JPH02310522A - 液晶装置 - Google Patents

液晶装置

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JPH02310522A
JPH02310522A JP13298289A JP13298289A JPH02310522A JP H02310522 A JPH02310522 A JP H02310522A JP 13298289 A JP13298289 A JP 13298289A JP 13298289 A JP13298289 A JP 13298289A JP H02310522 A JPH02310522 A JP H02310522A
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fine particles
crystal device
voltage
binder
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JP13298289A
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Yoshio Suzuki
祥生 鈴木
Hideshi Nomura
秀史 野村
Yuji Shin
新 祐治
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Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、液晶装置に関するものであり、さらに詳しく
は表示装置や調光ガラスなどに好適に使用される光散乱
効果を用いた液晶装置に関するものである。
[従来の技術] 液晶を透明電極基板間に挟持した表示装置として、現在
量も広く使用されているのが、TN(ツィステッドネマ
ティック)方式の液晶装置である。
しかし、この方式の装置は偏光膜を2枚使用しなければ
ならないため暗いこと、また液晶装置を2枚の電極間で
90°以上連続的にねじれた配列にするため処理工程を
必要とするなどの欠点を有している。
特開昭54−21859に、液晶中に透明固体の微粒子
を分散させた装置が開示されている。この装置で、液晶
がp型(誘電率異方性が正)ネマティック液晶であり、
その通常光の屈折率が透明固体の微粒子の屈折率と適合
した場合、電圧無印加時には光の散乱が起こり不透明で
あり、電圧印加時には、液晶分子が電界方向に平行に配
列し透明となる、この装置は偏光膜を使用しなくてもよ
いため明るく、また複雑な液晶分子の配列させるための
処理工程を必要としない。
本発明者らは、上記の発明における構造の不安定さを解
決するために、高分子物質からなるバインダーを用いて
微粒子を接着して液晶と微粒子からなる構造を固定し、
安定した性能を発揮する液晶装置を先に提案した(特願
平1−26267)。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、本発明者らの提案による前記液晶装置に
よる場合、高分子微粒子表面を被覆しているバインダー
用高分子物質と液晶との相互作用が強い場合には、バイ
ンダー用高分子物質表面に捕えられた液晶層は電圧の変
化に応答して配向することが困難となりやすく、しだが
って駆動に要する電圧も高くなり飽和透明度に達するた
めに必要な飽和電圧も高くなる。実際に液晶装置として
使用する場合に、駆動電圧が高いとショートする危険が
大きくなり、また消費電力も多くなる。高い電圧を使用
すると感電の危険性も大きくなる。
本発明は、このような欠点に鑑み創案されたもので、そ
の目的は大面積にわたって表示面の光学的性質が一様性
をもち、かつ低電圧で安定して駆動できる液晶装置を提
供することにある。
[課題を解決するための手段] かかる本発明の目的は、少なくとも一方が透明である2
枚の電極間にp形ネマティック液晶を保持した高分子多
孔質膜を挟持してなる液晶装置であって、該高分子多孔
質膜は、該p型ネマティック液晶のネマティック相にも
等方相にも不溶な高分子物質からなる微粒子、および分
子中にエーテル結合をもつ高分子物質からなる微粒子接
