(57)【要約】【課題】  耐光性を向上させた液晶光学素子を提供する。【解決手段】  本発明の一態様にかかる液晶光学素子１００は、一方が少なくとも透明な一対の電極１０２付き基板１０１を有する液晶光学素子１００であって、一対の基板１０１間に挟持された液晶／高分子複合体１０７であって、電極１０２間に電圧を印加することにより透明状態から散乱状態に切り替わる液晶／高分子複合体１０７と、液晶高分子複合体１０７に含有された光安定化剤とを備えるものである。【選択図】図１
2007002083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方が少なくとも透明な一対の電極付き基板を有する液晶光学素子であって、
前記一対の基板間に挟持された液晶／高分子複合体であって、前記電極間に電圧を印加することにより透明状態から散乱状態に切り替わる液晶／高分子複合体と、
前記液晶／高分子複合体に含有された光安定化剤とを備える液晶光学素子。
【請求項２】
前記光安定化剤は、分子量が５００以上である請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記光安定化剤は、その分子構造中にヒドロキシル基を含まない請求項１又は２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記光安定化剤は、前記液晶／高分子複合体を形成する混合物との相溶性が高い請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
【請求項５】
前記光安定化剤は、ヒンダードアミン系である請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶光学素子に関し、特に液晶／高分子複合体を備える液晶光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、透過−散乱型の動作モードを備えた液晶／高分子複合体液晶光学素子（Liquid Crystal Polymer Composite）が知られている。液晶／高分子複合体は、高分子と液晶間や液晶内部のドメインでの屈折率差によって光の制御を行なう。もっぱら、対向電極間に電圧を印加して光学特性を変化させることができる。高分子分散型液晶素子（ＰＤＬＣ）あるいは分散液晶ともばれている。
【０００３】
透過−散乱型の液晶光学素子はＴＮ、ＳＴＮ液晶光学素子と異なり、原理的に偏光板が不要である。そのため、光透過率が基本的に高く、散乱特性と組み合わせ、調光ガラス、光シャッター、レーザー装置などに用いられている。
【０００４】
液晶／高分子複合体を備えた液晶光学素子の基本的な技術として、以下のものがあげられる。特許文献１には、液晶と重合性の液晶との混合物から液晶光学素子を形成するものが開示されている。混合物を液晶セル内で配向させた状態に置き、紫外線を照射して混合物からゲルを形成する。特許文献１では、特に、このゲルを異方性ゲルと呼んでいる。
【０００５】
また、特許文献１に開示の液晶光学素子は、電圧非印加状態での液晶の屈折率と異方性ゲル（重合した高分子）の屈折率とが実質的に一致する。そのため視野方向によらず透明性が高い光学素子が得られる。さらに、電圧印加状態では液晶の誘電率異方性により液晶の配向が変化し、液晶の屈折率と異方性ゲルの屈折率とが異なる状態となり、光学素子として散乱状態を呈するようになる。
【０００６】
特許文献２には、誘電率異方性が正であるカイラルネマチック液晶中に、微量の高分子を分散させたものが開示されている。基本的な構成は特許文献１と同様である。電圧非印加時に透明状態を呈し、電圧印加時に散乱状態を呈する。特許文献２の液晶光学素子はＰＳＣＴ（ポリマー・スタビライズド・コレステリック・テクスチャー）と呼ばれている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、高分子と誘電異方性が負の液晶との混合物を垂直配向膜に挟持させ、重合相分離によって液晶／高分子複合体を形成したものが開示されている。
【特許文献１】米国特許第５１８８７６０号
【特許文献２】国際特許公開ＷＯ９２／１９６９５号
【特許文献３】ヨーロッパ特許公開ＥＰ１１５４００６Ａ１公報（実施例７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、液晶／高分子複合体は、実際の使用条件下における熱や光などによって劣化・変色することが知られている。これにより、ヘイズ値が上昇してしまうという問題があった。このため、液晶光学素子自体の透明性が悪くなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記のような問題を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、液晶表示装置の耐久性（耐光性）を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様にかかる液晶光学素子は、一方が少なくとも透明な一対の電極付き基板を有する液晶光学素子であって、前記一対の基板間に挟持された液晶／高分子複合体であって、前記電極間に電圧を印加することにより透明状態から散乱状態に切り替わる液晶／高分子複合体と、前記液晶高分子複合体に含有された光安定化剤とを備えるものである。このような構成を有することによって、液晶光学素子の耐光性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の第２の態様にかかる液晶光学素子は、上記の液晶光学素子において、前記光安定化剤は、分子量が５００以上であるものである。このような構成を有することによって、光安定化剤の揮発性が低くなり、光安定化剤の含有量を適切に制御することができ、さらに確実に液晶光学素子の耐光性を向上させることができる。
