは、−Ｚ１−Ａ１−（Ｚ２−Ａ２）ｍ−Ｒもしくは代替的にＲ１またはＡ３で表されるものであって、
Ｚ１およびＺ２は、それぞれ互いに独立して、単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−ＣＯＯ−、−ＣＯ−ＮＲ０−、−ＮＲ０−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＨ２−、−ＣＨ２−Ｏ−、−Ｓ−ＣＨ２−、−ＣＨ２−Ｓ−、−ＣＦ２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＦ２−、−ＣＦ２−Ｓ−、−Ｓ−ＣＦ２−、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＦ２−ＣＨ２−、−ＣＨ２−ＣＦ２−、−ＣＦ２−ＣＦ２−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−Ｃ≡Ｃ−、Ｏおよび／またはＳおよび／またはＮ原子の２つはそれぞれ直接的には結合しない、これら基の２つの組み合わせを示し、好ましくは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＦ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯＯ−または−ＯＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−であり、
Ａ１、Ａ２、およびＡ３は、それぞれ互いに独立して、１つまたは２つの非隣接ＣＨ基がＮで置換されてもよい１，４−フェニレン、１つまたは２つの非隣接ＣＨ２基がＯおよび／またはＳで置換されてよい１，４−シクロヘキシレン、１，３−ジオキソラン−４，５−ジイル、１，４−シクロヘキセニレン、１，４−ビシクロ［２．２．２］オクチレン、ピペリジン−１，４−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、デカヒドロナフタレン−２，６−ジイルまたは１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイルを示し、ここで、これらの基のそれぞれは、Ｌで単置換または多置換されてよく、加えてＡ１は、単結合を示し、
Ｌは、ハロゲン原子、好ましくはＦ、ＣＮ、ＮＯ２、１〜７個のＣ原子を有するアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニルまたはアルコキシカルボニルオキシを示し、ここで１つまたは２つ以上のＨ原子は、ＦまたはＣｌで置換されてよく、
ｍは、それぞれの場合、独立して、０、１、２または３を示し、および
ＲおよびＲ１は、それぞれ互いに独立して、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＣＮ、ＳＣＮ、ＳＦ５、１個または２個〜２５個のＣ原子をそれぞれ有する直鎖状アルキルまたは分枝状アルキルを示し、それは任意に、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＣＮで単置換または多置換されてよく、およびここで１つまたは２つ以上の非隣接ＣＨ２基は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−ＮＲ０−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−ＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−で置換されてよく、ここでＯおよび／またはＳ原子の２つは、それぞれ直接には結合しない。）
【請求項４】
アキラルな液晶成分と、高分子ネットワークと、を含む高分子／液晶複合材料であって、
前記アキラルな液晶成分は、
液晶性を示す液晶分子と、
キラル化合物のラセミ体と、を含有し、
前記高分子ネットワークは、前記液晶分子を所定のキラル液晶相中の液晶分子と同様に分子配列させるものである高分子／液晶複合材料。
【請求項５】
前記ラセミ体は、前記液晶成分中に含まれていたキラル化合物が外部刺激によりラセミ化して生成したものである請求項４に記載の高分子／液晶複合材料。
【請求項６】
前記ラセミ体が、下記式（１）で表される光ラセミ化ビナフチル化合物のラセミ体である請求項４又は請求項５に記載の高分子／液晶複合材料。
【化２】
2019127562.tif 000012
（上記式（１）中、Ｗは、１〜４個のＣ原子を有する二価のアルキレン基を示し、それは、Ｘで置換されてもよく、Ｘ、Ｙ１、およびＹ２は、それぞれ互いに独立して、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＣＮ、ＳＣＮ、ＳＦ５、１〜２５個のＣ原子を有する直鎖状または分枝状アルキル、または２０個までのＣ原子を有するシクロアルキルもしくはアリール、或いは、メソゲンＭを示し、ｙ１およびｙ２は、それぞれ互いに独立して、０、１、２、３または４を示す。
前記１〜２５個のＣ原子を有する直鎖状または分岐状アルキルは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＣＮで、単置換または多置換されてもよく、およびここで、加えて、１つまたは２つ以上の非隣接ＣＨ２基は、Ｏおよび／またはＳ原子が、それぞれ直接的に結合しないように、それぞれ互いに独立して、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、ＮＲ０−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、もしくは−Ｃ≡Ｃ−で置換されてよく、Ｒ０は、Ｈまたは１〜４個のＣ原子を有するアルキルを示す。
前記２０個までのＣ原子を有するシクロアルキルもしくはアリールは、任意にハロゲン、好ましくはＦ、または重合性基で単置換または多置換されてもよい。
前記メソゲンＭは、−Ｚ１−Ａ１−（Ｚ２−Ａ２）ｍ−Ｒもしくは代替的にＲ１またはＡ３で表されるものであって、
Ｚ１およびＺ２は、それぞれ互いに独立して、単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−ＣＯＯ−、−ＣＯ−ＮＲ０−、−ＮＲ０−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＨ２−、−ＣＨ２−Ｏ−、−Ｓ−ＣＨ２−、−ＣＨ２−Ｓ−、−ＣＦ２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＦ２−、−ＣＦ２−Ｓ−、−Ｓ−ＣＦ２−、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＦ２−ＣＨ２−、−ＣＨ２−ＣＦ２−、−ＣＦ２−ＣＦ２−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−Ｃ≡Ｃ−、Ｏおよび／またはＳおよび／またはＮ原子の２つはそれぞれ直接的には結合しない、これら基の２つの組み合わせを示し、好ましくは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＦ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯＯ−または−ＯＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−であり、
Ａ１、Ａ２、およびＡ３は、それぞれ互いに独立して、１つまたは２つの非隣接ＣＨ基がＮで置換されてもよい１，４−フェニレン、１つまたは２つの非隣接ＣＨ２基がＯおよび／またはＳで置換されてよい１，４−シクロヘキシレン、１，３−ジオキソラン−４，５−ジイル、１，４−シクロヘキセニレン、１，４−ビシクロ［２．２．２］オクチレン、ピペリジン−１，４−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、デカヒドロナフタレン−２，６−ジイルまたは１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイルを示し、ここで、これらの基のそれぞれは、Ｌで単置換または多置換されてよく、加えてＡ１は、単結合を示し、
Ｌは、ハロゲン原子、好ましくはＦ、ＣＮ、ＮＯ２、１〜７個のＣ原子を有するアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニルまたはアルコキシカルボニルオキシを示し、ここで１つまたは２つ以上のＨ原子は、ＦまたはＣｌで置換されてよく、
ｍは、それぞれの場合、独立して、０、１、２または３を示し、および
ＲおよびＲ１は、それぞれ互いに独立して、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＣＮ、ＳＣＮ、ＳＦ５、１個または２個〜２５個のＣ原子をそれぞれ有する直鎖状アルキルまたは分枝状アルキルを示し、それは任意に、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＣＮで単置換または多置換されてよく、およびここで１つまたは２つ以上の非隣接ＣＨ２基は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−ＮＲ０−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−ＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−で置換されてよく、ここでＯおよび／またはＳ原子の２つは、それぞれ直接には結合しない。）
【請求項７】
アキラルな液晶成分と、高分子ネットワークと、を含み、
請求項１又は請求項２に記載の液晶組成物に外部刺激を与えることによって調製される高分子／液晶複合材料であって、
前記アキラルな液晶成分は、
前記液晶分子と、
外部刺激を与えて前記キラル化合物をラセミ化することで生成したラセミ体と、を含有しており、
前記高分子ネットワークは、前記液晶組成物が所定のキラル液晶相を呈した状態で、外部刺激を与えて前記重合性モノマーを重合させることで形成されたものである高分子／液晶複合材料。
【請求項８】
前記所定のキラル液晶相が、コレステリック相である請求項４から請求項７の何れか一項に記載の高分子／液晶複合材料。
【請求項９】
前記所定のキラル液晶相が、ブルー相である請求項４から請求項７の何れか一項に記載の高分子／液晶複合材料。
【請求項１０】
液晶性を示す液晶分子と、光学活性を実質的に有さず外部刺激によって重合する重合性モノマーと、光学活性を有し外部刺激によってラセミ化するキラル化合物と、を含む液晶組成物を調製する液晶組成物調製工程と、
前記液晶組成物が所定のキラル液晶相を呈した状態で、外部刺激を与えて当該重合性モノマーを重合させることで、高分子ネットワークを形成させる高分子ネットワーク形成工程と、
前記重合性モノマーの重合完了後に前記キラル化合物のラセミ化が完了するように外部刺激を与えるラセミ化工程と、を含む、高分子／液晶複合材料の製造方法であって、
前記高分子ネットワークは、前記液晶組成物から当該高分子ネットワークを除いた液晶成分中に含まれる前記液晶分子を、前記所定のキラル液晶相中の液晶分子と同様に分子配列させるものであり、
前記重合性モノマーの重合を誘発する外部刺激は、当該外部刺激が付与された条件下において、前記重合性モノマーの重合速度の方が前記キラル化合物のラセミ化速度よりも大きく、前記重合性モノマーの重合開始前から前記高分子ネットワークの形成が完了するまで、前記液晶成分のキラリティーが略一定に維持されるように選択される、高分子／液晶複合材料の製造方法。
【請求項１１】
一対の基板と、
前記一対の基板の片方又は双方に設けられた電極と、
請求項３から請求項８の何れか一項に記載の高分子／液晶複合材料からなり、前記一対の基板の間に封入された液晶層と、を備える液晶素子であって、
前記電極を介して前記液晶層に電界を印加し、前記液晶分子の配向を制御することによって、当該液晶素子の光学的性質を変化させる液晶素子。
【請求項１２】
請求項１０に記載の液晶素子を備える液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書により開示される技術は、液晶組成物、高分子／液晶複合材料およびその製造方法、液晶素子、並びに、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、画像等の情報を表示する表示部として液晶表示パネル（液晶素子の一例）を備えており、液晶表示パネルは、大まかには一対のガラス基板間に液晶層が封入された構成とされる。基板には、液晶層に電界を印加するための電極が設けられ、この電界を制御することで、液晶層中に含まれる液晶分子の配向が変化し、表示部に画像が表示される。
【０００３】
液晶表示パネルの液晶分子には、通常、細長い有機分子であるネマティック液晶が用いられる。ネマティック液晶は、誘電率異方性によって、誘電率が長軸方向に大きく長軸に垂直な方向に小さい（正の誘電率異方性を有する）ポジ型液晶と、長軸方向に小さく長軸に垂直な方向に大きい（負の誘電率異方性を有する）ネガ型液晶と、に分類される。
【０００４】
液晶表示パネルに一般に用いられる液晶分子は、主に温度のみに依存して液晶相が発現するサーモトロピック液晶である。このような液晶では、秩序度や分子の配列の違いにより、ネマティック相、スメクティック相等、様々な液晶相が発現する。こうした液晶相に、光学活性を有するキラル化合物を導入すると、捩れを誘発する力（Helical Twist Power。以下、ＨＴＰと称することがある）が働いて、キラル液晶相が発現する。
【０００５】
キラル液晶相の一例として、ネマティック液晶にキラル化合物を導入すると、分子配列に螺旋構造を有するコレステリック（キラルネマティック）相が発現する。コレステリック相では、分子配列に存在する螺旋ピッチに依存した特定の波長（以下、選択反射波長と称することがある）の光が強く反射される、いわゆるブラッグ反射が認められる。このようなブラッグ反射を示すコレステリック相に電界を印加すれば、選択反射波長を変化または消失させることができる。
また、ネマティック液晶に添加するキラル化合物の量を増やすなどして液晶成分内のキラリティーを強くすると、コレステリック相と等方相の間の僅かな温度範囲において、ブルー相が発現することがある。ブルー相は、一般にブルー相I、ブルー相II、ブルー相IIIに分類され、ブルー相Iとブルー相IIは、二重螺旋構造を形成する液晶がシリンダー状（二重捩れシリンダー）を呈し、このシリンダーが規則的に配列した三次元周期構造を有する相である。ブルー相IIIは、アモルファスであるとされている。ブルー相は、光学的に等方性の相であるため電界を印加しない状態では透明で、配向処理が不要であり、視野角依存性が低い。また、電場に対する応答速度が非常に早く、高速応答特性を有している。