着用のバインダーからなることを特徴とする液晶装置に
より達成される。
高分子物質からなる微粒子接着用のバインダーとしてエ
ーテル結合をもつ高分子物質を使用することによって、
低電圧で安定して駆動できる液晶装置となすことができ
るものである。
本発明において使用される高分子物質からなる微粒子は
、室温下および一時的な液晶のクリアリングポイント(
ネマティック相−等方相聞の相転移温度)以上の高温下
においても多孔質膜の構造が維持されるように、p型ネ
マティック液晶のネマティック相にも等方相にも溶解し
ないものであることが重要である。これらの条件を満足
する微粒子としては、例えばポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリアクリロニトリルおよびセルロースなどや主
鎖中にエチレン、プロピレン、アクリロニトリルおよび
ビニルアルコールなど構造単位を含有する共重合体など
が挙げられる。なお、前記共重合体としては、エチレン
、プロピレンまたはアクリロニトリルなどを80mo1
%以上含有する共重合体あるいはビニルアルコールを4
3mo1%以上含有する共重合体を使用するのがよい。
また三次元的に架橋した高分子物質からなる微粒子も前
記条件を満足する。たとえば、前記の高分子物質の架橋
体からなる微粒子のほか、架橋エポキシ樹脂、架橋ポリ
ウレタンおよび主鎖中にスチレン、イソプレン、ブタジ
ェン、アクリル酸エチルなどのアクリル酸エステル、メ
タクリル酸メチルなどのメタクリル酸エステル、イゾブ
チレン、メチルブテン、酢酸ビニルなどのビニルエステ
ルおよび塩化ビニルのうち少なくとも1種の構造単位を
含有する重合体の架橋体からなる微粒子が挙げられるが
、特にこれらに限定されない。
高分子物質からなる微粒子の屈折率は特に限定されない
が、好ましくは1.46〜1.56の範囲であり、これ
により本発明で使用されるp形ネマティック液晶の通常
光の屈折率に適合したものとなすことができる。
本発明の液晶装置を、たとえば大面積の調光ガラスとし
て使用するためには、透明電極を備えた大面積のガラス
は非常に高価であるため、まず透明電極を備えたフィル
ム間にp形ネマティック液晶を保持した高分子多孔質膜
を挟持させた構造のものを作り、これをエチレン−酢酸
ビニル共重合体やポリビニルブチラールなどを使用して
ガラス面に熱融着させる方法が一般に採用される。高分
子物質からなる微粒子が熱可塑性である場合、その軟化
点が低すぎると、このガラス面への熱融着の際、膜構造
が破壊されるおそれがある。
本発明で使用される高分子物質からなる微粒子が熱可塑
性である場合、その軟化温度は、本発明の目的が達成さ
れる範囲で選択すればよく、特に限定されないが、好ま
しくは80℃以上、より好ましくは100℃以上、さら
に好ましくは110℃以上の範囲で選択するのがよい。
前記の高分子物質からなる微粒子は多孔質膜の骨格とな
るものである。これらは単独で使用してもよいが、たと
えば屈折率が近似な微粒子の場合には、2種以上を混合
して使用することもできる。
多孔質膜の骨格となる微粒子の粒径は、特に限定されな
いが、好ましくは0.5〜20μm1より好ましくは1
〜10μm1さらに好ましくは2〜6μmの範囲である
。粒径が小さすぎる場合、粒子1個によって散乱される
光の量が少なすぎ、装置の電圧無印加時の不透明度が不
良となる。粒径が大きすぎる場合は、粒子1個によって
散乱される光の量は多いが、単位体積中に含まれる粒子
の個数が少なくなりすぎ、同様に装置の電圧無印加時の
不透明度が不良となる。
本発明において使用されるp形ネマティック液晶として
は公知のものが使用可能であり、特に限定されないが、
電圧印加時の透明度、電圧無印加時の不透明度を良好に
するために、通常光の屈折率が高分子物質からなる微粒
子の屈折率と近似で、かつ屈折率異方性が大きいものを
選択するのがよい。また駆動電圧を低くするために誘電
率異方性が大きいものを選択することが好ましい。
本発明で使用可能な市販のp形ネマティック液晶として
は、例えばロシュ社製p形ネマティック液晶RO−TN
−403およびRO−TN−623など、メルク社製p
