液晶組成物、それを用いた液晶パネル、および液晶シャッターメガネ
【課題】発明が解決しようとする課題は、駆動電圧が低いブルー相を呈する液晶組成物、それを用いた液晶パネル、および液晶シャッターメガネを得ることにある。
【解決手段】
液晶組成物は、ブルー相を呈する液晶材料と、フッ素原子とアクリル基を含む第１の繰り返し単位を有する高分子と、を有する。
【解決手段】
液晶組成物は、ブルー相を呈する液晶材料と、フッ素原子とアクリル基を含む第１の繰り返し単位を有する高分子と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の実施形態は、液晶組成物、それを用いたパネル、および液晶シャッターメガネに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルにＩＰＳ（in-plane switching）モード、ＶＡ（vertically aligned）モード及びＯＣＢ（optically compensated bend）モードなどの表示モードを採用すると、速い応答速度を達成できる。さらに応答速度を早くするために、カー効果を示す液晶材料を液晶層に用いた液晶パネルが知られている。カー効果とは、透明な等方的媒質の屈折率が外部電場の２乗に比例した異方性を示す効果である。カー効果を示す液晶材料は、液晶分子の相関長（配向秩序の影響度）が短いため、数ミリ秒以下の高速な電場応答を示し、速い応答速度が得られる。カー効果を示す液晶材料として、コレステリックブルー相、スメクティックブルー相、擬似等方相などのブルー相が知られている。
【０００３】
ブルー相の液晶材料を用いた液晶層としては、液晶材料と、アルキル基鎖を有するアクリレートモノマーが架橋剤とともに重合することにより形成された高分子ネットワークとから構成されたものが知られている。ブルー相の液晶材料は駆動電圧が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２７９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明が解決しようとする課題は、ブルー相を呈する液晶材料を含む液晶組成物、それを用いた液晶パネル、および液晶シャッターメガネの駆動電圧を低くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の一実施形態による液晶組成物は、ブルー相を呈する液晶材料と、フッ素原子とアクリル基を含む第１の繰り返し単位を有する高分子と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る液晶組成物の一部分を示す図。
【図２】第１の実施形態に係る高分子を重合する前の液晶組成物の一部分を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る高分子の一部分を示す図。
【図４】第１の実施形態に係る高分子のＲ２部分を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る高分子を形成するモノマーを示す図。
【図６】第１の実施形態に係る他の高分子の一部分を示す図。
【図７】第１の実施形態に係る他の高分子のＲ４部分を示す図。
【図８】第１の実施形態に係る他の高分子を形成するモノマーを示す図。
【図９】第２の実施形態に係る液晶パネルを示す斜視図。
【図１０】第２の実施形態に係る液晶パネルの一部断面を示す図。
【図１１】第２の実施形態に係る液晶シャッターメガネを示す斜視図。
【図１２】実施例２と比較例２に係る高分子に用いたモノマーを示す図。
【図１３】実施例１と比較例１に係る液晶パネルの電圧と透過率の関係を示す図。
【図１４】実施例１と比較例１に係る液晶パネルの電圧と応答次官の関係を示す図。
【図１５】実施例１と比較例１に係る液晶パネルの電圧−電流特性を示す図。
【図１６】実施例２と比較例２に係る高分子に用いたモノマーを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、第１の実施形態である、液晶組成物について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成には全ての図面を通じて同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０００９】
図１は、液晶組成物の一部分を示す斜視図である。液晶組成物は、液晶材料４０と高分子５０とから構成される。
【００１０】
液晶材料４０は、液晶分子がらせん状に配列した液晶分子シリンダを形成している。複数の液晶分子シリンダの配置を巨視的に観察すると、らせん状である。液晶分子がらせん状に並んで液晶分子シリンダを形成し、液晶分子シリンダがらせん状に配置していることは、液晶材料がブルー相を呈することを示す特徴である。また、液晶材料がブルー相を呈することは、液晶材料に電圧を印加して、複屈折や複屈折の派生量である光学リタデーションが印加した電圧の２乗に比例すること（カー効果）から確認できる。
【００１１】
高分子５０は、液晶材料４０で形成される液晶シリンダの隙間に位置し、液晶シリンダの配置を保持する。高分子５０にはフッ素原子が含まれ、アクリル基を有する。
【００１２】
液晶材料４０は、ブルー相を呈するものであれば特に限定されるものではない。また、２種類以上の液晶材料を用いても良く、液晶層に液晶材料以外の物質を含んでいてもよい。液晶材料は、コレステリック液晶またはカイラルネマチック液晶（以下、コレステリック液晶と総称する）、ネマチック液晶とコレステリック液晶との混合物や、ネマチック液晶と光学活性物質との混合物などが挙げられる。これらの液晶材料を、それぞれに特有のブルー相を呈する温度範囲内おいて使用する。
【００１３】
高分子５０は、１種類または複数種類の繰り返し単位を有する。この繰り返し単位の種類の数は、高分子５０を形成するのに用いたモノマーの種類の数と対応する。繰り返し単位が１種類の場合は、その繰り返し単位の中にアクリル基を有し、かつその繰り返し単位にフッ素原子が含まれる。繰り返し単位が複数種類ある場合には、複数の繰り返し単位のうち少なくとも１種類は、アクリル基を有し、且つフッ素原子を有する。
【００１４】
フッ素は電気陰性度が高く分極率を低くするため、高分子５０を低誘電率にする。高分子５０が低誘電率になれば、液晶組成物の駆動電圧が低くなる。従って、このような液晶組成物を液晶層として用いた液晶パネルは、液晶の表示状態を書き換えるときに必要な電荷量が下がるので、低消費電力にすることが期待できる。さらに、フッ素を有するモノマーを用いて高分子を形成する場合には、不純物と極性などの化学的性質が異なるため、不純物が混入しにくかったり精製しやすかったりする。従って、不純物の少ない液晶組成物を得ることができる。
【００１５】
高分子５０を形成するのに２種類のモノマーを使った場合について、図２を使って説明する。図２は、高分子５０を重合する前の液晶組成物の一部を示す斜視図である。高分子４０は、第１モノマー５０a、第２モノマー５０b、重合開始材６０を有する。
【００１６】
重合開始剤６０によって第１モノマー５０aおよび第２モノマー５０bを重合させることによって高分子５０を得ることができる。液晶組成物中に含まれる高分子５０の割合は５％〜１５％の範囲内が望ましい。高分子５０の割合が５％未満の場合、液晶材料が構造を維持しにくくなり、部分的にコレステリック層が生じる虞がある。また高分子５０の割合が１５％を超えると、この液晶組成物をパネルに用いたときに、明表示の時の光の透過率が低下する虞がある。また、高分子５０によって液晶分子の動きが妨げられるので、液晶に印加する駆動電圧を高くする必要がある場合がある。
【００１７】
図３に、高分子５０として、２種類のアクリルエステルユニット(−ＣＨ２−ＣＨ−Ｃ＝Ｏ−Ｏ−)を有するモノマーが重合した高分子１５０の一部分の構造を示す。この高分子１５０は、繰り返し単位として、第１単位１５０aと第２単位１５０ｂとを有する。第１単位１５０aの重合箇所の一つが第２単位１５０bの重合箇所の一つと重合している。第１単位１５０aは、フッ素置換されたアルキル基Ｒ１を有し、図３においては、アルキル基は直鎖とする。アルキル基Ｒ１の中のｍ、ｎは自然数である。例えばｍは１、ｎは６とすることができる。Ｒ１のエーテル結合から最も遠い際末端の炭素原子を含むｎ＋１個の炭素原子がフッ素原子を有する。
【００１８】
第２単位１５０bのＲ２は、メソゲン基を表す。例えばフェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フェニルシクロヘキシル基、ビフェニルシクロヘキシル基、アゾベンゼン基、アゾキシベンゼン基、ベンジリデンアニリン基、スチルベン基、トラン基がメソゲン基として挙げられる。具体的には、Ｒ２として図４の構造を挙げることができる。
【００１９】
高分子１５０を形成するのに用いた２種類のモノマー（第１アクリルモノマー１５１a、第２アクリルモノマー１５１b）を図５に示す。第１単位１５０aは、図５（a）に示す第１アクリルモノマー１５１aに由来する。第２単位１５０bは、図５（b）に示す第２アクリルモノマー１５１bに由来する。
【００２０】
第１単位１５０aは、重合箇所が２つ（図３で第２単位１５０ｂと結合している箇所と矢印箇所１つ）あるので、それぞれの重合箇所は他の第１単位１５０a、あるいは第２単位１５０bと重合することができる。また第２単位１５０bは重合箇所が４つ（図３で第１単位１５０aと結合している箇所と矢印箇所３つ）あるので、それぞれ他の第１単位１５０a、あるいは他の第２単位１５０bと重合することができる。
【００２１】
第１単位１５０a、第２単位１５０bそれぞれは、１つの高分子中に２〜２０程度含まれる。第１単位１５０a、第２単位１５０bの割合は、用いる第１アクリルモノマー１５１a、第２アクリルモノマー１５１bの割合によって決まる。例えば、第１アクリルモノマー１５１aと第２アクリルモノマー１５１bを１対１とする。
【００２２】
図６に他の高分子の例として高分子１６０を示す。高分子１６０は、第１単位１６０aと第２単位１６０bを有する。第１単位１６０aは、図７の第１アクリルモノマー１６１aに由来する。第２単位１６０bは、図７の第２アクリルモノマー１６１bに由来する。
【００２３】
高分子１６０の第１単位１６０aは、図３に示す高分子１５０の第１単位１５０aにおいて炭素原子に結合する水素原子をすべてフッ素原子に置換したものである。すなわち、第１単位１６０aが有するアルキル基Ｒ３は、すべての炭素原子にフッ素原子が結合している。高分子１６０の第２単位１６０bは、図３に示す高分子１５０の第２単位におけるＲ２の水素原子をフッ素原子に置換したものである。すなわち、高分子１６０の第２単位１６０ｂが有するメソゲン基はＲ４、フルオロメソゲン基である。フルオロメソゲン基としては、上述したメソゲン基をフッ素化したものが挙げられる。具体的には、図７に示す構造が挙げられる。
【００２４】
高分子１６０を形成するのに用いた２種類のモノマー（第１アクリルモノマー１６１a、第２アクリルモノマー１６１b）を図８に示す。第１単位１５０aは、図８（a）に示す第１アクリルモノマー１６１aに由来する。第２単位１６０bは、図８（b）に示す第２アクリルモノマー１６１bに由来する。
【００２５】
なお、上述の高分子１５０、１６０は例であり、他の構造を有する高分子においても実施可能である。
【００２６】
重合開始剤６０としては、例えば市販され容易に入手できるものとして、ダロキュア１１７３（Ｍｅｒｋ社）、イルガキュア６５１（チバガイギー社）、イルガキュア９０７（チバガイギー社）などを候補として挙げることができる。重合開始剤の添加量は高分子の液晶材料保持率を高く維持する観点から、好ましくは１種類のモノマーに対し５重量％以下の範囲で添加される。また、前駆体あるいはオリゴマーは必要に応じて架橋剤、界面活性剤、重合促進剤、連鎖移動剤、光増感剤などの改質剤を含んでもよい。
【００２７】
液晶組成物の形成方法としては、液晶材料とモノマーと重合開始材を混合したものに加熱あるいは光照射して、モノマーを高分子にすることによって得る。モノマーの重合は、特に光照射により行うことが望ましい。液晶分子シリンダ同士が形成するらせん間隔は温度により変化する。そのため、らせん間隔が変ると液晶材料が反射する光の波長が変わる。したがって、加熱によりモノマーを重合させて得た液晶組成物を液晶パネルに用いる場合には、液晶パネルが表示する画像の色が設計と異なる虞がある。光照射により重合して得た液晶組成物は、重合により反射光の波長が変化する虞が少ない。
【００２８】
上述のように、アクリル基を有する高分子がフッ素を含むことにより高分子の誘電率が下がるので、液晶組成物の駆動電圧を低くすることができる。
【００２９】
なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はこれに限定されない。
【００３０】
（第２の実施形態）
図８は、第１の実施例の液晶組成物を液晶層として用いた液晶パネルの斜視図である。液晶パネル１は画素や走査線や信号線などの配線がアレイ状に形成されたアレイ基板１０と、所定の間隔でアレイ基板１０と対向し、対向電極を有する対向基板２０と、アレイ基板１０と対向基板２０の間に保持され、第１の実施形態で説明した液晶組成物で形成された液晶層３０と、を有する。
【００３１】
アレイ基板１０及び対向基板２０としては、十分な強度と絶縁性を有し、透明性を有するものとする。例えばガラスやプラスチック、セラミックなどを基板１０、１１として用いることができる。
【００３２】
また、図１１は図１０の液晶パネルをＡＡ線で切断した断面を示す図である。アレイ基板１０の液晶層３０側の一主面には複数の画素電極１０５aが配置されている。対向基板２０の液晶層３０側の一主面には対向電極１０５bが共通電極として配置されている
画素電極１０５a表面には、絶縁性薄膜（不図示）が形成されている。アレイ基板１０と対向基板２０との間の距離が、より正確に所定の間隔に保たれるように、アレイ基板１０と対向基板２０の間にはスペーサー（不図示）が設けられている。
【００３３】
このような基板には、駆動回路が接続され、画素電極１０５aと対向電極１０５bとに電圧が印加されると液晶層が駆動される。アレイ基板１０と対向基板２０の距離は、反射率が低くなり過ぎない範囲でできるだけ近づけると、駆動電圧を小さくすることができ、液晶層の応答を早くすることができる。
【００３４】
画素電極１０５aとしては、透明性を有しているものとし、例えばＩＴＯ（インジウム スズ オキサイド）の薄膜を用いる。対向電極１０５bには、透明性が要求されず、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、金、白金などの各種電極材料を用いる。また、アレイ基板１０上への画素電極１０５aの形成は蒸着、スパッタリング、フォトリソグラフィなどの方法で行う。
【００３５】
画素電極１０５aの表面に形成する絶縁性薄膜の材料としては液晶材料に対する反応性や溶解性を持たず、電気的に絶縁性であれば材質的に特に限定されるものではなく、ポリイミドなどの有機物、また、酸化シリコンなどの無機物を挙げることができる。絶縁性薄膜の形成方法としては、スピンコートによる塗布などの公知のものを挙げることができ、各材料に適した方法を選択すればよい。
【００３６】
薄膜の厚さは、液晶層３０への電圧印加を十分行うことができれば特に限定されるものではないが、低電圧駆動の観点から絶縁性を損ねない範囲において薄いことが望ましい。絶縁性薄膜に対する配向処理は、ラビング処理などにより適宜行ってもよい。また、本実施の形態においては絶縁性薄膜を設けることとしたが、絶縁性薄膜を設けない構成とすることも許容する。
【００３７】
第１の実施形態の液晶組成物を液晶層に用いた液晶パネルは、誘電率を低くすることができるので、書き換え時の電荷量を低下することができ低消費電力化が可能となる。
【００３８】
また、３インチ程度のサイズの液晶パネルを２個用意して、図１１に示すような液晶シャッターメガネを得ることができる。レンズ部分８０に液晶パネルを使用する。３Ｄ表示ディスプレイの中には観察者の右目に映す画像と左目に映す画像を交互に表示するタイプのものがある。このようなディスプレイは、右目に映す画像を表示しているときに観察者の左目の視野を遮断し、左目に映す画像を表示しているときに観察者の右目の視野を遮断するシャッターメガネと共に利用される。
【００３９】
ブルー相の液晶材料を用いたシャッターメガネは応答が高速であるため、３Ｄ表示ディスプレイの画像の切り替えが早い場合でもディスプレイの表示にあわせてシャッターを切り替えることができる。
【００４０】
なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はこれに限定されない。
【００４１】
〔実施例１〕
以下、液晶パネルの一実施例について説明する。
【００４２】
まず、ガラス基板（厚さ０．７ｍｍ）の表面に、幅１０μｍ、間隔１０μｍのＭｏＷ（モリブデン、タングステン）櫛形電極を形成した。次に絶縁膜としてポリイミド（ＡＬ−１０５１：日本合成ゴム（株））を７０ｎｍの厚さでスピナーにより電極上にキャストして、アレイ基板を得た。同様に、他のガラス基板（厚さ０．７ｍｍ）にも対向電極を設け、その上に絶縁膜を形成して対向基板を得た。対向基板の絶縁膜を設けた面に枠状に接着剤を塗布した。アレイ基板の絶縁膜上には、直径１０μｍのスペーサーを散布した。その後、アレイ基板および対向基板を互いの絶縁膜が対向するよう貼り合わせ、液晶層を注入する開口を残して封着した。
【００４３】
液晶層の材料は、以下のように調整した。ネマチック相の液晶としてＢＬ０３５（Ｍｅｒｃｋ社製）７９．５ｗｔ％と、カイラル剤としてＺＬＩ‐４５７２(Ｍｅｒｃｋ社製) １０ｗｔ％、第１アクリルモノマーとして１Ｈ，１Ｈ−Ｐｅｎｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏ−ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅ（東京化成工業社製）５ｗｔ％、第２アクリルモノマーとして液晶性モノマー１，４−ジ（４−（６−（アクリロイルオキシ）ヘキシルオキシ）ベンゾイルオキシ）−２−メチルベンゼン（商品名：ＲＭ２５７ メルク社製）５ｗｔ％と、を混合し、さらに、重合開始剤としてイルガキュア６５１（Ｃｉｂａ Ｇｅｉｇｙ社製）をそれぞれのモノマーに対して０．５ｗｔ％添加して混合した。図１２（a）に１Ｈ，１Ｈ−Ｐｅｎｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏ−ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅ（分子式はＣ１１Ｈ５Ｆ１５Ｏ２；フッ素置換モノマー）の構造を示す。１，４−ジ（４−（６−（アクリロイルオキシ）ヘキシルオキシ）ベンゾイルオキシ）−２−メチルベンゼンの構造は、図５（２）の構造においてＲ２として図６のメソゲン基を用いたものである。第１アクリルモノマーとして用いた１Ｈ，１Ｈ−Ｐｅｎｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏ−ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅは、アクリルエステル構造を有しているが、末端のみフッ素置換されている。これは、すべての水素をフッ素置換したものよりも安価である。
【００４４】
こうして得られた液晶混合物を、基板間に注入して液晶パネルを形成した。ホットプレートに載せて温度を制御し、ブルー相を発現させた。
【００４５】
比較として、１Ｈ，１Ｈ−Ｐｅｎｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏ−ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅの代わりにｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅ（分子式：Ｃ１１Ｈ２０Ｏ２；非フッ素置換モノマー）を用いた液晶パネルも作製した。ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅ以外の他の組成については、上述の通りである。ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅ（分子式：Ｃ１１Ｈ２０Ｏ２）の構造を図１２（b）に示す。
【００４６】
１Ｈ，１Ｈ−Ｐｅｎｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏ−ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅは、ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅの有する２０個の水素のうち１５個をフッ素原子に置換しており、置換率は７５％である。
【００４７】
フッ素置換モノマーを用いた液晶混合物の沸点は６５度であったのに対し、比較例の非フッ素置換モノマーを用いた液晶混合物の沸点は５７度であった。フッ素置換モノマーを用いることにより、液晶混合物の沸点が高なり、揮発しにくくなる。従って、フッ素置換モノマーを用いた液晶混合物のほうが、基板間に注入する時に、揮発による組成ズレがおきにくかった。また、この液晶混合物は表面張力が低かったので、注入速度を速くすることができた。
【００４８】
２つの液晶パネルに高圧水銀ランプを用いて紫外光を照射して、モノマーを重合させ、液晶層を形成した。この際、光の照射強度は１００ｍＷ／ｃｍ2 （３６５ｎｍ）とし、照射時間は１分とした。
【００４９】
１Ｈ，１Ｈ−Ｐｅｎｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏ−ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅを用いて形成された高分子は、図３に示す高分子においてＲ１のｍを１とし、ｎを６としたもの（Ｒ３）である。一方、ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅを用いて形成された高分子は、図３に示す高分子においてＲ１をＣ８Ｈ１１としたもの（Ｒ４）である。
【００５０】
次に、２つの液晶パネルそれぞれについて、印加電場方向と透過軸が４５°の角度をなし、かつ互いの透過軸が直交するように偏光板をアレイ基板と対向基板の外面に貼り、液晶パネルを完成させた。液晶パネルの液晶層の厚さは、５μｍであった。このようにして作製した液晶パネルはノーマリーブラックである。フッ素置換モノマーを用いて作製した液晶パネルを実施例１のパネルとし、非フッ素置換モノマーを用いて作製した液晶パネルを比較例１のパネルとする。
【００５１】
実施例１のパネルの液晶層は、ブルー相として−３０℃〜６０℃の温度範囲で安定化していることを確認した。比較例１のパネルの液晶材料は、ブルー相として‐３０℃〜５２℃の温度範囲で安定化していることを確認した。
【００５２】
２つのパネルの電圧−透過光特性を、５５０ｎｍ光を用いて室温２５℃で評価した。図１３に、電圧（横軸）と透過率（縦軸）の関係を示す。印加する電圧は６０Ｈｚの矩形波とした。なお、透過率は、パネルに照射する光の量に対するパネルを透過する光の量を表す。実施例１のパネルは、電圧の非印加時の透過率は０．５％であった。７６Ｖの電圧を印加したときの透過率は８１％であり、この値の電圧を印加したときに透過率が最大であった。比較例１のパネルの電圧非印加時の透過率は０．５％であった。８２Ｖの電圧を印加したときの透過率は８１％であり、この値の電圧を印加したときに透過率が最大であった。図１３に示すように、実施例１のパネルは、透過率の電圧依存性を示す曲線が、比較例１のパネルよりも低電圧側にシフトしていた。すなわち、同じ透過率を得るのに必要な電圧は、比較例１のパネルよりも実施例１のパネルの方が小さかった。
【００５３】
図１４に、実施例１のパネルと比較例１のパネルについて、電圧（横軸）と液晶層の応答時間（縦軸）の関係を示す。図１４（a）は、実施例１のパネルにおいて、電圧を印加してから液晶層がその電圧に応じた透過率になるまで応答時間（立ち上がり時間Ｒ）、電圧を印加している状態から電圧をゼロにしたときに、液晶層が光を液晶層の光の透過率がゼロになるまでの時間（立ち下り時間Ｄ）を示している。図１４（ｂ）は、比較例１のパネルにおける測定結果である。
【００５４】
いずれのパネルにおいても、立ち上がり時間、立ち下がり時間ともに１．５ｍｓ未満であった。応答時間がおよそ１．５ｍｓ未満であれば、液晶材料はブルー相を呈していると考えることができる。従って、高分子にフッ素を導入した場合でも、液晶材料はブルー相を呈し、高速な応答をすることが確認できた。
【００５５】
次に、第１の実施例のパネルのＩ−Ｖ特性を図１５（a）に、比較例１のパネルのＩ−Ｖ特性を図１５（ｂ）に示す。それぞれ電圧を横軸に、電流を縦軸に表している。
【００５６】
図１５から数１に基づいて誘電率異方性を求めた。
【数１】
【００５７】
(V(t);電圧、d;電極間隔、Δε;誘電率異方性、s;電極断面積、i(t);電流)
実施例１のパネルの誘電率異方性Δε＝３３〜５０と求められた。一方、比較例１のパネルの誘電率異方性Δε＝４３〜９０と求められた。フッ素置換した高分子を用いることによりセル全体の書き込み電荷量が下がることを確認した。これは、以下の理由によると考えられる。
【００５８】
一般的な高分子のポリエチレンは炭素鎖がジグザグ構造である。一方、ポリエチレンの水素をフッ素置換したテフロン（登録商標）は、フッ素原子のファンデルワールス半径が水素原子よりもやや大きいため、ポリエチレンのようにジクザク構造をとれず、らせん状のコイル構造をとる。すなわち、炭素鎖の表面がフッ素原子によってびっしりと覆われた棒状の分子構造をしている。実施例１のパネルが有する高分子と比較例１のパネルが有する高分子の間にも、このような立体構造の違いがあると考えられ、この違いにより誘電率が低下したものと考えられる。
【００５９】
誘電率が低いと、画像を書き換えるときの電圧である書き換え電圧を小さくすることができ、消費電力の小さい液晶組成物、液晶パネル、および液晶シャッターメガネを得ることができる。
【００６０】
（実施例２）
以下、本発明の実施例について説明する。
【００６１】
実施例２の液晶パネルは実施例１と同じ構成であるが、液晶層３０の材料が異なる。実施例１と同じ部分には同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
液晶層３０の材料は以下のようにして調整した。ネマチック相の液晶ＪＣ１０４１ＸＸ（チッソ社製）４０ｗｔ％と５ＣＢ液晶（アルドリッチ社製）４０ｗｔ％）、カイラル剤 としてＺＬＩ‐４５７２(Ｍｅｒｃｋ社製) １０ｗｔ％、１モノマー４０ｃとして１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−Ｈｅｐｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅ（東京化成工業社製）４．５ｗｔ％、２液晶性モノマー４０ｄとしてＲＭ−２５７（Ｍｅｒｃｋ社製）５ｗｔ％を混合し、さらに、重合開始剤４０eとしてイルガキュア６５１（Ｃｉｂａ Ｇｅｉｇｙ社製）を各モノマーに対して０．５ｗｔ％添加して混合物を調製した。
【００６３】
第１アクリルモノマーとして用いた１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−Ｈｅｐｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅの構造を図１６（a）に示す。この第１アクリルモノマーは、図５（a）のＲ１においてｍを２、ｎを７とした構造（Ｒ５）を有する。
【００６４】
比較として第１モノマーとしてｎ−ｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅを用いて液晶層を作製した。ｎ−ｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅの構造を図１６（b）に示す。ｎ−ｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅは、図５（a）のＲ１をＣ１０Ｈ２１とした構造（Ｒ６）を有する。
【００６５】
１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−Ｈｅｐｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅは、ｎ−ｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅの有する２４個の水素のうち１７個がフッ素に置換されており、置換率は７１％である。
【００６６】
こうして得られた液晶層３０の材料を、前述の液晶パネル１に注入した後、液晶パネル１をホットプレートに載せて温度を制御し、ブルー相を発現させた。１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−Ｈｅｐｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅを用いた液晶層の沸点は６５度であり、ｎ−ｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅを用いた液晶層の沸点よりも８度高かった。
【００６７】
それぞれの液晶層に高圧水銀ランプを用いて紫外光を照射して前駆体４０dを重合させた。この際、光の照射強度は１００ｍＷ／ｃｍ2 （３６５ｎｍ）とし、照射時間は１分とした。
【００６８】
次に、印加電場方向と透過軸が４５°の角度をなし、かつ互いの透過軸が直交するように偏光板をアレイ基板１０と対向基板２０の外面に貼り、駆動用ドライバ（図示せず）を接続して液晶直視パネルを完成させた。
【００６９】
１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−Ｈｅｐｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅを用いて作製した液晶パネルを実施例２のパネルとし、ｎ−ｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅを用いて作製した液晶パネルを比較例２のパネルとする。
【００７０】
実施例２のパネルが有する高分子は、図３のｍを２、ｎを７とした構造である。比較例２のパネルが有する高分子は、図３のＲ１をＣ１０Ｈ２１とした構造である。
【００７１】
実施例１のパネルは、液晶材料がブルー相として‐３０℃〜７０℃の温度範囲で安定化していることを確認した。
【００７２】
実施例２のパネルの電圧−透過光特性を、５５０ｎｍ光を用いて室温２５℃で評価した。実施例２のパネルは、電圧の非印加時には透過率が０．５％であり、１００Ｖ、６０Ｈｚ矩形波を印加したときに透過率は最大となり、その最大透過率は８１％であった。また、応答時間は、立ち上がり時間、立ち下がり時間ともに１．５ｍｓ未満であった。次に、Ｉ−Ｖ特性結果からε＝３３〜５０と求められた。
【００７３】
比較例２のパネルは、液晶材料がブルー相として‐３０℃〜６０℃の温度範囲で安定化していることを確認した。
【００７４】
比較例２のパネルの電圧−透過光特性を、５５０ｎｍ光を用いて室温２５℃で評価した。電圧の非印加時には、透過率０．５％であり、１００Ｖ、６０Ｈｚ矩形波の電圧を印加したときに透過率は最大になり、その最大透過率は８１％であった。また、応答時間は、立ち上がり時間、立ち下がり時間ともに１．５ｍｓ未満であった。Ｉ−Ｖ特性結果からε＝４５〜９０と求められた。
【００７５】
このように、実施例２によれば、液晶材料がブルー相として安定して存在し、誘電率が低く、書き換え電圧の少ない液晶組成物、液晶パネル、液晶シャッターメガネを得ることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１…液晶パネル、１０…アレイ基板、２０…対向基板、３０…液晶層、 １０５ａ…信号線、１０５ｂ…電極、４０…格子、４０a…ブルー相、４０b…高分子、４０ｃ…前駆体１、４０ｄ…前駆体２、４０e…開始剤、５０…高分子、５０a…第１アクリルモノマー、５０b…第２アクリルモノマー
【技術分野】
【０００１】
発明の実施形態は、液晶組成物、それを用いたパネル、および液晶シャッターメガネに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルにＩＰＳ（in-plane switching）モード、ＶＡ（vertically aligned）モード及びＯＣＢ（optically compensated bend）モードなどの表示モードを採用すると、速い応答速度を達成できる。さらに応答速度を早くするために、カー効果を示す液晶材料を液晶層に用いた液晶パネルが知られている。カー効果とは、透明な等方的媒質の屈折率が外部電場の２乗に比例した異方性を示す効果である。カー効果を示す液晶材料は、液晶分子の相関長（配向秩序の影響度）が短いため、数ミリ秒以下の高速な電場応答を示し、速い応答速度が得られる。カー効果を示す液晶材料として、コレステリックブルー相、スメクティックブルー相、擬似等方相などのブルー相が知られている。
【０００３】
ブルー相の液晶材料を用いた液晶層としては、液晶材料と、アルキル基鎖を有するアクリレートモノマーが架橋剤とともに重合することにより形成された高分子ネットワークとから構成されたものが知られている。ブルー相の液晶材料は駆動電圧が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２７９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明が解決しようとする課題は、ブルー相を呈する液晶材料を含む液晶組成物、それを用いた液晶パネル、および液晶シャッターメガネの駆動電圧を低くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の一実施形態による液晶組成物は、ブルー相を呈する液晶材料と、フッ素原子とアクリル基を含む第１の繰り返し単位を有する高分子と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る液晶組成物の一部分を示す図。
【図２】第１の実施形態に係る高分子を重合する前の液晶組成物の一部分を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る高分子の一部分を示す図。
【図４】第１の実施形態に係る高分子のＲ２部分を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る高分子を形成するモノマーを示す図。
【図６】第１の実施形態に係る他の高分子の一部分を示す図。
【図７】第１の実施形態に係る他の高分子のＲ４部分を示す図。
【図８】第１の実施形態に係る他の高分子を形成するモノマーを示す図。
【図９】第２の実施形態に係る液晶パネルを示す斜視図。
【図１０】第２の実施形態に係る液晶パネルの一部断面を示す図。
【図１１】第２の実施形態に係る液晶シャッターメガネを示す斜視図。
【図１２】実施例２と比較例２に係る高分子に用いたモノマーを示す図。
【図１３】実施例１と比較例１に係る液晶パネルの電圧と透過率の関係を示す図。
【図１４】実施例１と比較例１に係る液晶パネルの電圧と応答次官の関係を示す図。
【図１５】実施例１と比較例１に係る液晶パネルの電圧−電流特性を示す図。
【図１６】実施例２と比較例２に係る高分子に用いたモノマーを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、第１の実施形態である、液晶組成物について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成には全ての図面を通じて同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０００９】
図１は、液晶組成物の一部分を示す斜視図である。液晶組成物は、液晶材料４０と高分子５０とから構成される。
【００１０】
液晶材料４０は、液晶分子がらせん状に配列した液晶分子シリンダを形成している。複数の液晶分子シリンダの配置を巨視的に観察すると、らせん状である。液晶分子がらせん状に並んで液晶分子シリンダを形成し、液晶分子シリンダがらせん状に配置していることは、液晶材料がブルー相を呈することを示す特徴である。また、液晶材料がブルー相を呈することは、液晶材料に電圧を印加して、複屈折や複屈折の派生量である光学リタデーションが印加した電圧の２乗に比例すること（カー効果）から確認できる。
【００１１】
高分子５０は、液晶材料４０で形成される液晶シリンダの隙間に位置し、液晶シリンダの配置を保持する。高分子５０にはフッ素原子が含まれ、アクリル基を有する。
【００１２】
液晶材料４０は、ブルー相を呈するものであれば特に限定されるものではない。また、２種類以上の液晶材料を用いても良く、液晶層に液晶材料以外の物質を含んでいてもよい。液晶材料は、コレステリック液晶またはカイラルネマチック液晶（以下、コレステリック液晶と総称する）、ネマチック液晶とコレステリック液晶との混合物や、ネマチック液晶と光学活性物質との混合物などが挙げられる。これらの液晶材料を、それぞれに特有のブルー相を呈する温度範囲内おいて使用する。
【００１３】
高分子５０は、１種類または複数種類の繰り返し単位を有する。この繰り返し単位の種類の数は、高分子５０を形成するのに用いたモノマーの種類の数と対応する。繰り返し単位が１種類の場合は、その繰り返し単位の中にアクリル基を有し、かつその繰り返し単位にフッ素原子が含まれる。繰り返し単位が複数種類ある場合には、複数の繰り返し単位のうち少なくとも１種類は、アクリル基を有し、且つフッ素原子を有する。
【００１４】
フッ素は電気陰性度が高く分極率を低くするため、高分子５０を低誘電率にする。高分子５０が低誘電率になれば、液晶組成物の駆動電圧が低くなる。従って、このような液晶組成物を液晶層として用いた液晶パネルは、液晶の表示状態を書き換えるときに必要な電荷量が下がるので、低消費電力にすることが期待できる。さらに、フッ素を有するモノマーを用いて高分子を形成する場合には、不純物と極性などの化学的性質が異なるため、不純物が混入しにくかったり精製しやすかったりする。従って、不純物の少ない液晶組成物を得ることができる。
【００１５】
高分子５０を形成するのに２種類のモノマーを使った場合について、図２を使って説明する。図２は、高分子５０を重合する前の液晶組成物の一部を示す斜視図である。高分子４０は、第１モノマー５０a、第２モノマー５０b、重合開始材６０を有する。
【００１６】
重合開始剤６０によって第１モノマー５０aおよび第２モノマー５０bを重合させることによって高分子５０を得ることができる。液晶組成物中に含まれる高分子５０の割合は５％〜１５％の範囲内が望ましい。高分子５０の割合が５％未満の場合、液晶材料が構造を維持しにくくなり、部分的にコレステリック層が生じる虞がある。また高分子５０の割合が１５％を超えると、この液晶組成物をパネルに用いたときに、明表示の時の光の透過率が低下する虞がある。また、高分子５０によって液晶分子の動きが妨げられるので、液晶に印加する駆動電圧を高くする必要がある場合がある。
【００１７】
図３に、高分子５０として、２種類のアクリルエステルユニット(−ＣＨ２−ＣＨ−Ｃ＝Ｏ−Ｏ−)を有するモノマーが重合した高分子１５０の一部分の構造を示す。この高分子１５０は、繰り返し単位として、第１単位１５０aと第２単位１５０ｂとを有する。第１単位１５０aの重合箇所の一つが第２単位１５０bの重合箇所の一つと重合している。第１単位１５０aは、フッ素置換されたアルキル基Ｒ１を有し、図３においては、アルキル基は直鎖とする。アルキル基Ｒ１の中のｍ、ｎは自然数である。例えばｍは１、ｎは６とすることができる。Ｒ１のエーテル結合から最も遠い際末端の炭素原子を含むｎ＋１個の炭素原子がフッ素原子を有する。
【００１８】
第２単位１５０bのＲ２は、メソゲン基を表す。例えばフェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フェニルシクロヘキシル基、ビフェニルシクロヘキシル基、アゾベンゼン基、アゾキシベンゼン基、ベンジリデンアニリン基、スチルベン基、トラン基がメソゲン基として挙げられる。具体的には、Ｒ２として図４の構造を挙げることができる。
【００１９】
高分子１５０を形成するのに用いた２種類のモノマー（第１アクリルモノマー１５１a、第２アクリルモノマー１５１b）を図５に示す。第１単位１５０aは、図５（a）に示す第１アクリルモノマー１５１aに由来する。第２単位１５０bは、図５（b）に示す第２アクリルモノマー１５１bに由来する。
【００２０】
第１単位１５０aは、重合箇所が２つ（図３で第２単位１５０ｂと結合している箇所と矢印箇所１つ）あるので、それぞれの重合箇所は他の第１単位１５０a、あるいは第２単位１５０bと重合することができる。また第２単位１５０bは重合箇所が４つ（図３で第１単位１５０aと結合している箇所と矢印箇所３つ）あるので、それぞれ他の第１単位１５０a、あるいは他の第２単位１５０bと重合することができる。
【００２１】
第１単位１５０a、第２単位１５０bそれぞれは、１つの高分子中に２〜２０程度含まれる。第１単位１５０a、第２単位１５０bの割合は、用いる第１アクリルモノマー１５１a、第２アクリルモノマー１５１bの割合によって決まる。例えば、第１アクリルモノマー１５１aと第２アクリルモノマー１５１bを１対１とする。
【００２２】
図６に他の高分子の例として高分子１６０を示す。高分子１６０は、第１単位１６０aと第２単位１６０bを有する。第１単位１６０aは、図７の第１アクリルモノマー１６１aに由来する。第２単位１６０bは、図７の第２アクリルモノマー１６１bに由来する。
【００２３】
高分子１６０の第１単位１６０aは、図３に示す高分子１５０の第１単位１５０aにおいて炭素原子に結合する水素原子をすべてフッ素原子に置換したものである。すなわち、第１単位１６０aが有するアルキル基Ｒ３は、すべての炭素原子にフッ素原子が結合している。高分子１６０の第２単位１６０bは、図３に示す高分子１５０の第２単位におけるＲ２の水素原子をフッ素原子に置換したものである。すなわち、高分子１６０の第２単位１６０ｂが有するメソゲン基はＲ４、フルオロメソゲン基である。フルオロメソゲン基としては、上述したメソゲン基をフッ素化したものが挙げられる。具体的には、図７に示す構造が挙げられる。
【００２４】
高分子１６０を形成するのに用いた２種類のモノマー（第１アクリルモノマー１６１a、第２アクリルモノマー１６１b）を図８に示す。第１単位１５０aは、図８（a）に示す第１アクリルモノマー１６１aに由来する。第２単位１６０bは、図８（b）に示す第２アクリルモノマー１６１bに由来する。
【００２５】
なお、上述の高分子１５０、１６０は例であり、他の構造を有する高分子においても実施可能である。
【００２６】
重合開始剤６０としては、例えば市販され容易に入手できるものとして、ダロキュア１１７３（Ｍｅｒｋ社）、イルガキュア６５１（チバガイギー社）、イルガキュア９０７（チバガイギー社）などを候補として挙げることができる。重合開始剤の添加量は高分子の液晶材料保持率を高く維持する観点から、好ましくは１種類のモノマーに対し５重量％以下の範囲で添加される。また、前駆体あるいはオリゴマーは必要に応じて架橋剤、界面活性剤、重合促進剤、連鎖移動剤、光増感剤などの改質剤を含んでもよい。
【００２７】
液晶組成物の形成方法としては、液晶材料とモノマーと重合開始材を混合したものに加熱あるいは光照射して、モノマーを高分子にすることによって得る。モノマーの重合は、特に光照射により行うことが望ましい。液晶分子シリンダ同士が形成するらせん間隔は温度により変化する。そのため、らせん間隔が変ると液晶材料が反射する光の波長が変わる。したがって、加熱によりモノマーを重合させて得た液晶組成物を液晶パネルに用いる場合には、液晶パネルが表示する画像の色が設計と異なる虞がある。光照射により重合して得た液晶組成物は、重合により反射光の波長が変化する虞が少ない。
【００２８】
上述のように、アクリル基を有する高分子がフッ素を含むことにより高分子の誘電率が下がるので、液晶組成物の駆動電圧を低くすることができる。
【００２９】
なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はこれに限定されない。
【００３０】
（第２の実施形態）
図８は、第１の実施例の液晶組成物を液晶層として用いた液晶パネルの斜視図である。液晶パネル１は画素や走査線や信号線などの配線がアレイ状に形成されたアレイ基板１０と、所定の間隔でアレイ基板１０と対向し、対向電極を有する対向基板２０と、アレイ基板１０と対向基板２０の間に保持され、第１の実施形態で説明した液晶組成物で形成された液晶層３０と、を有する。
【００３１】
アレイ基板１０及び対向基板２０としては、十分な強度と絶縁性を有し、透明性を有するものとする。例えばガラスやプラスチック、セラミックなどを基板１０、１１として用いることができる。
【００３２】
また、図１１は図１０の液晶パネルをＡＡ線で切断した断面を示す図である。アレイ基板１０の液晶層３０側の一主面には複数の画素電極１０５aが配置されている。対向基板２０の液晶層３０側の一主面には対向電極１０５bが共通電極として配置されている
画素電極１０５a表面には、絶縁性薄膜（不図示）が形成されている。アレイ基板１０と対向基板２０との間の距離が、より正確に所定の間隔に保たれるように、アレイ基板１０と対向基板２０の間にはスペーサー（不図示）が設けられている。
【００３３】
このような基板には、駆動回路が接続され、画素電極１０５aと対向電極１０５bとに電圧が印加されると液晶層が駆動される。アレイ基板１０と対向基板２０の距離は、反射率が低くなり過ぎない範囲でできるだけ近づけると、駆動電圧を小さくすることができ、液晶層の応答を早くすることができる。
【００３４】
画素電極１０５aとしては、透明性を有しているものとし、例えばＩＴＯ（インジウム スズ オキサイド）の薄膜を用いる。対向電極１０５bには、透明性が要求されず、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、金、白金などの各種電極材料を用いる。また、アレイ基板１０上への画素電極１０５aの形成は蒸着、スパッタリング、フォトリソグラフィなどの方法で行う。
【００３５】
画素電極１０５aの表面に形成する絶縁性薄膜の材料としては液晶材料に対する反応性や溶解性を持たず、電気的に絶縁性であれば材質的に特に限定されるものではなく、ポリイミドなどの有機物、また、酸化シリコンなどの無機物を挙げることができる。絶縁性薄膜の形成方法としては、スピンコートによる塗布などの公知のものを挙げることができ、各材料に適した方法を選択すればよい。
【００３６】
薄膜の厚さは、液晶層３０への電圧印加を十分行うことができれば特に限定されるものではないが、低電圧駆動の観点から絶縁性を損ねない範囲において薄いことが望ましい。絶縁性薄膜に対する配向処理は、ラビング処理などにより適宜行ってもよい。また、本実施の形態においては絶縁性薄膜を設けることとしたが、絶縁性薄膜を設けない構成とすることも許容する。
【００３７】
第１の実施形態の液晶組成物を液晶層に用いた液晶パネルは、誘電率を低くすることができるので、書き換え時の電荷量を低下することができ低消費電力化が可能となる。
【００３８】
また、３インチ程度のサイズの液晶パネルを２個用意して、図１１に示すような液晶シャッターメガネを得ることができる。レンズ部分８０に液晶パネルを使用する。３Ｄ表示ディスプレイの中には観察者の右目に映す画像と左目に映す画像を交互に表示するタイプのものがある。このようなディスプレイは、右目に映す画像を表示しているときに観察者の左目の視野を遮断し、左目に映す画像を表示しているときに観察者の右目の視野を遮断するシャッターメガネと共に利用される。
【００３９】
ブルー相の液晶材料を用いたシャッターメガネは応答が高速であるため、３Ｄ表示ディスプレイの画像の切り替えが早い場合でもディスプレイの表示にあわせてシャッターを切り替えることができる。
【００４０】
なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はこれに限定されない。
【００４１】
〔実施例１〕
以下、液晶パネルの一実施例について説明する。
【００４２】
まず、ガラス基板（厚さ０．７ｍｍ）の表面に、幅１０μｍ、間隔１０μｍのＭｏＷ（モリブデン、タングステン）櫛形電極を形成した。次に絶縁膜としてポリイミド（ＡＬ−１０５１：日本合成ゴム（株））を７０ｎｍの厚さでスピナーにより電極上にキャストして、アレイ基板を得た。同様に、他のガラス基板（厚さ０．７ｍｍ）にも対向電極を設け、その上に絶縁膜を形成して対向基板を得た。対向基板の絶縁膜を設けた面に枠状に接着剤を塗布した。アレイ基板の絶縁膜上には、直径１０μｍのスペーサーを散布した。その後、アレイ基板および対向基板を互いの絶縁膜が対向するよう貼り合わせ、液晶層を注入する開口を残して封着した。
【００４３】
液晶層の材料は、以下のように調整した。ネマチック相の液晶としてＢＬ０３５（Ｍｅｒｃｋ社製）７９．５ｗｔ％と、カイラル剤としてＺＬＩ‐４５７２(Ｍｅｒｃｋ社製) １０ｗｔ％、第１アクリルモノマーとして１Ｈ，１Ｈ−Ｐｅｎｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏ−ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅ（東京化成工業社製）５ｗｔ％、第２アクリルモノマーとして液晶性モノマー１，４−ジ（４−（６−（アクリロイルオキシ）ヘキシルオキシ）ベンゾイルオキシ）−２−メチルベンゼン（商品名：ＲＭ２５７ メルク社製）５ｗｔ％と、を混合し、さらに、重合開始剤としてイルガキュア６５１（Ｃｉｂａ Ｇｅｉｇｙ社製）をそれぞれのモノマーに対して０．５ｗｔ％添加して混合した。図１２（a）に１Ｈ，１Ｈ−Ｐｅｎｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏ−ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅ（分子式はＣ１１Ｈ５Ｆ１５Ｏ２；フッ素置換モノマー）の構造を示す。１，４−ジ（４−（６−（アクリロイルオキシ）ヘキシルオキシ）ベンゾイルオキシ）−２−メチルベンゼンの構造は、図５（２）の構造においてＲ２として図６のメソゲン基を用いたものである。第１アクリルモノマーとして用いた１Ｈ，１Ｈ−Ｐｅｎｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏ−ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅは、アクリルエステル構造を有しているが、末端のみフッ素置換されている。これは、すべての水素をフッ素置換したものよりも安価である。