【０００６】
上記のように、キラル液晶相は多くの有用な光学的性質を示すが、コレステリック液晶の場合、電界除去後に初期の分子配列に戻りやすくするために、テンプレートとして、液晶相中に高分子ネットワークを形成する、高分子安定化技術が知られている。また、ブルー相では、その発現温度範囲を拡大するために、液晶層中に高分子ネットワークを形成する、高分子安定化技術が知られている。
【０００７】
高分子安定化コレステリックテクスチャー（Polymer Stabilized Cholesteric Texture：以下、ＰＳＣＴと称することがある）は、一般に、重合性モノマーと、ネマティック液晶分子と、キラル化合物と、を含有する液晶組成物を用い、コレステリック相において重合性モノマーを重合させることによって調製される。ＰＳＣＴでは、モノマーが重合して形成された高分子ネットワークによって液晶分子の分子配列が安定化するが、駆動電圧が高く、大きなヒステリシスを示す。
【０００８】
また、下記非特許文献１には、重合性モノマーと、ネマティック液晶分子と、キラル化合物と、を含有する液晶組成物を用い、ブルー相において重合性モノマーを重合させることによって調製した、高分子安定化ブルー相（Polymer Stabilized Blue Phases：以下、ＰＳＢＰと称することがある）が開示されている。ＰＳＢＰでは、高分子ネットワークの存在によって、ブルー相の発現温度範囲が広くなるが、ＰＳＣＴと同様、駆動電圧が高く、大きなヒステリシスを示す。
さらに、下記非特許文献２には、液晶成分が等方相を呈した状態でモノマーの重合を開始し、重合と共に相転移温度が上昇してブルー相が発現された状態で高分子ネットワークを形成して、Nanostructured Chiral Liquid-Crystal Composite（以下、ＮＣＬＣと称することがある）と称される相を発現させる技術が開示されている。ＰＳＢＰ、ＮＣＬＣは、何れも光学的に等方性の相である。
【０００９】
上記のＰＳＣＴおよびＰＳＢＰにおける駆動電圧の上昇は、これらの相において、液晶成分中にキラル化合物が存在してキラリティーを有していることで、液晶分子に捩じり力が作用しており、駆動に際してはこの捩じり力に抗して螺旋を解くエネルギーが必要とされるためと推察される。また、ヒステリシスが大きいのは、キラリティーを有する液晶成分中では、液晶分子が双安定性を有するためと推察されている。
【００１０】
そこで、これらの問題を解決するため、ＰＳＣＴやＰＳＢＰの液晶成分をアキラルなものとする技術、換言すれば、キラル液晶相において重合性モノマーを重合させて形成した高分子ネットワークと、ネマティック液晶分子を主成分とするアキラルな液晶成分と、からなるテンプレート化ネマティック（Templated Nematic）相が提案されている。
【００１１】
キラルモノマーの重合によって得られる高分子ネットワークがコレステリック相で形成された場合、ネマティック液晶分子が、高分子ネットワークのテンプレートの存在により、コレステリック相中の液晶分子と同様に分子配列した、テンプレート化ネマティック相が発現されることが知られている（下記非特許文献３）。非特許文献３では、これをＳＰＡＮ（Spiral Polymer Aligned Nematic）と称しているので、以下、本明細書においてもＳＰＡＮと称することがある。
【００１２】
高分子ネットワークがブルー相で形成され、ＰＳＢＰが作成された後に、キラル液晶を除去すると、高分子ネットワークによるテンプレートが得られる。このテンプレートにネマティック液晶を封入すると、液晶分子がブルー相中の液晶分子と同様に分子配列したテンプレート化ネマティック相が発現される（下記非特許文献４）。非特許文献４に開示されている技術は、液晶成分がブルー相を呈した状態で高分子ネットワークテンプレートを形成するものであり、このようにして発現される相をＢＰＴＮ（Blue-phase Polymer Templated Nematic）と称しているので、以下、本明細書においてもＢＰＴＮと称することがある。なお、以下の本明細書中では、等方相でモノマーの重合を開始してＮＣＬＣを調製した後に、ＮＣＬＣに含まれるキラルな液晶成分をアキラル化することによって得られる相も、ＢＰＴＮと称することがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Nature Materials 1, 64-68 (2002)
【非特許文献２】Adv. Mater., 17, 19, 2311-2315 (2005)
【非特許文献３】Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 425, 293-303 (1996)
【非特許文献４】Applied Physics Letters, 103, 051112 (2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記非特許文献３に記載の方法では、ネマティック液晶分子と、キラルアクリレートと、二色性色素と、光開始剤と、からなる液晶組成物に、コレステリック相を呈する温度においてＵＶ照射することで、高分子ネットワークと、主にネマティック液晶分子からなるアキラルな液晶成分と、からなる高分子／液晶複合材料のＳＰＡＮが調製される。この方法では、キラリティーを有するキラルアクリレートの殆どが重合して高分子ネットワークに組み込まれ、高分子ネットワーク形成後には液晶成分のキラリティーが低下して実質的にアキラルなものとなる。
しかしながら、コレステリック相の螺旋ピッチは、液晶成分のキラリティーに起因する捩じり力、すなわち液晶成分中に存在するキラル化合物のＨＴＰや濃度に依存するため、重合が進んで液晶成分中のキラルアクリレートが減少するにつれ、コレステリック相の螺旋ピッチが長くなる。すると、このコレステリック相中で形成される高分子ネットワークの分子配向が変化し、ＳＰＡＮにおいて高分子ネットワークをテンプレートとして配列する液晶分子の分子配列の螺旋ピッチにばらつきが生じて、その分布がブロードとなる。この結果、非特許文献１に記載の方法によって調製されたＳＰＡＮでは、駆動電圧が低下するものの、反射波長がブロードになって重合前の選択反射波長における反射率が低下してしまうため、特定の選択反射波長において高い反射率が求められるような用途には適さない。
【００１５】
他方、上記非特許文献２に記載の方法では、まず、ネマティック液晶分子と、キラル化合物と、重合性モノマーと、光開始剤と、からなる液晶組成物に、ブルー相を呈する温度においてＵＶ照射し、ブルー相中で高分子ネットワークを形成する。次いで、高分子ネットワーク形成後の非重合成分を溶媒で洗浄・乾燥し、最後に、ネマティック液晶分子を注入して、ブルー相中で形成された高分子ネットワークテンプレートと、ネマティック液晶分子からなるアキラルな液晶成分と、からなる高分子／液晶複合材料のＢＰＴＮが調製される。このように調製されたＢＰＴＮは、低い駆動電圧と小さなヒステリシスを示すが、上記のように製造工程が複雑で、製造上の難易度が高い。
【００１６】
本技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、簡便な方法によって有用な光学的性質を示すテンプレート化液晶相を発現可能な高分子／液晶複合材料を提供することを目的とする。また、本技術は、上記高分子／液晶複合材料を得るための液晶組成物、上記高分子／液晶複合材料を用いた液晶光変調素子および液晶表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本技術に係る液晶組成物は、液晶性を示す液晶分子と、光学活性を実質的に有さず、外部刺激によって重合する重合性モノマーと、光学活性を有し、外部刺激によってラセミ化するキラル化合物と、を含む。
【００１８】
本明細書において、「光学活性を実質的に有しない」とは、光学活性を全く有しないか、光学活性を有していたとしても本技術の効果の発現を妨げない程度にＨＴＰが小さいことをいう。例えば、以下に記載するように、光学活性を実質的に有しない重合性モノマーとは、重合前の当該重合性モノマーを含む液晶組成物から重合後のポリマーが除かれた液晶成分のキラリティーが、モノマーの重合開始前から重合完了後に至るまで、略一定に維持されるようなものをいう。
また、本明細書において、上記構成の液晶組成物を出発物質として、重合性モノマーが重合することにより形成されたポリマーを「高分子ネットワーク」と、液晶組成物から高分子ネットワークを除いた成分を「液晶成分」と、称することがある。高分子ネットワークの形成過程では、液晶成分には、液晶分子と、キラル化合物と、未反応の重合性モノマーと、が少なくとも含まれる。本技術では、液晶組物中に含まれる重合性モノマーの重合およびキラル化合物のラセミ化を行うことにより、高分子ネットワークと、キラル化合物のラセミ体および液晶分子を含むアキラルな液晶成分と、からなる高分子／液晶複合材料を得る。
本明細書において、「アキラルな液晶成分」は、光学活性を全く有しないものに限定されず、当該液晶成分中に含まれる液晶分子に作用する捩じり力が十分に小さく、容易に液晶分子配列を変えられる程度の光学活性を有しているものも、本技術の範囲に含まれるものとする。同じく、本明細書において、「ラセミ体」は、キラル化合物の鏡像異性体の完全な等量混合物であることを要さず、何れか一方の鏡像異性体が他方よりも多く存在していても、当該ラセミ体を含む液晶成分が、上記説明においてアキラルとなる範囲のものであればよい。
【００１９】
上記構成の液晶組成物は、液晶分子とキラル化合物とを含むことにより、キラル液晶相を発現可能である。液晶組成物が所定のキラル液晶相を呈した状態で、外部刺激を与えて重合性モノマーを重合させると、当該キラル液晶相を鋳型とした高分子ネットワークが形成される。このように得られた高分子ネットワークは、液晶成分中に含まれる前記液晶分子を、前記所定のキラル液晶相中の液晶分子と同様に分子配列させることができる。
【００２０】
なお、上記構成において、重合性モノマー中に、例えばメソゲンを有して液晶性を示す重合性モノマーが少なくとも一種含まれていてもよい。このようにすれば、高分子ネットワーク形成前のキラル液晶相の上限温度（液晶相−等方相の相転移温度。透明点と称されることがある）が低くなり過ぎないようにすることができる。或いは、上記構成において、キラル化合物として、メソゲンを有して液晶性を示すと同時に、光学活性を有し外部刺激によってラセミ化する、キラル化合物を用いてもよい。
【００２１】
上記構成によれば、高分子ネットワークの形成に寄与する重合性モノマーは、光学活性を実質的に有しないため、高分子ネットワークの形成が進んでも液晶成分のキラリティーが殆ど低下せず、重合性モノマーの重合開始前から高分子ネットワークの形成が完了するまで、液晶成分のキラリティーを略一定に維持することが可能となる。具体的には、液晶成分が、高分子ネットワークが形成された後に、重合開始前のキラリティーの８０％以上を維持していることが好ましく、９０％以上のキラリティーを維持していることがより好ましい。これにより、高分子ネットワークが形成される間、キラル液晶相の構造を略一定に維持することが可能である。よって、高分子ネットワークは、重合性モノマーの重合前に液晶組成物によって発現されたキラル液晶相の構造を、良好に反映したものとなる。このように得られた高分子／液晶複合材料は、モノマー重合前のキラル液晶相と同様の有用な光学的性質を示す相を発現させることができる。例えばこの高分子ネットワークをテンプレートとして液晶分子が分子配列したコレステリック相では、モノマー重合開始前の選択反射波長におけるブラッグ反射が維持される。なお、本技術に係る液晶組成物は、光学活性を実質的に有しない重合性モノマーに加えて、光学活性を有するキラルな重合性モノマーを含んでいてもよい。高分子ネットワークの形成に寄与する重合性モノマーの一部にキラルな重合性モノマーを使用することにより、例えば高分子ネットワークをテンプレートとして液晶分子が分子配列したコレステリック相における選択反射波長を意図的にブロード化し、所望の範囲に制御することができる。
【００２２】
また、上記構成によれば、液晶成分にキラリティーを付与しているキラル化合物は、外部刺激によってラセミ化するものであるため、液晶成分に外部刺激を与えることで、液晶成分のキラリティーを低下させてアキラルなものとすることができる。これにより、液晶分子に作用する捩じり力が低下して駆動電圧が低下する。
【００２３】
上記構成において、キラル化合物は、キラル液晶相の上限温度の低下を抑制する等の観点から、ＨＴＰが大きく、少量の添加で所望の螺旋ピッチを誘起できるものが好ましい。また、均質な液晶組成物を調製するために、液晶分子との相溶性に優れていることが好ましい。このようなキラル化合としては、例えばビナフチル誘導体を用いることができ、中でも、下記式（１）で表される光ラセミ化キラル化合物を好ましく用いることができる。
【００２４】
【化１】
2019127562.tif 000003
【００２５】
上記式（１）中、Ｗは、１〜４個のＣ原子を有する二価のアルキレン基を示し、それは、Ｘで置換されてもよく、Ｘ、Ｙ１、およびＹ２は、それぞれ互いに独立して、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＣＮ、ＳＣＮ、ＳＦ５、１〜２５個のＣ原子を有する直鎖状または分枝状アルキル、または２０個までのＣ原子を有するシクロアルキルもしくはアリール、或いは、メソゲンＭを示し、ｙ１およびｙ２は、それぞれ互いに独立して、０、１、２、３または４を示す。
前記１〜２５個のＣ原子を有する直鎖状または分岐状アルキルは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＣＮで、単置換または多置換されてもよく、およびここで、加えて、１つまたは２つ以上の非隣接ＣＨ２基は、Ｏおよび／またはＳ原子が、それぞれ直接的に結合しないように、それぞれ互いに独立して、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、ＮＲ０−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、もしくは−Ｃ≡Ｃ−で置換されてよく、Ｒ０は、Ｈまたは１〜４個のＣ原子を有するアルキルを示す。
前記２０個までのＣ原子を有するシクロアルキルもしくはアリールは、任意にハロゲン、好ましくはＦ、または重合性基で単置換または多置換されてもよい。
前記メソゲンＭは、−Ｚ１−Ａ１−（Ｚ２−Ａ２）ｍ−Ｒもしくは代替的にＲ１またはＡ３で表されるものであって、