形ネマティック液晶ZLI−2061およびZLI−2
144など、BDH社製p形ネマティック液晶E−37
およびE−44などが挙げられる。
本発明において高分子物質からなる微粒子接着用のバイ
ンダーとして使用される高分子物質は、分子中にエーテ
ル結合 −+c −o −c← をもつ高分子物質であ
れば特に限定されないが、好ましくはその重合度が40
以上、より好ましくは80以上であるものがよい。ここ
で高分子物質中に含まれるエーテル結合の割合は特に限
定されないが、好ましくは高分子物質1gあたり1×1
0〜4当量〜2X10−2当量、より好ましくはlXl
0−3当量〜2X10−2当量である。エーテル結合の
割合があまり少ないと、駆動電圧を低下させる効果が十
分に発揮されなくなくおそれがある。
具体的には、ポリエチレンオキシド、ポリオキシメチレ
ン、ポリ(1,3−ジオキソラン)、ポリプロピレンオ
キシド、エポキシ樹脂、ポリ(エチレングリコールメタ
クリレート)、ポリ(メトキシエチレングリコールメタ
クリレート)、ポリ(ジエチレングリコールメタクリレ
ート)、ポリ(β−メタクリロイルオキシエチルハイド
ロゲンフタレ、−ト)、ポリ(β−メタクリロイルオキ
シエチルハイドロゲンサクシネート)、ポリフェノキシ
エチルアクリレートなどが挙げられるが、これらに限定
されない。また、これらのバインダー用高分子物質は、
単独で使用してもよいが、2種以上混合して使用しても
よい。
エーテル結合をもつ高分子物質としては、一般式(I)
の構造を有する化合物の重合体または該化合物を共重合
成分として含む共重合体が特に好ましいが、これらに限
定されない。
(式中、R1は水素原子または炭素数1〜5のアルキル
基、R2は水素原子または炭素数1〜10のアルキル基
あるいはフェニル基、nは1〜25である。) 共重合比は特に限定されないが、一般式(I)のモノマ
ーを構造単位として含む割合は、好ましくは5mo 1
%以上、より好ましくは10mo 1%である。共重合
比があまりに小さいと、二一テル結合をもつ化合物の有
する駆動電圧を低下させる効果が低下してしまうおそれ
がある。
共重合の相手としては、例えばメチルメタクリレート、
メチルアクリレート、エチルアクリレート、ヒドロキシ
エチルメタクリレート、スチレン、タロルスチレンおよ
び酢酸ビニルなどが挙げられるが、これらに限定されな
い。
必要に応じて、多孔質膜の骨格となる微粒子に安定剤、
可塑剤、染料および顔料などを添加してもよい。またp
形ネマティック液晶にカイラル剤や多色性染料などを添
加してもよい。さらにバインダー用高分子物質に架橋剤
、安定剤、可塑剤、染料および顔料などを添加してもよ
い。
p形ネマティック液晶と、これを保持する高分子多孔質
膜を形成する多孔質膜の骨格となる微粒子とバインダー
用高分子物質の合計量の割合(重量比)は、特に限定さ
れないが、好ましくは2:8〜7:3、より好ましくは
3ニア〜6:4、さらに好ましくは4:6〜5:5の範
囲である。液晶の割合が少なすぎると、液晶に分配され
る電圧の割合が少なくなりすぎ、そのため駆動電圧が高
くなりすぎて好ましくない。また、多孔質膜の骨格とな
る微粒子とバインダー用高分子物質の合計量の割合が少
なすぎると、微粒子をバインダーで接着することによる
多孔質膜の形成がなされないことがある。
多孔質膜の骨格となる微粒子とバインダー用高分子物質
との割合(重量比)は、特に限定されないが、好ましく
は50:1〜2:1、より好ましくは20;1〜5:1
、さらに好ましくは15:1〜9:1の範囲である。バ
インダー用高分子物質の割合が少なすぎると、微粒子を
接着させることができず、多孔質膜が形成されないこと
がある。
また、バインダー用高分子物質の割合が多すぎると、そ
の屈折率が微粒子の屈折率とかなり異なる場合、液晶装
置の電圧印加時の透明度が不良となり好ましくない。
多孔質膜の骨格となる微粒子をエーテル結合をもつバイ
ンダー用高分子物質を相互に接着架橋することによって
形成されるp形ネマティック液晶を保持した高分子多孔
質膜を作成し、これを少なくとも一方が透明である2枚
の電極間に挟持して液晶装置を作製するひとつの方法は
次のようなものである。