【００４４】
こうして得られた液晶混合物を、基板間に注入して液晶パネルを形成した。ホットプレートに載せて温度を制御し、ブルー相を発現させた。
【００４５】
比較として、１Ｈ，１Ｈ−Ｐｅｎｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏ−ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅの代わりにｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅ（分子式：Ｃ１１Ｈ２０Ｏ２；非フッ素置換モノマー）を用いた液晶パネルも作製した。ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅ以外の他の組成については、上述の通りである。ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅ（分子式：Ｃ１１Ｈ２０Ｏ２）の構造を図１２（b）に示す。
【００４６】
１Ｈ，１Ｈ−Ｐｅｎｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏ−ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅは、ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅの有する２０個の水素のうち１５個をフッ素原子に置換しており、置換率は７５％である。
【００４７】
フッ素置換モノマーを用いた液晶混合物の沸点は６５度であったのに対し、比較例の非フッ素置換モノマーを用いた液晶混合物の沸点は５７度であった。フッ素置換モノマーを用いることにより、液晶混合物の沸点が高なり、揮発しにくくなる。従って、フッ素置換モノマーを用いた液晶混合物のほうが、基板間に注入する時に、揮発による組成ズレがおきにくかった。また、この液晶混合物は表面張力が低かったので、注入速度を速くすることができた。
【００４８】
２つの液晶パネルに高圧水銀ランプを用いて紫外光を照射して、モノマーを重合させ、液晶層を形成した。この際、光の照射強度は１００ｍＷ／ｃｍ2 （３６５ｎｍ）とし、照射時間は１分とした。
【００４９】
１Ｈ，１Ｈ−Ｐｅｎｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏ−ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅを用いて形成された高分子は、図３に示す高分子においてＲ１のｍを１とし、ｎを６としたもの（Ｒ３）である。一方、ｎ−ｏｃｔｙｌ aｃｒｙｌａｔｅを用いて形成された高分子は、図３に示す高分子においてＲ１をＣ８Ｈ１１としたもの（Ｒ４）である。
【００５０】
次に、２つの液晶パネルそれぞれについて、印加電場方向と透過軸が４５°の角度をなし、かつ互いの透過軸が直交するように偏光板をアレイ基板と対向基板の外面に貼り、液晶パネルを完成させた。液晶パネルの液晶層の厚さは、５μｍであった。このようにして作製した液晶パネルはノーマリーブラックである。フッ素置換モノマーを用いて作製した液晶パネルを実施例１のパネルとし、非フッ素置換モノマーを用いて作製した液晶パネルを比較例１のパネルとする。
【００５１】
実施例１のパネルの液晶層は、ブルー相として−３０℃〜６０℃の温度範囲で安定化していることを確認した。比較例１のパネルの液晶材料は、ブルー相として‐３０℃〜５２℃の温度範囲で安定化していることを確認した。
【００５２】
２つのパネルの電圧−透過光特性を、５５０ｎｍ光を用いて室温２５℃で評価した。図１３に、電圧（横軸）と透過率（縦軸）の関係を示す。印加する電圧は６０Ｈｚの矩形波とした。なお、透過率は、パネルに照射する光の量に対するパネルを透過する光の量を表す。実施例１のパネルは、電圧の非印加時の透過率は０．５％であった。７６Ｖの電圧を印加したときの透過率は８１％であり、この値の電圧を印加したときに透過率が最大であった。比較例１のパネルの電圧非印加時の透過率は０．５％であった。８２Ｖの電圧を印加したときの透過率は８１％であり、この値の電圧を印加したときに透過率が最大であった。図１３に示すように、実施例１のパネルは、透過率の電圧依存性を示す曲線が、比較例１のパネルよりも低電圧側にシフトしていた。すなわち、同じ透過率を得るのに必要な電圧は、比較例１のパネルよりも実施例１のパネルの方が小さかった。
【００５３】
図１４に、実施例１のパネルと比較例１のパネルについて、電圧（横軸）と液晶層の応答時間（縦軸）の関係を示す。図１４（a）は、実施例１のパネルにおいて、電圧を印加してから液晶層がその電圧に応じた透過率になるまで応答時間（立ち上がり時間Ｒ）、電圧を印加している状態から電圧をゼロにしたときに、液晶層が光を液晶層の光の透過率がゼロになるまでの時間（立ち下り時間Ｄ）を示している。図１４（ｂ）は、比較例１のパネルにおける測定結果である。
【００５４】
いずれのパネルにおいても、立ち上がり時間、立ち下がり時間ともに１．５ｍｓ未満であった。応答時間がおよそ１．５ｍｓ未満であれば、液晶材料はブルー相を呈していると考えることができる。従って、高分子にフッ素を導入した場合でも、液晶材料はブルー相を呈し、高速な応答をすることが確認できた。
【００５５】
次に、第１の実施例のパネルのＩ−Ｖ特性を図１５（a）に、比較例１のパネルのＩ−Ｖ特性を図１５（ｂ）に示す。それぞれ電圧を横軸に、電流を縦軸に表している。
【００５６】
図１５から数１に基づいて誘電率異方性を求めた。
【数１】
【００５７】
(V(t);電圧、d;電極間隔、Δε;誘電率異方性、s;電極断面積、i(t);電流)
実施例１のパネルの誘電率異方性Δε＝３３〜５０と求められた。一方、比較例１のパネルの誘電率異方性Δε＝４３〜９０と求められた。フッ素置換した高分子を用いることによりセル全体の書き込み電荷量が下がることを確認した。これは、以下の理由によると考えられる。
【００５８】
一般的な高分子のポリエチレンは炭素鎖がジグザグ構造である。一方、ポリエチレンの水素をフッ素置換したテフロン（登録商標）は、フッ素原子のファンデルワールス半径が水素原子よりもやや大きいため、ポリエチレンのようにジクザク構造をとれず、らせん状のコイル構造をとる。すなわち、炭素鎖の表面がフッ素原子によってびっしりと覆われた棒状の分子構造をしている。実施例１のパネルが有する高分子と比較例１のパネルが有する高分子の間にも、このような立体構造の違いがあると考えられ、この違いにより誘電率が低下したものと考えられる。
【００５９】
誘電率が低いと、画像を書き換えるときの電圧である書き換え電圧を小さくすることができ、消費電力の小さい液晶組成物、液晶パネル、および液晶シャッターメガネを得ることができる。
【００６０】
（実施例２）
以下、本発明の実施例について説明する。
【００６１】
実施例２の液晶パネルは実施例１と同じ構成であるが、液晶層３０の材料が異なる。実施例１と同じ部分には同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
液晶層３０の材料は以下のようにして調整した。ネマチック相の液晶ＪＣ１０４１ＸＸ（チッソ社製）４０ｗｔ％と５ＣＢ液晶（アルドリッチ社製）４０ｗｔ％）、カイラル剤 としてＺＬＩ‐４５７２(Ｍｅｒｃｋ社製) １０ｗｔ％、１モノマー４０ｃとして１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−Ｈｅｐｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅ（東京化成工業社製）４．５ｗｔ％、２液晶性モノマー４０ｄとしてＲＭ−２５７（Ｍｅｒｃｋ社製）５ｗｔ％を混合し、さらに、重合開始剤４０eとしてイルガキュア６５１（Ｃｉｂａ Ｇｅｉｇｙ社製）を各モノマーに対して０．５ｗｔ％添加して混合物を調製した。
【００６３】
第１アクリルモノマーとして用いた１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−Ｈｅｐｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅの構造を図１６（a）に示す。この第１アクリルモノマーは、図５（a）のＲ１においてｍを２、ｎを７とした構造（Ｒ５）を有する。
【００６４】
比較として第１モノマーとしてｎ−ｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅを用いて液晶層を作製した。ｎ−ｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅの構造を図１６（b）に示す。ｎ−ｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅは、図５（a）のＲ１をＣ１０Ｈ２１とした構造（Ｒ６）を有する。
【００６５】
１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−Ｈｅｐｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅは、ｎ−ｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅの有する２４個の水素のうち１７個がフッ素に置換されており、置換率は７１％である。
【００６６】
こうして得られた液晶層３０の材料を、前述の液晶パネル１に注入した後、液晶パネル１をホットプレートに載せて温度を制御し、ブルー相を発現させた。１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−Ｈｅｐｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅを用いた液晶層の沸点は６５度であり、ｎ−ｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅを用いた液晶層の沸点よりも８度高かった。
【００６７】
それぞれの液晶層に高圧水銀ランプを用いて紫外光を照射して前駆体４０dを重合させた。この際、光の照射強度は１００ｍＷ／ｃｍ2 （３６５ｎｍ）とし、照射時間は１分とした。
【００６８】
次に、印加電場方向と透過軸が４５°の角度をなし、かつ互いの透過軸が直交するように偏光板をアレイ基板１０と対向基板２０の外面に貼り、駆動用ドライバ（図示せず）を接続して液晶直視パネルを完成させた。
【００６９】
１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−Ｈｅｐｔａｄｅｃａｆｌｕｏｒｏｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅを用いて作製した液晶パネルを実施例２のパネルとし、ｎ−ｄｅｃｙｌ Ａｃｒｙｌａｔｅを用いて作製した液晶パネルを比較例２のパネルとする。
【００７０】
実施例２のパネルが有する高分子は、図３のｍを２、ｎを７とした構造である。比較例２のパネルが有する高分子は、図３のＲ１をＣ１０Ｈ２１とした構造である。
【００７１】
実施例１のパネルは、液晶材料がブルー相として‐３０℃〜７０℃の温度範囲で安定化していることを確認した。
【００７２】
実施例２のパネルの電圧−透過光特性を、５５０ｎｍ光を用いて室温２５℃で評価した。実施例２のパネルは、電圧の非印加時には透過率が０．５％であり、１００Ｖ、６０Ｈｚ矩形波を印加したときに透過率は最大となり、その最大透過率は８１％であった。また、応答時間は、立ち上がり時間、立ち下がり時間ともに１．５ｍｓ未満であった。次に、Ｉ−Ｖ特性結果からε＝３３〜５０と求められた。
【００７３】
比較例２のパネルは、液晶材料がブルー相として‐３０℃〜６０℃の温度範囲で安定化していることを確認した。
【００７４】
比較例２のパネルの電圧−透過光特性を、５５０ｎｍ光を用いて室温２５℃で評価した。電圧の非印加時には、透過率０．５％であり、１００Ｖ、６０Ｈｚ矩形波の電圧を印加したときに透過率は最大になり、その最大透過率は８１％であった。また、応答時間は、立ち上がり時間、立ち下がり時間ともに１．５ｍｓ未満であった。Ｉ−Ｖ特性結果からε＝４５〜９０と求められた。
【００７５】
このように、実施例２によれば、液晶材料がブルー相として安定して存在し、誘電率が低く、書き換え電圧の少ない液晶組成物、液晶パネル、液晶シャッターメガネを得ることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１…液晶パネル、１０…アレイ基板、２０…対向基板、３０…液晶層、 １０５ａ…信号線、１０５ｂ…電極、４０…格子、４０a…ブルー相、４０b…高分子、４０ｃ…前駆体１、４０ｄ…前駆体２、４０e…開始剤、５０…高分子、５０a…第１アクリルモノマー、５０b…第２アクリルモノマー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブルー相を呈する液晶材料と、
フッ素原子とアクリル基を含む第１の繰り返し単位を有する高分子と、
を有する液晶組成物。
【請求項２】
前記第１の繰り返し単位は、アルキル基Ｒ１を有する化１であり、
少なくともＲ１の際末端の炭素原子にフッ素原子が結合している請求項１に記載の液晶組成物。
【化１】
【請求項３】
Ｒ１は直鎖のアルキル基である請求項２に記載の液晶組成物。
【請求項４】
前記第１の繰り返し単位は、化２である請求項１に記載の液晶組成物。
【化２】
【請求項５】
前記高分子は、メソゲン基を含む第２の繰り返し単位を更に備える請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項６】
アレイ基板と、
前記アレイ基板と対向する対向基板と、
前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、ブルー相を呈する液晶材料と、フッ素原子とアクリル基を含む第１の繰り返し単位を有する高分子と、を有する液晶層と、
前記液晶層に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備える液晶パネル。
【請求項７】
アレイ基板と、
前記アレイ基板と対向する対向基板と、
前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、ブルー相を呈する液晶材料と、フッ素原子とアクリル基を含む第１の繰り返し単位を有する高分子と、を有する液晶層と、
前記液晶層に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備える液晶シャッターメガネ。
【請求項１】
ブルー相を呈する液晶材料と、
フッ素原子とアクリル基を含む第１の繰り返し単位を有する高分子と、
を有する液晶組成物。
【請求項２】
前記第１の繰り返し単位は、アルキル基Ｒ１を有する化１であり、
少なくともＲ１の際末端の炭素原子にフッ素原子が結合している請求項１に記載の液晶組成物。
【化１】
【請求項３】
Ｒ１は直鎖のアルキル基である請求項２に記載の液晶組成物。
【請求項４】
前記第１の繰り返し単位は、化２である請求項１に記載の液晶組成物。
【化２】
【請求項５】
前記高分子は、メソゲン基を含む第２の繰り返し単位を更に備える請求項１に記載の液晶組成物。
【請求項６】
アレイ基板と、
前記アレイ基板と対向する対向基板と、
前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、ブルー相を呈する液晶材料と、フッ素原子とアクリル基を含む第１の繰り返し単位を有する高分子と、を有する液晶層と、
前記液晶層に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備える液晶パネル。
【請求項７】
アレイ基板と、
前記アレイ基板と対向する対向基板と、
前記アレイ基板と前記対向基板との間に保持され、ブルー相を呈する液晶材料と、フッ素原子とアクリル基を含む第１の繰り返し単位を有する高分子と、を有する液晶層と、
前記液晶層に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備える液晶シャッターメガネ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−５２０５０（Ｐ２０１２−５２０５０Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９６９８３（Ｐ２０１０−１９６９８３）
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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