Ｚ１およびＺ２は、それぞれ互いに独立して、単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−ＣＯＯ−、−ＣＯ−ＮＲ０−、−ＮＲ０−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＨ２−、−ＣＨ２−Ｏ−、−Ｓ−ＣＨ２−、−ＣＨ２−Ｓ−、−ＣＦ２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＦ２−、−ＣＦ２−Ｓ−、−Ｓ−ＣＦ２−、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＦ２−ＣＨ２−、−ＣＨ２−ＣＦ２−、−ＣＦ２−ＣＦ２−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−Ｃ≡Ｃ−、Ｏおよび／またはＳおよび／またはＮ原子の２つはそれぞれ直接的には結合しない、これら基の２つの組み合わせを示し、好ましくは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＦ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯＯ−または−ＯＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−であり、
Ａ１、Ａ２、およびＡ３は、それぞれ互いに独立して、１つまたは２つの非隣接ＣＨ基がＮで置換されてもよい１，４−フェニレン、１つまたは２つの非隣接ＣＨ２基がＯおよび／またはＳで置換されてよい１，４−シクロヘキシレン、１，３−ジオキソラン−４，５−ジイル、１，４−シクロヘキセニレン、１，４−ビシクロ［２．２．２］オクチレン、ピペリジン−１，４−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、デカヒドロナフタレン−２，６−ジイルまたは１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイルを示し、ここで、これらの基のそれぞれは、Ｌで単置換または多置換されてよく、加えてＡ１は、単結合を示し、
Ｌは、ハロゲン原子、好ましくはＦ、ＣＮ、ＮＯ２、１〜７個のＣ原子を有するアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニルまたはアルコキシカルボニルオキシを示し、ここで１つまたは２つ以上のＨ原子は、ＦまたはＣｌで置換されてよく、
ｍは、それぞれの場合、独立して、０、１、２または３を示し、および
ＲおよびＲ１は、それぞれ互いに独立して、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＣＮ、ＳＣＮ、ＳＦ５、１個または２個〜２５個のＣ原子をそれぞれ有する直鎖状アルキルまたは分枝状アルキルを示し、それは任意に、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＣＮで単置換または多置換されてよく、およびここで１つまたは２つ以上の非隣接ＣＨ２基は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−ＮＲ０−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−ＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−で置換されてよく、ここでＯおよび／またはＳ原子の２つは、それぞれ直接には結合しない。
【００２６】
上記構成において、モノマーの重合を誘発する外部刺激と、キラル化合物のラセミ化を誘発する外部刺激とは、同じ種類の刺激であってもよいし、異なるものであってもよい。ただし、モノマーの重合を誘発させる外部刺激が与えられた条件下において、キラル化合物のラセミ化の速度は、重合性モノマーの重合速度よりも遅いことが好ましい。このようにすれば、液晶組成物にモノマーを重合させるための外部刺激を与えることにより、キラル化合物のラセミ化に先行してモノマーを重合させ、ラセミ化によって液晶成分のキラリティーが大きく変化する前に、高分子ネットワークの形成を完了することができる。
外部刺激として、具体的には、加熱や光の照射等が考えられるが、例えば、モノマーの重合を誘発する外部刺激と、キラル化合物のラセミ化を誘発する外部刺激を、何れも光の照射とすることができる。このようにすれば、重合性モノマーの重合反応速度、キラル化合物のラセミ化時間、他部材の耐熱性等の観点から、また後述する高分子／液晶複合材料の製造方法の簡素化の観点から、好ましい。この場合、モノマーの重合を誘発するのに適する光の波長と、ラセミ化を誘発するのに適する光の波長とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００２７】
モノマーの重合を誘発する外部刺激と、キラル化合物のラセミ化を誘発する外部刺激の付与は、同時に開始してもよい。例えば、両外部刺激を同じ波長の光とした場合、この光を液晶組成物に照射することで、モノマーの重合とキラル化合物のラセミ化とが同時に開始される。この際、上記のように、当該光の照射下におけるキラル化合物のラセミ化の速度をモノマーの重合速度よりも十分に小さくなるように調整し、モノマーの重合完了後にキラル化合物のラセミ化を完了させる。キラル化合物のラセミ化に先行してモノマーを重合させることにより、液晶成分のキラリティーが変化する前に高分子ネットワークの形成を完了させることができる。このようにすれば、特定の波長の光を照射し続けることによってモノマーの重合とキラル化合物のラセミ化とを行うことができ、高分子／液晶複合材料の製造方法の簡素化の観点から好ましい。
【００２８】
以上のように、上記液晶組成物を用いれば、当該液晶組成物に外部刺激を与えるという簡易な方法により、キラル液晶相に特有の有用な光学的性質を示し、低駆動電圧化および低ヒステリシス化が図られた液晶相を、広い温度範囲において安定的に発現させることができる。
【００２９】
また、本技術に係る高分子／液晶複合材料は、アキラルな液晶成分と、高分子ネットワークと、を含む高分子／液晶複合材料であって、前記アキラルな液晶成分は、液晶性を示す液晶分子と、キラル化合物のラセミ体と、を含有し、前記高分子ネットワークは、前記アキラルな液晶分子を所定のキラル液晶相中の液晶分子と同様に分子配列させるものである。
【００３０】
上記構成によれば、高分子ネットワークにより、液晶分子がキラル液晶相中の液晶分子と同様に分子配列することで、キラル液晶相に特有の有用な光学的性質が得られる。また、液晶成分がアキラルであることにより、低駆動電圧化および低ヒステリシス化が図られる。このような相を発現可能な高分子／液晶複合材料は、キラル液晶相の発現に寄与したキラル化合物に外部刺激を与えてラセミ化する、という簡易な方法によって調製可能であり、このように生成したキラル化合物のラセミ体が液晶成分中に含まれることが特徴である。
【００３１】
本技術に係る高分子／液晶複合材料は、液晶性を示す液晶分子と、光学活性を実質的に有さず外部刺激によって重合する重合性モノマーと、光学活性を有し外部刺激によってラセミ化するキラル化合物と、を含む液晶組成物を調製する液晶組成物調製工程と、前記液晶組成物が所定のキラル液晶相を呈した状態で、外部刺激を与えて当該重合性モノマーを重合させることで、高分子ネットワークを形成させる高分子ネットワーク形成工程と、前記重合性モノマーの重合完了後に前記キラル化合物のラセミ化が完了するように外部刺激を与えるラセミ化工程と、を含む、高分子／液晶複合材料の製造方法によって製造することができる。ここで、前記高分子ネットワークは、前記液晶組成物から当該高分子ネットワークを除いた液晶成分中に含まれる前記液晶分子を、前記所定のキラル液晶相中の液晶分子と同様に分子配列させるものであり、前記重合性モノマーを重合させる外部刺激は、当該外部刺激が付与された条件下において、前記重合性モノマーの重合速度の方が前記キラル化合物のラセミ化速度よりも大きく、前記重合性モノマーの重合開始前から前記高分子ネットワークの形成が完了するまで、前記液晶成分のキラリティーが略一定に維持されるように選択される。
【００３２】
上記構成によれば、キラル化合物のラセミ化に先行して重合性モノマーを重合させ、液晶成分のキラリティーが略一定に保持された状態で高分子ネットワークを形成することで、モノマー重合前のキラル液晶相の構造を良好に反映した高分子ネットワークが形成される。そして、キラル化合物をラセミ化することにより、液晶成分をアキラルなものとすることができる。このように、液晶組成物に外部刺激を与えるという非常に簡便な方法によって、キラル液晶相に特有の有用な光学的性質を示し、且つ、低駆動電圧化および低ヒステリシス化が図られた液晶相を発現可能な高分子／液晶複合材料が得られる。
【００３３】
また、本技術によれば、一対の基板と、前記一対の基板の片方又は双方に設けられた電極と、上記に記載の高分子／液晶複合材料からなり、前記一対の基板の間に封入された液晶層と、を備える液晶素子であって、前記電極を介して前記液晶層に電界を印加し、前記液晶分子の配向を制御することによって、当該液晶素子の光学的性質を変化させる液晶素子、並びに、前記液晶素子を備える液晶表示装置を提供することができる。
【００３４】
本明細書において、「液晶素子」とは、電界の印加等によって、液晶分子の分子配列を初期状態と異なる配列に変化させ、配列変化によって生じる液晶の光学的性質の変化を利用して、入射光を散乱させたり、干渉させたり、反射させたり、透過させたりすること、あるいは、これらの程度を変化させることで機能を奏する素子をいい、液晶表示素子、液晶光変調素子、光スイッチング素子等を含む。
【００３５】
上記構成によれば、キラル液晶相に特有の有用な光学的性質を示し、且つ、低駆動電圧化および低ヒステリシス化が図られた液晶素子を提供することが可能である。例えば、電極を介して前記液晶層に電界を印加して前記液晶分子の配向を制御することによって光の複屈折を変化させて画像を表示する液晶表示パネル等、一般的な液晶表示素子を提供することができる。或いは、例えば、電極を介して前記液晶層に電界を印加して屈折率を変化させることによって焦点距離を制御する液晶レンズや、導光路等の液晶光素子としても、本技術は有用である。
上記構成によれば、一般的な液晶表示装置のみならず、本技術に係る高分子／液晶複合材料の特性を活かして、種々の特徴を備えた液晶表示装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本技術によれば、高速応答特性、広視野角性や、選択反射波長におけるブラッグ反射等のキラル液晶層に特有の有用な光学的性質を示し、駆動温度範囲が広く、低駆動電圧化および低ヒステリシス化が図られた液晶素子を、簡易な方法によって提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ブルー相Iにおける高分子／液晶複合材料の分子配列状態のイメージを表す模式図。（ａ）二重捩れシリンダー、（ｂ）二重捩れシリンダーのスタック状態、（ｃ）欠陥線。
【図２】実施形態１のＢＰＴＮにおける、高分子ネットワークの分布イメージを表す模式図。
【図３】実施形態１−１の液晶表示装置における、実施形態１で調製したＢＰＴＮからなる液晶層の複屈折変化のイメージを表す模式図。（ａ）電界印加前、（ｂ）電界印加後。
【図４】実施形態１−２の液晶レンズの概略構成を示す模式図。
【図５】液晶レンズの焦点変化のイメージを表す模式図。（ａ）電界印加前、（ｂ）電界印加後。
【図６】実施形態２のＳＰＡＮを発現する高分子／液晶複合材料の液晶分子配列状態のイメージを表す模式図。（ａ）ラセミ化前、（ｂ）ラセミ化後。
【図７】実施形態２−１の液晶セルにおける、実施形態２で調製したＳＰＡＮからなる液晶層の電界印加前後の液晶分子配列状態のイメージを表す模式図。（ａ）電界印加前、（ｂ）電界印加後。
【図８】実施形態２−２の液晶セルにおける、実施形態２で調製したＳＰＡＮからなる液晶層の電界印加前後の液晶分子配列状態のイメージを表す模式図。（ａ）電界印加前、（ｂ）電界印加後。
【図９】実施形態２で調製したＳＰＡＮからなる液晶層を備える実施形態２−３の液晶表示装置の概略構成を示す模式図。
【図１０】実施形態２−４の液晶表示装置における、実施形態２で調製したＳＰＡＮからなる液晶層の電界印加前後の液晶分子配列状態のイメージを表す模式図。（ａ）電界印加前、（ｂ）電界印加後。
【図１１】実施形態２−５の調光素子における、実施形態２で調製したＳＰＡＮからなる液晶層の電界印加前後の液晶分子配列状態のイメージを表す模式図。（ａ）電界印加前、（ｂ）電界印加後。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
＜実施形態１：ＢＰＴＮを発現する高分子／液晶複合材料＞
実施形態１を、図１および図２を参照しつつ説明する。本実施形態１では、いわゆるＢＰＴＮを発現可能な高分子／液晶複合材料について例示する。
［ＢＰＴＮ］
本明細書において「ＢＰＴＮ」は、高分子ネットワークＰＮ（Polymer Network）と、アキラルな液晶成分と、を含み、前記アキラルな液晶成分中の液晶分子ＬＣ（Liquid Crystal Molecule）が、前記高分子ネットワークＰＮをテンプレートとして、ブルー相中の液晶分子ＬＣと同様に配列することで発現される相をいう。ＢＰＴＮは、ブルー相と同様、微視的には液晶秩序をもっているが巨視的には等方的に液晶分子ＬＣが分子配列された、光学的に等方性の相である。図１は、ブルー相（詳しくは、ブルー相Ｉ）の模式図である。ブルー相Iでは、（ａ）に示すような二重捩れ分子配列した液晶分子ＬＣからなる二重捩れシリンダーＤＴＣ（Double Twist Cylinder）が（ｂ）のようにスタックし、これらの二重捩れシリンダーＤＴＣと（ｃ）に示す欠陥線ＤＬ（Disclination Line）とが共存している。このような相で高分子ネットワークＰＮを形成してＰＳＢＰを調製すると、図２に示すように、形成された高分子ネットワークＰＮは欠陥に濃縮されると考えられている。
本実施形態１では、高分子ネットワークと、キラルな液晶成分と、からなるＰＳＢＰを調製した後、液晶成分中のキラル化合物をラセミ化して液晶成分をアキラルなものとし、ＢＰＴＮを調製する。
【００３９】
［液晶組成物］
本技術に係る高分子／液晶複合材料は、液晶性を示す液晶分子と、光学活性を実質的に有さず外部刺激によって重合する重合性モノマーと、光学活性を有し外部刺激によってラセミ化するキラル化合物と、を含む液晶組成物を用いて調製することができる。以下、各成分について説明する。
【００４０】
（外部刺激によって重合する重合性モノマー）
本技術において用いる重合性モノマーは、未反応の当該重合性モノマーを含む液晶成分が所定のキラル液晶相を呈した状態で重合されることによって高分子ネットワークを形成し、キラル液晶相の発現温度範囲を拡げ安定化させる機能を有する。なお、本技術に用いる「重合性モノマー」には、低分子量のモノマーのみならず、マクロモノマー、オリゴマー等を含むものとする。本技術では、高分子ネットワークの形成中に液晶成分のキラリティーが変化するのを抑制する観点から、重合性モノマーには光学活性を有しないものを使用することが好ましい。光学活性を有しない重合性モノマーとしては、光学活性を全く有しないもののみならず、本技術の効果の発現を妨げない程度にＨＴＰが小さいものも、使用することができる。