すなわち、p形ネマティック液晶、多孔質膜の骨格とな
る微粒子、バインダー用高分子物質およびバインダー用
高分子物質を溶解するための有機溶媒との囲者を混合攪
拌し、懸濁液をつくる。これを脱泡した後、この混合液
を電極を備えた基板」=1こアプリケーター、リバース
ロールコーターなどの公知の塗布装置を用いて塗布した
のち、有機溶媒を蒸発除去する。溶媒の除去とともにバ
インダー用高分子物質が析出し、多孔質膜の骨格となる
微粒子を接着してp型ネマティック液晶を保持した高分
子多孔質膜を形成する。その上にもう1枚の電極を備え
た基板を電極面が接するようにかぶせ液晶装置を作製す
る。有機溶媒の除去は室温で行ってもよい。また減圧処
理によって溶媒を除去してもよい。
微粒子とバインダー用高分子物質との架橋は、高分子多
孔質膜の形成過程で行ってもよいし、高分子多孔質膜形
成後に、もう1枚の電極をかぶせる前に行ってもよい。
また、もう1枚の電極をかぶせた後に行ってもよい。
ここでp形ネマティック液晶、多孔質膜の骨格となる微
粒子、バインダー用高分子物質、および有機溶媒とを混
合して懸濁液を作る際、囲者を混合する順番はどのよう
なものであってもよく、囲者同時に混合してもよい。よ
た、高分子多孔質膜の膜厚を一定にするために、一般に
用いられるスペーサ粒子を懸濁液に適量加えてもよい。
ここで用いる溶媒は、多孔質膜の骨格となる微粒子を溶
解しないものであることが好ましい。多孔質膜の骨格と
なる微粒子を溶解するものであれば、微粒子の形態が失
われる。
溶媒としては、高分子物質からなる微粒子を溶解しない
ものであれは特に限定されないが、ベンゼン、トルエン
などの芳香族炭化水素類、エタノール、プロパツールな
どのアルコール類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエス
テル類、アセトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、
ジククロエタン、クロロホルムなどの塩素化炭化水素類
、n−ペンタン、n−ヘキサンなどの脂肪族炭化水素類
、ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類、
フルフラールなどのアルデヒド類、ジメチルホルムアミ
ドなどのアミド類なとが挙げられる。
これらの溶媒は単独で使用してもよいが、2種以上の溶
媒を混合して使用することもできる。
p形ネマティック液晶と多孔質膜の骨格となる微粒子と
バインダー用高分子物質からなる懸濁液に混合する溶媒
の量は特に限定されないが、混合液が塗布方法に適した
粘度をもつような量に調整するのがよい。たとえばアプ
リケータを使用して塗布する場合には混合液の粘度が1
〜10ポイズになるように溶媒の量を調整するのがよい
。
ところで、p形ネマティック液晶を保持した高分子多孔
質膜に光を入射させ、その光を反射または透過させるた
めには、電極を備えた基板のうち少なくとも一方は透明
である必要がある。透明な電極を備えた基板としては、
公知の透明導電膜を被着させたガラスやプラスチックフ
ィルムなどが使用できる。透明導電膜としては酸化スズ
膜(いわゆるネサ膜)や酸化インジウム・スズ膜(いわ
ゆるITO膜)などが一般に知られている。
液晶装置を作製する別の方法は、p型ネマティック液晶
、多孔質膜の骨格となる微粒子、バインダー用高分子物
質、および有機溶媒からなる混合液を所定の厚み、所定
幅のスリットから膜状に押出し電極を備えた基板上にの
せ、溶媒の除去を行ったのちもう1枚の電極を備えた基
板をかぶせる方法である。
前記の塗布または押出す方法で、p型ネマティック液晶
と多孔質膜の骨格となる微粒子とバインダー用高分子物
質とこれに有機溶媒を加えた混合液から、電極を備えた
基板上に直接、p型ネマティック液晶を保持した高分子
多孔質膜を形成するのではなく、例えば電極を備えてい
ない基板上に形成した後、電極を備えた基板上に移すよ
うにしてもよい。
液晶装置を作製する他の方法として、あらかしめ多孔質
膜の骨格となる微粒子とバインダー用高分子物質と有機
溶媒を加えた混合液から高分子多孔質膜を形成しておき
