液晶组成物、高分子/液晶复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术可通过简单的方法来提供如下液晶元件，该液晶元件表现出高速响应特性、广视角性、或选择性反射波长下的布拉格反射等有用的光学性质，驱动温度范围广，且实现了低驱动电压化及低迟滞化。使用液晶组成物来制备高分子/液晶复合材料，该液晶组成物包含显现液晶性的液晶分子、实质上不具有旋光性且通过外部刺激而进行聚合的聚合性单体、具有旋光性且通过外部刺激而进行外消旋化的手性化合物。

Liquid Crystal Components, Polymer/Liquid Crystal Composites and Their Manufacturing Methods

【技术实现步骤摘要】
液晶组成物、高分子/液晶复合材料及其制造方法
本说明书所公开的技术涉及一种液晶组成物、高分子/液晶复合材料及其制造方法、液晶元件以及液晶显示装置。
技术介绍
液晶显示装置包括液晶显示面板(液晶元件的一例)作为显示图像等信息的显示部，液晶显示面板大致设为在一对玻璃基板之间封入有液晶层的结构。在基板上设置用以对液晶层施加电场的电极，通过控制该电场，液晶层中所含的液晶分子的取向发生变化，从而在显示部中显示图像。通常，使用细长的有机分子即向列液晶作为液晶显示面板的液晶分子。向列液晶根据介电常数各向异性，分为介电常数在长轴方向上大且在与长轴垂直的方向上小(具有正介电常数各向异性)的正型液晶、及介电常数在长轴方向上小且在与长轴垂直的方向上大(具有负介电常数各向异性)的负型液晶。一般用于液晶显示面板的液晶分子主要是仅依赖于温度而表现出液晶相的热致型液晶液晶。此种液晶根据秩序度或分子排列的差异而表现出向列相、近晶相等各种液晶相。在将具有旋光性的手性化合物导入至此种液晶相后，引发扭曲的力(HelicalTwistPower。以下，有时称为HTP)起作用，从而表现出手性液晶相。作为手性液晶相的一例，在将手性化合物导入至向列液晶后，表现出分子排列中具有螺旋构造的胆甾(手性向列)相。在胆甾相中，会看到依赖于分子排列中存在的螺距的特定波长(以下，有时称为选择性反射波长)的光强烈地被反射的所谓的布拉格反射。若对表现出此种布拉格反射的胆甾相施加电场，则能够使选择性反射波长发生变化或消失。另外，若例如增加添加至向列液晶的手性化合物的量而增强液晶成分内的手性，则有时会在胆甾相与各向同性相之间的极小的温度范围内表现出蓝相。蓝相一般分为蓝相I、蓝相II、蓝相III，蓝相I与蓝相II是形成双螺旋构造的液晶呈柱状(双扭曲柱)，且具有规则地排列有该柱的三维周期构造的相。蓝相III设为非晶态。蓝相是光学各向同性相，因此，在未施加电场的状态下透明，无需取向处理，视角依赖性低。另外，对于电场的响应速度非常快，具有高速响应特性。如上所述，手性液晶相表现出许多有用的光学性质，但在胆甾液晶的情况下，为了容易在去除电场后恢复至初始的分子排列，已知有在液晶相中形成高分子网络作为模板的高分子稳定化技术。另外，为了扩大蓝相的表现温度范围，已知有在液晶层中形成高分子网络的高分子稳定化技术。一般使用含有聚合性单体、向列液晶分子及手性化合物的液晶组成物，使聚合性单体在胆甾相中聚合，由此，制备高分子稳定化胆甾型织构(PolymerStabilizedCholestericTexture：以下，有时称为PSCT)。在PSCT中，液晶分子的分子排列因单体聚合所形成的高分子网络而变得稳定，但驱动电压高，且表现出大迟滞。另外，在下述非专利文献1中公开了如下高分子稳定化蓝相(PolymerStabilizedBluePhases：以下，有时称为PSBP)，使用含有聚合性单体、向列液晶分子及手性化合物的液晶组成物，使聚合性单体在蓝相中聚合，由此，制备该高分子稳定化蓝相。在PSBP中，因存在高分子网络，蓝相的表现温度范围扩大，但与PSCT同样地，驱动电压高，且表现出大迟滞。而且，在下述非专利文献2中公开了如下技术，即，在液晶成分呈各向同性相的状态下开始单体聚合，在相转变温度随着聚合而上升并表现出了蓝相的状态下形成高分子网络，从而表现出被称为纳米结构手性液晶复合材料(NanostructuredChiralLiquid-CrystalComposite)(以下，有时称为NCLC)的相。PSBP、NCLC均为光学各向同性相。推测所述PSCT及PSBP中的驱动电压上升的原因在于：在这些相中，因液晶成分中存在手性化合物而具有手性，由此，扭曲力作用于液晶分子，在驱动时，需要对抗该扭曲力而解开螺旋的能量。