ＵＶ重合型液晶性モノマーを用いたリバースモード型（高分子／液晶）
複合膜の光スイッチング特性
Ⅱ*1 *1
蓮尾東海 山口雅裕
Light Switching Characteristics of Reverse Mode Type (Polymer/Liquid Crystal) Composite Films using UV curable Liquid Crystal monomer Ⅱ
HaruumiHasuo， Masahiro yamaguchi
電界OFF時に光透過，電界 ON時に光散乱状態をとるリバースモード型（高分子／液晶）複合膜の高性能化を目 的とし，液晶セグメントを有する光重合性モノマーの合成及び複合膜を作製し，電気光学特性の測定・評価を行っ た。その結果，液晶性モノマーに4-methylphenyl (4-acryloyloxy) benzoate（ACPBC3）を用いて作製した複合膜は，電
OFF ON 72.7% 6.9% 10.5 10Vrms
界 及び 時光透過率がそれぞれ ， （コントラスト： ）と更なる改善が必要であるが，
以下の低電圧駆動を示し（7.3Vrms），駆動電圧低減に有効であることが明らかとなった。
1 はじめに
電気光学表示素子の代表となった低分子液晶を用い た表示素子は，電場による液晶分子の再配列に伴う光 学的変化を利用しており，低電力消費・低電圧駆動か つ小型，薄型，軽量が特徴である。しかし，表示の為 には２枚の偏光板を必要とすることから，暗く視野角 特性に問題がある。これに対し（高分子／液晶）複合 膜は，偏光板を必要としないために明るく視野角特性 に優れている。通常の（高分子／液晶）複合膜は電界 無印加では，液晶相と高分子マトリクス界面の屈折率 の違いやダイレクタがランダム配向となるために光散 乱状態となり，電界印加により光散乱状態から透過状 態に変化する（ノーマルモード）。（高分子／液晶）複 合膜の応用の面，特に窓などに使用する場合に置いて は故障時に不透明な白濁状態になるという問題点があ る。このため，電界無印加時に光透過，印加時に光散 乱となるリバースモード特性が期待されている。
リバースモード型複合膜は，液晶／モノマーの混合 物をラビングにより配向処理を施されたITO透明電極 間で重合反応を行うことにより作製でき，モノマーと してネマチック相を有する２官能液晶性モノマーと正 の誘電率異方性を持つ液晶を用いてホモジニアス（平 行）配向状態で重合する系 と負の誘電異方性を持つ１) 液晶を用いてホメオトロピック（垂直）配向状態で重 合する系２ ）が報告されている。また，誘電異方性が低
周波数で正，高周波数で負となるような液晶とモノマ ー混合物を用いて低周波の電圧を印加した（ホメオト ロピック配向）状態で UV 重合する系も報告されてい る 。この系はラビング処理なしにリバースモード型３ ） 複合膜が作製できる事より注目されている。
しかし，これらの複合膜は高駆動電圧，低コントラ スト等の問題があり，実用化のためには前述の電気光 学特性の更なる向上が不可欠である。
本研究は，リバースモード型複合膜の電気光学特性
（コントラスト，ヒステリシス，駆動電圧）の向上を 目的とし，ポリマーネットワークを形成する新規モノ マーの設計・合成を行い，最適モノマー構造の探索，
及び複合膜作製条件の最適化を行っている。
種々の液晶性アクリレートモノマー これまでに4 ， 5 )）
の合成及び複合膜作製・評価を行ってきており，高分 子主鎖と液晶コア部間にフレキシブルなメチレン鎖を 含まない単官能液晶性モノマーは低駆動電圧に有効で あることが明らかとなった。
本報では，新たに末端官能基の異なる単官能液晶性 モノマーを合成し，複合膜の電気光学特性に与えるモ ノマー種の影響について検討した。
2 実験
2−1 光重合型液晶性モノマーの合成
4-fluorophenyl (4-acryloyloxy) 単官能 液晶性 モ ノマー
benzoate ACPBF 4-methylphenyl(4-acryloyloxy)benzoate（ ） ACPBC3 4-methoxyphenyl (4-acryloyloxy) benzoate
（ ）
＊１ 化学繊維研究所
（ACPBOC3），負の誘電異方性を有する液晶性モノマ 4-heptyloxy 2,3-dicyanophenyl {4-[6-(acryloyl ーとして
oxy) hexyloxy]benzoate（ C6DCPBC5） ,4-heptyloxy
（ ）
2,3-dicyanophenyl 4-acryloyloxybenzoate ACDCPBC5
。 。
を合成した その構造式及び合成ルートを図-1に示す
2−2 複合膜ｾﾙの作製
液晶性モノマー，液晶 E7（メルク社製 ，及び重合） 開始剤を所定の重量比で混合し，Tc 点以上の温度で キャピラリー法によりITO電極付き標準セル（アンチ パラレル配向処理，10 μm）中に導入した。重合反応 は，室温まで冷却したセルをホットプレート上，所定 温度で所定時間UV照射する事により行った。
2−3 電気光学特性評価法
複合膜の電気光学特性（ヒステリシス，TO F F，TON， コントラスト，しきい値電圧 VT10%，駆動電圧 VT90%，） の測定は，新たに導入した高集光角電界印加装置で行
， 。
い セルと検出部の間に偏光板を導入した系で行った の方形波を で変調させたＡ 印加電圧は1kHz 1Vms/sec.
Ｍ波を用いることにより測定した。
3 結果と考察
3−1 液晶性モノマーの末端官能基の影響
メチレンスペーサーを有さない単官能液晶性モノマ ー 液 晶/ (E7）の重量比を 10/90，重合条件 40 ℃-30 分 の複合膜作製条件でモノマー種の影響を調 /2.5mWcm-2
べた。それらの複合膜のヒステリシス曲線，及び電気 表 に示す。まず，駆動電圧に 光学特性を図 ，及び-2 -1
ACPBC3 7.3
ついて比較すると を用いたとき最も低く
の低電圧駆動が達成された。
Vrms
駆動電圧は液晶ポリマー間の相互作用（高分子に-
） 。
よる液晶の束縛 に大きく影響すると考えられている 末端にシアノ基を有する液晶 E7（極性大）と末端に
（ ） アルキル基を有する液晶性モノマーACPBC3 極性小 から作製された複合膜では，高分子による液晶の束縛 が低減されために低電圧駆動が達成されたと推測され る。しかし ACPBC3/E7 複合膜は初期透過率，散乱度 が悪くコントラストが低い。この理由として初期配向 状態に乱れが発生したためと推察され，コントラスト 改善のためには重合前のACPBC3/E7混合物のTc点よ り十分に低い温度（配向の乱れが少ない温度）で重合 反応を行う必要があると考えられる。
負の誘電異方性を有する液晶性モノマーの影響 3−2
上述の液晶性モノマーは正の誘電異方性を有するた
， ，
め 電界印加時に低分子液晶と共に電界方向に駆動し 電界印加時の光散乱強度の低下が考えられる。
上記の影響を改善するために負の誘電異方性を有す る液晶性モノマー C6DCPBC5，ACDCPBC5 を合成し 複合膜作製を試みた。
C6DCPBC5 を 用 い て 作 製 し た 複 合 膜 の 結 果 を 図-3 に示す。C6DCPBC5を10wt%添加した複合膜はリバー スモード特性を示さず，電界上昇に従い透明状態にな った。更にモノマー添加量を20 or 30wt%と増加する に従い，高電圧を印可しても光散乱状態を維持出来る 事ことが明らかとなった。これは，低モノマー添加量 の時はメチレン側鎖を持つために低分子液晶の影響に よりポリマーの液晶コア部分も電界方向に動くが，添 加量増加に伴い低分子液晶の影響よりもポリマー自身 の誘電率異方性（電界印加方向と垂直方向に配向）の 影響が大きくなり，電界を印可してもポリマーの液晶 部は水平配向を維持するため光散乱状態が保持される と考えられる。しかし，その光散乱強度は低いことか ら，低分子液晶の影響でポリマー中の液晶部の配向が 電界印加方向にティルトしていることが示唆される。
モ
ノマー C6DCPBC5 添加量の多い複合膜は電界除去後
も光散乱状態を維持し、メモリー特性を示す事が明ら かとなった。
また，メチレンスペーサーを持たない負の誘電異方 性を有するモノマー ACDCPBC5 は、電界印加による 低分子液晶の影響を受けにくいと考えられるが、今回 使用した液晶 E7 に難溶で今回の組成比での複合膜作
製は不可能であった。
4 まとめ
今回，末端官能基の異なる単官能液晶性モノマー用 いてリバースモード型（高分子液晶）複合膜作製・/ 電気光学特性の測定を行った。その結果，末端にアル キル置換基を有する単官能液晶性モノマーACPBC3を 用いた複合膜は，駆動電圧 10Vrms 以下と低電圧駆動 が可能であることが明らかとなった。しかし，電界印 加時の光散乱強度が低い為コントラストが不十分であ る。駆動電圧の上昇なしにコントラスト向上を図るに は重合温度の厳密な制御が必要があると推察される。
最後にこの研究を進めるに当たり適切なご指導頂き ました九州大学の梶山千里教授，菊池裕嗣助教授に深 く感謝します。
5 参考文献
1） R.A.M.Hikmet：J.Appl.Phys.vol.68，p.4406(1990) 2）Y.-D.Ma 他２名：SPIE，vol.1257，p.46(1990) 3）T.Goto他１名：J,Appl.Phys.Lett.，vol.60，p.392(1992)
）蓮尾東海 他１名：平成１０年度福岡県工業技術 4
センター研究報告，p.90
）蓮尾東海 他１名：平成１１年度福岡県工業技術 5
センター研究報告，p.58