【００４１】
本技術に係る液晶組成物は、重合性モノマーとして、外部刺激によって重合する重合性モノマーを１種または２種以上含む。本実施形態１の重合性モノマーには、これまでにＰＳＢＰやＮＣＬＣに用いられるモノマーとして公知となっている重合性モノマーから適宜選択して、単独で、或いは２種以上を組み合わせて、使用することができる。
【００４２】
本技術において用いる重合性モノマーは、その添加によるキラル液晶相の上限温度の低下を抑制する観点から、少なくとも１種がメソゲンを有することが好ましい。本実施形態１では、重合性モノマーとして、メソゲンを有するものを使用した場合について例示する。また、重合によって形成される高分子ネットワークは三次元架橋構造を有することが好ましく、このような観点から、重合性モノマーの少なくとも１種が多官能性モノマーであることが好ましい。
【００４３】
重合性モノマーの重合を誘発する外部刺激としては、加熱や光の照射等が考えられるが、反応速度と信頼性の観点から、外部刺激は、光の照射とすることが好ましい。重合性モノマーは、外部刺激によって自己開裂して重合を開始する自己開裂型のものであってもよく、或いは、後記するように、光開裂型や熱開裂型の重合開始剤等を併用して重合性モノマーの重合を開始させてもよい。重合性モノマーの重合反応機構は、特に限定されず、ラジカル重合やカチオン重合等、任意の反応によって重合させることができる。後記するキラル化合物のラセミ化反応よりも速く重合性モノマーの重合を進行させるため、重合速度の速い重合性モノマーを用いることが好ましい。重合性モノマーの重合性の官能基の種類は特に限定されるものではなく、アクリル基、メタクリル基、グリシジル基、エポキシ基、ビニル基等を有する重合性モノマーを使用することができるが、重合性速度の観点から、アクリレート基やメタクリレート基を含むものが好ましい。
【００４４】
本実施形態１では、メソゲンを有する光重合性モノマーを使用し、且つ、後述するキラル化合物にも光ラセミ化キラル化合物を用いる場合について例示する。このような場合、重合性モノマーの重合を誘発する外部刺激としては、その照射下におけるモノマーの重合速度がキラル化合物のラセミ化速度より早い波長の光を選択することが好ましい。モノマーの重合を誘発する光の照射によって、キラル化合物の光ラセミ化速度より早く重合性モノマーの光重合を進行させるため、或いは、両反応の速度差を大きくするために、モノマーの重合を誘発する光の波長を、キラル化合物のラセミ化を誘発する光の波長よりも長波長側もしくは短波長側にシフトさせる方法が有用である。例えば、キラル化合物の光ラセミ化に要する光よりも長波長の光で重合が開始されるような重合性モノマーおよび必要に応じて重合開始剤を選択することが考えられる。
【００４５】
（外部刺激によってラセミ化するキラル化合物）
本技術において用いるキラル化合物は、高分子ネットワークの形成が完了するまでは、液晶成分にキラリティーを付与し、液晶分子に捩じり力を働かせて、キラル液晶相の発現に寄与する機能を有する。高分子ネットワーク形成後の高分子／液晶複合材料においては、ラセミ化された状態でアキラルな液晶成分中に含まれる。
本技術では、キラル液晶相の上限温度の低下を抑制する等の観点から、ＨＴＰが大きく、少量の添加で所望の螺旋ピッチを誘起できるキラル化合物を使用することが好ましい。また、均質な液晶組成物を調製するために、液晶分子との相溶性に優れていることが好ましい。
【００４６】
本技術に係る液晶組成物は、外部刺激によってラセミ化するキラル化合物を１種または２種以上含む。このようなキラル化合物には、これまでに光や熱等の外部刺激によってラセミ化するキラル化合物として公知となっているもの、および、前記公知キラル化合物に置換基を導入した化合物から適宜選択して、単独で、或いは２種以上を組み合わせて、使用することができる。
【００４７】
キラル化合物のラセミ化を誘発する外部刺激としては、加熱や光の照射等が考えられるが、ラセミ化時間や他部材の耐熱性の観点から、ラセミ化を誘発する外部刺激は、光の照射とすることが好ましい。光ラセミ化の機構は特に限定されず、光異性化、光インバージョン、光閉環反応等によってラセミ化するものを使用できる。光の刺激によってラセミ化するキラル化合物については各分野で検討が進められている。このようなキラル化合物の例としては、Journal of Physical Chemistry, 96(7), 3063-3067 (1992)に記載されたビナフチル骨格を有するキラル化合物、Chemical Physics Letters, 38(3), 456-459 (1976)に記載されたビフェニル骨格を有するキラル化合物、Chem. Lett. 199, 87-88 (1999)に記載された芳香族スルホキシドキラル化合物等を挙げることができる。
【００４８】
上記の中でも、分子内にビナフチル骨格を有する光ラセミ化キラル化合物や、この構造や性質を大幅に変えない程度に置換基の導入や原子の置き換え等の改変がなされた光ラセミ化ビナフチル誘導体が好ましい。中でも、下記式（１）で表される光ラセミ化キラル化合物を、特に好ましく用いることができる。これらのキラル化合物は、ＨＴＰが大きく、通常使用されるネマティック液晶分子との相溶性に優れ、ラセミ化速度が遅い。
【００４９】
【化２】
2019127562.tif 000004
【００５０】
上記式（１）中、Ｗは、１〜４個のＣ原子を有する二価のアルキレン基を示し、それは、Ｘで置換されてもよく、Ｘ、Ｙ１、およびＹ２は、それぞれ互いに独立して、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＣＮ、ＳＣＮ、ＳＦ５、１〜２５個のＣ原子を有する直鎖状または分枝状アルキル、または２０個までのＣ原子を有するシクロアルキルもしくはアリール、或いは、メソゲンＭを示し、ｙ１およびｙ２は、それぞれ互いに独立して、０、１、２、３または４を示す。
前記１〜２５個のＣ原子を有する直鎖状または分岐状アルキルは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＣＮで、単置換または多置換されてもよく、およびここで、加えて、１つまたは２つ以上の非隣接ＣＨ２基は、Ｏおよび／またはＳ原子が、それぞれ直接的に結合しないように、それぞれ互いに独立して、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、ＮＲ０−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＯＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、もしくは−Ｃ≡Ｃ−で置換されてよく、Ｒ０は、Ｈまたは１〜４個のＣ原子を有するアルキルを示す。
前記２０個までのＣ原子を有するシクロアルキルもしくはアリールは、任意にハロゲン、好ましくはＦ、または重合性基で単置換または多置換されてもよい。
前記メソゲンＭは、−Ｚ１−Ａ１−（Ｚ２−Ａ２）ｍ−Ｒもしくは代替的にＲ１またはＡ３で表されるものであって、
Ｚ１およびＺ２は、それぞれ互いに独立して、単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−ＣＯＯ−、−ＣＯ−ＮＲ０−、−ＮＲ０−ＣＯ−、−Ｏ−ＣＨ２−、−ＣＨ２−Ｏ−、−Ｓ−ＣＨ２−、−ＣＨ２−Ｓ−、−ＣＦ２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＦ２−、−ＣＦ２−Ｓ−、−Ｓ−ＣＦ２−、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＦ２−ＣＨ２−、−ＣＨ２−ＣＦ２−、−ＣＦ２−ＣＦ２−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−Ｃ≡Ｃ−、Ｏおよび／またはＳおよび／またはＮ原子の２つはそれぞれ直接的には結合しない、これら基の２つの組み合わせを示し、好ましくは、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＦ２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＦ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯＯ−または−ＯＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−であり、
Ａ１、Ａ２、およびＡ３は、それぞれ互いに独立して、１つまたは２つの非隣接ＣＨ基がＮで置換されてもよい１，４−フェニレン、１つまたは２つの非隣接ＣＨ２基がＯおよび／またはＳで置換されてよい１，４−シクロヘキシレン、１，３−ジオキソラン−４，５−ジイル、１，４−シクロヘキセニレン、１，４−ビシクロ［２．２．２］オクチレン、ピペリジン−１，４−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、デカヒドロナフタレン−２，６−ジイルまたは１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−２，６−ジイルを示し、ここで、これらの基のそれぞれは、Ｌで単置換または多置換されてよく、加えてＡ１は、単結合を示し、
Ｌは、ハロゲン原子、好ましくはＦ、ＣＮ、ＮＯ２、１〜７個のＣ原子を有するアルキル、アルコキシ、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニルまたはアルコキシカルボニルオキシを示し、ここで１つまたは２つ以上のＨ原子は、ＦまたはＣｌで置換されてよく、
ｍは、それぞれの場合、独立して、０、１、２または３を示し、および
ＲおよびＲ１は、それぞれ互いに独立して、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＣＮ、ＳＣＮ、ＳＦ５、１個または２個〜２５個のＣ原子をそれぞれ有する直鎖状アルキルまたは分枝状アルキルを示し、それは任意に、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＩまたはＣＮで単置換または多置換されてよく、およびここで１つまたは２つ以上の非隣接ＣＨ２基は、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−ＮＲ０−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−ＣＯＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−で置換されてよく、ここでＯおよび／またはＳ原子の２つは、それぞれ直接には結合しない。
【００５１】
上記式（１）中、Ｘ、Ｙ１、およびＹ２は、液晶組成物への溶解性を向上させる観点からは、前記１〜２５個のＣ原子を有する直鎖状または分岐状アルキルが好ましい。また、キラル化合物の添加によるキラル液晶相の上限温度の低下を抑制する観点からは、メソゲンＭであることが好ましい。
また、Ｙ１およびＹ２は、ビナフチル骨格の６位もしくは７位、６’位もしくは７’位に導入されていることが好ましい。
Ｗは、１個もしくは３個のＣ原子を有するアルキレン基が好ましく、１個のＣ原子を有するアルキレン基であって、このＣ原子に結合するＨ原子がメソゲンＭで置換されていることが、より好ましい。
例えば、下記式（１−Ａ−１）〜（１−Ａ−１０）または（１−Ｂ−１）〜（１−Ｂ−１０）で表される光ラセミ化キラル化合物を特に好ましく用いることができる。
【００５２】
【化３】
2019127562.tif 000005
【化４】
2019127562.tif 000006
【化５】
2019127562.tif 000007
【化６】
2019127562.tif 000008
【００５３】
上記式（１−Ａ−１）〜（１−Ａ−１０）および（１−Ｂ−１）〜（１−Ｂ−１０）中、Ｙ１，Ｙ２，ｙ１,ｙ２，Ｍは、式（１）について定義された通りのものである。
【００５４】
本技術において用いるキラル化合物には、前記重合性モノマーの重合を誘発する外部刺激が与えられた条件下におけるラセミ化速度が、前記重合性モノマーの重合反応速度よりも小さいものを使用することが好ましい。具体的には、高分子ネットワークが形成された後に、液晶成分が、好ましくは初期のキラリティーの８０％以上、より好ましくは９０％以上のキラリティーを維持していることが好ましい。このようにすれば、重合性モノマーが重合する間、液晶成分のキラリティーが略一定に維持されて、モノマー重合前のキラル液晶相の構造を良好に反映した高分子ネットワークが形成される。そして、高分子ネットワークの形成が完了した後に、液晶成分中に残存しているキラル化合物をラセミ化して液晶成分のキラリティーを低下させることができる。この結果、非常に簡便な方法によって、キラル液晶相に特有の有用な光学的性質を示し、低駆動電圧化および低ヒステリシス化が図られた液晶相を発現させることができる。
【００５５】
本実施形態１では、キラル化合物として、光によってラセミ化する下記式（１−Ａ−１）のキラル化合物を用いる場合について例示する。既述のように、本実施形態１では、重合性モノマーとして光重合性モノマーを使用するが、このような場合、モノマーの重合を誘発するための光の照射によって、キラル化合物の光ラセミ化より早く重合性モノマーの光重合を進行させるため、或いは、両反応の速度差を大きくするために、ラセミ化を誘発する光の波長を、光重合に適する光の波長よりも長波長側もしくは短波長側にシフトさせてもよい。例えば、キラル化合物の吸収波長を短波長化するように分子設計することが考えられる。本実施形態１で使用する式（１−Ａ−１）のキラル化合物は、２８０ｎｍ〜３５０ｎｍあるいはこの近傍のＵＶ光を吸収してラセミ化するものであるが、ラセミ化速度は比較的遅い。
【００５６】
【化７】
2019127562.tif 000009
【００５７】
（液晶分子）
本技術において用いる液晶分子は、液晶性を示すものであって、高分子ネットワークの形成が完了するまでは、キラル化合物と共にキラル液晶相を発現し、高分子ネットワークの形成が完了の高分子／液晶複合材料では、アキラルな液晶成分中に存在して高分子ネットワークに沿って分子配列することで、キラル液晶相と同様の光学的性質を発現する機能を有する。
本技術に係る液晶組成物は、液晶性を示す液晶分子を１種又は２種以上含む。液晶分子としては、既知のものから適宜選択して、単独で、或いは２種以上を組み合わせて、使用することができる。
【００５８】
本技術において用いる液晶分子には、例えばネマティック型液晶やスメクティック型液晶等を用いることができるが、棒状で且つネマティック相を呈するネマティック型液晶の使用が好ましい。ネマティック液晶は、既述のように、誘電率異方性によってポジ型液晶とネガ型液晶に分類されるが、本技術では、所望の特性や、液晶層に印加する電界の方向等に応じて、ポジ型またはネガ型のネマティック液晶を適宜選択して用いることができる。