另外，推测迟滞大的原因在于：在具有手性的液晶成分中，液晶分子具有双稳定性。因此，为了解决这些问题，已提出了将PSCT或PSBP的液晶成分设为非手性的液晶成分的技术，换句话说，已提出了包含使聚合性单体在手性液晶相中聚合而形成的高分子网络、与以向列液晶分子为主成分的非手性的液晶成分的模板化向列(TemplatedNematic)相。已知在胆甾相中形成有通过手性单体的聚合而获得的高分子网络的情况下，表现出模板化向列相，该模板化向列相的向列液晶分子因存在高分子网络的模板而与胆甾相中的液晶分子同样地进行分子排列(下述非专利文献3)。在非专利文献3中，将该模板化向列相称为螺旋高分子取向向列相(SpiralPolymerAlignedNematic，SPAN)，因此，以下在本说明书中，有时也称为SPAN。在蓝相中形成高分子网络而制作PSBP后，若去除手性液晶，则可获得由高分子网络形成的模板。将向列液晶封入至该模板后，液晶分子与蓝相中的液晶分子同样地表现出进行了分子排列的模板化向列相(下述非专利文献4)。非专利文献4所公开的技术是在液晶成分呈蓝相的状态下形成高分子网络模板，将以所述方式表现出的相称为蓝相高分子模板化向列相(Blue-phasePolymerTemplatedNematic，BPTN)，因此，以下在本说明书中，有时也称为BPTN。再者，在以下的本说明书中，在各向同性相中开始单体聚合而制备了NCLC后，通过对NCLC中所含的手性的液晶成分进行非手性化而获得的相有时也称为BPTN。现有技术文献非专利文献[非专利文献1]NatureMaterials1,64-68(2002)[非专利文献2]Adv.Mater.,17,19,2311-2315(2005)[非专利文献3]Mat.Res.Soc.Symp.Proc.,425,293-303(1996)[非专利文献4]AppliedPhysicsLetters,103,051112(2013)
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在所述非专利文献3所记载的方法中，在呈胆甾相的温度下，对包含向列液晶分子、手性丙烯酸酯、二色性染料及光引发剂的液晶组成物进行UV照射，由此，制备包含高分子网络与主要包含向列液晶分子的非手性的液晶成分的高分子/液晶复合材料的SPAN。在该方法中，具有手性的大部分的手性丙烯酸酯进行聚合而纳入至高分子网络，在形成高分子网络后，液晶成分的手性下降而实质上成为非手性的液晶成分。但是，胆甾相的螺距依赖于由液晶成分的手性引起的扭曲力，即依赖于液晶成分中存在的手性化合物的HTP或浓度，因此，聚合进行，液晶成分中的手性丙烯酸酯减少，胆甾相的螺距随之变长。这样，在该胆甾相中形成的高分子网络的分子取向发生变化，在SPAN中以高分子网络为模板而进行排列的液晶分子的分子排列的螺距产生不均，其分布变广。结果是在通过非专利文献1所记载的方法而制备的SPAN中，虽然驱动电压下降，但反射波长变广，导致聚合前的选择性反射波长下的反射率下降，因此，不适合于在特定的选择性反射波长下需要高反射率的用途。另一方面，在所述非专利文献2所记载的方法中，首先，在呈蓝相的温度下，对包含向列液晶分子、手性化合物、聚合性单体及光引发剂的液晶组成物进行UV照射，在蓝相中形成高分子网络。其次，利用溶剂对高分子网络形成后的非聚合成分进行洗净、干燥，最后注入向列液晶分子，制备包含在蓝相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液晶组成物，其特征在于包括：液晶分子，显现液晶性；聚合性单体，实质上不具有旋光性且通过外部刺激而进行聚合；以及手性化合物，具有旋光性且通过外部刺激而进行外消旋化。

【技术特征摘要】