、これにp形ネマティック液晶を含浸させ、2枚の電極
間に挟持する方法もある。
本発明における高分子多孔質膜の厚さは、特に限定され
ないが、好ましくは3〜100μm1より好ましくは5
〜50μm1さらに好ましくは10〜30μmである。
多孔質膜の厚さが小さすぎると、電極無印加時の不透明
度が不良となる。また厚さが大きすぎると駆動に要する
電圧が高くなりすぎるため好ましくない。
本発明の液晶装置を駆動する際に、使用する電圧源とし
ては直流電圧でも交流電圧でもよいが、液晶の電気分解
を防ぐ点からは交流電圧であることが好ましい。交流電
圧源としては50Hzまたは60Hzの商用正弦波交流
電圧源を用いてもよいが、矩形波電圧源または1kHz
以上の高周波電圧源を使用すると、電場の反転にともな
う液晶のゆらぎがなくなり、光の平均透過率が上がるた
めコントラストおよび透明度を向上させることができる
。
本発明の液晶装置によれば、従来のものに比べて、大面
積にわたって表示面の光学的性質が一様性をもちやすく
、かつ低電圧で駆動できるため、安全性、経済性に優れ
た性質を有している。
本発明の装置は、電圧無印加時にには不透明、電圧印加
時には透明となる機能を有し、表示装置や調光ガラスな
どに有効に使用できる。
[実施例] 以下実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明
はこれらに限定されない。
実施例1 架橋ポリグリシジルメタクリレート(PGM)球(平均
粒径3μm)1.0g、メルク社製p形ネマティック液
晶ZIL−21441,2g。
下記構造式を有するメトキシテトラエチレングリコール
メタクリレート−メチルメタクリレート共重合体(メト
キシテトラエチレングリコールメタクリレート30mo
1%)0.2g。
CH30 CH2=C−C−(OCH2CH2) 4−0CH3お
よびn−ブタノール3.0gを混合攪拌し、静置して脱
泡した。この混合液をギャップ75μmに設定したアプ
リケータで、酸化スズ・インジウムからなる透明電極を
備えたガラス基板上に塗布し、110℃に設定したオー
ブン中に3分間放置してn−ブタノールを蒸発させた。
オーブンから取り出したところ、厚さ約15μmのPG
M微粒子をメトキシテトラエチレング・リコールメタク
リレ−へトーメチルメタクリレート共重合体で接着した
多孔質膜が形成された。次いでその周囲を厚さ16μm
のポリエステルフィルムで囲んでからもう1枚の電極を
備えたガラス基板をかぶせて液晶装置を作製した。
得られた液晶装置を評価して次のような結果を得た。す
なわち、電圧無印加時には光を散乱して不透明であり、
60Hzの正弦波交流電圧5Vを印加した状態から散乱
が減少して透明になり始め、電圧25Vで透明度はほぼ
飽和状態に達した。
比較例 バインダー用高分子物質をポリメチルメタクリレートと
した他は実施例1ど同様にして液晶装置を作製した。得
られた液晶装置に60Hzの正弦波交流電圧120Vを
印加したが、透明度は飽和しなかった。
実施例2 架橋PGM球(平均粒径3μm)1.0g、メルク社製
p形ネマティック液晶ZIL−21441,2g、下記
構造式を有するポリ(メトキシジエチレングリコールメ
タクリレート0.2g。
l−130 CH2=CC(OCR2CH2) 2 0 CI−に3
およびn−ブタノール3.0gを混合攪拌し、静置して
脱泡した。以下実施例1と同様にして液晶装置を作製し
た。
得られた液晶装置を評価して次のような結果を得た。す
なわち、電圧無印加時には光を散乱して不透明であり、
60Hzの正弦波交流電圧5vを印加した状態から散乱
が減少して透明になり始め、電圧35Vで透明度はほぼ
飽和状態に達した。
実施例3 架橋PGM球(平均粒径4μm)1.0g、ロシュ社製
p形ネマティック液晶RO−TN−4031,4g、下
記構造式を有するトリエチレングリコールアクリレート
−メチルメタクリレート共重合体(トリエチレングリコ
ールアクリレート20mo1%)0.1g。
+  11 CH2=CC(OCH2CH2)3二0Hn−ブタノー
ル2.6gおよびキシレン0.4gを混合攪拌し、溶液
を作製した。以下実施例1と同様にして液晶装置を作製
した。