【００１２】
本発明の第３の態様にかかる液晶光学素子は、上記の液晶光学素子において、前記光安定化剤は、その構造中にヒドロキシル基を含まないものである。このような構成を有することによって、さらに確実に液晶光学素子の耐光性を向上させることができる。
【００１３】
本発明の第４の態様にかかる液晶光学素子は、上記の液晶光学素子において、前記光安定化剤は、前記液晶／高分子複合体を形成する混合物との相溶性が高いものである。これによって、さらに確実に耐光性を向上させることができる。
【００１４】
本発明の第５の態様にかかる液晶光学素子は、上記の液晶光学素子において、前記光安定化剤は、ヒンダードアミン系であるものである。このような場合に、特に効果的に耐光性を向上させることができる。
【００１５】
好ましくは、上記の液晶光学素子において、前記液晶は負の誘電異方性を有し、前記液晶を基板面に垂直に配向させる配向膜が少なくとも一方の基板に備えられているものである。これによって、液晶光学素子の表示特性を向上させることができる。
【００１６】
また、好ましくは、上記の液晶光学素子において、前記一対の基板と前記接着材とで形成された空間に配置され、前記基板間隔と等しい高さの熱可塑性樹脂の柱構造を備えるものである。これによって、耐衝撃性を向上させ、耐久性を向上させることができる。
【００１７】
さらに、好ましくは、上記の液晶光学素子において、前記一対の基板と前記柱構造とがそれぞれ接着していることを特徴とするものである。これによって、さらに耐衝撃性を向上させ、耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、耐久性を向上させた液晶光学素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を適用可能な実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。なお、各図あるいは化学式において同一の符号を付したものは同様の要素を示しており、適宜、説明を省略する。
【００２０】
本発明の実施の形態にかかる液晶光学素子は、駆動電圧の印加により透過状態と散乱状態とを可逆的、かつ、繰り返してとることができるようになしたものである。透過状態及び散乱状態とは、可視光に対して適用される。本実施の形態においては、電圧印加時に散乱状態をとり、電圧非印加時に透過状態をとるリバースモードの液晶光学素子について説明する。
【００２１】
リバースモードにおいては、液晶光学素子を使用しないとき（電圧非印加時）は透明であって、液晶光学素子の存在自体が、利用者に目障りになったり、圧迫感を与えることが少なく、開放感を与える液晶光学素子を実現する。
【００２２】
なお、液晶光学素子の透過−散乱モードとして、電圧印加時に透過状態をとり、電圧非印加時に散乱状態をとるもの（ノーマルモード）を用いることも可能である。
【００２３】
本実施の形態の液晶光学素子においては、液晶と高分子とが相分離して形成された液晶／高分子複合体が光学的機能を発現する上での主構成要素となる。液晶／高分子複合体は、熱や光などにより劣化・変色し、その透明性が低下することが知られている。これを改善するために、液晶／高分子複合体の材料となる液晶及び重合性化合物などを含有する混合物中に、ラジカルを捕獲する光安定化剤を混合する。これによって、液晶光学素子の耐光性を向上させることができる。
【００２４】
液晶／高分子複合体層の劣化・変色防止に有効なものとして、上述したラジカルを捕獲する光安定化剤と、紫外線を吸収する光吸収剤とがある。このうち、ラジカルを捕捉する光安定化剤を用いることが好ましい。液晶／高分子複合体を形成する際にＵＶ光を照射する場合、光吸収剤を用いると、液晶／高分子複合体の形成に必要なＵＶ光の照射量が増大してしまう恐れがある。また、液晶／高分子複合体の特性が局部的に変化して、液晶光学素子の駆動電圧が変わってしまうおそれがある。
【００２５】
光安定化剤としては、ヒンダードアミン系であることが好ましい。ヒンダードアミン系の光安定化剤は上記混合物との相溶性が高く、揮発性が低いため、少量の添加で耐光性の向上を図ることができる。
【００２６】
本実施の形態においては、ヒンダードアミン系の官能基としてＮ−ＯＲ、Ｎ−Ｒの２種類の光安定化剤について検討した。具体的には、Ｎ−ＯＲの分子構造を持つＴＩＮＵＶＩＮ（登録商標）１２３と、Ｎ−Ｒの分子構造を持つＴＩＮＵＶＩＮ（登録商標）１４４を用いることができる。
【００２７】
光安定化剤としては、揮発性が低いことが好ましい。光安定化剤を含有する上記の混合物は、混合後、液晶セル内部に注入される。しかし、揮発性が高いと、液晶セル内部に注入する前に揮発してしまい、液晶光学素子の耐光性を向上する機能を発揮できなくなってしまう。したがって、液晶セル注入後の混合物中に、光安定化剤が含有されるよう、揮発性が低いことが要求される。揮発性は、分子量、極性、分子間力などで決定される。したがって、例えば、分子量５００以上の光安定化剤は一般的に揮発性が低いため、これを好ましく用いることができる。これにより、より確実に耐光性を向上させることができる。
【００２８】
また、光安定化剤は、上記の液晶と光硬化剤化合物の混合物との相溶性が高いことが好ましい。混合物の状態から、相分離のプロセスを経て、光学的に機能し得る良好な構造が形成されることが重要であるためである。相分離が十分でない場合は、液晶を動作させるための駆動電圧が上昇したり、液晶光学素子として動作しなくなるなどの不具合を生じる。また、透過−散乱の電気光学特性が均一な高品位の液晶／高分子複合体を得るために、光安定化剤を含有する上記の混合物は、混合後、均質な溶液であることが好ましい。
【００２９】
また、光安定化剤の分子構造中に、ヒドロキシル基を含まないものが好ましい。分子構造中にヒドロキシル基を含む光安定化剤（ＴＩＮＵＶＩＮ（登録商標）１４４）とヒドロキシル基を含まない光安定化剤（ＴＩＮＵＶＩＮ（登録商標）１２３）とを比較すると、ヒドロキシル基を含む光安定化剤（ＴＩＮＵＶＩＮ（登録商標）１４４）のほうが、比抵抗が低い。液晶／高分子複合体の比抵抗が低下すると、耐久性試験などにおいて表示ムラが発生しやすくなるため、好ましくない。したがって、本実施の形態において検討した２種類の光安定化剤を比較すると、比抵抗が高いＴＩＮＵＶＩＮ（登録商標）１２３を用いることが好ましい。しかしながら、これに限定されず、比抵抗の高い光安定化剤であれば他の光安定化剤を用いることを妨げない。
【００３０】
また、混合物を配合する場合において、光安定化剤の含有量が多いと混合物が分離してしまう。そのため、良好な相分離構造を得ることが難しくなってしまう。また、液晶のＴｃ（相転移温度）が低下してしまうため、混合物が液晶層を示すことが出来る温度範囲が狭くなってしまう。さらに、液晶／高分子複合体を形成する際に混合物にＵＶ光を照射するが、光安定化剤はラジカルを捕捉するため、光安定化剤の含有量が多いと、液晶光学素子の駆動電圧が増大してしまうおそれがある。一方、光安定化剤の含有量が少ないと、液晶光学素子の耐光性の向上が図れなくなってしまう。したがって、光安定化剤の混合比を適宜選択することが好ましい。本実施の形態においては、光安定化剤を後述する液晶性化合物（Ｃ）の１％〜２％程度、すなわち混合物全体の０．８５％〜１．７％程度混合することができる。
【００３１】
なお、ヒンダードアミン系の光安定化剤を用いなくても、上述の条件を満たすものであれば、どのような光安定化剤を用いてもかまわない。
【００３２】
ここで、本実施の形態にかかる液晶光学素子の構成の一例について図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる液晶光学素子１００の構成の一例を示す断面図である。液晶光学素子１００は、基板１０１、電極１０２、配向膜１０３、接着材１０４、スペーサ１０５、柱構造１０６、液晶／高分子複合体１０７を備えている。
【００３３】
一対の基板１０１は、それぞれ電極１０２を支持する。一対の基板１０１としては、例えば、透明なガラス基板でもフィルム基板でもよく、またガラス基板とフィルム基板の組み合わせでもよい。フィルム基板の場合、連続で供給される電極１０２を形成した基板を２本のゴムロールなどで挟み、連続で製造することができるため、生産性が高い。
【００３４】
また、ガラス基板の場合、電極面内に微量のスペーサ１０５を散布し、対向させた基板の４辺をエポキシ樹脂等の接着材１０４で封止セルとし、２カ所以上の設けたシールの切り欠きの一方を液晶と硬化性化合物の混合物に浸し、他方より吸引することでセル内に混合物を満たし、硬化させ所望の液晶光学素子を得ることができる。また、真空注入法を用いることもできる。
【００３５】
電極１０２は、ＩＴＯなどの透明導電性膜からなる。電極１０２は、表示画面に対応して、所定のパターンが形成されている。また、電極１０２のうち一方が
アルミニウムや誘電体多層膜の反射電極であってもよい。
【００３６】
それぞれの基板１０１に設けられた電極１０２上にはそれぞれ、配向膜１０３が形成される。配向膜１０３は、後述する液晶を所定の方向に配向させるため、液晶と接するように形成される。両基板１０１に形成された配向膜１０３のうち少なくとも一方は、液晶を基板面に垂直に配向させることが好ましい。これにより、表示特性を向上することができる。また、配向膜１０３に所定の配向処理を施した一対の基板１０１の配向方向の組み合わせとしては、平行、直交、いずれでもよく、液晶光学素子１００の表示面のムラが最小となるよう角度を設定すればよい。混合物を狭持する電極１０２付き基板１０１の電極１０２表面を直接研磨したり、樹脂の薄膜を設けそれをラビングするなどして、電極１０２の表面に液晶を配向させる機能を付与することもできる。これにより、混合物を狭持する際のむらを低減させることもできる。
【００３７】
接着材１０４は、両基板１０１を接着する。接着材１０４は両基板１０１の周囲に沿って配置される。両基板１０１及び接着材１０４で形成された空間には、スペーサ１０５が配置される。スペーサ１０５は、後述する柱構造１０６の高さを規定する。電極１０２間にある液晶／高分子複合体１０７の厚さは、スペーサ１０５で保持することが好ましい。スペーサ１０５の材料としては、たとえば、ガラス粒子、樹脂粒子、アルミナ粒子、ガラスファイバー、フィルムなどの従来使用されているものを用いることができる。また、液晶表示装置で一般的な球状スペーサやファイバー型スペーサではなく、柱状のスペーサを用いてもよい。液晶／高分子複合体１０７の厚さは、通常、１〜５０μｍであり、５〜３０μｍが好ましい。電極間隔は小さすぎるとコントラストが低下し、大きすぎると駆動電圧が上昇する。
【００３８】
また、両基板１０１及び接着材１０４で形成された空間には、接着性を有する熱可塑性樹脂からなる柱構造１０６が配置される。この柱構造１０６は、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの熱可塑性樹脂からなる。柱構造１０６は、液晶光学素子１００の耐衝撃性を向上させる。柱構造１０６は両基板１０１と接着しており、柱構造１０６の高さは両基板１０１の間隔と等しい。すなわち、両基板１０１の基板間隔は、柱構造１０６の高さと一致する。
【００３９】
また、両基板１０１及び接着材１０４で形成された空間には液晶と重合性化合物、光安定化剤などの混合物に光照射することにより形成される液晶／高分子複合体１０７が封入されている。液晶／高分子複合体１０７は、基板１０１間に形成された樹脂構造と、垂直配向せしめられた液晶とを備えている。また、液晶／高分子複合体１０７中には、上述したように、光安定化剤が含有されている。液晶はもっぱら、ドメイン構造を有しており、電圧印加時に散乱するので、散乱表示部と呼ばれる。散乱表示部は電圧非印加時には透明状態であるが、電圧印加時には透過率が変化して散乱状態となる。従って、散乱表示部は電圧によって液晶が動作する動作領域となる。
【００４０】
ここで、本実施の形態にかかる液晶／高分子複合体１０７の形成に用いられる混合物の好適な例について説明する。本実施の形態の液晶光学素子における液晶／高分子複合体の相分離構造の微細形状は、使用する液晶化合物と重合性化合物、及び非重合性化合物の種類、性質、混合比などによって種々変えることができる。用いる材料の組み合わせや混合比は、透過−散乱特性等の光学特性や、駆動電圧の大きさ、電子光学素子として求められる信頼性の程度を考慮して決定する。相分離構造とは、相分離プロセスを経て形成され、電気光学的特性・機能を発現することができる液晶セル内部の構造を意味している。
【００４１】
本実施の形態において、液晶／高分子複合体を形成する混合物（Ｄ）が、少なくとも次の化学式（１）で示される二官能重合性化合物（Ａ）の一種以上、化学式（２）で示される二官能重合性化合物（Ｂ）の一種以上及び非重合性の液晶性組成物（Ｃ）を含む混合物に由来する重合体である。
【化１】
2007002083.tif 000003
【化２】
2007002083.tif 000004
【００４２】
二官能重合性化合物（Ａ）は、高分子化合物のなかで、剛直性を有する主骨格成分を形成する。一方、二官能重合性化合物（Ｂ）は、高分子化合物のなかで、衝撃吸収の役割を果たすことができる柔軟成分を形成する。このような物性の異なる化合物を組み合わせることによって、電子光学素子として良好な耐衝撃性を備えた液晶／高分子複合体を形成できる。
【００４３】
本実施の形態において、混合物（Ｄ）を液晶状態で配向膜間に保持すると、混合物（Ｄ）は配向膜の種類（配向能）に応じて、水平配向、ツイスト配向、ハイブリッド配向、垂直配向などの配向状態をとる。この配向状態で、混合物（Ｄ）中の重合性化合物を重合して高分子を形成する。
【００４４】
このような方法をとることで、高分子と液晶性組成物（Ｃ）とが相分離し、液晶／高分子複合体を形成できる。この際に、高分子内の分子配列は重合前の配向を維持できるように二官能重合性化合物（Ａ）を選択する。重合相分離のプロセスの前後において、配向を維持するためには、液晶性組成物（Ｃ）と二官能重合性化合物（Ａ）の相溶性がよいことが好ましい。
【００４５】
一方、重合後に形成される高分子が、液晶性組成物（Ｃ）から良好に相分離するためには、二官能重合性化合物（Ａ）は液晶性を有さない方が好ましい。配向状態としては上記の配向状態のいずれも用いることができる。完成した液晶光学素子として、電圧非印加時の透明性を向上させるためには垂直配向を用いることが好ましい。垂直配向の場合、スペーサに起因する配向欠陥を少なくすることができる。液晶光学素子の透明性がより向上するからである。本発明の液晶光学素子を製造するうえで、液晶組成物の誘電率異方性の極性としては、正でも負でもよいが、垂直配向の場合は負が好ましい。それ以外の場合は正が好ましい。
【００４６】
以下、本発明で用いる二官能重合性化合物（Ｂ）について、さらに説明をする。二官能重合性化合物（Ｂ）は、化学式（２）の化合物であれば格別制限されない。例えば、下記条件を満たす化合物である。
【００４７】
Ａ３、Ａ４が、それぞれ独立に、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基またはビニルエーテル基である。
Ｒ３が、−Ｒ４−または−（Ｒ５−Ｏ）ｎ−Ｒ５−である。
ただし、Ｒ４は炭素数２〜２０の直鎖または分枝状アルキレン基であり、Ｒ５は炭素数２〜８の直鎖または分枝状アルキレン基であり、ｎは１〜１０の整数である。
【００４８】
または、
Ｒ４が炭素数２〜２０の直鎖アルキレン基であり、Ｒ５が−（ＣＨ2）ｒ−、−ＣＨ２−ＣＨ（ＣＨ3）−、−ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＨ（ＣＨ3）−または−ＣＨ２−ＣＨ２−Ｃ（ＣＨ3）２−であり（ただし、ｒは２〜５の整数）、ｎが１〜６の整数である、化合物である。
【００４９】
これらの二官能重合性化合物（Ｂ）を使用した液晶光学素子は、耐衝撃性が高く、好ましい。前記二官能重合性化合物（Ｂ）は、単独で使用することもできるし、あるいは２種類以上組み合わせて使用することもできる。下記化学式（３）〜（７）に具体例を示す。
【化３】
2007002083.tif 000005
【化４】
2007002083.tif 000006
【化５】
2007002083.tif 000007
【化６】
2007002083.tif 000008
【化７】
2007002083.tif 000009
【００５０】
二官能重合性化合物（Ｂ）は重合性基Ａ３，Ａ４を有し、重合性基間を連結するＲ３を有する。Ｒ３としては原子間に単結合を有し分子内回転の自由度の高い基から選択して用いる。このように構成することで、重合された高分子の柔軟性を向上させることができる。また、重合相分離の反応性を高めることにも寄与する。
【００５１】
Ａ３，Ａ４間の炭素原子数、エーテル性酸素原子数が多いほど柔軟性は向上する。一方、液晶性組成物（Ｃ）との相溶性は原子数が多いほど低下する傾向がある。そのため、原子数を適切に選択する。また、炭素原子数は、混合物を液晶セル内に真空注入する製造方法を採用する場合には、混合物からの揮発性成分の飛散を考慮して８以上、好ましくは１１以上とする。エーテル性酸素原子は含まれていても含まれていなくてもよい。エーテル性酸素原子を含んでいる場合は、高分子の柔軟性が向上するので、好ましい。
【００５２】
二官能重合性化合物（Ｂ）は分子内にＱ１のような基を含まないためＲ３に含まれる炭素原子数を増やすことが比較的容易である。この構造の採用により、高分子の柔軟性の向上に大きく寄与する。
【００５３】
次に、二官能重合性化合物（Ａ）について説明する。二官能重合性化合物（Ａ）は化学式（１）の条件を満たす化合物であれば、格別に制限はない。このような化合物としてはメソゲンモノマーや液晶モノマー、重合性液晶などといった名称で呼ばれることがあるが、必ずしもそのような化合物に限定されることはなく、非重合性の液晶性組成物（Ｃ）への溶解性が良好であるものを選択して用いることができる。
【００５４】
例えば、特開平４−２２７６８４号公報などに記載されている公知の化合物を適宜選択して使用できる。このような構造を有することによって、液晶組成物（Ｃ）への溶解性が向上するからである。さらに、二官能重合性化合物（Ａ）は以下のような構造であることが好ましい。
【００５５】
化学式（１）で表される二官能重合性化合物（Ａ）が下記条件を満たす化合物であることが好ましい。
Ａ１、Ａ２が、それぞれ独立に、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基またはビニルエーテル基である。
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４が、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい１，４−フェニレン基または１，４−シクロヘキシレン基である。
Ｘ１、Ｘ２が、それぞれ独立に、単結合、酸素原子またはエステル結合である。
Ｒ１、Ｒ２が、それぞれ独立に、単結合または炭素原子間に一個または複数個のエーテル性酸素原子を有していてもよい直鎖または分枝状炭素数２〜２０のアルキレン基である。
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３が、それぞれ独立に、単結合、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＨ２−である。
ｐ、ｑが、いずれも０であるかまたは一方が０で他方が１である。
【００５６】
また、化学式（１）で表される二官能重合性化合物（Ａ）が下記条件を満たす化合物であることが好ましい。
Ａ１、Ａ２が、それぞれ独立に、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基である。
Ｑ１、Ｑ２がいずれも置換基を有していてもよい１，４−フェニレン基であり、Ｑ３、Ｑ４が、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい１，４−フェニレン基または１，４−シクロヘキシレン基である。
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３が、それぞれ独立に、単結合、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＣＨ２−ＣＨ２−または−Ｃ≡Ｃ−である。
ｐ、ｑが、いずれも０であるかまたは一方が０で他方が１である。
【００５７】
また、化学式（１）で表される二官能重合性化合物（Ａ）が下記条件を満たす化合物であることが好ましい。
Ａ１、Ａ２がいずれもアクリロイルオキシ基である。
Ｑ１、Ｑ２がいずれも置換基を有していてもよい１，４−フェニレン基であり、Ｑ３、Ｑ４が、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい１，４−フェニレン基または１，４−シクロヘキシレン基である。
Ｒ１、Ｒ２が、それぞれ独立に、直鎖または分枝状炭素数２〜２０のアルキレン基である。
Ｚ１が、単結合、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−、−ＣＨ２−ＣＨ２−または−Ｃ≡Ｃ−であり、Ｚ２、Ｚ３がいずれも単結合である。
ｐ、ｑが、いずれも０であるかまたは一方が０で他方が１である。
【００５８】
本発明の液晶光学素子で用いる液晶／高分子複合体を形成するための、二官能重合性化合物（Ａ）の具体例としては、下記化学式（８）〜（１１）の化合物を例示することができる。
【化８】
2007002083.tif 000010
【化９】
2007002083.tif 000011
【化１０】
2007002083.tif 000012
【化１１】
2007002083.tif 000013
【００５９】
二官能重合性化合物（Ａ）は、その性質から液晶性を有する化合物と液晶性を有しない化合物に分けられる。本発明においては、混合物を安定した液晶相に置くことが好ましく、その液晶相の状態からの相分離によって液晶／高分子複合体を形成する。この相分離のプロセスを起こしやすくするために、非液晶性の二官能重合性化合物（Ａ）を、液晶相を示す混合物の中に含んだ状態で用いることが好ましい。非液晶性の二官能重合性化合物（Ａ）として、上記化学式（８）〜（１１）の化合物を挙げることができる。混合物の相溶性が良好な化合物は、化学式（８）及び化学式（１０）のアクリレート化合物が挙げられる。
【００６０】
以上説明したように、二官能重合性化合物（Ａ）は、単独で使用することもできるし、あるいは２種類以上組み合わせて使用してもよい。液晶性を有する二官能重合性化合物（Ａ）は相分離のプロセスの観点では、相分離を起こしにくい材料であるが、混合物の状態を制御する観点では、液晶相の温度範囲を広くするため、混合物の取り扱いを容易にすることができる。そのような条件を満足する具体的な化合物として、下記化学式（１２）、（１３）を挙げることができる。
【化１２】
2007002083.tif 000014
【化１３】
2007002083.tif 000015
【００６１】
本発明において、液晶性を有する二官能重合性化合物（Ａ）を混合物の一成分として使用することができる。つまり、液晶性を有しない二官能重合性化合物（Ａ）のみを用いる場合以外に、液晶性を有しない二官能重合性化合物（Ａ）と液晶性を有する二官能重合性化合物（Ａ）を組み合わせて用いたり、液晶性を有する二官能重合性化合物（Ａ）を単独で用いることができる。
【００６２】
また、二官能重合性化合物（Ａ）は、骨格としてＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４が連結基Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３で結合された有機基を有する。上記の有機基は、二官能重合性化合物（Ａ）と液晶性組成物（Ｃ）との相溶性を向上し、液晶性混合物（Ｄ）が液晶性を示す温度範囲（以下、液晶温度範囲という。）を広げることに役立つ。
【００６３】
また、ｐ、ｑはそれぞれ独立に０または１であるが、共に０であると液晶性混合物（Ｄ）を調整する際に、混合する温度を下げることができ、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４で示される重合性部位が不必要に重合してしまうことを軽減できるので好ましい。
【００６４】
また、上記有機基は０．０１以上の光学異方性を有する。置換基を有していてもよい１，４−フェニレン基またはピリミジン−２，５−ジイル基を用いる場合、光学異方性は高くなる。１，４−シクロヘキシレン基を用いる場合、光学異方性は小さくなる。また連結基Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３が−Ｃ≡Ｃ−であると、特に光学異方性を高くすることができる。
【００６５】
また、光学異方性は二官能重合性化合物（Ａ）の分子内に占める骨格以外の部分、すなわちＡ１，Ａ２，Ｒ１，Ｒ２，Ｘ１，Ｘ２の大きさが大きいほど、低下する傾向がある。上記のように光学異方性を制御することができる。しかし、その大きさは組み合わせる液晶組成物（Ｃ）の光学異方性の大きさにより決定する。たとえば、液晶組成物（Ｃ）の光学異方性が大きい場合は、二官能重合性化合物（Ａ）の光学異方性を大きくする。逆に、液晶組成物（Ｃ）の光学異方性が小さい場合には、二官能重合性化合物（Ａ）の光学異方性を小さくする。
【００６６】
このようにすると、電圧非印加時の液晶光学素子の透明性が向上するからである。また、二官能重合性化合物（Ｂ）は上記の有機基を有さない化合物であるため、二官能重合性化合物（Ａ）の光学異方性を低下させる効果を有する。そのため、二官能重合性化合物（Ｂ）の添加量に応じて、二官能重合性化合物（Ａ）の光学異方性を考慮して化合物を選択する。
【００６７】
また、連結基Ｒ１，Ｒ２，Ｘ１，Ｘ２は、重合性基Ａ１，Ａ２と上記有機基を連結する役割を担う。連結基は原子間に単結合を有し分子内回転の自由度の高い基から選択する。このようにすると、分子間の重合性基Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４間の衝突確率が増し反応性が高まり信頼性の高い高分子を形成することができるからである。
【００６８】
また、Ｒ１，Ｒ２，Ｘ１，Ｘ２の炭素数やエーテル性酸素原子数を増すことで二官能重合性化合物の柔軟性を向上させることができる。しかし、分子量の増加に伴い化合物の合成、純度の高い精製や単離が困難になるため限界がある。
【００６９】
以上説明したように、二官能重合性化合物（Ａ）は液晶性組成物（Ｃ）との相溶性を向上し、液晶／高分子複合体の光学特性を調整する。その一方で二官能重合性化合物（Ａ）から形成される高分子は柔軟性が低く、形成された液晶／高分子複合体は衝撃に対して弱くなる傾向を示す。
【００７０】
本発明に用いることのできる液晶化合物としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶及び強誘電性液晶など、一般的な表示材料として、あるいは電界駆動型表示素子の材料として使用される種々の液晶化合物が使用可能である。具体的には、ビフェニル系、フェニルベンゾエート系、シクロヘキシルベンゼン系、アゾキシベンゼン系、アゾベンゼン系、アゾメチン系、ターフェニル系、ビフェニルベンゾエート系、シクロヘキシルビフェニル系、フェニルピリジン系、シクロヘキシルピリミジン系、コレステロール系等の各種液晶化合物を挙げることができる。
【００７１】
これらの液晶化合物は、一般的に使用されている液晶化合物と同様に、単独で使用される必要はなく、２種類以上の液晶化合物を組み合わせて使用してもよい。また、電界による表示を目的とする場合は、上記の液晶化合物の中でも誘電率異方性が負のものを用いるのが好ましい。また駆動電圧を低下させるためには、誘電率異方性が大きいほうが好ましい。
【００７２】
本発明において、二官能重合性化合物（Ａ）、二官能重合性化合物（Ｂ）及び上記液晶性組成物（Ｃ）の配合比は、液晶性組成物（Ｃ）が７５〜９４．５％、二官能重合性化合物（Ａ）が５〜１５％、二官能重合性化合物（Ｂ）が０．５〜１０％である、ことが好ましい。
【００７３】
このような配合によって、混合物を製造過程で安定した液晶相として制御しやすくなる。上記の範囲よりも、重合性モノマーの相対分量が多いと、液晶性組成物と重合性モノマーとが２層分離しやすい傾向を示す。よって、上記の範囲を満たすことが好ましい。
【００７４】
また、重合性モノマーの相対分量が多いと、混合物が２層分離する温度が上がり、液晶相から等方相に相転移する温度が下がる。そのため、混合物が液晶相を示すことができる液晶温度範囲が狭くなる。よって、上記の範囲を満たすことが好ましい。
【００７５】
液晶性化合物、重合性モノマー及び光安定化剤を含有する上記の混合物は、混合後、均質な混合溶液であることが好ましい。その混合溶液が液晶相を示すようにするためには、上記の各化合物または組成物の種類及び混合比を適宜選択すればよい。混合溶液は、少なくとも相分離の工程で、重合性化合物を重合するときに、混合溶液全体として液晶相を示していればよい。
【００７６】
本発明において、重合性モノマーを重合させるためには、重合開始剤を使用することが好ましい。このような重合開始剤としては、公知の重合触媒から適宜選択できるが、光重合相分離法を用いる場合は、ベンゾインエーテル系、アセトフェノン系、フォスフィンオキサイド系などの一般に光重合に用いられる光重合開始剤を使用できる。
【００７７】
熱重合の場合は、重合部位の種類に応じて、パーオキサイド系、チオール系、アミン系、酸無水物系などの熱重合開始剤を使用でき、また、必要に応じてアミン類などの硬化助剤も使用できる。
【００７８】
重合開始剤の含有量は、重合性モノマーの合計量１００重量部に対して、通常、０．１〜２０重量部であり、０．１〜１０重量部以下が好ましい。重合後の高分子（重合体）において、高い分子量や高い比抵抗が要求される場合、０．１〜５重量部とすることがさらに好ましい。重合開始剤の含有量が２０重量部を超えると、混合物の相溶性を阻害するので好ましくない。また、重合開始剤の含有量が０．１重量部未満の場合、混合溶液に含まれる重合性モノマーを重合させても、重合性モノマーが十分に重合することができない。所望の相分離構造を形成できないことになる。よって、上記の範囲を満足することが好ましい。また、電界印加／非印加時の液晶光学素子のコントラスト比を向上させるために、混合溶液に公知のカイラル剤を添加することもできる。
【００７９】
本発明による液晶光学素子は、液晶／高分子複合体を必須として備える。この液晶／高分子複合体は、上記の液晶化合物と二官能重合性化合物（Ａ）と二官能重合性化合物（Ｂ）との３成分のみで構成される場合でも、表示装置や光変調装置として用いることができる。
【００８０】
さらに、コントラスト比や安定性の向上を目的として、種々の化合物を添加することもできる。たとえば、コントラストの向上を目的として、アントラキノン系、スチリル系、アゾメチン系、アゾ系等の各種二色性色素が使用可能である。その場合、二色性色素は、基本的に液晶化合物と相溶し、高分子化合物とは不相溶であることが好ましい。このほかに、酸化防止剤、紫外線吸収剤、各種可塑剤も、安定性や耐久性向上の点から好ましく使用される。
【００８１】
以下に、本実施の形態にかかる液晶光学素子の製造方法について説明する。まず、上述した二官能重合性化合物（Ａ）及び二官能重合性化合物（Ｂ）を含む重合性モノマーと液晶化合物と重合開始剤と光安定化剤を混合し混合物を形成する。次いで、混合物の温度を上げて、等方相として混合物を均一に混合した状態とする。この後、混合物の温度を下げて、混合物が液晶相となったことを確認して、混合物を調整する。
【００８２】
次いで、上記の混合物を一対の電極１０２付き基板１０１に狭持させる。狭持させる方法としては、例えば、混合物を一方の電極付き基板上に一定の厚みに塗布して他方の電極付き基板を重ね合わせる方法がある。あるいは、真空注入法などを用いて、一対の電極１０２付き基板１０１間に狭持させてもよい。
【００８３】
この後、恒温槽などを使用して恒温状態のもとに、加熱または、光あるいは電子線を照射して、混合物を重合する。これによって、光安定化剤が含有された液晶／高分子複合体を形成することができる。なかでも、重合時の温度を容易に制御することができることから、紫外光や可視光などの光を照射する光重合相分離法を用いることが好ましい。
