(57)【要約】【課題】液晶表示素子などの液晶素子において、耐熱性や電気特性に優れ、かつ容易に液晶性材料を垂直に配向制御させる液晶配向制御剤、液晶性分子の配向方法、液晶組成物およびこれらを用いた液晶素子を提供する。【解決手段】下記一般式（Ｉ）で表わされる炭素クラスター誘導体を含有する液晶配向制御剤、該炭素クラスター誘導体を用いた液晶性分子の配向方法、液晶組成物、およびこれらを用いた液晶素子。2004331848.tif 000021（式中、Ｒは各々独立に、炭化水素環および／または複素環を合計で２個以上含有する置換基、あるいは置換基を有するビニル基を示す。）【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（Ｉ）で表わされる炭素クラスター誘導体を含有する液晶配向制御剤。
【化１】
2004331848.tif 000018
（式中、Ｒは各々独立に、炭化水素環および／または複素環を合計で２個以上含有する置換基、あるいは置換基を有するビニル基を示す。）
【請求項２】
前記一般式（Ｉ）において、Ｒが各々独立に、下記一般式（ＩＩ）または下記一般式（ＩＩＩ）で表わされることを特徴とする、請求項１に記載の液晶配向制御剤。
【化２】
2004331848.tif 000019
（式中、Ｘ１  およびＸ２  はそれぞれ独立に、置換基を有していても良い４〜７員環である炭化水素環または複素環の、単環または２〜３縮合環からなる２価の連結基を表わし、
Ｙ１およびＹ２はそれぞれ独立に、直接結合または鎖状で２価の連結基を表わし、Ｘ３  は置換基を有していても良い４〜７員環である炭化水素環または複素環の、単環または２〜３縮合環からなる１価の基を示す。
ａは０〜２の整数を示す。）
【化３】
2004331848.tif 000020
（式中、Ｗ１  は
−ＣＨ＝ＣＨ−，―ＣＨ２−Ｓｉ（ＣＨ３）２−，または―ＣＨ２−Ｃ（ＣＨ３）２−を表わし、Ｘ４  およびＸ５  はそれぞれ独立に、置換基を有していても良い４〜７員環である炭化水素環または複素環の、単環または２〜３縮合環からなる２価の連結基または直接結合を表わし、
Ｙ３およびＹ４はそれぞれ独立に直接結合または鎖状で２価の連結基を表わし、
Ｘ６  は置換基を有していても良い４〜７員環である炭化水素環または複素環の、単環または２〜３縮合環からなる１価の基、あるいは置換基を有していても良い鎖状炭化水素基（但し、該炭化水素基における１以上のメチレン基は、−Ｏ−、−Ｓ−、または−ＣＯＯ−で置換されていてもよい）を示す。
ｂは０〜２の整数を示す。）
【請求項３】
基板上または基板間に形成された、液晶性分子を含む液晶層における、該液晶性分子を配向させる方法であって、該液晶層および／または該液晶層に隣接する層に、請求項１または２に記載の炭素クラスター誘導体を含有させ、該炭素クラスター誘導体の作用により液晶性分子の配向を制御することを特徴とする、液晶性分子の配向方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の炭素クラスター誘導体、または該炭素クラスター誘導体をモノマーとする重合体を用いて形成された層を、液晶層に隣接して形成することにより液晶性分子の配向を制御することを特徴とする、液晶性分子の配向方法。
【請求項５】
液晶性分子を含有する組成物に、さらに請求項１または２に記載の炭素クラスター誘導体を含有させ、該炭素クラスター誘導体の作用により該液晶性分子の配向を制御することを特徴とする、液晶組成物。
【請求項６】
基板上に形成された液晶性分子を含む液晶層、および／または該液晶層に隣接する層に、請求項１または２に記載の炭素クラスター誘導体を含有させ、該炭素クラスター誘導体の作用により液晶性分子を配向させてなる液晶素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶配向制御剤、液晶性分子の配向制御方法、液晶組成物および液晶素子に関する。さらに詳しくは垂直液晶配向制御剤、液晶性分子の垂直配向制御方法、液晶組成物および液晶素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶素子の配向制御方法としては、ポリイミドやポリビニルアルコールなどの樹脂膜を機械的に擦るラビング法、ＳｉＯの真空蒸着法および配向制御剤を液晶材料に添加するか配向制御剤により基板表面を処理する化学処理法が実用、検討されている（例えば、非特許文献１参照）。これらのうち、ラビング法は液晶素子に広く使用されているが、配向膜を布で擦るため、埃や静電気が発生し歩留まりを低下させたり、ラビング後に洗浄工程が必要であったり生産性が高くなかった。また、ＳｉＯの真空蒸着法は非接触法であるので静電気や化学汚染、微細構造の破壊の恐れが少ないものの蒸着プロセスによる生産性に問題があった。