本技術において用いる液晶分子は、高コントラスト化を図る観点から、大きな誘電率異方性と大きな屈折率異方性を有するものが好ましい。特に、３個〜５個の環構造を有し、連結基として−ＣＦ２Ｏ−基を有するポジ型の液晶分子を、１種以上使用することが好ましい。なお、ここでいう「環構造」は、環状の基であって、ベンゼン環、ナフタレン環、シクロヘキセン環、ビシクロオクタン環、シクロヘキサン環等を含み、縮合多環炭化水素や橋架け環炭化水素等の複数の環を含む環構造も１個と数える。
本技術に係る液晶組成物はキラル液晶相を発現可能なものとされるが、液晶分子自体が光学活性を有している必要はなく、光学活性化合物の存在下でキラル液晶相を発現可能なものであればよい。既述のように、キラル化合物として液晶性を示す液晶分子を用いてもよい。また、光学的性質発現の制御が容易である等の観点から、アキラルな液晶分子を用いることが好ましい。
本実施形態１では、液晶分子として、アキラルなネマティック液晶分子を使用する。なお、既述のように、重合性モノマーにも、メソゲンを有するアキラルな重合性モノマーを使用する。
【００５９】
（液晶組成物に含まれるその他の成分）
本技術に係る液晶組成物は、本技術の作用を損なわない範囲で、溶媒や、各種のモノマー、オリゴマー、ポリマー、酸化防止剤、紫外線吸収剤、硬化剤、触媒、安定材、二色性色素、フォトクロミック化合物等を含んでいてもよい。
本技術に係る液晶組成物は、上記の重合性モノマーの重合を確実に且つ迅速に行わせる観点から、重合性モノマーの重合を開始させる重合開始剤を含んでいることが好ましい。液晶組成物中に含まれる重合開始剤の含有量は、例えば、重合性モノマー１００重量部に対して０．１重量部〜２０重量部の範囲とすることができる。重合開始剤としては、光ラジカル重合開始剤、熱ラジカル重合開始剤、光カチオンラジカル重合開始剤等を用いることができる。
本実施形態１では、重合性モノマーの重合を誘発する外部刺激と、キラル化合物のラセミ化を誘発する外部刺激が、何れも光の照射とされる。本実施形態１で用いる式（１−Ａ−１）のキラル化合物は、比較的短波長のＵＶ光によってラセミ化するものであるため、重合開始剤として、比較的長波長側のＵＶ光を吸収してラジカルを発生する長波長吸収光ラジカル開始剤を使用する。
【００６０】
［高分子／液晶複合材料の製造方法］
本技術に係る高分子／液晶複合材料は、上記した各成分を含む液晶組成物を用いて、液晶組成物調製工程、高分子ネットワーク形成工程、ラセミ化工程、を施すことによって調製できる。以下、各工程について順次説明する。
【００６１】
（液晶組成物調製工程）
上記した重合性モノマー、キラル化合物、液晶分子、および重合開始剤を一つの容器に入れ、各成分が溶解するまで混合する。混合は、各成分の機能を損なわない条件下であれば、任意の手段を用いて行うことができる。
本実施形態１では、外部刺激が何れも光の照射とされているため、各成分からなる液晶組成物が等方相を呈する温度まで加熱して、攪拌・振とうすることにより、ほぼ均質な液晶組成物を得ることができる。
【００６２】
（高分子ネットワーク形成工程）
・キラル液晶相発現工程
液晶組成物調製工程によって得られたほぼ均質な液晶組成物の温度を調整して、所定のキラル液晶相を発現させる。本実施形態１では、液晶組成物がブルー相を発現する温度とする。これらの所定の相を発現させるための温度の調整は、予め目的の相が発現する温度よりも低い温度とした液晶組成物の温度を昇温させることによっても、或いは、より高い温度とした液晶組成物の温度を降温させることによって行ってもよい。ブルー相で重合し、且つ、反射率を高める必要がある場合は、ゆっくり降温してブルー相を発現させることが好ましい。
【００６３】
・モノマー重合工程
上記キラル液晶相発現工程によって液晶組成物が所定のキラル液晶相を発現した状態で、モノマーの重合を誘発する外部刺激を付与して重合性モノマーを重合させ、当該キラル液晶相を鋳型とする高分子ネットワークを形成させる。
本実施形態１では、液晶組成物がブルー相を呈した状態で高分子ネットワークを形成し、まずＰＳＢＰを得る場合について例示する。ブルー相の発現温度範囲は非常に狭いため、重合が進行する過程でブルー相を保持できなくなる場合は、温度を調節してブルー相を呈する温度に再設定してもよい。
【００６４】
本工程では、キラル化合物のラセミ化速度よりも重合性モノマーの重合速度を大きくし、液晶成分のキラリティーが大きく変化する前、すなわち略一定に保たれている間に、高分子ネットワークの形成を完了することがポイントとなる。
本実施形態１では、光重合性モノマーおよび光ラセミ化キラル化合物を用いるため、モノマーの重合を誘発する光が照射された条件下において、キラル化合物のラセミ化が進行しにくいことが好ましい。このためには、モノマーの重合を誘発する光の波長と、キラル化合物のラセミ化を誘発する光の波長とが異なるように、一方もしくは双方をシフトさせ、ラセミ化を誘発する波長の光をカットした光を照射することが好ましい。
本実施形態１では、既述のように、比較的短波長のＵＶ光でラセミ化する式（１−Ａ−１）のキラル化合物と、比較的長波長のＵＶ光で重合を開始させる長波長吸収光ラジカル開始剤を使用する。よって、本工程では、例えば３６５ｎｍ未満の光をカットした近紫外ＵＶ光を照射することで、液晶成分のキラリティーが変化するよりも早く、高分子ネットワークの形成を完了させる。なお、本実施形態１で使用する式（１−Ａ−１）のキラル化合物は、比較的ラセミ化速度が遅いため、本工程で照射される光に３６５ｎｍ未満の光が含まれていても、重合性モノマーの重合をキラル化合物のラセミ化よりも優先的に進行させることができる。
【００６５】
（ラセミ化工程）
上記高分子ネットワーク形成工程によってＰＳＢＰが調製された後に、液晶成分中に残存しているキラル化合物のラセミ化を行う。既述のように、他部材の耐熱性の観点から、ラセミ化を誘発する外部刺激は光の照射とすることが好ましいが、本ラセミ化工程において照射する光の波長は、ＰＳＢＰの液晶成分中に残存しているキラル化合物を光ラセミ化できる波長であればよく、モノマー重合工程において照射する光の波長と同じ波長であっても、異なる波長であっていてもよい。液晶成分のキラリティーを略一定に維持した状態で高分子ネットワークの形成を完了させた後に、キラル化合物をラセミ化することにより、液晶成分をアキラルなものとする。なお、キラル化合物のラセミ化を積極的に進行させるのは、高分子ネットワークの形成完了後であるため、ラセミ化を誘発する光が照射された条件下におけるモノマーの重合速度の大小は問わない。
本実施形態１では、比較的短波長のＵＶ光でラセミ化する式（１−Ａ−１）のキラル化合物と、長波長吸収光ラジカル開始剤を使用しており、前工程において近紫外ＵＶ光を照射して高分子ネットワークの形成を完了させた後に、短波長側のＵＶ光を照射することで、液晶成分中に残存しているキラル化合物をラセミ化することができる。ここで、既述のように、モノマーの重合を誘発する光の照射によって、両反応を同時に開始させることも可能である。ただし、この場合、当該光の照射下におけるキラル化合物のラセミ化速度が十分に小さく、モノマーの重合、すなわち高分子ネットワークの形成の方が、キラル化合物のラセミ化より先に完了することが条件となる。このようにすれば、モノマー重合工程とラセミ化工程とを同じ光の照射によって行うことができ、作業の簡素化の点から好ましい。
本工程により、ブルー相を鋳型として形成された高分子ネットワークと、アキラルな液晶成分と、からなるＢＰＴＮの調製が完了する。
【００６６】
［高分子／液晶複合材料］
上記のように形成された本実施形態１に係る高分子／液晶複合材料は、アキラルな液晶成分と、高分子ネットワークと、を含み、ＢＰＴＮを発現可能とされている。なお、本技術に係る高分子／液晶複合材料は、高分子ネットワークと液晶成分とが併存していればよく、ネットワークを形成する高分子の一部または全部が、液晶成分と相分離している状態でもよい。
【００６７】
（アキラルな液晶成分）
本技術に係る高分子／液晶複合材料に含まれる液晶成分は、アキラルであって、液晶性を示す液晶分子と、キラル化合物のラセミ体と、を含有する。前記ラセミ体は、前記液晶組成物中に含まれていたキラル化合物が外部刺激によりラセミ化されて生成したものである。なお、既述のように、本明細書において、アキラルな液晶成分は、光学活性を全く有しないものに限定されず、ラセミ体は、鏡像異性体の完全な等量混合物に限定されず、何れも本技術の効果の発現を妨げないものであればよい。液晶分子は、後記する高分子ネットワークをテンプレートとしてブルー相中の液晶分子と同様に分子配列し、ＢＰＴＮを発現する。低駆動電圧化を図るためには、高分子／液晶複合材料における液晶成分の含有比率は高い方が好ましく、全量に対して７５重量％〜９５重量％の範囲であることが好ましい。
【００６８】
（高分子ネットワーク）
本技術に係る高分子／液晶複合材料に含まれる高分子ネットワークは、液晶成分中に含まれる液晶分子を所定のキラル液晶相中の液晶分子と同様に分子配列させる。本実施形態１の高分子ネットワークは、ブルー相を発現した状態で形成されたものであり、この高分子ネットワークによって、液晶分子がブルー相中の液晶分子と同様に分子配列して、光学的に等方性のＢＰＴＮが発現される。
【００６９】
［実施形態１における作用効果］
本実施形態１に係るＢＰＴＮの調製に用いられる液晶組成物は、液晶性を示す液晶分子と、光学活性を実質的に有さず、外部刺激によって重合する重合性モノマーと、光学活性を有し、外部刺激によってラセミ化するキラル化合物と、を含む。
【００７０】
本実施形態１で用いる液晶組成物は、液晶分子とキラル化合物を含むことにより、これらを包含する液晶成分がキラリティーを有し、キラル液晶相を発現可能である。本実施形態１では、液晶組成物がブルー相を呈した状態で、外部刺激を与えて重合性モノマーを重合させてブルー相を鋳型とした高分子ネットワークを形成させる。
また、液晶成分にキラリティーを付与しているキラル化合物は、外部刺激によってラセミ化するため、液晶成分に外部刺激を与えることで、液晶成分のキラリティーを低下させてアキラルなものとすることができる。これにより、ＢＰＴＮを調製することができる。
このように調製されたＢＰＴＮでは、高分子ネットワークによって液晶分子がブルー相中の液晶分子と同様に分子配列しており、光学的に等方性であるため、配向膜が不要であり、応答速度が非常に速い。また、ＰＳＢＰと同様の液晶分子配列が、高分子ネットワークの存在によって安定化することで、ＢＰＴＮの発現温度範囲も広くなる。また、ＢＰＴＮでは、液晶成分がアキラルであるため、この中に含まれる液晶分子に作用する捩じり力が小さく、小さな電圧で分子配列を変えることができるため、低駆動電圧化が図られる。
以上のように、本実施形態１に係る液晶組成物を用いれば、広視野角特性や高速応答特性等のブルー相に特有の有用な光学的性質を示し、低駆動電圧および低ヒステリシス化が図られたＢＰＴＮを、当該液晶組成物に外部刺激を与えるという簡易な方法により、広い温度範囲において安定的に発現させることができる。
【００７１】
本実施形態１では、重合性モノマーとして、メソゲンを有するものを使用している。
このようにしたことで、高分子ネットワーク形成前のブルー相の上限温度が低くなり過ぎないようにすることができる。
【００７２】
本実施形態１では、重合性モノマーとして光重合性モノマーを、キラル化合物として光ラセミ化キラル化合物を用い、前記液晶組成物が、特定領域の波長の光を吸収して前記重合性モノマーの重合を開始させる重合開始剤をさらに含んでいる。
このようにすれば、耐熱性が高くない他部材を備えた構成であっても、これに影響を与えることなく、高分子ネットワークの形成やラセミ化を行うことができる。このように、外部刺激を何れも光の照射とする場合、モノマーの重合を誘発する外部刺激として光が照射された条件下において、キラル化合物のラセミ化よりもモノマーの重合が速く進行することが好ましい。本実施形態１では、比較的短波長のＵＶ光でラセミ化するキラル化合物を使用し、このラセミ化を誘発する光よりも長波長のＵＶ光を吸収してラジカルを発生する長波長吸収光ラジカル重合開始剤を併用し、近紫外ＵＶ光を照射して、モノマーを光重合させている。このようにしたことで、モノマー重合工程中のラセミ化の進行が抑えられ、液晶成分のキラリティーが略一定に維持されて、モノマー重合開始前のキラル液晶相の構造を良好に反映した高分子ネットワークが形成される。また、高分子ネットワークを形成が完了した後に、短波長側のＵＶ光を照射して、液晶成分中に残存しているキラル化合物をラセミ化する、という非常に簡便な方法によって、キラル液晶相に特有の有用な光学的性質を示し、低駆動電圧化および低ヒステリシス化が図られた液晶相を発現させることができる。
【００７３】
本実施形態１では、キラル化合物として、光ラセミ化ビナフチル誘導体を使用している。
光ラセミ化ビナフチル誘導体は、ＨＴＰが大きく、少量の添加で所望の螺旋ピッチを誘起できる。また、液晶分子との相溶性に優れており、液晶組成物を容易に調製することができる。
【００７４】
本実施形態１で使用した光ラセミ化ビナフチル誘導体は、下記式（１−Ａ−１）で表される。
【００７５】
【化８】
2019127562.tif 000010
【００７６】
また、本実施形態１に係る高分子／液晶複合材料中、アキラルな液晶成分に含まれるラセミ体は、前記式（１−Ａ−１）の光ラセミ化ビナフチル化合物のラセミ体である。
【００７７】
前記式（１−Ａ−１）の光ラセミ化ビナフチル化合物は、ＨＴＰが大きく、通常使用されるネマティック液晶分子との相溶性にも優れているのみならず、ラセミ化速度が比較的遅いため、重合性モノマーの重合中にラセミ化が殆ど進行せず、高分子ネットワークの形成が終了するまで、容易に液晶成分中のキラリティーを容易に略一定に維持できる。式（１−Ａ−１）のキラル化合物は、モノマーの重合を誘発する光が照射された条件下においても、重合性モノマーの重合をキラル化合物のラセミ化よりも優先させることができる。このため、モノマーの重合を誘発する光を照射することによって、モノマーの重合とキラル化合物のラセミ化とを同時に開始させて、ラセミ化が進行して液晶成分のキラリティーが低下する前に高分子ネットワークの形成を完了させ、そのまま照射を続けてラセミ化を行うことも可能であり、高分子／液晶複合材料の製造方法の簡素化の観点から好ましい。
【００７８】
本実施形態１に係る高分子／液晶複合材料は、アキラルな液晶成分と、高分子ネットワークと、を含む。前記アキラルな液晶成分は、液晶性を示す液晶分子と、キラル化合物のラセミ体と、を含有し、前記高分子ネットワークは、前記液晶分子をブルー相中の液晶分子と同様に分子配列させるものである。また、前記ラセミ体は、前記液晶成分中に含まれていたキラル化合物が外部刺激によりラセミ化されて生成したものである。