得られた液晶装置を評価して次のような結果を得た。す
なわち、電圧無印加時には光を散乱して不透明であり、
60Hzの正弦波交流電圧5vを印加した状態から散乱
が減少して透明になり始め、電圧30Vで透明度はほぼ
飽和状態に達した。
実施例4 架橋PGM球(平均粒径2.5μm)1.0g。
メルク社製p形ネマティック液晶ZIL−20611,
2g、メトキシポリエチレングリコールメタクリ、レー
ト(下記構造式)−メチルメタクリレート共重合体(メ
トキシポリエチレングリコールメタクリレート5mo1
%)0.2g。
CH30 CH2=CC(OCH2CH2) 23 0CH3n−
ブタノール2.6gおよびキシレン0.4gを混合攪拌
し、静置して脱泡した。以下実施例1と同様にして液晶
装置を作製した。
得られた液晶装置を評価して次のような結果を得た。す
なわち、電圧無印加時には光を散乱して不透明であり、
60Hzの正弦波交流電圧5Vを印加した状態から散乱
が減少して透明になり始め、電圧40Vで透明度はほぼ
飽和状態に達した。
実施例5 架橋PGM球(平均粒径3μm)1.0g、ロシュ社製
p形ネマティック液晶RO−TN−5Q11.5g、フ
ェノキシジエチレングリコールアクリレート(下記構造
式)−エチルアクリレート共重合体(フェノキシジエチ
レングリコールアクリレート4Qmo1%)0.1g。
n−ブタノール2.6gおよびキシレン0.4gを混合
攪拌し、溶液を作製した。以下実施例1と同様にして液
晶装置を作製した。
得られた液晶装置を評価して次のような結果を得た。す
なわち、電圧無印加時には光を散乱して不透明であり、
60Hzの正弦波交流電圧5vを印加した状態から散乱
が減少して透明になり始め、電圧30Vで透明度はほぼ
飽和状態に達した。
実施例6 架橋PGM球(平均粒径5μm)1.0g、メルク社製
p形ネマティック液晶ZIL−21441,5g、ポリ
プロピレンオキシド(分子量約5000)0.2gおよ
びジオキサン3、Ogを混合攪拌し、静置して脱泡した
。以下オーブンの温度を80℃とした以外は実施例1と
同様にして液晶装置を作製した。
得られた液晶装置を評価して次のような結果を得た。す
なわち、電圧無印加時には光を散乱して不透明であり、
60Hzの正弦波交流電圧5vを印加した状態から散乱
が減少して透明になり始め、電圧40Vで透明度はほぼ
飽和状態に達した。
実施例7 バインダー用高分子物質としてエポキシ樹脂“エピコー
ト” 1002 (、油化シェルエポキシ(株)製)を
使用した他は実施例1と同様にして液晶装置を作製した
。得られた液晶装置を評価して次のような結果を得た。
すなわち、電圧無印加時には光を散乱して不透明であり
、60Hzの正弦波交流電圧5Vの印加より透明になり
はじめ、電圧40Vで透明度はほぼ飽和した。
[発明の効果] 本発明の液晶装置は上述のごとく構成したので、表示面
の光学的性質が大面積にわたって一様性をもつうえ、低
い電圧で駆動できるため、経済性、安全性に優れている
。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)少なくとも一方が透明である2枚の電極間にp形
    ネマティック液晶を保持した高分子多孔質膜を挟持して
    なる液晶装置であって、該高分子多孔質膜は、該p型ネ
    マティック液晶のネマティック相にも等方相にも不溶な
    高分子物質からなる微粒子、および分子中にエーテル結
    合をもつ高分子物質からなる微粒子接着用のバインダー
    からなることを特徴とする液晶装置。
  2. (2)分子中にエーテル結合をもつ高分子物質が、一般
    式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、R^1は水素原子または炭素数1〜5のアルキ
    ル基、R^2は水素原子または炭素数1〜10のアルキ
    ル基あるいはフェニル基、nは1〜25である)で表さ
    れる化合物の重合体または該化合物を共重合成分として
    含む共重合体である請求項1記載の液晶装置。
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