【０００３】
特に近年、画面サイズの大型化などに伴い、高視野角などの高品質化が求められいる。これらの要求を満たす液晶表示素子の方式としてＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式などの新しい液晶ディスプレイ方式が注目されている（例えば、非特許文献２参照）。これらの液晶表示素子などに用いられる液晶配向処理剤および液晶配向処理方法においては、上記ラビング法以外にポリシロキサンやピリジウム４級塩など化学処理法に準じた新しい垂直配向制御剤および方法が提案されている（例えば、特許文献２から特許文献５参照）。
【０００４】
これらの垂直配向処理方法はレシチンや両親媒性の界面活性剤、有機シラン剤の塗布など古典的な方法に代り、塗膜の透明性、膜厚の均一性、耐熱性、液晶配向性、物理的強度、化学的安定性および電圧保持率などの電気特性など数多くの実デバイスに要求される性能を得ることを目的としているが、配向の安定性と寿命は未知である。
【０００５】
一方、フラーレンＣ６０に代表される炭素クラスター類を液晶配向膜材料や液晶材料に添加する技術としては、コントラスト比向上を目的にゲストホスト型液晶材料にフラーレンなどのナノ粒子を添加した液晶表示装置（例えば、特許文献５参照）や、素子のフリッカや焼きつき防止を目的とした液晶組成物、配向膜および液晶素子（例えば、特許文献６から特許文献８参照）が知られている。これらの技術では、液晶材料中のフラーレン粒子が液晶材料の配向を乱すことにより、素子のコントラスト比向上を得たり、フラーレン類を配向膜や液晶材料に添加することにより液晶材料中のイオン成分をトラップすることを目的としており、フラーレン類が液晶材料の配向制御剤として機能しているわけではない。
【０００６】
さらに、本発明で用いられる炭素クラスター誘導体は誘導体自体が自発的に液晶構造を形成することが見出されているが、該炭素クラスター誘導体が液晶性材料の配向制御機能を有することについては言及していない。（特願２００１−３４４６１６）
【０００７】
【非特許文献１】液晶便覧編集委員会編  「液晶便覧」  丸善株式会社、平成１２年１０月３０日発行、２２６ページから２３２ページ
【非特許文献２】液晶便覧編集委員会編  「液晶便覧」  丸善株式会社、平成１２年１０月３０日発行、５０１ページから５１１ページ
【特許文献１】特開平９−２８１５０２号公報
【特許文献２】特開２００２−３２７０５８号公報
【特許文献３】特開２００２−３０３８７０号公報
【特許文献４】特開２００２−３８１５８号公報
【特許文献５】特開２００１−３３７３５１号公報
【特許文献６】特開平１０−１９５４４４号公報
【特許文献７】特開平１１−２２３８１５号公報
【特許文献８】特開平１１−２２２５９３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、液晶表示素子などの液晶素子において、耐熱性や電気特性に優れ、かつ容易に液晶性材料を垂直に配向制御させる液晶配向制御剤、液晶性分子の配向方法、液晶組成物およびこれらを用いた液晶素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の諸問題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の分子形状を有する炭素クラスター誘導体が液晶性材料の垂直配向制御剤として機能するということを見出した。本発明はこれらの知見を基に完成されたものである。
すなわち本発明の第一の要旨は、下記一般式（Ｉ）で表わされる炭素クラスター誘導体を含有する液晶配向制御剤に存する。
【００１０】
【化４】
2004331848.tif 000002
【００１１】
（式中、Ｒは各々独立に、炭化水素環および／または複素環を合計で２個以上含有する置換基、あるいは置換基を有するビニル基を示す。）
本発明の第二の要旨は、前記一般式（Ｉ）において、Ｒが各々独立に、下記一般式（ＩＩ）または（ＩＩＩ）で表わされる炭素クラスター誘導体を含有する液晶配向制御剤に存する。
【００１２】
【化５】
2004331848.tif 000003
【００１３】
（式中、Ｘ１  およびＸ２  はそれぞれ独立に、置換基を有していても良い４〜７員環である炭化水素環または複素環の、単環または２〜３縮合環からなる２価の連結基を表わし、
Ｙ１およびＹ２はそれぞれ独立に直接結合または鎖状で２価の連結基を表わし、
Ｘ３  は置換基を有していても良い４〜７員環である炭化水素環または複素環の単環または２〜３縮合環からなる１価の基を示す。ａは０〜２の整数を示す。）
【００１４】
【化６】
2004331848.tif 000004
【００１５】
（式中、Ｗ１  は、
−ＣＨ＝ＣＨ−，―ＣＨ２−Ｓｉ（ＣＨ３）２−，または―ＣＨ２−Ｃ（ＣＨ３）２−を表わし、
Ｘ４  およびＸ５  はそれぞれ独立に、置換基を有していても良い４〜７員環である炭化水素環または複素環の、単環または２〜３縮合環からなる２価の連結基または直接結合を表わし、
Ｙ３およびＹ４はそれぞれ独立に直接結合または鎖状で２価の連結基を表わし、
Ｘ６  は置換基を有していても良い４〜７員環である炭化水素環または複素環の、単環または２〜３縮合環からなる１価の基、あるいは置換基を有していても良い鎖状炭化水素基（但し、該炭化水素基における１以上のメチレン基は、−Ｏ−、−Ｓ−、または−ＣＯＯ−で置換されていてもよい）を示す。
ｂは０〜２の整数を示す。）
本発明の第三の要旨は、基板上または基板間に形成された、液晶性分子を含む液晶層における、該液晶分子を配向させる方法であって、該液晶層および／または該液晶層に隣接する層に前記一般式（Ｉ）で表される炭素クラスター誘導体を含有させ、該炭素クラスター誘導体の作用により液晶性分子の配向を制御することを特徴とする、液晶性分子の配向方法に存する。
【００１６】
本発明の第四の要旨は、前記一般式（Ｉ）で表される炭素クラスター誘導体、または該炭素クラスター誘導体をモノマーとする重合体を用いて形成された層を、液晶層に隣接して形成することにより、液晶性分子の配向を制御することを特徴とする、液晶性分子の配向方法に存する。
本発明の第五の要旨は、液晶性分子を含有する組成物中に、さらに前記一般式（Ｉ）で表される炭素クラスター誘導体を含有させ、該炭素クラスター誘導体の作用により液晶性分子の配向を制御することを特徴とする、液晶組成物に存する。
【００１７】
本発明の第六の要旨は、基板上に形成された液晶性分子を含有する液晶層および／または該液晶層に隣接する層に、前記一般式（Ｉ）で表される炭素クラスター誘導体を含有させ、該炭素クラスター誘導体の作用により液晶性分子を配向させてなる、液晶素子に存する。
なお、液晶性分子の配向方法、すなわち、界面分子配向機構は種々の原因の複合であるため（岡野光治、小林俊介編；「液晶＝応用編」培風館（１９８５年）、第５２頁〜第８３頁参照）、炭素クラスター誘導体の作用を詳細に論ずることは困難であるが、炭素クラスター誘導体分子の異方性、極性が配向に寄与していると推察している。すなわち、液晶層に本発明の炭素クラスター誘導体を添加した場合は、液晶組成物に炭素クラスター誘導体を添加して、液晶セルの一方からそれを注入することにより、基板上では炭素クラスター誘導体分子の極性により炭素クラスター誘導体が早く基板表面に吸着し、「クロマトグラフィ効果」により垂直配向が得られる。また、液晶層に隣接した層に本発明の炭素クラスター誘導体を添加した場合は、炭素クラスター誘導体分子の異方性、極性により液晶層の液晶性分子との排除体積最少効果や表面張力効果により垂直配向が得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明において、液晶配向制御剤（以下、単に「配向制御剤」と称することがある。）として用いられる炭素クラスター誘導体分子は、  ６０個の炭素原子から成るＣ６０バックミンスターフラーレン（フラーレンＣ６０）からなる炭素クラスター部位と、この炭素クラスター部位に置換される長さが１０Å以上、好ましくは長さ２０Å以上の置換基にて構成される。
【００１９】
長さ１０Å以上の置換基は、例えば４〜７員環である炭化水素環または複素環の、単環または２〜３縮合環を少なくとも２つ以上有する置換基や、置換基を有するビニル基により構成される。なお、ビニル基が有する置換基としては、４〜７員環である炭化水素環および／または複素環を含む基が好ましい。
本発明の炭素クラスター誘導体として具体的には、前述のように、下記一般式（Ｉ）で表される骨格を有し、Ｃ６０Ｒ５Ｈ（但し、Ｒは同一であっても異なっていてもよい）で表される化合物が挙げられる。
【００２０】
【化７】
2004331848.tif 000005
【００２１】
（式中、Ｒは各々独立に、炭化水素環および／または複素環を合計で２個以上含有する置換基、あるいは置換基を有するビニル基を示す。）
Ｒは、上記定義を満たし、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に制限はないが、前述のように、例えば各々独立に、下記一般式（ＩＩ）または一般式（ＩＩＩ）で表わされる構造が挙げられる。
【００２２】
【化８】
2004331848.tif 000006
【００２３】
（式中、Ｘ１  およびＸ２  はそれぞれ独立に、置換基を有していても良い４〜７員環である炭化水素環または複素環の、単環または２〜３縮合環からなる２価の連結基を表わし、
Ｙ１およびＹ２はそれぞれ独立に直接結合または鎖状で２価の連結基を表わし、
Ｘ３  は置換基を有していても良い４〜７員環である炭化水素環または複素環の単環または２〜３縮合環からなる１価の基を示す。ａは０〜２の整数を示す。）
【００２４】
【化９】
2004331848.tif 000007
【００２５】
（式中、Ｗ１  は、
−ＣＨ＝ＣＨ−，―ＣＨ２−Ｓｉ（ＣＨ３）２−，または―ＣＨ２−Ｃ（ＣＨ３）２−を表わし、
Ｘ４  およびＸ５  はそれぞれ独立に、置換基を有していても良い４〜７員環である炭化水素環または複素環の、単環または２〜３縮合環からなる２価の連結基または直接結合を表わし、
Ｙ３およびＹ４はそれぞれ独立に直接結合または鎖状で２価の連結基を表わし、
Ｘ６  は置換基を有していても良い４〜７員環である炭化水素環または複素環の、単環または２〜３縮合環からなる１価の基、あるいは置換基を有していても良い鎖状炭化水素基（但し、該炭化水素基における１以上のメチレン基は、−Ｏ−、−Ｓ−、または−ＣＯＯ−で置換されていてもよい）を示す。ｂは０〜２の整数を示す。）
前記一般式（ＩＩ）および前記一般式（ＩＩＩ）のＸ１  〜Ｘ５  における炭化水素環または複素環としてはそれぞれ独立に、例えば、
【００２６】
【化１０】
2004331848.tif 000008
【００２７】
などが挙げられる。中でも、Ｘ１およびＸ４としては好ましくは、各々独立に
【００２８】
【化１１】
2004331848.tif 000009
【００２９】
などが挙げられ、さらに好ましくは、
【００３０】
【化１２】
2004331848.tif 000010
【００３１】
が挙げられる。ａ＝１の場合のＸ２、およびｂ＝１の場合のＸ５として好ましくは、各々独立に、
【００３２】
【化１３】
2004331848.tif 000011
【００３３】
が挙げられる。Ｙ１〜Ｙ４としては各々独立に、例えば、
−ＣＯＯ−，−ＯＣＯ−，−ＯＣＨ２−，−ＣＨ＝Ｎ−，−ＣＨ＝ＣＨ−，
−Ｃ≡Ｃ−，−Ｏ−，−ＣＯＳ−，−ＣＯＮＨ−，−Ｎ＝Ｎ−，または直接結合がなど挙げられ、好ましくは、
−ＣＯＯ−，−ＯＣＯ−，−ＯＣＨ２−，
Ｘ１  とＸ２  あるいはＸ１  とＸ３が直接結合するもの（Ｙ１が直接結合であり、ａが１または０である場合に相当）、
Ｘ４  とＸ５  あるいはＸ４  とＸ６が直接結合するもの（Ｙ２が直接結合であり、ｂが１または０である場合に相当）
が挙げられ、さらに好ましくは、−ＯＣＯ−が挙げられる。
【００３４】
Ｘ３およびＸ６が炭化水素環または複素環である場合の例としては、例えば、
【００３５】
【化１４】
2004331848.tif 000012
【００３６】
などが挙げられ、好ましくは、
【００３７】
【化１５】
2004331848.tif 000013
【００３８】
などが挙げられ、さらに好ましくは、
【００３９】
【化１６】
2004331848.tif 000014
【００４０】
などが挙げられる。ここで、上記各構造中、ｃはＺ１基の数を表し、通常０〜３程度である。またｃが２以上の場合、一つのＸ３またはＸ６における複数個のＺ１は、同一であっても異なっていてもよい。
Ｚ１としては、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子；シアノ基；ニトロ基；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−テトラデシル基、ｎ−ペンタデシル基、ｎ−ヘキサデシル基、ｎ−オクタデシル基等の炭素数１〜２０のアルキル基；ジフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロペンチル基等の炭素数１〜１２のアルキル基にフッ素原子等のハロゲン原子が置換されたハロゲン置換アルキル基；メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基など上記アルキル基に対応した炭素数１〜２０のアルコキシ基；トリフルオロエトキシ基、ジフルオロエトキシ基等の炭素数１〜１２のアルコキシ基にフッ素原子等のハロゲン原子が置換されたハロゲン置換アルコキシ基；メトキシメチル基、メトキシエチル基、メトキシブチル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基又はエトキシブチル基等の炭素数２〜２０のアルコキシアルキル基；―Ｏ（ＣｋＨ２ｋＯ）ｎ（ｋ＝１〜３、ｎ＝２〜２０）で表されるポリアルキレンオキシド基；ビニル基、アリル基、１−プロペニル基、１−ブテニル基、２−ブテニル基等の炭素数１〜２０の直鎖状もしくは分枝状のアルケニル基；メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数１〜２０の直鎖状もしくは分枝状のカルボン酸エステル基；メチルチオ基、エチルチオ基、ｎ−プロピルチオ等の炭素数１〜２０のアルキルチオ基が挙げられる。更に、これらのアルキル基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、ポリアルキレンオキシド基、アルケニル基、カルボン酸エステル基はエポキシ基、アクリル基、ビニル基などの重合性基、特にラジカル反応性の重合性基で置換されていても良い。またＺ１の例としては、ここに挙げた基を置換基として有するポリオルガノシロキサン基も挙げられる。
【００４１】
置換基Ｚ１のうち好ましいものとしては炭素数１０〜２０の直鎖状アルコキシ基が挙げられ、さらに好ましくは炭素数１２〜１８の直鎖状アルコキシ基が挙げられる。置換基Ｚ１の数ｃに特に制限はなく、前述したように、通常０〜３個程度であればよいが、置換基Ｒ全体における炭化水素環および複素環の数が２の場合、ｃ＝２が好ましい。
【００４２】
Ｘ６が鎖状の炭化水素基（但し、該炭化水素基における１以上のメチレン基は、−Ｏ−、−Ｓ−、または−ＣＯＯ−で置換されていてもよい）である場合、例えばメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−テトラデシル基、ｎ−ペンタデシル基、ｎ−ヘキサデシル基、ｎ−オクタデシル基などの炭素数１〜２０の直鎖又は分岐置換基を有していてもよいアルキル基；ジフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロペンチル基等の炭素数１〜１２のアルキル基にフッ素原子等のハロゲン原子が置換されたハロゲン置換アルキル基；メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基など上記アルキル基に対応した炭素数１〜２０のアルコキシ基；トリフルオロエトキシ基、ジフルオロエトキシ基等の炭素数１〜１２のアルコキシ基にフッ素原子等のハロゲン原子が置換されたハロゲン置換アルコキシ基；メトキシメチル基、メトキシエチル基、メトキシブチル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基又はエトキシブチル基等の炭素数２〜２０のアルコキシアルキル基；―Ｏ（ＣｋＨ２ｋＯ）ｎ（ｋ＝１〜３、ｎ＝２〜２０）で表されるポリアルキレンオキシド基；ビニル基、アリル基、１−プロペニル基、１−ブテニル基、２−ブテニル基等の炭素数１〜２０の直鎖状もしくは分枝状のアルケニル基；メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数１〜２０の直鎖状もしくは分枝状のカルボン酸エステル基；メチルチオ基、エチルチオ基、ｎ−プロピルチオ等の炭素数１〜２０のアルキルチオ基、などを表す。これらはＺ１基として前述した基で置換されていてもよい。
【００４３】
Ｘ６としては、上記炭化水素環基、複素環基、および鎖状炭化水素基（但し、該炭化水素基における１以上のメチレン基は、−Ｏ−、−Ｓ−、または−ＣＯＯ−で置換されていてもよい）のうち、置換基を有していてもよい炭化水素環基または複素環基が好ましい。置換基を有していてもよい炭化水素環基および複素環基のうち、好ましいものは前述の通りである。
【００４４】
一般式（Ｉ）におけるＲとして好ましくは、一般式（ＩＩ）で表される場合であり、より好ましくは式（ＩＩ）におけるａ＝０であり、式（ＩＩ）中の炭化水素環基および複素環基の数が２個である場合である。
なお、一化合物中の５個のＲは、同一であっても異なっていてもよいが、合成が容易である点からは全て同じであることが好ましい。
【００４５】
前記一般式（Ｉ）で表される炭素クラスター誘導体において、置換基Ｒの具体例を下記［表１］に示すが、これに限定されるものではない。
【００４６】
【表１】
2004331848.tif 000015
【００４７】
【表２】
2004331848.tif 000016
【００４８】
なお、［表１］に示される化合物は、本発明の実施例に記載の方法や特開平１０−１６７９９４号公報、特開平１１−２５５５０９号公報、特願２００１−３４４６１６などに記載の方法、またはこれらに準ずる公知の方法にて製造できる。
本発明の炭素クラスター誘導体を含有する液晶配向制御剤は、例えばトルエン、クロロホルム、クロロベンセンなどの溶媒に炭素クラスター誘導体と、必要に応じて後述する任意成分などを溶解させた後、スピンコートやバーコートなどの公知の塗布方法により塗布・乾燥することにより、配向制御層を形成することができる。この配向制御層は、液晶性分子を含有する液晶層に隣接して設けることにより、液晶層に含まれる液晶性分子を配向させることが出来るため、後述する各種用途に供することが可能である。また、前記炭素クラスター誘導体を含有する配向制御剤を塗布した基板に、紫外線等の放射性を照射したり、加熱することにより、該炭素クラスター誘導体を重合させ、重合体（２量体やそれ以上の多量体）としてもよい。
【００４９】
本発明の液晶配向制御剤、およびこれを用いて形成される配向制御層は、前記炭素クラスター誘導体を複数種含有していても良く、また本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、該炭素クラスター誘導体以外の配向制御剤を含有していても良い。更に、各種添加剤を含んでいても良い。各種添加剤には、各種バインダー樹脂、導電性ポリマーなど配向制御層が光電荷発生層としても機能するためのドナー性物質、官能性重合基を有するモノマーなどの添加剤が挙げられる。
【００５０】
本発明の配向制御剤、および該配向制御剤を用いて形成された配向制御層における炭素クラスター誘導体の濃度は、配向制御機能の発現に支障のない範囲で適宜選択される。具体的には、該誘導体自身の溶剤への溶解性、他の各種添加剤成分の種類や濃度により、各々適正な範囲が決まるが、通常は０．１から１０重量％程度、好ましくは０．５〜３重量％程度である。
【００５１】
本発明の配向制御層により配向制御される液晶層は、液晶表示用のネマチック相、コレステリック相、スメクチック相、ディスコチック相などの公知の相を示す低分子液晶や主鎖型高分子系液晶、側鎖型高分子系液晶、重合性モノマー液晶などの高分子液晶の他、光空間変調素子などの液晶性物質を用いた液晶光学素子や、液晶性物質を配向させた有機半導体素子、有機太陽電池、有機エレクトロルミネッセンス素子などにも使用することができる。
【００５２】
本発明の液晶組成物は、液晶性分子を含む組成物に、前記一般式（Ｉ）で表される炭素クラスター誘導体を含有させることにより、配向制御機能を発現することができる。該組成物における液晶相の種類としては、ネマチック相、コレステリック相、スメクチック相、ディスコチック相などの公知の相を示す低分子液晶や主鎖型高分子系液晶、側鎖型高分子系液晶、重合性モノマー液晶などの高分子液晶等を使用することができる。
【００５３】
公知の液晶性物質（液晶性分子）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頁およ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、フェニルピリミジン系、シクロヘキシルシクロヘキサン系など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ができる。
【００５４】
本発明の液晶組成物には、カイラルドーパントや二色性色素やポリマー、重合剤、増感剤、紫外線吸収剤、安定剤などの各種添加剤を液晶組成物の配向性を損なわない範囲で含んでいても良い。
本発明の液晶組成物における、前記炭素クラスター誘導体の含有量としては、液晶性物質に対して通常０．１〜５重量％、炭素クラスター誘導体の液晶性物質へ対する溶解性や炭素クラスター誘導体の可視光吸収強度などから好ましくは０．５〜３重量％である。
【００５５】
本発明の液晶組成物は、液晶性物質と炭素クラスター誘導体および必要に応じて添加される各種添加剤を振盪などの操作により混合、溶解させることによって容易に得ることができる。
本発明において、例えば液晶表示素子に用いられる液晶組成物における、液晶性分子として好ましい液晶性物質としては、棒状（ロッド状）の分子形状を有するネマチック液晶およびスメクチック液晶、盤状（ディスク状）の分子形状を有するディスコチック液晶、これらの分子をメソゲン基として有する高分子液晶が挙げられ、より好ましくは下記に例示されるものが挙げられるが、本発明は何ら以下のものに限定されるものではない。
【００５６】
【化１７】
2004331848.tif 000017
【００５７】
（上記各式中、Ｒａは炭素数１〜１０のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、またはアルケニル基を表わし、Ｒｂはシアノ基；フッ素原子、塩素原子などのハロゲン原子；フッ素原子、塩素原子などのハロゲン原子を置換基として有する炭素数１〜１０の置換アルキル基、置換アルコキシ基、置換アルコキシアルキル基、または置換アルケニル基；炭素数１〜１０のアルキル基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、またはアルケニル基を表わす。また、上記各式中におけるベンゼン環またはシクロヘキサン環はシアノ基、フッ素原子、または塩素原子により置換されていても良い。）
さらにＶＡ方式などの液晶表示素子において好ましくは、分子の側方位にフッ素が置換された誘電異方性が負の液晶が挙げられる。
本発明の炭素クラスター誘導体を含有する配向制御剤、および炭素クラスター誘導体を含む液晶組成物は、液晶セルへの注入により液晶セルの基板表面に付着し、垂直配向が得られる。また、より均一な配向を得るために、配向制御剤および／または液晶組成物注入済みの液晶セルを加熱、エージング処理してもよい。
【００５８】
さらに、液晶配向後のセルに、紫外線などの放射線を照射して、炭素クラスター誘導体を重合させ、重合体（多量体）を形成してもよい。
ただ、液晶組成物を基板間（液晶セル内）に注入して使用する場合、炭素クラスター誘導体への放射線照射処理は、通常、液晶組成物のセルへの注入後に行われる。この場合、液晶セル基板による放射線の吸収により、重合化が効率よく行われない可能性があること、また放射線による液晶材料の劣化が生じるおそれがあるため注意が必要である。従って、放射線照射処理を行う場合、炭素クラスター誘導体は、液晶層に隣接した配向制御層に含有させることが好ましい。また、液晶層に隣接して形成された配向制御層に、炭素クラスター誘導体を含有させた場合には、配向の熱安定性の観点から紫外線処理を施すことが好ましい。
【００５９】
本発明は炭素クラスター誘導体は、例えば液晶素子の製造プロセスの簡略化の観点では、予め配向層を形成する必要がないので液晶層に添加した方が好ましい。一方、広視野角化などの表示品位の観点では、液晶層に隣接した層（配向制御層）に含有させた方が、ＭＶＡ方式などのマルチドドメイン処理による後処理工程が加えられるため好ましい。
【００６０】
本発明は、ＶＡ方式などの液晶表示素子のほか、液晶便覧編集委員会編；  「液晶便覧」丸善株式会社（２０００年）、第５１１頁〜第５１５頁に記載されているような空間光変調器や日本学術振興会第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６３３頁〜第６３４頁に記載されているような液晶ライトバルブなどの各種素子に使用することができる。この場合、素子構成などにより炭素クラスター誘導体が配向制御の他に光導電機能を併せ持つことも可能である。
【００６１】
このようにして得られた本発明の炭素クラスター誘導体からなる配向制御剤および炭素クラスター誘導体を含有する組成物は優れた配向制御能と電気的、化学的安定性などの各種特性を有し、各種液晶表示素子、液晶光学素子や光電変換素子等に応用できる。
【００６２】
なお、液晶性分子の配向機構、すなわち基板界面における液晶性分子の配向メカニズムは種々の要因の複合であるため、本発明の配向制御剤を用いた素子の構成や製造プロセスの種類・方法により、配向制御剤の好ましい範囲を限定することは困難であるが、配向の強さに関係する液晶性分子との相互作用は、公知の界面活性剤やシラン化剤による化学吸着（配向処理）の事例からも、炭素数が１０〜２０程度の末端基があることが重要と思われる。但し、単にフレキシブルな基が炭素クラスターＣ６０に置換したのでは、基板に対して垂直方向に置換基が伸びている状態にはなり難いので、配向秩序は高くならないと考えられる。そこで、環構造などの排除体積効果が期待できる嵩高い構造を有することが好ましい。
【００６３】
さらに、本発明の炭素クラスター誘導体が基板表面で多分子の積層を形成している場合にも、末端基（即ち、一般式におけるＲ）が基板に対して規則性や方向性をもった状態となるためには、該炭素クラスター誘導体がスタッキングするための「ＣＨ／π相互作用」が期待できる、環構造が存在することが好ましいと考えられる。
【００６４】
【実施例】
以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明の要旨を超えない限り以下の実施例に制約されるものではない。
［実施例１］
例示化合物［Ｉ−１］  １０ｍｇをトルエンに溶解させ、１重量％のトルエン溶液を調製した。このトルエン溶液をスピンコーターを用いてＩＴＯ付きガラス基板に塗布して、配向制御層付き基板を作製した。さらに、この基板を基板間が１０μｍとなるように配向制御層を内向きに対向させて液晶セルを作製した。この液晶セルに、商品名ＬＳＢ−３３５（三菱化学製）として市販されている二色性色素１％を含有する商品名ＭＬＣ−２０３９（メルク社製）として市販されているフッ素系液晶性物質を主成分とする誘電異方性が負の液晶混合物を注入して液晶素子を作製した。
【００６５】
この液晶素子の電界無印加時にコノスコープ観察したところアイソジャイヤーの黒い十字帯が観察され、垂直配向していることを確認した。さらに、この液晶素子に６０Ｈｚ、１０Ｖの矩形波を印加したところ、二色性色素ＬＳＢ−３３５の青色着色（吸収）変化が確認された。
【００６６】
［実施例２］
例示化合物［Ｉ−２］を実施例１と同様な方法によりトルエンに溶解した後、基板に塗布し、液晶セルを作製した。この液晶セルに商品名ＬＳＢ−３３５（三菱化学製）として市販されている二色性色素１％を含有する商品名ＭＬＣ−２０３９（メルク社製）として市販されている液晶混合物を注入した。
この液晶素子の電界無印加時にコノスコープ観察したところアイソジャイヤーの黒い十字帯が観察され、垂直配向していることを確認した。さらに、この液晶素子に６０Ｈｚ、１０Ｖの矩形波を印加したところ、二色性色素ＬＳＢ−３３５の青色着色（吸収）変化が確認された。
【００６７】
［実施例３］
例示化合物［Ｉ−１］を実施例１と同様な方法によりトルエンに溶解した後、基板に塗布した。この基板に高圧水銀灯（３００ｍＷ／ｃｍ２）を用いて紫外線照射（１０Ｊ／ｃｍ２）を行なった。紫外線照射後の基板上の例示化合物［Ｉ−１］膜は鉛筆引っ掻き強度（膜密着強度）およびトルエンに対する対溶出性が紫外線照射前に比べ向上していることが確認された。さらに、紫外線照射した基板を用いて実施例１と同様な方法により液晶セルを作製し、商品名ＭＬＣ−２０３９（メルク社製）として市販されている液晶混合物を注入した。
この液晶素子の電界無印加時にコノスコープ観察したところアイソジャイヤーの黒い十字帯が観察され、垂直配向していることを確認した。更に、この液晶注入済みセルを１４０℃下で１５分加熱した。加熱後、室温まで液晶セルを冷却し、偏光顕微鏡下で観察した結果、加熱による液晶の配向乱れは観察されなかった。
【００６８】
［実施例４］
例示化合物［Ｉ−２］を実施例３と同様な方法によりトルエンに溶解した後、基板塗布、紫外線照射を行ない、液晶セルを作製した。この液晶セルに商品名ＭＬＣ−２０３９（メルク社製）として市販されている液晶混合物を注入した。
この液晶素子の電界無印加時にコノスコープ観察したところアイソジャイヤーの黒い十字帯が観察され、垂直配向していることを確認した。更に、この液晶注入済みセルを１４０℃下で１５分加熱した。加熱後、室温まで液晶セルを冷却し、偏光顕微鏡下で観察した結果、加熱による液晶の配向乱れは観察されなかった。
【００６９】
［実施例５］
例示化合物  ［Ｉ−１］１０ｍｇを商品名ＭＬＣ−２０３９（メルク社製）として市販されている液晶混合物  １ｇに混合、振とう溶解させて液晶組成物を調製した。この液晶組成物を孔径が０．２μｍのＰＴＦＥ製フィルターで濾過したのち、透明電極付きガラス板からなり、電極面を対向させるように構成されたギャップ６μｍのセルに封入し液晶表示素子を作成した。
このセルをコノスコープ観察したところ、電界無印加時に垂直配向していることが確認された。更に、このセルを２５℃下で電圧５Ｖ、ＯＮ時間６０μｓｅｃ、フレーム周波数３０Ｈｚのパルス信号を印加し電圧保持率を測定した。この液晶素子の電圧保持率は８６．５％と良好な値を示した。以上の結果から、配向特性と駆動特性の両立した液晶素子を得ることができることを確認した。
【００７０】
［実施例６］
例示化合物  ［Ｉ−２］１０ｍｇを商品名ＭＬＣ−２０３９（メルク社製）として市販されている液晶混合物  １ｇに混合、振とう溶解させて液晶組成物を調製した。この液晶組成物を実施例５と同様な方法により濾過処理したのち透明電極付きガラス板で挟持して液晶素子を作製した。
このセルをコノスコープ観察したところ、電界無印加時に垂直配向していることが確認された。更に、この液晶素子の電圧保持率を実施例５と同様な方法により測定した結果、９４．８％と良好な値を示した。以上の結果から、配向特性と駆動特性の両立した液晶素子を得ることができることを確認した。
【００７１】
［実施例７］
例示化合物  ［Ｉ−３］１０ｍｇを商品名ＭＬＣ−２０３９（メルク社製）として市販されている液晶混合物  １ｇに混合、振とう溶解させて液晶組成物を調製した。この液晶組成物を実施例５と同様な方法により濾過処理したのち透明電極付きガラス板で挟持して液晶素子を作製した。
このセルをコノスコープ観察したところ、電界無印加時に垂直配向していることが確認された。この液晶素子の電圧保持率を実施例５と同様な方法により測定した結果、８９．２％と良好な値を示した。以上の結果から、配向特性と駆動特性の両立した液晶素子を得ることができることを確認した。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の炭素クラスター誘導体からなる液晶配向制御剤、および該誘導体を含む組成物は、電気的、化学的安定性を有し、ＶＡ方式などの垂直配向型液晶表示素子や各種液晶表示素子、液晶光学素子等に応用できる。