また、本実施形態１に係る高分子／液晶複合材料は、液晶性を示す液晶分子と、光学活性を実質的に有さず、外部刺激によって重合する重合性モノマーと、光学活性を有し、外部刺激によってラセミ化するキラル化合物と、を含む液晶組成物に、外部刺激を与えることによって調製される。前記アキラルな液晶成分は、前記液晶分子と、外部刺激を与えて前記キラル化合物をラセミ化することで生成したラセミ体と、を含有しており、前記高分子ネットワークは、前記液晶組成物が所定のキラル液晶相を呈した状態で、外部刺激を与えて前記重合性モノマーを重合させることで形成されたものである。
このようにすれば、ＰＳＢＰを調製した後に、ブルー相の発現に寄与したキラル化合物に外部刺激を与えてラセミ化する、という簡易な方法によって、ＢＰＴＮを調製可能である。このように調製したＢＰＴＮでは、キラル化合物のラセミ体が液晶成分中に含まれることが特徴となる。
【００７９】
本実施形態１に係る高分子／液晶複合材料は、液晶性を示す液晶分子と、光学活性を実質的に有さず外部刺激によって重合する重合性モノマーと、光学活性を有し外部刺激によってラセミ化するキラル化合物と、を含む液晶組成物を調製する液晶組成物調製工程と、前記液晶組成物がブルー相を呈した状態で、前記重合性モノマーに外部刺激を与えて当該重合性モノマーを重合させることで、高分子ネットワークを形成させる高分子ネットワーク形成工程と、前記キラル化合物に外部刺激を与えて当該キラル化合物をラセミ化するラセミ化工程と、を含む、高分子／液晶複合材料の製造方法によって製造することができる。ここで、前記高分子ネットワークは、前記液晶組成物から当該高分子ネットワークを除いた液晶成分中に含まれる前記液晶分子を、ブルー相中の液晶分子と同様に分子配列させるものであり、前記重合性モノマーを重合させる外部刺激は、当該外部刺激が付与された条件下において、前記重合性モノマーの重合速度の方が前記キラル化合物のラセミ化速度よりも大きく、前記重合性モノマーの重合開始前から前記高分子ネットワークの形成が完了するまで、前記液晶成分のキラリティーが略一定に維持されるように選択される。
【００８０】
本実施形態１の構成によれば、キラル化合物のラセミ化に先行して重合性モノマーを重合させ、液晶成分のキラリティーが略一定に保持された状態で高分子ネットワークを形成することで、モノマー重合前のブルー相の構造を反映した高分子ネットワークが形成される。こうして得られたＰＳＢＰにおいて液晶成分中に含まれているキラル化合物をラセミ化することにより、液晶成分をアキラルなものとして、ＢＰＴＮを調製することができる。このように、液晶組成物に外部刺激を与えるという非常に簡便な方法によってＢＰＴＮを調製できる。
【００８１】
本実施形態１によって調製されたＢＰＴＮでは、液晶分子がブルー相を呈するように分子配列することにより、フィールドシーケンシャル駆動が可能な程の高速応答を実現できる。このようなブルー相は光学的等方性を示すため、広視野角であり、且つ、配向処理が不要である。また、ＢＰＴＮでは、ＰＳＢＰと同様、高分子ネットワークによって相が安定化することにより、ＰＳＢＰと同様の光学的性質を示すＢＰＴＮの発現温度範囲が広くなる。さらに、ＢＰＴＮでは、ＰＳＢＰとは異なり、液晶成分がアキラルであるために、低駆動電圧化および低ヒステリシス化が図られる。このようなＢＰＴＮを発現する高分子／液晶複合材料は、フィールドシーケンシャルカラー方式を適用した液晶表示素子や、好適な広視野角液晶駆動方式とされる波長変換材料をパターン化した層を用いた液晶表示素子や、屈折率変化を利用した液晶レンズ等に、特に有用である。
【００８２】
＜実施形態１−１：ＢＰＴＮからなる液晶層を備えた液晶表示装置＞
実施形態１−１を、図３を参照しつつ説明する。本実施形態１−１では、実施形態１で調製したＢＰＴＮからなる液晶層と、この液晶層に電界を印加する手段と、を有する液晶セルを備えた液晶表示装置について例示する。
【００８３】
［液晶表示装置１］
本技術に係る液晶表示装置は、既知の概略構成の一般的な液晶表示装置とすることができる。本実施形態１−１では、パネル状の液晶セル１０と、液晶セル１０の一方の板面に積層されたバックライト装置１５と、を備えた液晶表示装置１について例示する。
【００８４】
［液晶セル１０］
本技術に係る液晶素子は、既知の概略構成とすることができる。本実施形態１−１では、図３に示すように、対向配置された一対の基板１１Ａ，１１Ｂと、両基板間に封入された液晶層１０Ｌと、両基板１１Ａ，１１Ｂに貼付された偏光板１２Ａ，１２Ｂと、を備えた液晶セル１０について例示する。液晶セル１０は、液晶層１０Ｌの複屈折変化を利用して表示を行う液晶素子の一例である。
【００８５】
（液晶層１０Ｌ）
本技術に係る液晶素子は、本技術に係る高分子／液晶複合材料からなる液晶層を備える。本実施形態１−１に係る液晶層１０Ｌは、実施形態１で調製したＢＰＴＮからなるものとする。液晶層１０Ｌ中に含まれる（実施形態１において液晶組成物もしくは液晶成分中に含まれる）液晶分子は、正の誘電率異方性を有するものが好ましい。本実施形態１−１では、液晶層１０Ｌに含まれる液晶分子が、ポジ型のネマティック液晶分子であるものについて例示する。
【００８６】
（基板１１Ａ，１１Ｂ）
両基板１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ透明性に優れたガラス板等からなる透明基板を備えており、各透明基板上に既知のフォトリソグラフィ法等によって複数の膜が積層されてなる。これらの積層構造中に、導電膜で構成され、外部電源等に接続された複数の電極が形成されており、電極間の電圧を制御することによって液晶層１０Ｌに電界が印加され、閾値以上の電界が印加されると、液晶層１０Ｌ中の液晶分子の配向が変化するようになっている。本実施形態１−１では、両基板１１Ａ，１１Ｂの板面に実質的に平行な方向（横方向）に作用する電界が液晶層１０Ｌに印加されるように形成された基板１１Ａ，１１Ｂについて例示する。
【００８７】
両基板のうち、後記するバックライト装置１５が積層される側の一方の基板は、画素電極基板（アレイ基板、アクティブマトリクス基板、素子基板）１１Ａである。画素電極基板１１Ａには、互いに直交するソース配線とゲート配線に接続されたスイッチング素子（例えばＴＦＴ）と、そのスイッチング素子に接続された画素電極１３Ａと、共通電極１３Ｃと、が設けられている。画素電極１３Ａおよび共通電極１３Ｃ（電界印加手段の一例）は、透明導電材料を用いて形成される。これらの電極１３Ａ，１３Ｃは、例えば矩形板状の基部から間欠的に延出する延出部を有する櫛歯状をなす形状として、液晶セル１０の対向する側縁部に沿って配された基部から、両電極の延出部が他の電極の基部に向けて両側から延出して交互に配されるようにしてもよい。
両基板のうち、他方の基板は、対向基板１１Ｂである。対向基板１１Ｂは、例えばＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）等の各着色部が所定配列で配置されたカラーフィルタ層を備えていてもよく、カラーフィルタ層を有しない構成においても、フィールドシーケンシャルカラー方式により、カラー表示が可能となる。ここでは、カラーフィルタ層を有しない対向基板１１Ｂについて例示する。
両基板１１Ａ，１１Ｂの内側面（液晶層１０Ｌが配される側の面）における液晶層１０Ｌと接する位置には、それぞれ、電界を印加していない状態における液晶層１０Ｌ内の液晶分子の配向状態を規制するための配向膜が形成されていてもよい。本実施形態１−１では、液晶層１０Ｌが光学的に等方性のＢＰＴＮからなるため、配向膜はなくてもよい。ここでは、配向膜を備えていない基板１１Ａ，１１Ｂを例示する。
また、両基板１１Ａ，１１Ｂの外側面（液晶層１０Ｌが配される側とは逆側の面）には、後記するバックライト装置１５から照射された光のうち、特定の方向に振動する光のみを透過させる偏光板１２Ａ，１２Ｂがそれぞれ貼付される。偏光板１２Ａ，１２Ｂによる偏向方向は任意とすることができるが、表示画像のコントラストを高める観点から、偏光板１２Ａの偏光方向と偏光板１２Ｂの偏光方向が９０度の角度をなす、いわゆるクロスニコル配置とされることが好ましい。本実施形態１−１では、２枚の偏光板１２Ａ，１２Ｂがクロスニコル配置された液晶セル１０を例示する。なお、必要に応じて、両基板１１Ａ，１１Ｂと、偏光板１２Ａ，１２Ｂとの間に、位相差板等を配置してもよい。
【００８８】
［バックライト装置１５］
液晶セル１０に向けて光を照射するバックライト装置１５は、既知の概略構成を有する一般的なものとすることができる。バックライト装置１５は、ＬＥＤ等からなる光源１６を有する。バックライト装置１５は、液晶セル１０の画像表示面の直下に光源が配される直下型であっても、画像表示面の一または複数の側縁に沿って光源が配されるエッジライト型のものであってもよい。ここでは、エッジライト型のものについて例示する。バックライト装置１５は、光源からの光を入射させて光源から離れた位置まで導光し、液晶セル１０側に向けて面状の光として出射させる導光板１７と、導光板１７と液晶セル１０との間に介在されて導光板１７から出射される光に特定の光学的機能を付与する光学シート１８と、光学シート１８が配されていない側の導光板１７の板面に重畳されて当該板面側に導光板１７から出射された光を反射させる反射シート１９と、を有する。
【００８９】
［実施形態１−１における作用効果］
図３は、本実施形態１−１に係る液晶セル１０における、（ａ）電界無印加時と（ｂ）電界印加時の複屈折変化のイメージを表している。
液晶層１０ＬはＢＰＴＮからなり、電界無印加時には光学的に等方性であって屈折率楕円体は球状をなす（図３（ａ）では一点鎖線の円で表している）。よって、バックライト装置１５から照射されて画素電極基板側の偏光板１２Ａを透過し液晶層１０Ｌに入射した光は、そのまま液晶層１０Ｌ内を透過するため、対向基板側にクロスニコル配置された偏光板１２Ｂを殆ど透過できない。
外部電源により画素電極１３Ａと共通電極１３Ｃとの間に電圧を印加すると、液晶層１０Ｌに基板１１Ａ，１１Ｂに実質的に平行な電界（横電界）が付与され、液晶層１０Ｌ中の液晶分子の分子配列が変化する。液晶層１０Ｌは正の誘電率を有するポジ型のネマティック液晶分子を使用しているため、横電界が付与されると、液晶分子の長軸が基板に略平行をなすように液晶分子が配列し、基板面垂直方向に対する基板面平行方向の屈折率が大きくなって複屈折性を発現する（図３（ｂ）では一点鎖線の楕円で表している）。このような複屈折の変化に応じて、バックライト装置１５から照射されて画素電極基板側の偏光板１２Ｂを透過し液晶層１０Ｌに入射した光が、クロスニコル配置された対向基板側の偏光板１２Ｂを透過しうるようになり、液晶セル１０の光透過性の変化に応じて表示状態が変化して画像表示面に画像が表示される。
【００９０】
ここで、本実施形態１−１に係る液晶表示装置１では、液晶層１０ＬがＢＰＴＮからなることにより、室温を含む比較的広い温度域において液晶層１０Ｌがブルー相と同様の光学的性質を示し、高速応答特性、広視野角特性を示すと共に、低駆動電圧化が図られる。
このような液晶表示装置１は、テレビ受像装置を始め、パソコン、タブレット端末、携帯電話のディスプレイやモニター等に用いることができる。
【００９１】
＜実施形態１−２：ＢＰＴＮからなる液晶層を備えた液晶レンズ＞
実施形態１−２を、図４および図５を参照しつつ説明する。本実施形態１−２では、実施形態１で調製したＢＰＴＮからなる液晶層と、この液晶層に電界を印加する手段と、を有する液晶レンズについて例示する。
【００９２】
［液晶レンズ２０］
本技術に係る液晶レンズは、既知の概略構成とすることができる。例えば、特願２０１７−１８２４６８のＰＳＢＰを用いた実施例も参照できる。本実施形態１−２では、図４に示すように、何れも湾曲した曲面を互いに向い合せた状態で内部に凸レンズ型の中空が形成されるように配置された一対の基板２１Ａ，２１Ｂと、両基板の連結部分に挟持される絶縁部材２２と、両基板間の凸レンズ型の中空内部に封入された液晶層２０Ｌと、を備えた液晶レンズ２０について例示する。液晶レンズ２０は、液晶層２０Ｌの屈折率変化を利用する液晶素子の一例である。
【００９３】
（液晶層２０Ｌ）
液晶層２０Ｌは、実施形態１で調製したＢＰＴＮからなる。なお、液晶層２０Ｌ中に含まれる液晶分子は、ポジ型であってもネガ型であってもよく、液晶層２０Ｌに所望する屈折率変化の方向に応じて、適切な誘電率異方性を備えるものを選択することができる。本実施形態１−２では、液晶層２０Ｌに含まれる液晶分子が、ネガ型のネマティック液晶分子である場合について例示する。
【００９４】
（基板２１Ａ，２１Ｂ）
両基板２１Ａ，２１Ｂは、それぞれ透明性に優れたガラス板等からなる透明基板を備えており、各対向面中央部が互いに離隔する方向に膨出した凸レンズ状に形成されている。本実施形態１−２では、液晶層２０Ｌに、液晶レンズ２０の焦点方向に実質的に平行な方向に作用する電界が印加されるように形成された基板２１Ａ，２１Ｂについて例示する。本実施形態１−２では、一方の基板２１Ａの液晶層２０Ｌ側の曲面に導電膜からなる第１の電極２３Ａが、他方の基板２１Ｂの液晶層２０Ｌ側の曲面に同じく導電膜からなる第２の電極２３Ｂが、それぞれ形成され、両基板２１Ａ，２１Ｂの接続部分には、絶縁部材２２が配設された構成とする。第１の電極２３Ａおよび第２の電極２３Ｂは外部電源等に接続され、両電極間に印加する電圧を制御して液晶層２０Ｌに電界が印加される。液晶層２０Ｌに電界が印加され、閾値以上の電界が印加されると、液晶層２０Ｌ中の液晶分子の分子配列が変わって液晶層２０Ｌの屈折率が変化する。
【００９５】
［実施形態１−２における作用効果］
図５は、液晶レンズ２０における、（ａ）電界無印加時、（ｂ）電界印加時の光路の概略を示している。液晶層２０ＬはＢＰＴＮからなり、電界無印加時には光学的に等方性であるため、液晶レンズ２０に入射した光は、基板２１Ｂおよび基板２１Ａの形状に依存した屈折を示す。外部電源により第１の電極２３Ａと第２の電極２３Ｂとの間に電圧を印加すると、液晶層２０Ｌに不均一な電界が形成され、この電界の強度に応じて、液晶層２０Ｌ中の液晶分子の分子配列が変化する。すなわち、液晶層２０Ｌ内における液晶分子の位置によって分子配列が徐々に変化し、液晶レンズ２０に入射した光が結ぶ焦点までの距離ｄが変化する。本実施形態１−２では、液晶分子がネガ型とされているため、電界印加方向の屈折率が小さくなり、焦点距離ｄが長くなる（液晶層２０Ｌがポジ型の液晶分子を含んでいる場合は、電界印加方向の屈折率が大きくなる）。
【００９６】
このように、本実施形態１−２に係る液晶レンズ２０は、液晶層２０ＬがＢＰＴＮからなることにより、小さな駆動電力によって瞬時に焦点距離を変えることができるため、例えば焦点可変型の眼鏡等に好適である。また、偏光無依存の液晶レンズのため、光の利用効率が高い。
【００９７】
＜実施形態２：ＳＰＡＮを発現する高分子／液晶複合材料＞
実施形態２を、図６を参照しつつ説明する。本実施形態１では、いわゆるＳＰＡＮを発現可能な高分子／液晶複合材料について例示する。
［ＳＰＡＮ］
本明細書において「ＳＰＡＮ」は、高分子ネットワークＰＮと、アキラルな液晶成分と、を含み、前記アキラルな液晶成分中の液晶分子ＬＣが、前記高分子ネットワークＰＮをテンプレートとして、コレステリック相中の液晶分子と同様に配列することで発現される相をいう。なお、図６では、高分子ネットワークＰＮが螺旋状に記載されているが、必ずしも、螺旋状とは限らない。
本実施形態２では、高分子ネットワークＰＮと、キラルな液晶成分と、からなるＰＳＣＴを調製した後、図６に示すように、液晶成分中のキラル化合物ＣＢをラセミ化してラセミ体ＲＢとし、液晶成分がアキラルなＳＰＡＮを調製する。
【００９８】
［液晶組成物］
本実施形態２に係る高分子／液晶複合材料は、実施形態１において高分子／液晶複合材料の調製に用いたものと基本的に同様の成分を含む液晶組成物を用いて調製することができる。本実施形態２の重合性モノマーには、これまでにＰＳＣＴに用いられるモノマーとして公知となっている重合性モノマーから適宜選択して、単独で、或いは２種以上を組み合わせて、使用することができる。
本実施形態２では、液晶分子としてネマティック液晶分子と、重合性モノマーとしてメソゲンを有するアキラルな重合性モノマーと、キラル化合物として前記式（１−Ａ−１）のキラル化合物と、前記重合性モノマーの重合を開始させるための長波長吸収光ラジカル開始剤と、を含む液晶組成物を用いた場合について例示する。
【００９９】
［高分子／液晶複合材料の製造方法］
本実施形態２に係る高分子／液晶複合材料は、実施形態１において高分子／液晶複合材料を調製した方法と基本的に同様の工程を含む製造方法によって調製することができる。
すなわち、液晶組成物を構成する上記の各成分を混合する液晶組成物調製工程と、所定のキラル液晶相を発現させるキラル液晶相発現工程と、所定のキラル液晶相が発現された状態で外部刺激を与えて前記重合性モノマーを重合させ高分子ネットワークを形成させる高分子ネットワーク形成工程と、外部刺激を与えて、前記重合性モノマーの重合開始以降に前記キラル化合物をラセミ化するラセミ化工程と、を施す。ただし、実施形態１において既述したように、液晶成分のキラリティーが略一定に保たれている間に高分子ネットワークの形成を完了する限り、高分子ネットワーク形成工程とラセミ化工程とは、同時に開始されてもよい。
本実施形態２では、キラル液晶相発現工程とモノマー重合工程からなる高分子ネットワーク形成工程は、キラル液晶相としてコレステリック相が発現維持されるような条件下で行うものとする。このような高分子ネットワーク形成工程によってＰＳＣＴを調製し、しかる後に液晶成分中のキラル化合物をラセミ化してアキラルな液晶成分を含むＳＰＡＮを得る。
ＳＰＡＮの調製に際しての留意事項も、実施形態１に係るＢＰＴＮの調製時とほぼ同様である。モノマー重合工程時に、液晶成分中に含まれるキラル化合物のラセミ化が進行しないように、照射する光の波長等を調整することで、液晶成分のキラリティーが略一定に維持され、モノマー重合開始前のキラル液晶相の構造を良好に反映した高分子ネットワークが形成される。よって、重合前のブラッグ反射が維持され、狭い選択反射波長において高い反射率を示す液晶相を発現させることができる。
【０１００】
［実施形態２における作用効果］
以上のように、本実施形態２によれば、重合前のブラッグ反射の選択反射波長と高い反射率が維持され、コレステリック相に特有の有用な光学的性質と、低駆動電圧および小さなヒステリシスとを兼ね備えたＳＰＡＮを、簡易な方法によって調製することができる。
本実施形態２では、液晶組成物がコレステリック相を呈した状態で重合性モノマーに外部刺激を与えて当該モノマーを重合させ、コレステリック相を鋳型とした高分子ネットワークを形成させる。この際、高分子ネットワークの形成に寄与する重合性モノマーは、光学活性を実質的に有しないため、高分子ネットワークの形成が進んでも、液晶成分のキラリティーには殆ど影響がない。また、モノマー重合中、キラル化合物のラセミ化は殆ど進行しないように調整することで、液晶成分のキラリティー低下も抑制される。このように、高分子ネットワーク形成中、液晶成分のキラリティーが略一定に維持されることで、コレステリック相の螺旋構造が略一定に維持される。よって、高分子ネットワークは略一定の螺旋ピッチを有するコレステリック相を鋳型として形成されたものとなる。また、高分子ネットワーク形成後にキラル化合物をラセミ化することにより得られたＳＰＡＮでは、この高分子ネットワークをテンプレートとして液晶分子が配列するため、重合前の選択反射波長におけるブラッグ反射が維持される。また、高分子ネットワークの形成が完了した後に、液晶成分中に残存しているキラル化合物をラセミ化することにより、液晶成分のキラリティーを低下させてアキラルなものとすることができる。これにより、液晶分子の捩じり力が低下して駆動電圧が低下する。
ＳＰＡＮでは、液晶分子がＰＳＣＴと同様にコレステリック相を呈するように分子配列することにより、強いフラッグ反射を示し、この波長を電界によってシフトさせたり、反射強度を調節したりすることが可能である。さらに、電界によって複屈折を変化させることができるため、ディスプレイに好適である。同時に、液晶成分がアキラルであるために、低駆動電圧化および低ヒステリシス化が図られる。このような高分子／液晶複合材料は、波長変換材料をカラーフィルタに用いた液晶表示素子や、複屈折変化を利用した液晶表示素子に、特に好適に用いることができ、コレステリック光変調モジュールの代替となりうる。
【０１０１】
＜実施形態２−１：ＳＰＡＮからなる液晶層を備えた液晶セル＞
実施形態２−１を、図７を参照しつつ説明する。本実施形態２−１に係る液晶セル３０は、液晶層と、この液晶層に電界を印加する手段と、を有しており、液晶層が実施形態２で調製したＳＰＡＮからなる点等において、実施形態１−１に係る液晶セル１０と相違している。
【０１０２】
［液晶セル３０］
本実施形態２−１では、図７に示すように、一対の基板３１Ａ，３１Ｂと、両基板間に封入された液晶層３０Ｌと、クロスニコル配置となるように両基板３１Ａ，３１Ｂに貼付された偏光板３２Ａ，３２Ｂと、を備えた液晶セル３０（液晶素子の一例）について例示する。
【０１０３】
（液晶層３０Ｌ）
本実施形態２−１に係る液晶層３０Ｌは、実施形態２で調製したＳＰＡＮからなり、液晶分子として、正の誘電率異方性を備えるポジ型のネマティック液晶分子ＬＣを含むものとする。
【０１０４】
（基板３１Ａ，３１Ｂ）
両基板３１Ａ，３１Ｂは、その内側面（液晶層３０Ｌが配される側の面）における液晶層３０Ｌと接する位置に、電界を印加していない状態における液晶層３０Ｌ内の液晶分子ＬＣの配向状態を規制して所定の方向に配列させる配向膜３４Ａ，３４Ｂをそれぞれ備えている。配向膜３４Ａ，３４Ｂとしては、例えばポリイミド膜等からなる既知のものを用いることができる。その他の点は、実施形態１−１に係る基板１１Ａ，１１Ｂと同様の構造であり、画素電極基板３１Ｂは、画素電極３３Ａおよび共通電極３３Ｃを有して、基板面に実質的に平行な方向（横方向）に作用する電界を液晶層３０Ｌに印加する。
【０１０５】
［実施形態２−１における作用効果］
図７は、本実施形態２−１に係る液晶セル３０における、（ａ）電界無印加時と（ｂ）電界印加時の液晶分子ＬＣの分子配列変化のイメージを表している。
液晶層３０ＬはＳＰＡＮからなり、液晶層３０Ｌ中の液晶分子ＬＣは、電界無印加時にはプレーナー配向をとっている。これにより、液晶分子ＬＣは、基板面に垂直な方向に一定の螺旋ピッチを有するように配向されて、この螺旋ピッチに対応した波長を選択反射波長とするブラッグ反射を示す。
【０１０６】
外部電源により画素電極３３と共通電極３３Ｃとの間に電圧を印加すると、基板３１Ａ，３１Ｂに実質的に平行な電界（横電界）が液晶層３０Ｌに付与され、液晶層３０Ｌ中の液晶分子ＬＣの分子配列が変化する。液晶層３０Ｌ中に含まれる正の誘電率を有するポジ型のネマティック液晶分子ＬＣは、横電界が付与されると、図７に示すように、基板面垂直方向に拡がって螺旋ピッチが伸び、液晶層３０Ｌの複屈折が変化する。このような複屈折の変化に応じて液晶セル３０の光透過性が変わり、例えば液晶セル３０が液晶表示素子として用いられた場合には、その表示画像が変化する。また、螺旋ピッチが伸びることによって、ブラッグ反射の選択反射波長が長波長側にシフトする。
【０１０７】
本実施形態２−１によれば、液晶層３０Ｌが一定の螺旋ピッチを有するように形成された高分子ネットワークを含むＳＰＡＮであることにより、液晶セル３０が特定の選択反射波長における強いブラッグ反射を示す。ＳＰＡＮのベースとされるコレステリック相は、これまでに多くの液晶素子としての適用実績があり、信頼性も高い。また、液晶層３０Ｌがアキラルな液晶成分を含むＳＰＡＮであることにより、小さな電圧印加によって液晶分子配列を変化させることが可能である。このように、本実施形態２−１によれば、ＰＳＣＴに特有の有用な光学的性質を示すと同時に、低駆動電圧化が図られた液晶素子を得ることができる。
【０１０８】
＜実施形態２−２：ＳＰＡＮからなる液晶層を備えた液晶セル＞
実施形態２−２を、図８を参照しつつ説明する。本実施形態２−２に係る液晶セル４０は、実施形態２で調製したＳＰＡＮからなる液晶層と、この液晶層に電界を印加する手段と、を有しており、電界印加手段が、液晶層を挟持する基板に略垂直な方向（縦方向）に液晶層に作用する電界を付与するものとされている点において、実施形態２−１に係る液晶セル３０と相違している。
【０１０９】
［液晶セル４０］
本実施形態２−２では、図８に示すように、一対の基板４１Ａ，４１Ｂと、両基板間に封入された液晶層４０Ｌと、クロスニコル配置となるように両基板４１Ａ，４１Ｂに貼付された偏光板４２Ａ，４２Ｂと、を備えた液晶セル４０（液晶素子の一例）について例示する。なお、液晶層４０Ｌは、実施形態２−１に係る液晶層３０Ｌと同様、実施形態２で調製したＳＰＡＮからなり、液晶分子として正の誘電率異方性を備えるポジ型のネマティック液晶分子ＬＣを含む。
【０１１０】
（基板４１Ａ，４１Ｂ）
本実施形態２−２に係る液晶セル４０では、両基板４１Ａ，４１Ｂのうち、画素電極基板４１Ａに、電極として画素電極４３Ａのみが形成されており、共通電極は形成されていない。他方、対向電極基板４１Ｂに、透明導電材料を用いて対向電極４３Ｂが形成されている。これにより、外部電源等に接続された画素電極基板４１Ａの画素電極４３Ａと、対向電極基板４１Ｂの対向電極４３Ｂとの間に電圧が印加されると、基板の板面に実質的に垂直な方向（縦方向）に作用する電界が液晶層４０Ｌに印加される。なお、両基板４１Ａ，４１Ｂの内側面（液晶層４０Ｌが配される側の面）における液晶層４０Ｌと接する位置には、電界を印加していない状態における液晶層４０Ｌ内の液晶分子ＬＣをホモジニアス配向させる配向膜４４Ａ，４４Ｂがそれぞれ形成されている。なお、液晶層４０Ｌ中の液晶分子ＬＣがホモジニアス配向されていれば、必ずしも配向膜４４Ａ，４４Ｂを備えている必要はなく、配向膜４４Ａ，４４Ｂの代わりに両基板４１Ａ，４１Ｂの内側面に微細な線状突起（土手状構造物）やスリット（溝状構造物）からなる凹凸（配向規制用突起）等が設けられていてもよい。
【０１１１】
［実施形態２−２における作用効果］
図８は、本実施形態２−２に係る液晶セル４０における、（ａ）電界無印加時と（ｂ）電界印加時の液晶分子ＬＣの分子配列変化のイメージを表している。
液晶層４０ＬはＳＰＡＮからなり、ＳＰＡＮ中の液晶分子ＬＣは、電界無印加時にはプレーナー配向をとってブラッグ反射を示すものとされる。
外部電源により画素電極４３Ａと対向電極４３Ｂとの間に電圧を印加すると、基板４１Ａ，４１Ｂに実質的に垂直な電界（縦電界）が液晶層４０Ｌに付与され、液晶層４０Ｌ中の液晶分子ＬＣの分子配列が変化する。液晶層４０Ｌ中に含まれる正の誘電率を有するポジ型のネマティック液晶分子ＬＣは、縦電界が付与されると、図８に示すように、基板面に対して螺旋が傾斜し、基板に垂直な方向における螺旋ピッチが短くなる。このような複屈折の変化に応じて液晶セル４０の光透過性が変わり、例えば液晶セル４０が液晶表示素子として用いられた場合には、その表示画像が変化する。また、基板に垂直な方向における螺旋ピッチが見かけ上短くなることによって、ブラッグ反射の選択反射波長を短波長側にシフトさせることができる。なお、液晶分子ＬＣがホメオトロピック配向となるまで電界を印加すると、ブラッグ反射は消失する。
このように、本実施形態２−２でも、実施形態２−１に係る液晶セル３０と同様、ＰＳＣＴに特有の有用な光学的性質を示すと同時に、低駆動電圧化が図られた液晶素子が得られる。
【０１１２】
＜実施形態２−３：ＳＰＡＮからなる液晶層を備えた液晶表示装置＞
実施形態２−３を、図９を参照しつつ説明する。本実施形態２−３では、ＳＰＡＮに特有の性質が特に有用に適用される例として、単色光照射量子ドット変換型の液晶表示装置５について例示する。
【０１１３】
［液晶表示装置５］
本実施形態２−３に係る液晶表示装置５は、パネル状の液晶セル５０と、液晶セル５０の一方の板面に積層されたバックライト装置５５と、を備えるものとする。このバックライト装置５５は、後記するように液晶セル５０に向かって単色光を照射するものであり、液晶セル５０は、後記するように偏光板５２Ａおよび位相差板９１からなる偏光変換部と、波長変換層９２からなる波長変換部と、を有する。
【０１１４】
［バックライト装置５５］
液晶セル５０に向けて光を照射するバックライト装置５５は、単色光、例えばピーク波長が４５０ｎｍの青色の光を出射させる青色ＬＥＤからなる光源５６を有する。バックライト装置５５は、直下型でも、エッジライト型のものであってもよいが、ここでは、エッジライト型のバックライト装置５５を例示する。バックライト装置５５は、光源５６と、導光板５７と、光学シート５８と、反射シート５９と、を有する。
【０１１５】
［液晶セル５０］
本実施形態２−３に係る液晶セル５０は、図９に示すように、一対の基板５１Ａ，５１Ｂと、両基板間に封入された液晶層５０Ｌと、一方の基板５１Ａに貼付された偏光板５２Ａと、基板５１Ａと偏光板５２Ａとの間に配設された位相差板９１と、を備える。液晶セル５０は、液晶層５０Ｌの複屈折変化を利用して表示を行う液晶素子の一例である。
【０１１６】
（液晶層５０Ｌ）
液晶層５０Ｌは、実施形態２で調製したＳＰＡＮからなる。なお、液晶層５０Ｌ中に含まれる液晶分子は、正の誘電率異方性を有するものが好ましい。ここでは、ポジ型の液晶分子ＬＣを用いた場合について例示する。ＳＰＡＮは、実施形態２における液晶組成物中に添加するキラル化合物のＨＴＰや添加量等を調整することにより、電界無印加の状態で、青色光の波長λ（４５０ｎｍ付近）と略同一の選択反射波長を発現する螺旋ピッチを有するように調製する。この場合、コリメート光を出射するバックライトを用いる場合に、高いコントラスト比を発現する。また、バックライトが拡散光である場合は、青色光の波長を短波長端として、青色光波長域より長波長側まで高い反射率を維持させた方がコントラスト比の観点から好ましい。この場合、重合性モノマーの一部として、キラルな重合性モノマーを使用してもよい。重合性モノマーとして、キラルな重合性モノマーを用いることにより、所望の波長において、高反射率が維持される。
【０１１７】
（基板５１Ａ，５１Ｂ）
両基板５１Ａ，５１Ｂは、それぞれ透明基板を備えており、各透明基板上に既知のフォトリソグラフィ法等によって複数の膜が積層され、これらの積層構造中に、導電膜で構成され外部電源等に接続された複数の電極が形成されている。ここでは、両基板５１Ａ，５１Ｂの板面に実質的に垂直な方向（縦方向）に作用する電界が液晶層５０Ｌに印加されるように形成された基板５１Ａ，５１Ｂについて例示する。
【０１１８】
両基板のうち、バックライト装置５５が積層される側の一方の基板は画素電極基板５１Ａであり、スイッチング素子に加え、スイッチング素子に接続された透明導電材料からなる画素電極５３Ａが設けられている。両基板のうち、他方の基板は対向基板５１Ｂであり、対向基板５１Ｂには、例えば青色光を赤色光に変換する赤色量子ドットを分散させた樹脂からなる赤色変換部Ｒ、同じく青色光を緑色光に変換する緑色量子ドットを分散させた樹脂からなる緑色変換部Ｇ、青色光を拡散する樹脂からなる青色拡散部Ｂが所定配列で配置された波長変換層９２が形成されている。図９には、説明上、各１つずつの赤色変換部Ｒ、緑色変換部Ｇ、青色拡散部Ｂのみが表されているが、対向基板５１Ｂには、複数の赤色変換部Ｒ、緑色変換部Ｇ、青色拡散部Ｂが形成されており、それぞれ画素電極５３Ａに対応するものとされている。波長変換層９２の下面には、透明導電材料からなる対向電極５３Ｂが設けられている。また、両基板５１Ａ，５１Ｂの内側面には、それぞれ配向膜５４Ａ，５４Ｂが形成されている。ここでは、配向膜５４Ａ，５４Ｂは、電界無印加時に液晶層５０Ｌ中の液晶分子ＬＣをホモジニアス配向させるものとされる。なお、電界無印加時に液晶分子ＬＣがホモジニアス配向をとるように設定されていれば、必ずしも配向膜５４Ａ，５４Ｂを備えている必要はなく、例えば両基板５１Ａ，５１Ｂの液晶層５０Ｌと接する位置に設けられた部材等が液晶分子ＬＣにホモジニアス配向を誘起するように構成してもよい。
画素電極基板５１Ａと偏光板５２Ａとの間に配された位相差板９１は、偏光板５２Ａによって直線偏光に偏光された光を、円偏光に変換する。位相差板９１は、その複屈折が、バックライト装置５５から照射される青色光の波長λに対し、異常光の波長の位相と正常光の波長の位相との位相差がλ／４となるように設定されている。
【０１１９】
［実施形態２−３における作用効果］
ＳＰＡＮからなる液晶層５０Ｌ中の液晶分子ＬＣは、電界無印加の状態でプレーナー配向をとっており、既述したように、青色光の波長λと略同一の選択反射波長を示すような螺旋ピッチを有している。このため、電界を無印加の状態では、バックライト装置５５から出射され、位相差板９１によって円偏光に変換されて液晶層５０Ｌに入射した青色光は、液晶層５０Ｌのブラッグ反射によって非常に高い確率で反射される。
外部電源により画素電極５３Ａと対向電極５３Ｂとの間に電圧を印加すると、液晶層５０Ｌに縦電界が付与されるが、液晶層５０Ｌには正の誘電率を有するポジ型のネマティック液晶分子ＬＣを使用しているため、実施形態２−２で認められたように、液晶分子ＬＣが基板に垂直な方向に立ち上がるように配向し、基板面に対して螺旋が傾斜する。これにより、基板に垂直な方向における螺旋ピッチが短くなり、ブラッグ反射の選択反射波長が短波長側にシフトする。このため、青色光は反射され難くなり、液晶層５０Ｌを透過して波長変換層９２に到達する。そして赤色変換部Ｒに入射した光は赤色光に、緑色変換部Ｇに入射した光は緑色に、それぞれ波長変換され、青色拡散部Ｂに入射した光は拡散して、液晶セル５０の対向基板５１Ｂ側の表面（画像表示面）から出射される。波長変換層９２に到達する青色光の量は、画素電極５３Ａと対向電極５３Ｂに印加する電圧を制御することにより、調整できる。液晶分子ＬＣがホメオトロピック配向となるまで電界を印加すると、選択反射波長は消失する。なお、画素電極および共通電極を画素電極基板に設けて、液晶層５０Ｌに横電界が印加されるように構成した場合には、電界を印加することで螺旋ピッチが伸びて、選択反射波長は長波長側にシフトする。
【０１２０】
以上、本実施形態２−３に記載したように、単色光を照射する照明装置と、液晶セル（液晶表示パネル。液晶素子の一例）と、を備える液晶表示装置であって、前記液晶セルが、一対の基板と、前記一対の基板の片方又は双方に設けられた電極と、前記一対の基板の間に封入された液晶層と、前記単色光を円偏光に変換する円偏光手段と、前記円偏光の波長を量子ドットによって変換する波長変換手段と、を備え、前記電極を介して前記液晶層に電界を印加して液晶層中の液晶分子ＬＣの配向を制御することによって前記液晶層の複屈折を変化させて画像を表示するものについて、前記液晶層を、コレステリック相と同様の液晶分子配列を発現可能な本技術に係る高分子／液晶複合材料からなり、電界が印加されていないときの前記コレステリック相の選択反射波長が、前記単色光の波長と略同一であるものとすることができる。
上記のような本実施形態２−３に係る液晶表示装置５では、表示コントラストを高める観点から、バックライト装置５５から出射される光を、波長分布の小さい単色光としている。青色光等の短波長領域にブラッグ反射を有する通常のコレステリック相やＰＳＣＴは、螺旋ピッチが短く、これらのキラルな液晶成分中に含まれる液晶分子に大きな捩じり力が働いているため、これを解いて液晶分子の分子配列を変えるために要する電圧、すなわち駆動電圧が自ずと高くなる。本技術に係るＳＰＡＮからなる液晶層５０Ｌは、例えば青色光と同じ短波長領域にブラッグ反射を有していても、低駆動電圧化が図られているため、省電力で高精度に光の透過率を制御することができる。このように、本技術は、特に青色光等の短波長の単色光を利用する量子ドット表示装置に、非常に好ましく適用することができる。
本実施形態２−３に係る液晶表示装置５は、テレビ受像装置を始め、パソコン、タブレット端末、携帯電話のディスプレイやモニター等に用いることができる。
【０１２１】
＜実施形態２−４：ＳＰＡＮからなる液晶層を備えた液晶表示装置＞
実施形態２−４を、図１０を参照しつつ説明する。本実施形態２−４では、ＳＰＡＮに特有の性質が特に有効に適用される例として、特定の方向について光学的等方性を示す液晶層に電界を付与して光学的異方性を発現させ、表示状態を変化させる液晶表示装置６について例示する。
【０１２２】
［液晶表示装置６］
本実施形態２−４に係る液晶表示装置６は、パネル状の液晶セル６０と、液晶セル６０の一方の板面に積層されたバックライト装置と、を備える。本実施形態に係るバックライト装置は、既知の概略構成を有する一般的なものとできるため、説明を省略する。
【０１２３】
［液晶セル６０］
本実施形態２−４に係る液晶セル６０は、既知の概略構成とすることができ、一対の基板６１Ａ，６１Ｂは、基板面に実質的に平行（横方向）に作用する電界を、両基板６１Ａ，６１Ｂ間に封入された液晶層６０Ｌに印加するものとされる。
（液晶層６０Ｌ）
ＳＰＡＮからなる液晶層６０Ｌは、液晶分子として誘電率異方性が正のポジ型のネマティック液晶分子ＬＣを含有するものとする。本実施形態２−４では、液晶組成物中に添加するキラル化合物のＨＴＰや添加量等を調整することにより、ＳＰＡＮが、電界無印加の状態で、可視光波長よりも小さい螺旋ピッチを有するように調製する。
（基板６１Ａ，６１Ｂ）
両基板６１Ａ，６１Ｂは、対向基板６１ＢにＲ、Ｇ、Ｂからなるカラーフィルタ層９３が設けられ、両基板６１Ａ，６１Ｂの液晶層６０Ｌ側に配向膜６４Ａ，６４Ｂが設けられているほかは、基本的に実施形態１−１に記載した基板１１Ａ，１１Ｂと同様の構成であって、画素電極基板６１Ａに画素電極６３Ａおよび共通電極６３Ｃが形成されている。配向膜６４Ａ，６４Ｂによって、液晶層６０Ｌ中の液晶分子ＬＣは、電界無印加時にホモジニアス配向をとるように設定される。なお、電界無印加時に液晶分子ＬＣがホモジニアス配向をとるように設定されていれば、必ずしも配向膜６４Ａ，６４Ｂを備えている必要はなく、例えば両基板６１Ａ，６１Ｂの内側面にホモジニアス配向を誘起する構造等が形成されていてもよい。両基板６１Ａ，６１Ｂの外側面（液晶層５０Ｌが配される側とは逆側の面）には、クロスニコル配置された偏光板６２Ａ、６２Ｂがそれぞれ貼付される。
【０１２４】
［実施形態２−４における作用効果］
以上、本実施形態２−４に記載したように、液晶セル（液晶表示パネル。液晶素子の一例）を備える液晶表示装置であって、前記液晶セルが、一対の基板と、前記一対の基板の片方又は双方に設けられた電極と、前記一対の基板の間に封入された液晶層と、を備え、前記電極を介して前記液晶層に電界を印加して液晶層中の液晶分子の配向を制御することによって前記液晶層の複屈折を変化させて画像を表示するものについて、前記液晶層は、コレステリック相中の液晶分子と同様の液晶分子配列を発現可能な本技術に係る高分子／液晶複合材料からなり、電界が印加されていないときの前記コレステリック相の螺旋ピッチが可視光波長よりも小さく、且つ、電界が印加されていないときにプレーナー配向をとって前記一対の基板の基板面に対して略平行な基板平行面について光学的に等方性を示すものとされており、電界を印加することによって、前記基板平行面について光学的異方性を発現するものとすることができる。
このような液晶セル６０では、図１０（ａ）に示すように、電界無印加の状態では、選択反射波長が可視光波長未満となるように配列した液晶分子ＬＣがプレーナー配向をとっていることで、基板平行面について（液晶層６０Ｌを基板の法線方向から平面に視て）液晶分子ＬＣがランダム配向し、光学的に等方性を示すものとされる。このような状態の液晶層６０Ｌに、横電界を印加すると、図１０（ｂ）に示すように、液晶分子ＬＣが基板平行面について一方向に配列し、光学的異方性が発現する。光学的異方性を発現させる際には、液晶分子ＬＣの螺旋構造を解いて分子配列を変えるのであるが、低駆動電圧化が図られたＳＰＡＮでは、通常のコレステリック相やＰＳＣＴに比べて、低い電圧で液晶分子ＬＣの分子配列を変えることができる。このように、本技術は、基板平行面について光学的等方性を示していた液晶層６０Ｌ中の液晶分子ＬＣの配列を変え、光学異方性を発現させて表示状態を変化させるような液晶表示装置に、特に好ましく適用することができる。
本実施形態２−４に係る液晶表示装置６は、テレビ受像装置を始め、パソコン、タブレット端末、携帯電話のディスプレイやモニター等に用いることができる。
【０１２５】
＜実施形態２−５：ＳＰＡＮからなる液晶層を備えた調光素子＞
実施形態２−５を、図１１を参照しつつ説明する。本実施形態２−５では、実施形態２で調製したＳＰＡＮからなる液晶層と、この液晶層に電界を印加する手段と、を有する調光素子７０について例示する。
【０１２６】
［調光素子７０］
本技術に係る調光素子は、既知の概略構成とすることができる。本実施形態２−５では、図１１に示すように、一対の基板７１Ａ，７１Ｂと、両基板間に封入された液晶層７０Ｌと、を備えた調光素子７０について例示する。調光素子７０は、液晶層７０Ｌの屈折率変化を利用する液晶素子の一例である。
【０１２７】
（液晶層７０Ｌ）
液晶層７０Ｌは、実施形態２で調製したＳＰＡＮからなる。なお、液晶層７０Ｌ中に含まれる液晶分子ＬＣは、正の誘電率異方性を備えるものが好ましい。本実施形態２−３では、液晶層７０Ｌに含まれる液晶分子が、ポジ型のネマティック液晶分子ＬＣである場合について例示する。
【０１２８】
（基板７１Ａ，７１Ｂ）
本実施形態２−５に係る調光素子７０では、両基板７１Ａ，７１Ｂのうち、画素電極基板７１Ａには、電極として画素電極７３Ａのみが形成されており、共通電極は形成されていない。他方、対向電極基板７１Ｂに、透明導電材料を用いて対向電極７３Ｂが形成されている。これにより、外部電源等に接続された画素電極基板７１Ａの画素電極７３Ａと、対向電極基板７１Ｂの対向電極７３Ｂとの間に電圧が印加されると、基板の板面に実質的に垂直な方向（縦方向）に作用する電界が液晶層７０Ｌに印加される。なお、両基板７１Ａ，７１Ｂの内側面（液晶層７０Ｌが配される側の面）における液晶層７０Ｌと接する位置には、電界を印加していない状態における液晶層７０Ｌ内の液晶分子ＬＣを両基板７１Ａ，７１Ｂの基板面に垂直な方向に配列させる配向膜７４Ａ，７４Ｂがそれぞれ形成されており、電界を無印加の状態では、液晶分子ＬＣがフォーカルコニック配向するものとされている。或いは、電界無印加の状態で、ランダム配向するようにされていてもよい。
【０１２９】
［実施形態２−５における作用効果］
液晶層７０ＬはＳＰＡＮからなり、図１１（ａ）に示すように、電界無印加時には液晶分子ＬＣが、螺旋軸が基板面と略平行をなすフォーカルコニック配向をとっているため、基板７１Ｂから入射する光は液晶層７０Ｌによって散乱される。
外部電源によって画素電極７３Ａと対向電極７３Ｂとの間に電圧を印加すると、図１１（ｂ）に示すように、液晶層７０Ｌに縦方向に作用する電界が形成され、この電界の強度に応じて、液晶層７０Ｌ中のポジ型の液晶分子ＬＣが、螺旋軸が基板面と略垂直をなすホメオトロピック配向するように変化する。これにより、光が透過可能となって、調光素子７０が透明となる。
【０１３０】
このように、本実施形態２−３に係る調光素子７０は、液晶層７０ＬがＳＰＡＮからなることにより、偏光板を要することなく表示を変えることができ高輝度化が図られると共に、低駆動電圧化により省エネルギー設計が可能である。よって、デジタルペーパーや電子ブック、或いはインテリア資材等に好適である。
【０１３１】
＜その他の実施形態＞
（１）実施形態１では、液晶組成物が等方相を呈した状態で重合性モノマーの重合を開始して高分子ネットワークを形成してもよい。ただし、等方相とする場合、重合前は等方相で、重合が進行するとブルー相が発現する温度とする。このようにすれば、まずＮＣＬＣを得ることができる。しかる後に、液晶成分中に含まれるキラル化合物をラセミ化することで液晶成分をアキラルなものとすれば、ＢＰＴＮを発現可能な高分子／液晶複合材料を得ることができる。
（２）ＢＰＴＮからなる液晶層の屈折率変化を利用する液晶素子は、実施形態１−２に記載した液晶レンズに限定されず、例えば導波路等に適用することも可能である。
（３）実施形態２−４では、透過型の液晶表示装置６について記載したが、反射型の液晶表示装置とすることもできる。反射型とする場合は、液晶セル６０の背面側に配されて液晶セル６０に向けて外光を反射するための反射板をさらに備える。また、液晶セル６０には、図示しない偏光板や位相差板等が積層される。
【符号の説明】
【０１３２】
１，５，６…液晶表示装置、１０，３０，４０，５０，６０…液晶セル（液晶素子）、２０…液晶レンズ（液晶素子）、７０…調光素子（液晶素子）、１０Ｌ，２０Ｌ，３０Ｌ，４０Ｌ，５０Ｌ，６０Ｌ，７０Ｌ…液晶層、ＬＣ…液晶分子、ＰＮ…高分子ネットワーク、ＣＢ…キラル化合物、ＲＢ…ラセミ体、ＤＬ…欠陥線、ＤＴＣ…二重捩れシリンダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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