2018.01.26 JP 2018-0115551.一种液晶组成物，其特征在于包括：液晶分子，显现液晶性；聚合性单体，实质上不具有旋光性且通过外部刺激而进行聚合；以及手性化合物，具有旋光性且通过外部刺激而进行外消旋化。2.根据权利要求1所述的液晶组成物，其特征在于：所述手性化合物是光外消旋化联萘衍生物。3.根据权利要求2所述的液晶组成物，其特在于：所述手性化合物是由下述式(1)表示的光外消旋化联萘化合物，在所述式(1)中，W表示具有1个～4个C原子的二价的亚烷基，其也可由X取代，X、Y1及Y2分别彼此独立地表示F、Cl、Br、I、CN、SCN、SF5、具有1个～25个C原子的直链状或支链状烷基、或具有多达20个C原子的环烷基或芳基、或者介晶基M，y1及y2分别彼此独立地表示0、1、2、3或4，所述具有1个～25个C原子的直链状或支链状烷基也可由F、Cl、Br、I或CN单取代或多取代，以及此处，一个或两个以上的不相邻的CH2基也可以不使O及/或S原子分别直接键合的方式，分别彼此独立地由-O-、-S-、-NH-、NR0-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-S-CO-、-CO-S-、-CH＝CH-或-C≡C-取代，R0表示H或具有1个～4个C原子的烷基，所述具有多达20个C原子的环烷基或芳基也可任意地由卤素，优选由F，或由聚合性基单取代或多取代，所述介晶基M由-Z1-A1-(Z2-A2)m-R表示或由R1或A3代为表示，Z1及Z2分别彼此独立地表示单键、-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NR0-、-NR0-CO-、-O-CH2-、-CH2-O-、-S-CH2-、-CH2-S-、-CF2-O-、-O-CF2-、-CF2-S-、-S-CF2-、-CH2-CH2-、-CF2-CH2-、-CH2-CF2-、-CF2-CF2-、-CH＝N-、-N＝CH-、-N＝N-、-CH＝CH-、-CF＝CH-、-CH＝CF-、-CF＝CF-、-C≡C-、或两个O及/或S及/或N原子不彼此直接键合的两个基的组合，优选为单键、-COO-、-OCO-、-CF2-O-、-O-CF2-、-CH＝CH-COO-或-OCO-CH＝CH-，A1、A2及A3分别彼此独立地表示一个或两个不相邻的CH基也可由N取代的1,4-亚苯基、一个或两个不相邻的CH2基也可由O及/或S取代的1,4-亚环己基、1,3-二氧戊环-4,5-二基、1,4-亚环己烯基、1,4-二环[2.2.2]辛烯基、哌啶-1,4-二基、萘-2,6-二基、萘烷-2,6-二基或1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基，此处，这些基各自可由L单取代或多取代，此外，A1表示单键，L表示卤素原子，优选表示F、CN、NO2、具有1个～7个C原子的烷基、烷氧基、芳基羰基、烷氧羰基或烷氧羰基氧基，此处，一个或两个以上的H原子可由F或Cl取代，m在各个情况下，独立地表示0、1、2或3，以及R及R1分别彼此独立地表示H、F、Cl、Br、I、CN、SCN、SF5、分别具有1个或2个～25个C原子的直链状烷基或支链状烷基，其可任意地由F、Cl、Br、I或CN单取代或多取代，以及此处，一个或两个以上的不相邻的CH2基可由-O-、-S-、-NH-、-NR0-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-S-CO-、-CO-S-、-CH＝CH-或-C≡C-取代，此处，两个O及/或S原子不分别直接键合。4.一种高分子/液晶复合材料，其是包含非手性的液晶成分与高分子网络的高分子/液晶复合材料，其特征在于：所述非手性的液晶成分含有显现液晶性的液晶分子、与手性化合物的外消旋体，所述高分子网络使所述液晶分子与规定的手性液晶相中的液晶分子同样地进行分子排列。5.根据权利要求4所述的高分子/液晶复合材料，其特征在于：所述外消旋体是所述液晶成分中所含的手性化合物通过外部刺激经过外消旋化而产生的外消旋体。6.根据权利要求4或5所述的高分子/液晶复合材料，其特征在于：所述外消旋体是由下述式(1)表示的光外消旋化联萘化合物的外消旋体，在所述式(1)中，W表示具有1个～4个C原子的二价的亚烷基，其也可由X取代，X、Y1及Y2分别彼此独立地表示F、Cl、Br、I、CN、SCN、SF5、具有1个～25个C原子的直链状或支链状烷基、或具有多达20个C原子的环烷基或芳基、或者介晶基M，y1及y2分别彼此独立地表示0、1、2、3或4，所述具有1个～25个C原子的直链状或支链状烷基也可由F、Cl、Br、I或CN单取代或多取代，以及此处，一个或两个以上的不相邻的...

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷场康宏，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP