(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板の間隙に液晶層を挟持してなる液晶素子であって、前記液晶層は、ディスコティック液晶と棒状液晶とが相分離状態で共存してなり、前記ディスコティック液晶の相と棒状液晶の相は、それぞれ屈折率異方性を有し、ダイレクターが同方向に配向したときにいずれの方向位においても屈折率の差を生じて、該屈折率の差による光散乱状態を生じることを特徴とする液晶素子。
【請求項２】
前記ディスコティック液晶が、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子ディスコティック液晶である請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】
前記棒状液晶がネマティック液晶である請求項１に記載の液晶素子。
【請求項４】
前記ディスコティック液晶と棒状液晶のダイレクターがともに液晶層面に垂直な同方向の配向を少なくとも有する請求項１に記載の液晶素子。
【請求項５】
前記一対の基板の少なくとも一方に電極が配置され、該電極から印加される電気信号により入射した光の散乱状態を変調する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項６】
前記光の散乱状態がメモリー性を有する状態である請求項５に記載の液晶素子。
【請求項７】
前記一対の基板の少なくとも一方に能動素子を配置してなる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液晶素子と、該液晶素子の駆動手段とを有する液晶装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラットパネルディスプレイ、ペーパーディスプレイ、プロジクションディスプレイ、プリンター等に使用されるライトバルブとして使用し得る、液晶素子、該液晶素子を含む液晶装置ならびに該液晶素子を構成するに適した液晶性機能材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からもっとも広範に用いられてきているディスプレイとしては、ＣＲＴが知られている。テレビやＶＴＲなどの動画出力、あるいはパソコン等のモニターとして広く用いられている。しかしながらＣＲＴはその特性上、静止画像に対してはフリッカや解像度不足による走査縞等が視認性を低下させたり、焼き付きによる蛍光体の劣化が起こったりする。また、その消費電力もかなり多く省消費電力という点においても改善が求められている。そして、ＣＲＴはその構造上、画面後方に広く体積を有することが必須であることから、ＣＲＴを有する情報機器の利便性は制限され、オフィス、家庭の省スペース化には不向きである。
【０００３】
このようなＣＲＴの課題を解決するものとして液晶表示素子がある。例えばエム・シャット（Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ）とダブリュー・ヘルフリッヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）著アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）第１８巻、第４号（１９７１年２月１５日発行）第１２７頁〜１２８頁において示されたツイステッドネマチック（ｔｗｉｓｔｅｄ  ｎｅｍａｔｉｃ）液晶を用いたものが知られている。近年、このタイプあるいはＶＡ（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳ（ｉｎ  ｐｌａｎｅ  ｓｗｔｃｈｉｎｇ）モード等の液晶を用いてＴＦＴといわれる能動型素子を各画素に備えた液晶素子の開発、製品化が行われている。このタイプの液晶素子では一つ一つの画素に、トランジスタを作成するため、クロストークの問題が無く、また、近年の急速な生産技術の進歩によって１０−１３インチクラスのディスプレイが良い生産性で作られつつある。
【０００４】
しかしながら、これら液晶素子は通常バックライトを用い、液晶素子を透過する光を変調することでディスプレイとして用いている。このため、バックライトとして強い光を必要とし、液晶ディスプレイの消費電力も大半をバックライトで消費しており、リチウムイオン二次電池を使用してもモバイル等の継続稼動時間がせいぜい数時間程度である。また、より多くの液晶素子のバックライトの省略を実現できれば、より多くの情報機器、オフィス機器の低消費電力化がはかれることになり、地球温暖化の抑制ひいては地球環境の保全に貢献できることとなる。
【０００５】
このような状況の下、バックライトを用いない低消費電力タイプの反射型液晶素子の開発が行われているが、なおその特性には改善が求められているのが現状である。また、液晶素子を、投写型、いわゆるプロジェクターとして用いた製品が、大画面用のディスプレイとして各社より上市されているが、この分野においても輝度、コントラストといった面でさらなる改善が求められている。このような要請に対して、偏光板を必要としない高輝度の液晶素子を指向して、ポリマー分散型あるいはポリマーネットワーク型液晶素子と言われる光散乱型の液晶素子が提案、研究されている（例えば、９３  Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ  ３９７頁）。しかしながらこれらの素子はなおその駆動特性、散乱能及びその他の特性の向上が望まれている。
【０００６】
従来、特開平０９−２４３９８４号公報に記載されているようなデンドリマーあるいはディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物の光散乱型液晶素子が提案されているが、ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物が相似た構造を有しているため、相分離状態が不十分で、相分離状態に大きく依存する光散乱性能が不十分だったり、棒状液晶化合物のスイッチング能力を阻害するといった問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、低消費電力、高輝度、高性能の液晶素子、光変調素子、表示素子を実現しようとするものである。また、そのための優れた液晶性機能材料を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の目的で検討を重ねた結果、本質的に異なる分子構造ならびにこれに伴い異なる屈折率異方性を有するディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物とを、互いに相分離した状態で共存させることにより、後述する表１で説明する両者間の層屈折率特性差を有効に利用した高い光散乱状態を与える液晶素子が得られることを知見した。ここでいう「相分離状態」とは、光学偏光顕微鏡観察下でそれぞれ相分離した液晶層のテクスチャーが観察できる状態をいい、例えばそれぞれの相のドメインサイズが光の波長レベル以上、典型的には１〜２μｍ以上であれば、この条件が満たされる。また、ある場合には、ＤＳＣ等の熱測定を行うことで、それぞれの液晶相の相転移を独立に観測することによっても相分離状態が確認できる。
【０００９】
すなわち、本発明の液晶素子は、一対の基板の間隙に液晶層を挟持してなる液晶素子であって、前記液晶層は、ディスコティック液晶と棒状液晶とが相分離状態で共存してなり、前記ディスコティック液晶の相と棒状液晶の相は、それぞれ屈折率異方性を有し、ダイレクターが同方向に配向したときにいずれの方向位においても屈折率の差を生じて、該屈折率の差による光散乱状態を生じることを特徴とする。
【００１０】
好ましい一態様によれば、上述した相分離状態の形成のために、ディスコティック液晶化合物として、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子ディスコティック液晶化合物を用いる。
【００１１】
他の好ましい態様によれば、高い光散乱状態を形成させるために、少なくとも一状態として、液晶層中のディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物のダイレクタを同一方向に配向させる。
【００１２】
他の好ましい態様によれば、棒状液晶化合物としてメモリー性あるいはネマチック相を有する液晶化合物を用いる。
【００１３】
更に他の好ましい態様によれば、棒状液晶化合物として高分子形態の液晶化合物を用いる。
【００１４】
別の観点によれば、本発明は、上述に好ましい形態の液晶層を形成する材料としての液晶組成物（あるいは混合物）を与える。その好ましい態様によれば、重合性ディスコティック液晶性化合物と棒状液晶化合物とを含有する液晶混合物が与えられる。
【００１５】
本発明の更に、別の観点によれば上記液晶素子を含む液晶装置が与えられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施態様）
本発明の好ましい一実施態様によれば、ディスコティック液晶化合物としてくり返し単位中にディスコティック液晶化合物性分子ユニットを用いた高分子マトリクス型（高分子分散型と高分子ネットワーク型の双方を包含する趣旨で用いる）の液晶素子が形成される。
【００１７】
このようにして形成される本発明の高分子マトリクス型液晶素子は、後述の実施例と比較例の対比で判るように、極めて良好な光散乱能を有することが特徴的である。従来の、高分子マトリクス型液晶素子におけるマトリクス高分子を、本発明に従い、ディスコティック液晶性高分子化合物に変えて棒状液晶組成物と組合せることにより、光散乱能の顕著な向上が得られるのは、含まれる成分の形状異方性に起因する屈折率異方性を高度に利用可能であることによると考えられている。すなわち、従来の高分子マトリクス型液晶素子においては、一軸異方性の棒状液晶と組合されるマトリクス高分子が等方性であって、本質的に得られる光散乱能が成分間の一方向のみの屈折率の差によって得られるのに対し、本発明においてはマトリクス高分子が、それ自身も一般的には負の屈折率異方性を有するものであり、棒状液晶との組合せであらゆる方向で屈折率の差を大きくとり得ることが、光散乱能の向上に寄与しているものと解される。このことをモデルをもって、以下に説明する。
【００１８】
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ棒状液晶およびディスコティック液晶高分子の屈折率棒円体を（後述する別の好ましい態様における両者間のダイレクター配置とともに）示すモデル図であり、他方、一般の高分子マトリクス型液晶素子に用いられるマトリクス高分子は等方性（屈折率ｎ１＝ｎ２＝ｎ３）である。これら各成分の典型的な各方向屈折率は下表１の通りとなる。
【００１９】
【表１】
0003862473.tif 000002
【００２０】
光散乱能は、一般に入射光に対する媒質間の屈折率差の程度に大きく依存する。上表１に示すような典型的な各方向屈折率値に基づく場合、通常の高分子マトリクス型素子においては棒状液晶の一方向（ｎ３＝１．７）の屈折率のみがマトリクス高分子との屈折率差を生じ得る。これに対し、ディスコティック高分子を用いる本発明においては、ｎｄ１とｎ１、ｎｄ２とｎ２、ｎｄ３とｎ３という組み合わせで理想的に方向を合わせる配向を得たとすると全方向位に屈折率の差を生じることがわかり、また理想的に方向が合わない場合でも、各方向の屈折率の組み合わせが確率的に屈折率の差を複数方向で生じ易く、その光散乱能が強いことが強く示唆され、実験的にも確認されている。
【００２１】
好ましい一態様によれば、上述したような高分子マトリクス型液晶素子を構成する液晶混合物の原料として適した液晶性混合物が与えられる。これは、重合性ディスコティック液晶性化合物と棒状液晶化合物とを含有する。重合性ディスコティック液晶性化合物とは、ディスコティック液晶構造単位を有する化合物であって、いずれかの部位に重合性の基を有するものをいう。ここで、重合性の基とは、通常の付加重合に適した二重結合を含む基のみならず、縮重合を起し得る反応性基あるいは放射線重合を起し得る基であってもよく、特に重合のメカニズムを限定する趣旨ではない。ディスコティック液晶構造単位を有する化合物の例としては、例えば特開平８−２７８２４号公報ならびに特開平９−２１４４４号公報に記載されるものが挙げられる。具体的には、以下の式に示されるような骨格に、直鎖あるいは分岐鎖の、アルキル基、アルコキシ基、置換ベンゾイルオキシ基等がそれぞれ放射状に置換された構造が挙げられ、重合性ディスコティック液晶性化合物はこれらのディスコティック液晶構造単位を有する化合物の一部に重合性の基を与えることにより得られる。
【００２２】
【化１】
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【００２３】
【化２】
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【００２４】
【化３】
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【００２５】
【化４】
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【００２６】
【化５】
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【００２７】
また、上記した重合性ディスコティック液晶性化合物との混合により本発明の液晶性混合物を構成する棒状液晶化合物は、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、カイラルスメクチック液晶等の液晶相を与える化合物であり、混合物中には少なくとも一種の棒状液晶化合物が含有されるが、好ましくは液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するため、複数種の棒状液晶化合物の組合せによる、いわゆる液晶組成物として含まれる。
【００２８】
上記液晶性混合物に必要に応じて、重合開始剤等を添加した後重合性ディスコティック液晶性化合物を重合させることにより、高分子マトリクス型液晶素子を構成する好適な機能材料としての液晶混合物が得られる。
【００２９】
重合性ディスコティック液晶性化合物を含む重合前の液晶性混合物自体は、液晶相を有していても有していなくともよい。有している場合には、配向処理を施しておくことにより、液晶性に基づく何らかの配向性を付与することが可能であり、所望の秩序構造を作り込むことも可能である点で好ましい。また、この混合物は均一な組成物であっても良く、均一でない混合状態であっても良い。ただし、一定の条件下で、例えば加熱処理したりすることで均一になることが、後述する液晶素子を生産するときの、均一な素子を再現性よく生産するための生産性向上のために好ましい。液晶性混合物は、重合性ディスコティック液晶化合物の重合により高分子マトリクス型液晶素子の機能材料としての液晶混合物を与えるものであることが好ましく、そのため、液晶性混合物中の重合性ディスコティック液晶性化合物成分の成分比は、１重量％以上９９重量％以下であり、好ましくは５重量％以上９５重量％以下であり、さらに好ましくは１０重量％以上９０重量％以下である。一方棒状液晶化合物成分の成分比は、同様に１重量％以上９９重量％以下であり、好ましくは５重量％以上９５重量％以下、さらに好ましくは１０重量％以上９０重量％以下である。また、本発明の液晶性混合物中には、ディスコティック液晶性を持たない、重合性モノマーを含有していても良く、必要に応じて酸化防止剤、ラジカル捕捉剤、光反応開始剤、重合抑制剤あるいは促進剤、色素等の添加物を含有していても良い。
【００３０】
本実施態様の液晶素子を構成する好適な機能材料としての液晶混合物は、好ましくは上記液晶性中のディスコティック液晶化合物の重合により得られ、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物と棒状液晶組成物を含有するところの液晶混合物である。くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物と棒状液晶組成物は微少な領域で相分離状態であることが、高分子マトリクス型液晶素子に、好適な散乱を得るため好ましいが、わずかに相分離していない部分を含むこともある。この材料を構成する、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物は、先述したディスコティック液晶構造単位を有する化合物をくり返し単位の一つとして有する高分子化合物である。この高分子化合物は、液晶相を持っていても良く、持っていなくても良い。より好ましい散乱状態を形成する上では、この高分子化合物がディスコティック液晶相を持つことで負の屈折率異方性を持った方が好ましい。このため、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物には、ディスコテック液晶性分子ユニットが５０重量％以上含有されていることが好ましい。ディスコティック液晶は通常負の屈折率異方性を持つ。棒状液晶組成物は、少なくとも一種の棒状液晶化合物からなり液晶相を持つ。ネマチック相、コレステリック相、スメクチック相、あるいはカイラルスメクチック相を示す液晶が好ましく用いられる。本発明のこの機能材料の製造法としては、例えば、前述した液晶性混合物を紫外線を用いて重合性ディスコティック液晶性化合物を含む重合性化合物を重合し、くり返し単位中にディスコテック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物、すなわちディスコティック液晶性、混合物を形成し、結果として棒状液晶層が相分離し形成されるという方法があり、好ましく用いられる方法である。より好ましい散乱を得るために、重合前あるいは重合中の相を制御し液適径の制御をしたりすることは、通常の高分子マトリクス型（すなわち高分子分散型あるいは高分子ネットワーク型）の液晶素子と同様に行い得る。さらにディスコティック液晶性高分子化合物と、棒状液晶組成物を別途作成し、これらを混合することで本発明の機能材料を得ることも可能である。くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有するディスコティック液晶性高分子化合物は、たとえば、Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｒａｐｉｄ  Ｃｏｍｍｕｎ．１８巻９３頁−９８頁  １９９７年、あるいはＥＫＩＳＨＯ  １巻４５頁１９９７年に記載されているような化合物を用いるとよい。また、本発明のディスコティック液晶性高分子化合物と、棒状液晶組成物を含有するところの液晶混合物にとって、より好ましい配向状態を作り出す上で、以上のような工程を経た後、熱処理することも可能である。熱処理を加えることで、くり返し単位中にディスコテック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物または（あるいは及び）棒状液晶組成物が自己組織を図り、より好ましい配向状態を作り出す場合が有る。
【００３１】
ディスコティック液晶性高分子化合物と、棒状液晶組成物との混合比に関しては、散乱能力の点、そしてそれぞれの物理的性質が現れる必要性から、ディスコティック液晶性高分子化合物が１重量％以上９９重量％以下であり、好ましくは５重量％以上９５重量％以下であり、さらに好ましくは１０重量％以上９０重量％以下である。一方棒状液晶組成物の成分比は、同様に１重量％以上９９重量％以下であり、好ましくは５重量％以上９５重量％以下、さらに好ましくは１０重量％以上９０重量％以下である。また、本発明の混合物中には、必要に応じて酸化防止剤、ラジカル捕捉剤、光反応抑制剤、重合抑制剤、色素等の添加物を含有していても良い。
【００３２】
本発明は更に、好ましくは上記ディスコティック液晶性高分子化合物により高分子マトリクスを形成し、棒状液晶と組合せた、高分子マトリクス型液晶素子を与える。この液晶素子は、前述したようにマトリクスを構成する高分子がディスコティック液晶性高分子化合物であるため、棒状液晶との組合せにおいて、高散乱性能を示す。従って、その構成次第で高反射率、高輝度、高コントラストといった特徴へと応用していくことが可能である。また、例えば高反射率という点に関して見ると、反射率がセル厚と正の相関が有ることから、高反射率ゆえにそのセル厚を薄くすることが可能となる。これはとりもなおさず駆動電圧の低電圧化を図り得ることに直結し、ドライバーＩＣの低コスト化、駆動による消費電力の低減化を実現できることとなる。
【００３３】
図２に、本発明の液晶素子のセル構成の一例を挙げる。この液晶セルは、それぞれ、透明電極（ＩＴＯ）層２ａ、２ｂおよび配向制御層３ａ、３ｂを備えた一対の基板１ａ、１ｂの間にスペーサ４で厚みを定めた液晶層５を挾持させたものであり、液晶層５は、ネットワークを構成するディスコティック液晶高分子５ａと棒状液晶５ｂとからなる。液晶層５の厚さは、スペーサ４により、好ましくは１〜１００μｍの間に設定される。一対の基板１ａ、１ｂはガラス、プラスチック等からなり、少なくとも表面側の一方（１ａ）は透明材料により形成される。配向制御層３ａ、３ｂは省略することをもできる。図２に示す要素のほかにショート防止層、光吸収層、反射層、カラーフィルター層を設けることも可能である。また、散乱素子、反射素子として使用する場合、一対の基板のうち背面側の一方（１ｂ）が存在しなくてもよく、一対の基板が非対称でもよい。さらにインプレーンスイッチング素子、フリンジフィールドスイッチング素子のように、左右に電極を設けることも可能である。
【００３４】
本発明の高分子マトリクス型液晶素子は、以上のような構造を取り得るが、もちろんそれらに限定されるものではない。高分子マトリクス型（図では、ネットワーク型）の液晶層５は、例えば、上述した重合性ディスコティック液晶性化合物と棒状液晶化合物とを含有する本発明の液晶性混合物を、液晶セルに注入し、紫外線を照射することにより、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物と棒状液晶組成物を含有するところの液晶混合物とすることにより作成することが可能である。そして電界により棒状液晶５ｂの配向状態を変化させることにより、透過光あるいは反射光を変調させるために、棒状液晶５ｂはＰ型あるいはＮ型の液晶であることが好ましい。また、低電圧で駆動が可能であったり、セル作成プロセスが比較的平易であったり、セル構成が比較的簡便であったりするために、棒状液晶５ｂとしては、ネマチック液晶が好ましく用いられる。さらに好ましくはアクティブマトリクス素子に使用するに好ましいという点でフッ素系ネマチック液晶が用いられる。
【００３５】
配向制御の一方法としては、配向制御層（３ａまたは／および３ｂ）が一軸配向制御層として形成され、例えば基板（１ａまたは／および１ｂ）上に、溶液塗工または蒸着あるいはスパッタリング等により、一酸化珪素、２酸化珪素、酸化アルミニウム、ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化セリウム、フッ化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化物、ホウ素窒化物などの無機物やポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエステル、ポリアミド、ポリエステルイミド、ポリパラキシレン、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリビニルクロライド、ポリスチレン、ポリシロキサン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂などの有機物を用いて被膜形成したのち、表面をビロード、布あるいは紙等の繊維状のもので摺擦（ラビング）することにより得られる。また、ＳｉＯ等の酸化物あるいは窒化物などを基板の斜方から蒸着する、斜方蒸着法なども用いられ得る。
【００３６】
特に、より良好な一軸配向性を得るためにポリイミドラビング膜を一軸配向層として用いることが好ましい。また、通常ポリイミドは、縮合架橋剤の前駆体であるポリアミック酸の形で塗膜し、焼成することで得られる。ポリアミック酸は溶剤に易溶解性であるため生産性に優れる。最近では溶剤に可溶なポリイミドも生産されており、そういった技術の進歩の上からもポリイミドは、より良好な一軸配向性を得られ、高い生産性を有する点で好ましく用いられる。用いられ得るポリイミドの具体的くり返し単位構造の一例としては、以下のものが挙げられる。
【００３７】
【化６】
0003862473.tif 000008
【００３８】
式中、
［Ａ；芳香環、芳香族多環、複素環、脂肪族環又は縮合多環構造の４価の基、
Ｂ；脂環基を含む脂肪族基、
または、−（Ｐｈ）a−（Ｏ）c−（ＣＨ2）x−（Ｄ）e−（ＣＨ2）y−（Ｏ）d−（Ｐｈ）b−（Ｐｈはフェニル基）
【００３９】
【化７】
0003862473.tif 000009
【００４０】
ａ＝ｂ：０又は１
ｃ＝ｄ：ａ＝ｂ＝０のとき０、ａ＝ｂ＝１のとき０又は
１：０又は１
ｘ、ｙ：それぞれ独立に１以上の整数
ただし、ｘ＋ｙ＋ｅは２以上１０以下である。］
両基板１ａ、１ｂは、スペーサー４を介して対向している。かかるスペーサー４は、基板間の距離（セルギャップ）を決定するものであり、シリカビーズ、隔壁スペーサー、樹脂スペーサービーズ等が用いられる。ここで決定されるセルギャップについては、液晶材料の違いによって最適範囲及び上限値が異なるが、１．０〜１００μｍの範囲に設定することが好ましい。
【００４１】
図２のようにして作成した液晶素子について、電界を制御して、棒状液晶の配向状態を変化させることにより、透過光あるいは反射光を変調することが可能であり、その変調された光を表示信号として扱うと表示素子となる。また、中間電圧信号を用いることで容易にアナログ階調表現が可能である。
【００４２】
図２に例示された液晶表示のセル後方または下部電極と基板の間に、光吸収板、場合によってはより輝度を得るために反射板あるいは散乱板（例えばＩＤＲＣ‘９４  １８３頁に記載されている。）を設置することで、反射型の液晶表示素子とすることができる。図３に、光吸収板６を含む構造の例を示した。例えば後述するアクティブマトリクス素子を用いることで、大面積、高精細、高速かつ優れた駆動特性の液晶素子を実現することができる。本発明の高分子マトリクス中に高分子ディスコティック液晶性化合物を含有するところの、高分子マトリクス型液晶素子を用いることで強い散乱が得られるため、高光反射率の高輝度反射型液晶素子を実現することができる。この反射型の液晶素子は外光あるいは補助光源を利用した直視型の液晶表示素子として使用することもできる。また、前面から強い光を入射し、液晶素子により変調、反射した光を光路制御した上でスクリーン上に投写する、いわゆるプロジェクションタイプの液晶素子として使用することもできる。
【００４３】
一方、プロジェクションタイプの、いわゆる投写型の液晶素子に関しては、反射型ではなく、透過型液晶素子として使用することもできる。図４に典型的な透過型のプロジェクション液晶素子の例を示した。同図を参照して、光源ユニット３０１からの白色光は、ダイクロイックミラー３０２，３０２′，３０２″によりＲ，Ｇ，Ｂの３原色に分類される。分離された光は、シュリーレン光学系を構成するシュリーレンレンズ３０８，３０８′，３０８″によって液晶素子３０３，３０３′，３０３″を通して原色光毎に変調され、変調光はダイクロイックプリズム３０５によって合成され、投写レンズ３０６によりスクリーンへ投写される。各液晶素子は表示素子駆動装置３０７により電圧が印加され駆動される。各３原色に対応する液晶素子３０３、３０３′、３０３″として、後述するアクティブマトリクス素子のようにマトリクスパターンの液晶素子を用いることで、投写スクリーンにカラー画像を映し出すことが可能である。この場合、本発明の液晶素子は散乱状態で黒表示をすることになり、より強い散乱が得られる本発明の液晶素子においては、より高いコントラストを実現することが可能である。
【００４４】
さらに、本発明の液晶素子は、能動（アクティブ）素子を各画素に設けたマトリクス型の素子とすることでより高精細、高性能の液晶素子とすることができる。これについて以下に説明する。例えば先に図２を参照して説明した素子構成を一画素の構成として有する図５および６に示したアクティブマトリクス素子が例としてあげられる。一対の透明基板（例えばガラス基板）４１、４２のうち、下側基板４１には透明な画素電極４３と画素電極４３に接続されたアクティブ素子４４とがマトリクス状に形成されている。アクティブ素子４４は、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）から構成される。トランジスタは、アモルファスシリコンベース、ポリシリコンタイプ、あるいはμクリスタルベース、単結晶シリコン等の半導体により構成される。この例ではアクティブ素子４４はＴＦＴを表している。ＴＦＴ４４は、基板４１上に形成されたゲート電極とゲート電極を覆うゲート絶縁膜とゲート絶縁膜上に形成された半導体層と、半導体層の上に形成されたソース電極及びドレイン電極とから構成される。さらに下基板４１には、図６に示すような画素電極４３の行間にゲートライン（走査ライン）４５が配線され、また画素電極４３の列間には情報信号ライン４６が配線されている。各ＴＦＴ４４のゲート電極は対応するゲートライン４５に接続され、ソース電極は対応する情報信号ライン４６に接続されている。ゲートライン４５は端部４５ａを介して行ドライバ３１に接続され、情報信号ライン４６は端部４６ａを介して列ドライバ３２に接続される。行ドライバ３１は、ゲート信号を印加してゲートライン４５をスキャンする。列ドライバ３２は、表示データに対応する信号を印加する。ゲートライン４５は、端部４５ａを除いてＴＦＴ４４のゲート絶縁膜で覆われており、情報信号ライン４６は前記ゲート絶縁膜の上に形成されている。画素電極４３は、前記ゲート絶縁膜の上に形成されており、その一端部においてＴＦＴ４４のドレイン電極に接続されている。また、図５の上側の基板４２には下側の基板４１の各画素電極４３と対向する透明電極４７が形成されている。対向電極４７は表示領域全体にわたる面積の１枚の電極から構成され基準電圧が印加されている。情報信号電圧に応じて、透過率が変化し、階調表現を行うことができる。また、画素毎に補助容量となるコンデンサが配置されることが良く行われる。
【００４５】
また、以上に記したアクティブマトリクス型の液晶素子においては、ゲートオン状態時に電荷が画素である液晶セルに注入され、短時間でゲートはオフとなり、次の走査ライン上の画素に情報が書き込まれる。
【００４６】
本発明の液晶素子は、プリンター等のライトバルブとしても使用可能である。
【００４７】
本発明の液晶素子を備えた、種々の機能をもった液晶装置を構成することができる。例えば、モバイル、ＰＤＡ、デスクトップＰＣ、ラップトップＰＣ、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ドキュメントビューワー、プリンター、複写機等々が挙げられる。
【００４８】
本発明の液晶装置は、媒体である液晶素子が前述したように良好なスイッチング特性を有するため、優れた駆動特性、信頼性を発揮し、高精細、高速、大面積の表示画像を実現することができる。
【００４９】
（第２の実施態様）
別の好ましい実施態様によれば、少なくとも一状態において、液晶層中のディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物のダイレクタを同一方向に配向させた液晶素子が与えられる。
【００５０】
すなわち、ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物が相分離状態で存在し、かつディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物のダイレクターが同方向に配向している状態を利用した液晶素子である。ここで用いるディスコティック液晶化合物とは、「液晶」基礎編（培風館）第７頁等に記載されている、いわゆる板状化合物からなる液晶相を示す液晶化合物である。液晶相としては、ネマチックディスコティック相、ディスコティックヘキサゴナル相、ディスコティックレクタンギュラー相等が挙げられる。具体的に、ディスコティック液晶化合物構造単位としての具体例としては、以下のような構造例が挙げられる。
【００５１】
【化８】
0003862473.tif 000010
【００５２】
【化９】
0003862473.tif 000011
【００５３】
【化１０】
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【００５４】
【化１１】
0003862473.tif 000013
【００５５】
【化１２】
0003862473.tif 000014
【００５６】
【化１３】
0003862473.tif 000015
【００５７】
【化１４】
0003862473.tif 000016
【００５８】
また、棒状液晶化合物とより相分離しやすいという意味でディスコティック液晶化合物は高分子化合物、即ち高分子ディスコティック液晶化合物が好ましく用いられる。そのような化合物の例としては、例えば、特開平８−２７２８４号公報、“Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｒａｐｉｄ  Ｃｏｍｍｕｎ．”１８巻、９３〜９８頁、１９９７年、あるいは“ＥＫＩＳＨＯ”ｌ巻、４５頁、１９９７年に記載されているようなものが挙げられる。具体的な例としては以下のものが挙げられる。
【００５９】
【化１５】
0003862473.tif 000017
【００６０】
【化１６】
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【００６１】
【化１７】
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【００６２】
【化１８】
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【００６３】
第１の実施態様におけると同様に、この実施態様で用いられる棒状液晶化合物はネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、カイラルスメクチック液晶等の液晶である。通常少なくとも一種の棒状液晶化合物が含有されるが、好ましくは液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するため、複数種の棒状液晶化合物を用いたいわゆる棒状液晶組成物が用いられる。
【００６４】
この実施態様の液晶素子は、ディスコティック液晶相５ａを構成するディスコティック液晶化合物が、必ずしも高分子である必要がない（但し、高分子であることが好ましい）ことを除いて、第１の実施態様と同様に図２に示す素子構成を取り得る。
【００６５】
この実施態様においては、棒状液晶化合物としてメモリー性を有する棒状液晶化合物を好ましく用いることが出来る。この液晶としては、コレステリック液晶、スメクチック液晶、カイラルスメクチック液晶、二周波駆動ネマチック液晶等があり、それらが好ましく用いられる。コレステリック液晶についてはプレーナー配向、フォーカルコニック配向といつた配向状態をメモリー状態として使用できる。スメクチック液晶については、ホモジニアス配向状態とホメオトロピック配向状態をメモリー状態として利用でき、熱的にメモリー状態を解除できる。カイラルスメクチック液晶は自発分極を有する双安定状態をメモリー状態として利用できる。二周波駆動ネマチック液晶についても、高分子分散液晶として、メモリー性を発現することが、信学技報  ＥＩＤ９８−１８９、ＯＭＥ９８−１４３（１９９９−０３）に記載されている。本発明のメモリー性を有する液晶組成物は少なくとも一種の棒状液晶化合物が含有されるが、好ましくは液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するため、複数種の棒状液晶化合物を用いたいわゆる液晶組成物が用いられる。
【００６６】
以上に説明したように本発明における液晶組成物である機能材料は大きな消費電力源であるバックライトを用いない、輝度に非常に優れた液晶素子を作成することが出来る。また、スイッチング液晶としてメモリー性を有する液晶を用いたとき、常時駆動する必要がなく、駆動における消費電力の低減にも大きく貢献し得るものであり、今日知られている省消費電力液晶と比べる場合、非常に優れた液晶素子を実現し得ると考えられる。
【００６７】
図２に例示された液晶表示素子のセル後方または下部電極と基板の間に、光吸収板、場合によってはより輝度を得るために反射板あるいは散乱板（例えば“ＩＤＲＣ”‘９４、１８３頁に記載されている。）を設置することで、反射型の液晶表示素子とすることができる。
【００６８】
たとえば、後述するアクティブマトリクス素子を用いることで、大面積、高精細、高速かつ優れた駆動特性の液晶素子を実現することができる。本発明の高分子ネットワーク中に高分子ディスコティック液晶性化合物を含有するところの、高分子分散型もしくは高分子ネットワーク型液晶を用いることで強い散乱がえられるため高光反射率の高輝度反射型液晶素子を実現することができる。この反射型の液晶素子は、外光あるいは補助光源を利用した直視型の液晶表示素子として使用することもできる。また、前面から強い光を入射し、液晶素子により変調、反射した光を光路制御した上でスクリーン上に投写する、いわゆるプロジェクションタイプの液晶素子として使用することもできる。
【００６９】
本発明の液晶装置は媒体である液晶素子が前述したように良好なスイッチング特性を有するため、優れた駆動特性、信頼性を発揮し、高精細、高速、大面積の表示画像を実現することができる。
【００７０】
（第３の実施態様）
この実施態様においては、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物とメモリー性を有する液晶化合物を含有するところの液晶組成物を用いて液晶素子を形成し、低消費電力、高輝度、高性能の液晶素子、光変調素子、表示素子、液晶装置の実現を図る。
【００７１】
上述したように、この実施態様の液晶組成物は、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物とメモリー性を有する液晶化合物を含有する。
【００７２】
高分子ディスコティック液晶化合物としては、上記第２の実施態様において示した式（Ｄ−１）〜（Ｄ−２０）の構造単位をくり返し構造単位として有するものが好適に用いられる。
【００７３】
また、本発明における高分子ディスコティック液晶化合物の、上記のディスコティック液晶構造単位以外のくり返し構造単位としては、例えばアクリレート、メタクリレート単位を含むことが可能である。
【００７４】
また、本発明のもう一つの構成要因であるメモリー性を有する液晶化合物は通常棒状液晶化合物が用いられる。メモリー性を有する液晶化合物の例としては、コレステリック液晶、スメクチック液晶、カイラルスメクチック液晶、二周波駆動ネマチック液晶等があり、それらが好ましく用いられる。コレステリック液晶についてはプレーナー配向、フォーカルコニック配向といつた配向状態をメモリー状態として使用できる。スメクチック液晶については、ホモジニアス配向状態とホメオトロピック配向状態をメモリー状態として利用でき、熱的にメモリー状態を解除できる。カイラルスメクチック液晶は自発分極を有する双安定状態をメモリー状態として利用できる。二周波駆動ネマチック液晶についても、高分子分散液晶として、メモリー性を発現することが、“信学技報”ＥＩＤ  ９８〜１８９、“ＯＭＥ”９８〜１４３（１９９９年３月）に記載されている。本発明のメモリー性を有する液晶化合物は少なくとも一種の棒状液晶化合物が含有されるが、好ましくは液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するため、複数種の棒状液晶化合物を用いるのが好ましい。
【００７５】
くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物とメモリー性を有する液晶化合物は微少な領域で相分離状態形成するが、わずかに相分離していない部分を含むこともある。この材料を構成する、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物は、後述するようにより好ましい散乱状態を形成する上では、この高分子化合物がディスコティック液晶相を持つことで負の屈折率異方性を持つた方が好ましい。このため、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物には、ディスコティック液晶性分子ユニットが好ましくは５０ｗｔ％以上、特に好ましくは７０ｗｔ％以上含有されていることが望ましい。ディスコティック液晶は通常負の屈折率異方性を有している。
【００７６】
本発明の液晶組成物である機能材料の製造は、例えば、光重合性ディスコティック液晶性化合物とメモリー性を有する液晶化合物の液晶混合物を紫外線等の光線を照射することにより、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物を形成し、結果としてメモリー性を有する液晶層が相分離し形成されるという方法が挙げられる。より好ましい散乱を得るために、重合前あるいは重合中の相を制御し、液滴径の制御をしたりすることは、通常の高分子分散型あるいは高分子ネットワーク型の液晶と同様に行い得る。さらにくり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物とメモリー性を有する液晶化合物を別途作成し、これらを混合することで本発明の機能材料としての液晶組成物を得ることも可能である。また、本発明のくり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物とメモリー性を有する液晶化合物を含有するところの液晶組成物にとつて、より好ましい配向状態を作り出す上で、以上のような工程を経た後、熱処理することも可能である。熱処理を加えることで、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子化合物または／及びメモリー性を有する液晶化合物が自己組織化を図り、より好ましい配向状態を作り出す場合がある。
【００７７】
この実施態様においても、図２に示す素子構成の液晶素子が用いられる。
【００７８】
図２のようにして作成した液晶素子について、電界を制御して、棒状液晶化合物の配向状態を変化させることにより、透過光あるいは反射光を変調することが可能であり、その変調された光を表示信号として扱うと表示素子となる。また、中間電圧信号を用いることで容易にアナログ階調表現が可能である。
【００７９】
図２に例示された液晶表示素子のセル後方または下部電極と基板の間に、光吸収板６、場合によってはより輝度を得るために反射板あるいは散乱板（例えば“ＩＤＲＣ”‘９４、１８３頁に記載されている。）を設置することで、反射型の液晶表示素子とすることができる。図３にはその構造の例を示した。
【００８０】
（第４の実施態様）
先ず、この実施態様においては、ディスコティック液晶化合物と棒状高分子液晶化合物とを含有する。ディスコティック液晶化合物とは、ディスク状のコアを有する液晶化合物であり、例えば、培風館社刊、「液晶・基礎編」第７〜９頁に記載されているような化合物を言う。本発明の液晶組成物に用いるディスコティック液晶化合物の液晶相は、ネマチックディスコティック相、ディスコティックヘキサゴナル相、ディスコティックレクタンギュラー相等であるが、特に限定されない。
【００８１】
この態様の液晶組成物は、少なくとも一種類のディスコティック液晶化合物を含有していればよいが、相転移温度や光学特性、その他の特性を制御するため、複数種のディスコティック液晶化合物を併用しても良い。ディスコティック液晶化合物としては、上記第２および第３の実施態様において、構造単位として示した（Ｄ１）〜（Ｄ−２０）の構造単位を有するものが用いられる。
【００８２】
この実施態様で用いられる棒状高分子液晶化合物は、例えば、棒状液晶のユニットが側鎖にリンキングしているもの、該ユニットが主鎖を形成するもの等があり、代表的にはそれらを使用することができる。また、該化合物は、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、カイラルスメクチック液晶等の液晶であり、本発明の液晶組成物中に少なくとも一種類含有されるが、好ましくは、液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するために、複数種の棒状高分子液晶化合物を併用する。このような棒状高分子液晶化合物の具体的な例としては、特開平７−８２１８３号公報に記載されているようなものが挙げられ、さらに具体的には以下の構造のものが挙げられる。
【００８３】
【化１９】
0003862473.tif 000021
【００８４】
【化２０】
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【００８５】
【化２１】
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【００８６】
【化２２】
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【００８７】
【化２３】
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【００８８】
【化２４】
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【００８９】
【化２５】
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【００９０】
【化２６】
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【００９１】
【化２７】
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【００９２】
【化２８】
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【００９３】
【化２９】
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【００９４】
【化３０】
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【００９５】
【化３１】
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【００９６】
【化３２】
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【００９７】
【化３３】
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【００９８】
【化３４】
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【００９９】
【化３５】
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【０１００】
【化３６】
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【０１０１】
【化３７】
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【０１０２】
【化３８】
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【０１０３】
【化３９】
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【０１０４】
【化４０】
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【０１０５】
【化４１】
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【０１０６】
【化４２】
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【０１０７】
【化４３】
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【０１０８】
【化４４】
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【０１０９】
【化４５】
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【０１１０】
【化４６】
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【０１１１】
液晶組成物の調製方法としては特に限定されないが、例えば以下の方法が挙げられる。
【０１１２】
（１）ディスコティック液晶化合物と棒状高分子液晶化合物とをブレンドし、加熱することによって混合し、組成物とする。
【０１１３】
（２）ディスコティック液晶化合物と棒状高分子液晶化合物をブレンドし、共溶媒に溶解させてから該溶媒を留去することにより組成物とする。
【０１１４】
（３）ディスコティック液晶化合物と重合性棒状液晶化合物をブレンドし、混合物とした後に重合性棒状液晶化合物を重合させる。重合方法としては、ＵＶ光等による光重合が便利であり、この場合上下基板中に本発明の液晶組成物を狭持させる場合に適している。即ち、基板間に粘性の高い高分子状態で注入するのではなく、粘性の低い低分子の状態で注入し、その後ＵＶ照射して重合させ、高分子とすることができるからである。また、ディスコティック液晶化合物と重合性棒状液晶化合物をブレンドした低粘性の混合物では、配向制御を行い易いという利点も有している。このようなディスコティック液晶化合物と重合性棒状液晶化合物との混合物は、後述する本発明の液晶素子を作製する上で非常に有用である。
【０１１５】
本発明の液晶組成物中のディスコティック液晶化合物と棒状高分子液晶化合物の含有割合は、それぞれ１〜９９重量％であり、好ましくは５〜９５重量％、さらに好ましくは１０〜９０重量％である。また、本発明の液晶組成物中には、ディスコティック液晶性を持たない重合性モノマーを含有していても良く、必要に応じて酸化防止剤、ラジカル捕捉剤、光反応開始剤、重合抑制剤或いは促進剤、色素等の添加物を含有していても良い。
【０１１６】
本発明の液晶組成物は、膜形成性に優れ、図８に示すように一の基板上に液晶層を形成した液晶素子を得ることができる。また本発明の液晶組成物を用いて構成することから、高光散乱性能、即ち、高反射率の素子が得られる。この高反射率という特徴により、例えば、明るいペーパーディスプレイ素子を作製することが可能である。図８は、その一実施形態の断面模式図である。図中、１は本発明の液晶組成物からなる層で、ディスコティック液晶相１ａと棒状高分子液晶相１ｂとからなる。２は配向膜、３は基板である。本実施形態は、例えば、プラスチック基板上に一軸配向処理層であるポリイミドラビング膜を形成した後、光重合開始剤の入った重合性棒状液晶化合物とディスコティック液晶化合物の混合物をキャストコーティングし、ＵＶ光を照射することにより、相分離したディスコティック液晶化合物と棒状高分子液晶化合物からなる液晶組成物層を形成して得られる。
【０１１７】
液晶組成物層１の厚さは好ましくは１〜１００μｍである。基板３としては、ガラス等も用いることができるが、紙のように折り曲げたりすることができ、軽量ということからプラスチック基板が好ましく、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）等の基板が好ましく用いられる。また、もう１枚の基板を用意し、一対の基板間に液晶組成物層１を狭持する形態としても良い。
【０１１８】
本発明においては、図８に示した構成以外にも、光吸収層や反射層、カラーフィルタ層を設けることが可能である。
【０１１９】
基板３には、第１の実施態様における基板２ａ、２ｂ上に施した層４ａ、４ｂと同様な配向制御層を形成し得る。
【０１２０】
本発明においては、基板に一軸配向処理を施すことにより、液晶の配向を制御することができるため、屈折率差に起因する光散乱の視野角依存性を制御することも可能である。使用者にとって、自分が見る方向でより明るい画像を見ることができるという工夫ができるという点で、このような配向処理を行うことは有用である。
【０１２１】
図８に示したような本発明の液晶素子は、熱処理或いは光照射により画像表示を行うことができる。例えば、サーマルヘッドで熱書き込みを行うことで画像表示を行うことができる。これは特開平２−５７６号公報に記載されているメカニズムと似ている。即ち、熱書き込みされた部分は加熱され等方相状態となった後等方相状態から急冷され急速度でガラス転移温度を通過する。この時急冷プロセスのため液晶化が抑制され、熱書き込みされていない部分と大きく異なる液晶配向状態が固定化される。その結果、熱書き込みされた部分とそうでない部分の異なった配向状態によるコントラストが発現すると考えられる。この意味では、棒状高分子液晶化合物のガラス転移点は室温以上が好ましい。また、液晶組成物層に色素を含有させることにより、レーザー光による情報の書き込みを行うこともできる。また、上記したように、書き込みを行った後の状態は固定されているため、該熱処理や光照射等の外部場が非印加の静的状態で散乱状態を保持することができる。即ち、表示の書き換え時以外には熱処理や光照射が不要であり、低消費電力のペーパーディスプレイとしての応用が可能である。
【０１２２】
（第５の実施態様）
本実施態様においては、ディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶が相分離状態で存在し、かつディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶のダイレクターが同方向に配向している状態を利用した液晶素子により、低消費電力、高輝度、高性能の液晶素子、光変調素子、表示素子および液晶装置の実現を図る。さらには重合性ディスコティック液晶と、少なくとも一種の棒状ネマチック液晶を含む棒状液晶組成物とを含有する混合物が棒状ネマチック液晶またはディスコティック液晶が相分離している状態で重合性ディスコティック液晶を重合することにより、優れた高分子分散あるいは高分子ネットワーク型液晶素子を製造する。
【０１２３】
より詳しくは、本実施態様によりディスコティック液晶と棒状液晶が相分離状態で存在し、かつディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶のダイレクターが同方向に配向している状態を利用した液晶素子を得る。
【０１２４】
ディスコティック液晶としては、第２の実施態様で示したものを用いることができる。
【０１２５】
この実施態様において、もう一つの成分として用いる棒状液晶は、ネマチック液晶、コレステリック液晶等のネマチック液晶である。通常少なくとも一種の棒状液晶化合物が含有されるが、好ましくは液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するため、複数種の棒状液晶化合物を用いたいわゆる棒状液晶組成物が用いられる。ネマチック液晶は通常の液晶ディスプレイにもつともよく用いられ、通常使用環境下で安定した駆動特性を有する点で好ましい棒状液晶である。
【０１２６】
図１に示したディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶の配向ダイレクターが同方向とした状態、即ちそれぞれの液晶の各方向での屈折率の差がいずれの方向においても最大化した状態は非常に大きな光散乱状態を現出することが出来ると考えられる。本発明者は鋭意検討を行う中、ディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶が相分離状態に有り、かつそれら液晶の配向ダイレクターが同方向に有る状態を形成することに成功し、その状態での強い光散乱の現出を確認することが出来た。
【０１２７】
このような強い光散乱状態を使用し、棒状ネマチック液晶の配向状態をスイッチングにより変化させて表示信号とするような液晶素子が本発明の素子の好ましい形態としてあげられる。この意味でディスコティック液晶に高分子を用いた、いわゆる高分子分散型もしくは高分子ネットワーク型液晶素子は本発明における液晶素子の好ましい形態の代表例である。このケースで、以上述べてきた本発明の配向状態を得る方法としては、まずマトリクス高分子であるディスコティック液晶の配向を制御する必要がある。ディスコティック液晶の配向を制御するためには、重合前もしくは重合初期の段階でディスコティック液晶相を発現させることが好ましく、出現したディスコティック液晶が配向処理により配向制御される。ディスコティック液晶をｓｉｄｅ−ｏｎ配向（基板に対してディスクを平行に配向）させる方法としては、低プレチルト配向膜を使用したり、セル厚を薄くしたり、あるいはそれらの組み合わせといつた方法がある。セル厚を薄くする場合、５０μｍ以下程度が好ましい。次に棒状ネマチック液晶をこれに対してダイレクターをそろえる場合、ホメオトロピック配向を形成することになるが、正の誘電異方性を有する棒状ネマチック液晶を利用すれば電界を印加してホメオトロピック配向を得ることが出来、所望の（ディスコティック液晶と棒状液晶の）配向状態を得ることが出来る。
【０１２８】
このディスコティック液晶高分子と棒状ネマチック液晶とによる本発明の液晶素子は、図２に示すような素子構成を採ることができる。
【０１２９】
前述の液晶素子の製造方法は、例えば、光重合性ディスコティック液晶と一種又は二種以上の棒状ネマチック液晶（棒状液晶組成物）の液晶混合物（液晶組成物）を紫外線等の光線を照射することにより、くり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子ディスコティック液晶を形成し、棒状液晶層の相分離が促進され、最終的に相分離したディスコティック液晶相と棒状液晶相が形成される。より好ましい散乱を得るために、重合前あるいは重合中の相を制御し液滴径の制御をしたりすることは、通常の高分子分散型あるいは高分子ネットワーク型の液晶と同様に行い得る。さらにくり返し単位中にディスコティック液晶性分子ユニットを有する高分子ディスコティック液晶化合物と棒状液晶組成物を別途作成し、これらを混合することで本発明の機能材料を得ることも可能である。また、高分子ディスコティック液晶化合物と棒状液晶組成物を含有するところの液晶混合物にとってより好ましい配向状態を作り出す上で、以上のような工程を経た後、熱処理することも可能である。熱処理を加えることで、高分子ディスコティック液晶化合物または（あるいは及び）メモリー性を有する液晶組成物が自己組織化を図り、より好ましい配向状態を作り出す場合が有る。
【０１３０】
高分子ディスコティック液晶化合物と棒状液晶との混合比に関しては、散乱能力の点、そしてそれぞれの物理的性質が現れる必要性から、高分子ディスコティック液晶化合物が１ｗｔ％以上９９ｗｔ％以下であり、好ましくは５ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下であり、さらに好ましくは１０ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下である。一方、棒状液晶の成分比は、同様に１ｗｔ％以上９９ｗｔ％以下であり、好ましくは５ｗｔ％以上９５ｗｔ％以下、さらに好ましくは１０ｗｔ％以上９０ｗｔ％以下である。また、本発明の液晶組成物中には、必要に応じて酸化防止剤、ラジカル捕捉剤、光反応抑制剤、重合抑制剤、色素等の添加物を含有していても良い。
【０１３１】
より好ましい散乱、配向を得るために、重合性ディスコティック液晶化合物と棒状液晶組成物を含有する混合物が棒状ネマチック液晶またはディスコティック液晶が相分離している状態で重合性ディスコティック液晶を重合する工程を経ることが有効である。前述したようなディスコティック液晶の配向制御を行いやすいといった点や、ディスコティック液晶と棒状液晶の相分離をより促進し、より強い散乱を得ることが出来る。充分に相分離しない場合、ディスコティック液晶と棒状液晶による等方相領域が残存することがあり、散乱能力を抑制してしまうことがある。
【０１３２】
また、ディスコティック液晶または棒状ネマチック液晶あるいは両方に配向性を付与するため、基板界面に配向処理を施すことも有効である。配向処理の一方法である一軸配向制御層の形成方法としては、たとえば基板上に溶液塗工または蒸着あるいはスパッタリング等により、一酸化珪素、二酸化珪素、酸化アルミニウム、ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化セリウム、フッ化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化物、ホウ素窒化物などの無機物や、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエステル、ポリアミド、ポリエステルイミド、ポリパラキシレン、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリビニルクロライド、ポリスチレン、ポリシロキサン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂などの有機物を用いて被膜形成したのち、表面をビロード、布あるいは紙等の繊維状のもので摺擦（ラビング）することにより得られる。また、ＳｉＯ等の酸化物あるいは窒化物などを基板の斜方から蒸着する、斜方蒸着法なども用いられ得る。
【０１３３】
特に、より良好な一軸配向性を得るためにポリイミドラビング膜を一軸配向層として用いることが好ましい。また、通常ポリイミドはポリアミック酸の形で塗膜し、焼成することで得られる。ポリアミック酸は溶剤に易溶解性であるため生産性に優れる。最近では溶剤に可溶なポリイミドも生産されており、そういった技術の進歩の上からもポリイミドは、より良好な一軸配向性を得られ、高い生産性を有する点で好ましく用いられる。
【０１３４】
また、本発明においては、ネマチック液晶としてメモリー性を有する例えば二周波駆動ネマチック液晶等を用いることができる。二周波駆動ネマチック液晶については、高分子分散液晶として、メモリー性を発現することが、信学技報  ＥＩＤ９８−１８９、ＯＭＥ９８−１４３（１９９９−０３）に記載されている。本発明のメモリー性を有する液晶組成物は少なくとも一種の棒状ネマチック液晶が用いられるが、好ましくは液晶温度範囲を広げたり、諸物性を最適化するため、複数種の棒状液晶を用いたいわゆる液晶組成物が用いられる。
【０１３５】
以上に説明したように本発明における液晶組成物である機能材料は大きな消費電力源であるバックライトを用いない、輝度に非常に優れた液晶素子を作成することが出来る。また、スイッチング液晶としてメモリー性を有する液晶を用いたとき、常時駆動する必要がなく、駆動における消費電力の低減にも大きく貢献し得るものであり、今日知られている省消費電力液晶と比べる場合、非常に優れた液晶素子を実現し得ると考えられる。
【０１３６】
【実施例】
次に実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
【０１３７】
（第１の実施態様）
実施例１
＜使用した重合性ディスコティック液晶性化合物＞
重合性ディスコティック液晶性化合物としては下記の化合物Ａを用いた。
【０１３８】
【化４７】
0003862473.tif 000049
【０１３９】
Ａの相転移は
Ｃｒｙｓｔ−（４４℃）−Ｉｓｏ（昇温過程）、Ｃｒｙｓｔ−（−１５℃）−Ｉｓｏ（降温過程）であった。
【０１４０】
＜使用した棒状液晶材料＞
棒状液晶としては、下記のＰ型液晶性化合物Ｂ、あるいはＰ型フッ素系ネマチック液晶組成物Ｃ（チッ素社製「ＫＮ−５０３０」）を用いた。
【０１４１】
【化４８】
0003862473.tif 000050
【０１４２】
液晶性化合物Ｂの相転移温度は、昇温過程で
Ｃｒｙｓｔ−（５３．５℃）−Ｎｅｍａｔｉｃ−（７５℃）−Ｉｓｏであった。
【０１４３】
（液晶組成物Ｃ）
液晶組成物Ｃ（「ＫＮ−５０３０」）の相転移温度は、昇温過程で
Ｃｒｙｓｔ−（−３０℃以下）−Ｎｅｍａｔｉｃ−（８０℃）−Ｉｓｏ
であった。Δεはプラス１０であった。
【０１４４】
＜液晶性混合物の作成＞
これらを用いて、重合性ディスコティック液晶性化合物Ａと棒状液晶性化合物ＢとをＡ／Ｂ＝５０／５０の重量比で混合して混合物▲１▼を、またディスコティック液晶性化合物Ａとネマチック液晶組成物ＣとをＡ／Ｃ＝５０／５０の重量比で混合して、混合物▲２▼を作成した。各成分はいずれも等方相状態で溶解して混合した。混合物▲２▼は室温で等方相を示した。
【０１４５】
＜空セルの作成＞
（セルＡの作成）
厚さ１．１ｍｍのガラス基板２枚のそれぞれに、透明電極として約７０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を形成した。
【０１４６】
一枚の基板の表面に、平均粒径６μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を、１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のビーズスペーサを散布した。この基板上に、熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られたものに別のＩＴＯ膜付きガラス基板を対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化し、セルＡを得た。
【０１４７】
（セルＡ＊の作成）
スペーサービーズとして平均粒径１０μｍのものを用いる以外はセルＡと同様にしてセルＡ＊を作成した。
【０１４８】
（セルＢの作成）
両基板（厚さ１．１ｍのガラス板）に対して、下記のくり返し単位を有するポリイミドの前駆体のポリアミック酸２．１重量％溶液を、１回目は５００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで３０秒間、の条件で回転塗布した。
【０１４９】
【化４９】
0003862473.tif 000051
【０１５０】
その後、８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２２０℃で１時間加熱焼成を施した。両基板上の配向膜に対して、一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理を施した。
【０１５１】
片方の基板の表面に、平均粒径６μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を、１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のビーズスペーサを散布した。この基板に熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られた２枚の基板をラビング軸を合わせて（すなわち平行且つ同一方向とし）対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化し、セルＢを得た。
【０１５２】
（液晶セルの作成）
混合物▲１▼と▲２▼のそれぞれに、２，６−ジターシャルブチル−４−メチルフェノールを２００ｐｐｍ添加し、さらに光重合開始剤（チバガイギー社製「イルガキュア１８４」）を２重量％添加したのち、各混合物を、６０℃でセルＡ、Ａ＊、Ｂに常圧下で注入した。得られた計６のセルを、約１２ｍＷ／ｃｍ2、中心波長３６５ｎｍの紫外線で３分間露光して、液晶セルを作成した。いずれのセルも、高分子マトリクスから棒状液晶が良く相分離し、メトラー社製ホットステージで加熱しながら、偏光顕微鏡下で行った観察によると、棒状液晶のネマチックから等方相への相転移が、混合前の相転移温度とほぼ同じ温度で観測された。このことから、重合性ディスコティック液晶性化合物は、ほぼ全てが重合し、くり返し単位としてディスコティック液晶性成分を有する高分子化合物となっていることが確認された。液晶セルＢではいずれの材料の場合も棒状液晶が良く一軸配向していることが、偏光顕微鏡下で観察された。
【０１５３】
この状態から、各液晶セルを２２０℃に加熱し、０．５℃／分で室温まで降温したところ、いずれのセルにおいても、良く散乱するセルが目視で観察できた。液晶セルＢではいずれの材料の場合も一軸配向性が保持されていた。
【０１５４】
比較例１
ヘキシレンジアクリレートを、重合性ディスコティック液晶性化合物Ａの代りに用い、棒状液晶Ｃと重量比＝５０／５０で混合して、比較混合物を作成した。該比較混合物を、前述と同様にセルＡ＊に注入し、前述と同様にＵＶ露光し、高分子マトリクス型液晶素子を作成した。
【０１５５】
以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、室内光下で散乱光、反射光を目視で観察した。比較例１で作成した液晶セルに比較し、実施例１中で作成した液晶セルはいずれのセルも目視下、明らかな違いとしてわかる程に強い散乱を有していることがわかった。
【０１５６】
特に、以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、自動変更光度計（株式会社村上色彩技術研究所製「ＧＰ−２００」）で反射光強度を測定した場合、液晶混合物▲２▼を充填した系について、入射角３０度で出射角３７度の方向の光強度を、比較例の液晶セルと実施例の液晶セルで比較したところ、実施例の液晶セルＢは比較例の液晶セルに比べ、３．０倍の強度の光を反射していた。また、液晶セルＡは比較例の液晶セルの２．８倍、液晶セルＡ＊は４．５倍であった。また、実施例の液晶セルＢに１０Ｖ、６０Ｈｚの電界を印加したところ、電界印加状態では非印加状態に比べ、２８％反射光が増大し、散乱光が変調されることがわかった。
【０１５７】
実施例２
図４に示した投写光学系において、実施例１で作成した、混合物▲２▼を充填した液晶セルＢを液晶素子３０３として用い、スクリーンに投写した。５Ｖ、６０Ｈｚの電界を印加した状態と、しない状態とで、スクリーン上の輝度の変化が確認された。
【０１５８】
実施例３
図７に等価回路で示すような、単結晶シリコントランジスタ（オン抵抗５０Ω）４４、先の実施例１で使用した液晶▲２▼を充填したセルＢ型の液晶テストセル７０（画素面積０．９ｃｍ2）及び２ｎＦのセラミックコンデンサ７１を用いて、アクティブ液晶素子（単一画素）を作成した。そのゲイト信号ライン４５に選択期間が３０μ秒となるようなゲイト信号を与え、情報信号ライン４６からは６Ｖ、−６Ｖ、６Ｖ、−６Ｖ、０Ｖ、０Ｖ、０Ｖ、０Ｖという順番に波形を与えた。フレーム周波数１０Ｈｚとなるよう、液晶セルに電圧信号を与えたところ、顕微鏡下変調された光が観測された。
【０１５９】
上述したように、本発明によれば、偏光板を必要としない、明るくかつ従来の高分子マトリクス型液晶素子に比べて、高輝度且つ低消費電力駆動の可能な高分子マトリクス型の液晶素子、ならびにこれを構成するに適した機能材料としての液晶混合物、更にはその適切な原料としての液晶性混合物が与えられる。
【０１６０】
（第２の実施態様）
実施例４
＜使用した重合性ディスコティック液晶化合物Ａ＞
重合性ディスコティック液晶化合物としては下記の構造式で示される化合物Ａを用いた。
【０１６１】
【化５０】
0003862473.tif 000052
【０１６２】
Ａは、Ｒ1／Ｒ2のモル比が、５／１と４／２と３／３のものが、２２対５９対１６の混合物である。
【０１６３】
Ａの相転移は
ディスコティックレクタンギュラー相−（１３１℃）−ネマチックディスコティック相−（２００℃）−Ｉｓｏ（昇温過程）である。
【０１６４】
＜棒状液晶化合物Ｂ＞
棒状液晶化合物Ｂとしては下記の構造式で示される化合物Ｂを用いた。
【０１６５】
【化５１】
0003862473.tif 000053
【０１６６】
Ｂはスメクチック液晶である。
【０１６７】
Ｂの相転移は
Ｃｒｙｓｔ−（４℃）−Ｓｃ相−（４９℃）−ＳＡ相−（６９℃）−Ｉｓｏ（昇温過程）であった。
【０１６８】
これらを用いて、化合物ＡとＢを重量混合比Ａ／Ｂ＝５０／５０（混合物▲１▼）、２５／７５（混合物▲２▼）で混合し、重合性ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物の混合物を作成した。混合物は等方相状態で溶解した。
【０１６９】
＜セルの作成＞
・セルα、α＊
厚さ１．１ｍｍの２枚のガラス基板を用意し、透明電極として約７０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を形成した。
【０１７０】
両基板に対して下記繰り返し単位を有するポリイミドの前駆体のポリアミック酸２．１ｗｔ％溶液を１回目は５００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで３０秒間の条件で回転塗布した。
【０１７１】
【化５２】
0003862473.tif 000054
【０１７２】
その後、８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２２０℃で１時間加熱焼成を施した。この両基板にラビング処理を施したものと、施さないものを両方作成した。
【０１７３】
片方の基板の表面に平均粒径６μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のピーズスベーサを散布した。この基板に熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られた２枚の基板をラビング軸を合わせて対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化しセルを得た。
【０１７４】
ラビング処理したものをセルα、ラビング処理してないものをセルα＊とした。セルα、セルα＊は各３個用意した。
【０１７５】
上記の重合性ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物の混合物にそれぞれ２，６−ジターシャルブチル−４−メチルフェノールを２００ｐｐｍ添加し、さらにチバガイギー社製、光重合開始剤イルガキュア１８４を２ｗｔ％添加したのち、等方相でセルαとセルα＊にそれぞれ常圧下で注入した。セルαとセルα＊の各３個のセルについて室温、４０℃、５０℃で、それぞれ約１２ｍＷ／ｃｍ2、中心波長３６５ｎｍの紫外線でｌ０分間露光して、計６個の液晶セルを作成した。いずれのセルも棒状液晶化合物が良く相分離し、メトラー社製ホットステージ中偏光顕微鏡下の観察によると、棒状液晶化合物のＳＡ相から等方相への相転移が混合前の相転移温度とほぼ同じ温度で観測された。また、ディスコティック液晶相によるわずかな偏光が棒状液晶化合物ＢがＩｓｏ相になる温度より高温でも観察され、ディスコティック高分子が液晶を示していることもわかつた。偏光強度は棒状液晶化合物が液晶相を取っているときに比べ激減した。このディスコティック液晶化合物によるわずかな偏光は２００℃でも維持されていた。このことから、重合性ディスコティック液晶化合物はほぼすべてが重合し、くり返し単位としてディスコティック液晶性成分を有する高分子ディスコティック液晶化合物となっていることが確認された。
【０１７６】
これらのセルは、いずれのセルにおいても、良く散乱するセルが目視で観察できた。棒状液晶化合物はホモジニアスでランダムな配向に見えたが、フォトマルチプライアーによる光量測定によれば、わずかなコントラストを持っていたことからわずかな一軸配向性を付与できたものと思われる。
【０１７７】
比較例２
実施例４の重合性ディスコティック液晶化合物Ａをヘキシレンジアクリレートに変えて、棒状液晶化合物Ｂをチッソ社製ネマチック液晶ＫＮ５０３０に変えて、それらを重量比＝５０／５０で混合して、混合物を調整した。これを前述の実施例４と同様にセルα＊に注入し、前述の実施例４と同様にＵＶ露光し、高分子分散型液晶素子を作成した。
【０１７８】
以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、室内光下で散乱光、反射光を目視で観察した。比較例２で作成したセルに比較し、実施例４中で作成したセルはいずれのセルも目視下、明らかな違いとしてわかるほどに強い散乱を有していることがわかった。
【０１７９】
以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、株式会社村上色彩技術研究所製、自動偏光光度計ＧＰ−２００で反射光強度を測定した。入射角３０度で出射角０度方向の光強度を比較例２のセルと実施例４の室温で重合したセルで比較したところ、実施例４のセルαは比較例１のセルα＊に比べ、３．６倍の強度の光を反射していた。また、実施例４のセルα＊は比較例２のセルα＊の３．５倍であった。
【０１８０】
また、実施例４のセルαを６５℃で４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加し棒状液晶化合物をホメオトロピック配向した。偏光顕微鏡下、棒状液晶部分は暗視野となったことが確認された。これを室温まで冷却したが配向状態は保持されていた。この状態では電界非印加状態に比べ、２３％反射光が増大し、散乱光が変調されることがわかった。また、４０℃で重合したセルα、５０℃で重合したセルαもともに前記電界処理をしたところ、同様の観察結果が得られ、電界処理前に対し処理後は反射光がそれぞれ１７％、１８％増大した。
【０１８１】
ディスコティック液晶化合物のテクスチャーが偏光テクスチャーを有しつつ偏光強度をわずかにしか有さない状態であったことは、基板に板状のディスコティック液晶化合物がほぼ平行に配向していることを示唆していることと、棒状液晶化合物が殆どランダムにホモジニアス配向している状態とホメオトロピックに配向している状態とで光反射強度がいずれの条件でも２０％程度ホメオトロピック状態の方が強いことが確認された事実から、高分子ディスコティック液晶化合物は基板にほぼ平行に配向していることが確実であることがわかった。後者の反射光強度についてさらに付け加えれば、反射光強度が屈折率の各方向の差に強く依存することを考えると、ディスコティック液晶化合物が基板に対して一様でなくランダムに配向していた場合、棒状液晶化合物のホモジニアスとホメオトロピックで反射強度に差が出ないはずである。一方、ディスコティック液晶化合物が基板に対して垂直に配向していた場合、棒状液晶化合物のホモジニアスとホメオトロピックで反射強度が今回の結果とは逆になるはずである。このように考えると本実施例の結果をもって高分子ディスコティック液晶化合物は基板にほぼ平行に配向していることが確実であることがいえる。棒状液晶化合物がホメオトロピックであるとき、本発明における特徴的配向状態である、ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物が相分離状態で存在し、かつディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物のダイレクターが同方向に配向している状態をとっていることになる。
【０１８２】
実施例５
実施例４で用いた実施例液晶のセルα＊を６５℃で４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加し、電界をきった。この状態で、電界印加時の光散乱状態を維持していた。また、偏光顕微鏡下、配向の維持も確認され、メモリー性がはっきりと確認された。また、室温でもその配向状態は殆ど変化がなかった。これをさらに８０℃にした後、室温に戻したところ、電界印加前の状態に戻り、リバーシブルに変化させることが可能なことがわかった。
【０１８３】
実施例６
実施例４の混合物▲２▼とセルα＊を用いて実施例４と同様に室温で重合したところ、ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物が相分離された状態で実施例１と同様の配向状態が観察された。これを実施例４と同様に６５℃で４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加し、室温まで冷却した。電界印加前に比べ、反射強度は２２％増大した。この場合も実施例１と同様に、ディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物が相分離状態で存在し、かつディスコティック液晶化合物と棒状液晶化合物のダイレクターが同方向に配向している状態を実現できた。
【０１８４】
実施例７
図４に示した投写光学系の液晶素子の部分に実施例４で作成した、実施例４のセルαを液晶素子３０３、３０３′、３０３″として用い、スクリーンに投写した。４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加する前の状態としたあとの状態でスクリーン上の輝度が変化した。
【０１８５】
（第３の実施態様）
実施例８
＜使用した重合性ディスコティック液晶性化合物＞
重合性ディスコティック液晶性化合物Ａとしては下記の化合物Ａを用いた。
【０１８６】
【化５３】
0003862473.tif 000055
【０１８７】
化合物Ａは、Ｒ１／Ｒ２のモル比が、５／１と４／２と３／３のものが、２２：５９：１６の混合物である。
【０１８８】
化合物Ａの相転移は
ディスコティックレクタンギュラー相−（１３１℃）−ネマチックディスコティック相−（２００℃）−Ｉｓｏ．（昇温過程）である。
【０１８９】
＜使用したメモリー性を有する棒状液晶化合物Ｂ＞
棒状液晶化合物Ｂとして下記の化合物Ｂを用いた。
【０１９０】
【化５４】
0003862473.tif 000056
【０１９１】
棒状液晶化合物Ｂはスメクチック液晶である。棒状液晶化合物Ｂの相転移は
Ｃｒｙｓｔ−（４℃）−Ｓｃ相−（４９℃）−ＳＡ相−（６９℃）−Ｉｓｏ．（昇温過程）である。
【０１９２】
これらを用いて、化合物ＡとＢを重量混合比Ａ／Ｂ＝５０／５０で混合し、重合性ディスコティック液晶性化合物と棒状液晶化合物の混合物からなる液晶組成物を作成した。混合物は等方相状態で溶解した。
【０１９３】
＜セルの作成＞
・セルＡ、Ａ＊
２枚の厚さ１．１ｍｍのガラス基板の一枚の基板に、透明電極として約７０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を形成した。
【０１９４】
他方の一枚の基板の表面に平均粒径６μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のビーズスペーサを散布した。この基板上の外縁の部分に、熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られたガラス基板に先のＩＴＯ膜付きガラス基板を対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化し、セルＡを得た。
【０１９５】
セルＡ＊は、セルＡと同様であるがスペーサのみ平均粒径１０μｍのものを使用して作成した。
【０１９６】
・セルＢ
セルＡと同様の両基板に対して下記の式（３）で示される繰り返し単位を有するポリイミドの前駆体のポリアミック酸２．１ｗｔ％溶液を１回目は５００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで３０秒間の条件で回転塗布した。
【０１９７】
【化５５】
0003862473.tif 000057
【０１９８】
その後、８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２２０℃で１時間加熱焼成を施した。両基板上の配向膜に対して、一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理を施した。
【０１９９】
片方の基板の表面に平均粒径６μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のビーズスペーサを散布した。この基板上の外縁の部分に、熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られた２枚の基板をラビング軸を合わせて対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化し、セルＢを得た。
【０２００】
上記の化合物Ａ，Ｂの５０／５０混合物からなる液晶組成物に２，６−ジターシャルブチル−４−メチルフェノールを２００ｐｐｍ添加し、さらにチバガイギー社製、光重合開始剤イルガキュア１８４を２ｗｔ％添加したのち、等方相でセルＡ、Ａ＊、Ｂに常圧下で注入した。これら計３個のセルを約１２ｍＷ／ｃｍ2、中心波長３６５ｎｍの紫外線で１０分間露光して、３個の液晶セルを作成した。
【０２０１】
いずれのセルも棒状液晶化合物が良く相分離し、メトラー社製、ホットステージ中偏光顕微鏡下の観察によると、棒状液晶化合物のＳＡ相から等方相への相転移が混合前の相転移温度とほぼ同じ温度で観測された。また、ディスコティック液晶相による偏光が棒状液晶化合物ＢがＩｓｏ相になる温度より高温でも観察され、ディスコティック高分子が液晶を示していることもわかった。このディスコティック液晶による偏光は２００℃でも維持されていた。このことから、重合性ディスコティック液晶性化合物はほぼすべてが重合し、くり返し単位としてディスコティック液晶性成分を有する高分子化合物となっていることが確認された。
【０２０２】
これらのセルは、いずれのセルにおいても、良く散乱するセルが目視で観察できた。
【０２０３】
比較例３
ヘキシレンジアクリレートを重合性ディスコティック液晶性化合物Ａに変えて、棒状液晶化合物Ｂをチッソ社製、ネマチック液晶ＫＮ５０３０に変えて、それらを重量比＝５０／５０で混合物を調整した。これを前述と同様にセルＡ＊に注入し、前述と同様にＵＶ露光し、高分子分散型液晶素子を作成した。
【０２０４】
以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、室内光下で散乱光、反射光を目視で観察した。比較例３で作成したセルに比較し、実施例８中で作成したセルはいずれのセルも目視下、明らかな違いとしてわかるほどに強い散乱を有していることがわかった。
【０２０５】
以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、株式会社村上色彩技術研究所製、自動偏光光度計ＧＰ−２００で反射光強度を測定した。入射角３０度で出射角３７度方向の光強度を比較例３のセルと実施例８のセルで比較したところ、実施例８のセルＢは比較例３のセルに比べ、１．７倍の強度の光を反射していた。また、セルＡは比較例３のセルの２．１倍、セルＡ＊は２．２倍であつた。また、反射率の測定を出射角０度においても同様の結果を得た。
【０２０６】
また、実施例４のセルＢを６５℃で４０Ｖ、２ｋＨｚの電界印加状態で非印加状態に比べ、２３％反射光が増大し、散乱光が変調されることがわかった。また、実施例８中で作成したセルはいずれも４０Ｖ、２ｋＨｚの電界印加状態で散乱光が変調されることがわかった。
【０２０７】
実施例９
実施例８で用いた実施例液晶のセルＢを６５℃で４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加し、電界をきつた。この状態で、電界印加時の光散乱状態を維持していた。また、偏光顕微鏡下、配向の維持も確認され、メモリー性がはつきりと確認された。また、室温でもその配向状態は殆ど変化がなかった。これをさらに８０℃にした後、室温に戻したところ、電界印加前の状態に戻り、リバーシブルに変化させることが可能なことがわかつた。
【０２０８】
実施例１０
図４に示した投写光学系の液晶素子の部分に実施例８で作成した、実施例８のセルＢを液晶素子３０３として用い、スクリーンに投写した。４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加する前の状態と、印加したあとの状態でスクリーン上の輝度が変化した。
【０２０９】
（第４の実施態様）
実施例１１
棒状高分子液晶化合物として下記液晶化合物Ａ１を、ディスコティック液晶化合物としては下記液晶化合物Ｂ１をそれぞれ用いた。
【０２１０】
【化５６】
0003862473.tif 000058
【０２１１】
【化５７】
0003862473.tif 000059
【０２１２】
上記Ａ１とＢ１とを１：１の重量比で混合し、ＴＨＦに溶解した後、該ＴＨＦを留去し、液晶組成物Ｃ１を得た。ＤＳＣ測定を行ったところ、上記Ａ１とＢ１の相転移がそれぞれ観測された。
【０２１３】
〔素子ａ〕
厚さ１．１ｍｍのガラス基板上に上記液晶組成物Ｃ１の１０重量％ＴＨＦ溶液をキャスティング塗布し、１３０℃のオーブンで加熱乾燥し、厚さ５μｍの液晶組成物層を得た。
【０２１４】
〔素子ｂ〕
厚さ約２００μｍのポリエーテルスルホン基板上に、素子ａと同様にして厚さ５μｍの液晶組成物層を形成した。
【０２１５】
〔素子ｃ〕
厚さ１．１ｍｍのガラス基板上に下記繰り返し単位を有するポリイミド前駆体のポリアミック酸２．１重量％溶液を、１回目は５００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで３０秒間の条件で回転塗布した。
【０２１６】
【化５８】
0003862473.tif 000060
【０２１７】
その後、８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２２０℃で１時間の加熱焼成を施した。得られたポリイミド膜に一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理を施した。
【０２１８】
この基板上に、素子ａと同様にして厚さ５μｍの液晶組成物層を形成した。
【０２１９】
〔素子ｄ〕
へキシレンジアクリレートとネマチック液晶（チッソ社製「ＫＮ５０３０」）の５０／５０（重量比）混合物を、光重合開始剤（チバガイギー社製「イルガキュア１８４」）２重量％と共に、上下ガラス基板を５μｍのセルギャップで対向配置させたセルに注入し、ＵＶ露光することにより従来の高分子分散型液晶素子を得た。
【０２２０】
上記素子ａ〜ｄの反射光強度を、自動偏光光度計（村上色彩技術研究所社製「ＧＰ−２００」）で測定した。測定は、入射角３０°で出射角１０°方向の光強度を素子ｄに対して素子ａ〜ｃで比較した。素子ｃは光の入射方向に対してラビング軸を垂直方向に合わせて測定した。その結果、素子ａ，ｂ，ｃは素子ｄに対して、それぞれ７４％、６８％、７０％光散乱強度が強かった。
【０２２１】
実施例１２
棒状高分子液晶化合物としては下記液晶化合物Ａ２を、ディスコティック液晶化合物としては下記液晶化合物Ｂ２をそれぞれ用いた。
【０２２２】
【化５９】
0003862473.tif 000061
【０２２３】
【化６０】
0003862473.tif 000062
【０２２４】
上記液晶化合物Ａ２とＢ２を１：１の重量比で混合し、ＴＨＦに溶解した後、該ＴＨＦを留去し、液晶組成物Ｃ２を得た。ＤＳＣにて測定したところ、上記Ａ２とＢ２の相転移がそれぞれ観測された。
【０２２５】
得られた液晶組成物Ｃ２を用いる以外は、実施例１１の素子ｃと同様にして液晶組成物層を形成して素子ｅを得、光強度を実施例１１の素子ｄと比較した。素子ｅは素子ｄに比べて９８％光散乱強度が強かった。また、ラビング軸をこの測定とは垂直、即ち光の入射方向とは平行にして測定したところ、素子ｄに比べて１１０％光散乱強度が強く、光の散乱に角度依存性があることがわかった。
【０２２６】
実施例１３
実施例１１の素子ｂについて、サーマルヘッドを用いて画像の書き込みを行ったところ、書き込んだ領域がそれ以外の領域に比べて透明化し、表示媒体として有効なことがわかった。これは書き込んだ領域が加熱急冷されたことにより、液晶化が抑制されたためと考えられる。
【０２２７】
実施例１４
〔素子ｆ〕
重合性棒状液晶化合物として下記液晶化合物Ｄ１を用い、ディスコティック液晶化合物としては、実施例１２で用いた液晶化合物Ｂ２を用いた。
【０２２８】
【化６１】
0003862473.tif 000063
【０２２９】
上記液晶化合物Ｄ１とＢ２と１：１の重量比で混合し、光重合開始剤（チバガイギー社製「イルガキュア１８４」）２重量％と共に、上下ガラス基板を５μｍのセルギャップで対向配置させたセルに注入し、ＵＶ露光することにより棒状高分子液晶化合物とディスコティック液晶化合物からなる液晶組成物層を形成し、素子ｆを得た。
【０２３０】
上記素子ｆの光強度を実施例１と同様に、実施例１の素子ｄと比較した。その結果、素子ｆは素子ｄに比べて１０２％も光散乱強度が強かった。
【０２３１】
以上説明したように、本発明の液晶組成物は光散乱能力に優れ、熱処理或いは光照射により書き込みが可能で且つ光散乱状態を外部場が非印加の静的状態で保持し得るため、各種表示媒体に用いることができ、本発明の液晶素子によれば、書き換え時にのみ電力が必要な低消費電力で且つ高コントラストなディスプレイが提供される。
【０２３２】
（第５の実施態様）
実施例１５
＜使用した重合性ディスコティック液晶化合物Ａ＞
重合性ディスコティック液晶化合物としては下記の構造式で示される化合物Ａを用いた。
【０２３３】
【化６２】
0003862473.tif 000064
【０２３４】
Ａは、Ｒ1／Ｒ2のモル比が、５／１と４／２と３／３のものが、２２対５９対１６の混合物である。
【０２３５】
Ａの相転移は
ディスコティックレクタンギュラー相−（１３１℃）−ネマチックディスコティック相−（２００℃）−Ｉｓｏ（昇温過程）である。
【０２３６】
＜棒状ネマチック液晶Ｂ＞
チッソ社製、ネマチック液晶「ＫＮ５０３０」を用いた。
【０２３７】
Δｎは０．１３であった。誘電異方性は正で１０であった。
【０２３８】
Ｂの相転移は
Ｃｒｙｓｔ．−（＜−３０℃）−Ｎ相−（８０℃）−Ｉｓｏ（昇温過程）であった。
【０２３９】
これらを用いて、ＡとＢを重量混合比Ａ／Ｂ＝５０／５０（混合物▲１▼）、５５／４５（混合物▲２▼）で混合し、重合性ディスコティック液晶性化合物と棒状ネマチック液晶の混合物を作成した。混合物は等方相状態で溶解した。
【０２４０】
＜セルの作成＞
・セルα、α＊
厚さ１．１ｍｍの２枚のガラス基板を用意し、透明電極として約７０ｎｍ厚のＩＴＯ膜を形成した。
【０２４１】
両基板に対して下記繰り返し単位を有するポリイミドの前駆体のポリアミック酸２．ｌｗｔ％溶液を１回目は５００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで３０秒間の条件で回転塗布した。
【０２４２】
【化６３】
0003862473.tif 000065
【０２４３】
その後、８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２２０℃で１時間加熱焼成を施した。
【０２４４】
この両基板にラビング処理を施したセル（α）を作成した。また、両基板にラビング処理を施さないセル（α＊）を作成した。
【０２４５】
片方の基板の表面に平均粒径１０μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のピーズスペーサを散布した。この基板に熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られた２枚の基板をラビングしたものはラビング軸を合わせて対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化し、セルを得た。
【０２４６】
上記の混合物▲１▼、▲２▼にそれぞれ２，６−ジターシャルブチル−４−メチルフェノールを２００ｐｐｍ添加し、さらにチバガイギー社製光重合開始剤イルガキュア１８４を２ｗｔ％添加したのち、等方相でセル（α）、（α＊）に常圧下で注入した。▲１▼のセルを冷却したところ、１９℃でネマチック液晶が相分離してくることが観察された。−４０℃まで冷却した後、約１２ｍＷ／ｃｍ2、中心波長３６５ｎｍの紫外線で１０分間露光して、液晶セルを作成した。▲２▼も同様に液晶セルを作成した。
【０２４７】
いずれのセルも棒状ネマチック液晶が良く相分離し、メトラー社製ホットステージ中偏光顕微鏡下の観察によると、棒状液晶のＮ相から等方相への相転移が混合前の相転移温度とほぼ同じ温度で観測された。また、ディスコティック液晶相によるわずかな偏光が液晶ＢがＩｓｏ相になる温度より高温でも観察され、ディスコティック高分子が液晶を示していることもわかつた。偏光強度は棒状液晶が液晶相を取っているときに比べ激減した。このディスコティック液晶によるわずかな偏光は２００℃でも維持されていた。このことから、重合性ディスコティック液晶性化合物はほぼすべてが重合し、くり返し単位としてディスコティック液晶性成分を有する高分子ディスコティック液晶化合物となっていることが確認された。
【０２４８】
これらのセルは、いずれのセルにおいても、良く散乱するセルが目視で観察できた。ラビングしたセルについては、棒状液晶は、フォトマルチプライアーによる光量測定によれば、ラビング方向に軸性を有する配向を有していることがわかった。
【０２４９】
また、実施例の混合物▲１▼のセルα＊に３０Ｖ、１ｋＨｚの交流電界を印加し、棒状液晶をホメオトロピック配向としたところ、明らかに電界印加する前と比べ光散乱度合いが増加した。電界をオフしたところ光散乱度合いが元に戻った。電界のオンオフを繰り返したところ、この光変調を再現よく繰り返した。混合物ののセルも全く同様の挙動を示した。また、混合物▲１▼、▲２▼ともセルαにおいても全く同様な挙動が観測された。
【０２５０】
ディスコティック液晶のテクスチャーが偏光テクスチャーを有しつつ偏光強度をわずかにしか有さない状態であったことは、基板に板状のディスコティック液晶がほぼ平行に配向していることを示唆していることと、棒状液晶が殆どランダムにホモジニアス配向している状態とホメオトロピックに配向している状態とで光反射強度がいずれの条件でも２０％程度ホメオトロピック状態の方が強いことが確認された事実から、高分子ディスコティック液晶は基板にほば平行に配向していることが確実であることがわかった。後者の反射光強度についてさらに付け加えれば、反射光強度が屈折率の各方向の差に強く依存することを考えると、ディスコティック液晶が基板に対して一様でなくランダムに配向していた場合、棒状液晶のホモジニアスとホメオトロピックで反射強度に差が出ないはずである。
【０２５１】
一方、ディスコティック液晶が基板に対して垂直に配向していた場合、棒状液晶のホモジニアスとホメオトロピックで反射強度が今回の結果とは逆になるか、もしくは等しいはずである。このように考えると本実施例の結果をもって高分子ディスコティック液晶は基板にほば平行に配向していることが確実であることがいえる。棒状ネマチック液晶がホメオトロピックであるとき、本発明における特徴的配向状態である、ディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶が相分離状態で存在し、かつディスコティック液晶と棒状ネマチック液晶のダイレクターが同方向に配向している状態をとっていることなる。
【０２５２】
比較例４
ヘキシレンジアクリレートを重合性ディスコティック液晶Ａに変えて、チッソ社製ネマチック液晶「ＫＮ５０３０」を用いて、それらを重量比＝５０／５０で混合物を調整した。これを前述と同様にセルαに注入し、前述と同様にＵＶ露光し、高分子分散型液晶素子を作成した。
【０２５３】
以上で作成したセルの背面に黒色の光吸収板を配置し、株式会社村上色彩技術研究所製、自動偏光光度計ＧＰ−２００で反射光強度を測定した。入射角３０度で出射角０度方向の光強度を比較例のセルと実施例セルで比較した。実施例のセルはいずれも３０Ｖ、１ｋＨｚの電界を印加した状態で比較した。
【０２５４】
比較例のセルに比べ、混合物▲１▼、▲２▼のセルαはそれぞれ３．１倍、３．３倍の強度の光を反射していた。
【０２５５】
実施例１６
図３に示した投写光学系の液晶素子の部分に実施例１５で作成した、実施例１５の混合物▲１▼のセルαを液晶素子３０３、３０３′、３０３″として用いスクリーンに投写した。４０Ｖ、２ｋＨｚの電界を印加する前の状態と、印加したあとの状態でスクリーン上の輝度が変化した。
【０２５６】
以上説明した様に、本発明の液晶素子によれば、従来の高分子分散型あるいは高分子ネットワーク型の液晶素子に比べ高輝度、高性能の液晶素子、光変調素子、表示素子を実現することができる。
【０２５７】
また、本発明は、高輝度、高性能の液晶素子を用いた液晶装置を実現することができる。
【０２５８】
比較例５
下記の構造式で示される低分子のディスコティック液晶化合物Ｃと、下記の構造式で示される低分子の棒状ネマチック液晶化合物Ｂとの混合物を調整した。混合物中の重量比は、Ｃ／Ｂ＝５０／５０である。これを下記で示されるセルＡに注入し、液晶セルを作成したが、冷却過程でネマチック相もディスコティック相も確認されなかった。
【０２５９】
また室温において、低分子のディスコティック液晶化合物Ｃと低分子の棒状ネマチック液晶化合物Ｂとは、相分離していなかった。すなわち、この液晶混合物は室温で等方均一相状態を呈して透明であり、光散乱媒体を与えなかった。
【０２６０】
【化６４】
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【０２６１】
＜棒状液晶化合物Ｂ＞
棒状液晶化合物Ｂとしてはチッソ社製ネマチック液晶ＫＮ５０３０を用いた。
【０２６２】
その化合物Ｂの相転移は
Ｃｒｙｓｔ．−（＜−３０℃）−Ｎ相−（１００℃）−Ｉｓｏ（昇温過程）であった。Δｎは０．１３であった。
【０２６３】
＜セルの作成＞
・セルＡ
２枚の厚さ１．１ｍｍのガラス基板の一枚の基板に、透明電極として約７０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。
【０２６４】
他方の一枚の基板の表面に平均粒径６μｍの樹脂ビーズを０．０１重量％で分散させたＩＰＡ溶液を１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ2程度のビーズスペーサを散布した。この基板上の外縁の部分に、熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。得られたガラス基板に先のＩＴＯ膜付きガラス基板を対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分間加熱硬化し、セルＡを得た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶素子を構成する棒状液晶（ａ）およびディスコティック高分子（ｂ）の屈折率楕円体と好ましいダイレクター配置の説明図。
【図２】本発明の液晶素子の一実施例厚さ方向模式断面図。
【図３】本発明の液晶素子の他の実施例の厚さ方向模式断面図。
【図４】本発明の液晶素子を含む投写光学系の説明図。
【図５】アクティブ素子を含む本発明の液晶素子の模式断面図。
【図６】上記液晶素子を含むアクティブマトリクス液晶装置の回路図。
【図７】実験的に動作させたアクティブ素子駆動液晶素子の等価回路図。
【図８】本発明の第４の実施態様による液晶素子の厚さ方向模式断面図。
【符号の説明】
ｎ１、ｎ２、ｎ３：棒状液晶の三方向屈折率
ｎｄ１、ｎｄ２、ｎｄ３：ディスコティック高分子の三方向屈折率
１ａ、１ｂ、４１、４２：（透明）基板
２ａ、２ｂ：透明電極（ＩＴＯ）
３ａ、３ｂ、１８、１９：配向層
４、２２：スペーサ
５、２１：液晶層
５ａ：ディスコティック液晶混合物
５ｂ：棒状液晶
２０：シール材
４３：画素電極
４７：対向電極
４４：ＴＦＴ
９０：液晶セル
【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】
0003862473.tif 000071
【図６】
0003862473.tif 000072
【図７】
0003862473.tif 000073
【図８】
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