【００８４】
液晶／高分子複合体１０７を混合物からの光重合相分離法で形成する場合、所定の重合相分離が生じるように光照射を行なえばよく、その条件は特別限定されることがない。通常の製造条件下において、４００ｎｍ以下の波長の光を含む光源が好ましい。例えば、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどが使用できる。
【００８５】
光照射条件は、重合性モノマーの種類に応じて設定することが好ましい。混合物に直接照射する際の照射光の強度として、１〜４００ｍＷ／ｃｍ２（３６５ｎｍの波長で測定）が好ましい。１ｍＷ／ｃｍ２未満では、相分離速度が遅くなり、散乱強度が低下する。また４００ｍＷ／ｃｍ２を超えると、光反応により分解反応が起こり、保持率の低下が起こる。
【００８６】
照射時の温度は、混合物の液晶温度範囲のなかから適宜選択し設定するようにする。混合物が液晶相を示すことができる液晶温度範囲は、混合物の各配合物の種類や配合比によって異なる。たとえば、本発明を実施するにあたり、１０〜６０℃が好ましい。さらには、３０〜５０℃であることが好ましい。混合物が相溶状態を示す相溶温度以下では、光重合の前に相分離が起こり、液晶が不均一な状態の液晶／高分子複合体となってしまう。逆に温度が高すぎると、混合物が液晶相から等方相に相転移し、液晶光学素子の散乱−透過の電気光学特性を確保することができない。
【００８７】
露光して混合物を重合させる場合、液晶光学素子１０の全面を均一な条件（光照射及び重合温度）の下に重合させるために、空気中露光、窒素中露光、水中露光などの方法を用いることが好ましい。
【００８８】
以下に、実施例について説明する。本実施例中の「部」は重量部を意味する。本発明の実施例においては、誘電異方性が負であるネマチック液晶（ＴＣ＝９８℃、Δε＝−５．６、Δｎ＝０．２２０）８５部と、二官能重合性化合物（Ａ）に含まれる上記化学式（８）の化合物１３部と、二官能重合性化合物（Ｂ）に含まれる上記化学式（７）の化合物２部及び光重合開始剤としてのベンゾインイソプロピルエーテルを重合性モノマーの総量（化学式（８）の化合物及び化学式（７）の化合物）を１００部とした場合に、３部となるように混合した。また、光安定化剤を、重合性モノマーの総量（化学式（８）の化合物及び化学式（７）の化合物）を１００部とした場合に、１部となるように混合した。
【００８９】
この混合物を液晶相にするため、攪拌しながら９０℃に加温し、等方相にして混合物を均一にした後、温度を６０℃に下げた。この後、混合物が液晶相となったことを確認して、混合物を調製した。
【００９０】
液晶セルは以下のようにして作製した。透明電極上に垂直配向用ポリイミド薄膜を形成した一対の基板を準備した。そのポリイミド薄膜が対向するように、散布した微量の樹脂ビーズ（直径６μｍ）を介して、四辺に幅約１ｍｍで印刷したエポキシ樹脂（周辺シール）により張り合わせ、液晶セルを形成した。次いで、上記の混合物を液晶セルの中に注入した。
【００９１】
この液晶セルを、３３℃に保持した状態で、主波長が約３６５ｎｍのＨｇＸｅランプにより、上側より１０ｍＷ／ｃｍ２、下側より同じく約１０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を１０分間、照射し重合相分離法により液晶／高分子複合体を基板間に形成し、リバースモードの透過−散乱特性を有する液晶光学素子を形成した。また、比較例として、上記の混合物のうち光安定化剤を混合しないものを調整し、上記の方法と同様にして、液晶光学素子を形成した。
【００９２】
上記の２種類の液晶光学素子に対して、耐光性に関する評価試験を行った。評価方法として、サンシャインウエザメータによる露光試験を行い、液晶光学素子のヘイズ値の変化について調べた。ヘイズ値は透明性を示す値であり、ヘイズ値が低いほど透明性が高い。
【００９３】
５００時間の露光の後、ヘイズ値を計測すると、従来の光安定化剤を用いていない液晶光学素子のヘイズ値は、３％から８％に上昇した。一方、本発明にかかる光安定化剤を用いた液晶光学素子のヘイズ値は、３％から５％へと変化したものの、その増加量を抑制することができた。以上から、本発明の液晶光学素子は、比較例のものよりも耐光性に優れていることがわかる。
【００９４】
このような本発明の液晶光学素子は、基本的に透過−散乱の二つの光学状態を可逆的に切り替えることができるものであり、液晶シャッター、プライバシーガラス、間仕切り、高速光シャッター、計測装置、スクリーン、光通信、光束の制御装置、タッチ式表示装置、自動車のインパネ表示装置等に用いることが好適である。
【００９５】
また、自動車のヘッドアップディスプレイ、ショーウインドウなどの店頭の演出用の表示装置、オフィスや工場、展示場などの受付の近くに設置される情報表示装置、コンビニエンスストアのレジスターの近くに設置される情報表示装置、アーケードゲーム機の表示装置等としても使用できる。本発明の液晶光学素子は、表示装置のほか、照明装置などとしても使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本実施の形態にかかる液晶光学素子の一例の断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０１  基板
１０２  電極
１０３  配向膜
１０４  接着材
１０５  スペーサ
１０６  柱構造
１０７  複合体
【図１】
2007002083.tif 000016